气隙击穿特性
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气隙击穿特性的影响因素：
气体种类：空气和高介电强度气体（SF6气体） 电压种类：持续作用电压（直流、交流）；冲击电 压（雷电冲击、操作冲击） 电场分布：电极形状、间隙距离、电压极性；当间 隙距离相同时，电场越均匀击穿电压越高 气体状态：一般要折算到标准大气状态
第三节 空气间隙在各种 电压下的击穿特性
b、当d >D/4时，电场不 均匀度增大，击穿电场 的分散性增大
3、极不均匀电场的击穿电压
按电极的对称程度，主要有两种典型Байду номын сангаас极不均匀 电场气隙：
a、“棒 — 棒”气隙（“尖 — 尖”气隙） b、“棒 — 板”气隙（“尖 — 板”气隙）
不同电压波形作用下，差异明显，分散性大； 在直流电压下，极性效应明显，而在工频交流电 压下“饱和”现象明显。
2、除起始部分外，击穿电压与 距离近似成直线关系，但大间隙 下击穿电压有饱和趋势
3、平均击穿场强
棒-棒间隙：3.8kV(有效值)/cm
棒-板间隙：3.35kV(有效值)/cm
显著特征：“饱和”特性
二、冲击电压作用下气隙的击穿特性
1、冲击电压波形
a、雷电冲击电压波
OC为视在波前
OF为视在波前时间 T1
对气隙施加冲击电压使气隙击穿，需要有两个条件： （1）需要足够幅值的电压，引起电子崩并导致流注和 主放电的有效电子； （2）需要电压作用一定的时间，使放电得以发展以致 击穿。
2、放电时延 tL tS t f
统起计到时气延隙出t s现：第从一电个压有达效到电子U s止的瞬时
放电发展时间 t f ：从形成第一个有效 Us
电子的瞬时起到到气息完全击穿止
升压时间 t0 ：电压从零升到静态击穿
电压 Us 的时间
放电时延特点：
a、小间隙、均匀场：tL 短，ts占主要部分
b、大间隙、极不均匀场： tL长，t f占主要部分 c、随着冲击电压幅值的不断升高， tL将越来越短
有效电子
间隙中出现一个能引起电离过程并最终导致击穿 的电子称为有效电子。
OG为视在半峰值时间 T2
（也称为波长时间）
T1
T2
国标规定：T1 1.2s 30% T2 50s 20%
b、操作冲击电压波
T2
T1
国标规定： T1 250s 20% T2 2500s 60%
2、放电时延 冲击电压的特点：
变化速度快、作用时间短，其有效作用时间是以微 秒计的。
间隙各处场强相差不大，一但出 现电离，很快贯穿整个间隙，放电时 延短。
伏秒特性曲线B只能在很小的时间 内向上翘
4.2、伏秒特性的应用
有效
无效
S1 被保护设备的伏秒特性 S2 保护间隙的伏秒特性
两者配合，S2可以保护S1 两者不能配合，不能互相保护
小结
气隙的击穿特性与电压种类、电场分布形式相关； 极不均匀电场的击穿特性，具有明显的极性效应和 “饱和”现象； 表征气隙冲击击穿特性的两种方式：50%冲击击穿
一、持续作用电压下气隙的击穿特性
1、均匀电场中的击穿电压： a、分散性小 直流、工频交流电压作用下（也包括冲击电
压），击穿电压基本相同 b、均匀电场中空气的电气强度大致为 30kV(峰值)/cm
经验公式为： Ub 24.22d 6.08 dkV d：间隙距离； ：空气相对密度
2、稍不均匀电场中的击穿电压 a、与均匀电场相似，分散性很小 直流、工频交流（也包括冲击电压）作用下，击穿
统计时延服从统计规律的原因： 1）有效电子的出现具有统计特性，有些自由电子被 中和，有些可能扩散到间隙外
2）有些电子虽然也引起电离过程，但由于各种不利 因素的巧合，电离可能中途衰亡而终止
3、50%冲击击穿电压（U50%）
工程上常采用50%冲击击穿电压（U50%）来描述气隙的
冲击击穿特性。
50%冲击击穿电压（U50%）：在多次施加同一电压时，
电压基本相同 b、不同于极不均匀电场，一旦出现自持放电，立即导
致气隙击穿，而不发生电晕现象 c、稍不均匀电场不对称时，虽有极性效应，但不明显 d、击穿电压和电场不均匀程度有极大关系，越均匀击
穿电压越高
直径为D 的球隙的击穿电压Ud 与气隙距离d 的关系
a、当d <D/4时，电场相
当均匀，其击穿特性与 均匀电场相似，直流、 工频交流（也包括冲击 电压）作用下的击穿电 压大致相同；
电压（U50%）和气隙的伏秒特性
导致其中半数气隙击穿的这一电压值。
在均匀和稍不均匀电场中，气隙的U50%与静态击穿电
压Us相差不大，其冲击系数 （U50%与Us之比）接近1；
而在极不均匀电场中，由于放电时延较长，其冲击系
数 均大于1。
4、气隙的伏秒特性
同一个气隙，在峰值较低但延 续时间较长的冲击电压作用下可 能击穿，而在峰值较高但延续时 间较短的冲击电压作用下可能反 而不击穿。
因此该气隙耐电性能要用冲击电 压值和击穿时间两者共同来表示。
Ub
ts
伏秒特性的应用 1—下包线； 2—上包线； 3—50%伏秒特性
4.1、不同电场气隙伏秒特性比 较
a、极不均匀电场（大间隙）
平均击穿场强较低，放电时延较 长，只有大大提高电压，才能缩短放 电时延。
伏秒特性曲线A向左上角上翘
b、稍不均匀电场（小间隙）
3、极不均匀电场的击穿电压 a、直流电压下的击穿电压
显著特征：极性效应 平均击穿场强： 正极性棒-板间隙：4.5kV/cm 负极性棒-板间隙：10kV/cm 正极性棒-棒间隙：4.8kV/cm 负极性棒-棒间隙：5.0kV/cm （略微不对称）
b、交流电场下的击穿电压
特点：
1、棒-板间隙击穿总是在棒的极 性为正、电压达到峰值时发生， 击穿电压与直流电压下正极性击 穿电压相近
气体种类：空气和高介电强度气体（SF6气体） 电压种类：持续作用电压（直流、交流）；冲击电 压（雷电冲击、操作冲击） 电场分布：电极形状、间隙距离、电压极性；当间 隙距离相同时，电场越均匀击穿电压越高 气体状态：一般要折算到标准大气状态
第三节 空气间隙在各种 电压下的击穿特性
b、当d >D/4时，电场不 均匀度增大，击穿电场 的分散性增大
3、极不均匀电场的击穿电压
按电极的对称程度，主要有两种典型Байду номын сангаас极不均匀 电场气隙：
a、“棒 — 棒”气隙（“尖 — 尖”气隙） b、“棒 — 板”气隙（“尖 — 板”气隙）
不同电压波形作用下，差异明显，分散性大； 在直流电压下，极性效应明显，而在工频交流电 压下“饱和”现象明显。
2、除起始部分外，击穿电压与 距离近似成直线关系，但大间隙 下击穿电压有饱和趋势
3、平均击穿场强
棒-棒间隙：3.8kV(有效值)/cm
棒-板间隙：3.35kV(有效值)/cm
显著特征：“饱和”特性
二、冲击电压作用下气隙的击穿特性
1、冲击电压波形
a、雷电冲击电压波
OC为视在波前
OF为视在波前时间 T1
对气隙施加冲击电压使气隙击穿，需要有两个条件： （1）需要足够幅值的电压，引起电子崩并导致流注和 主放电的有效电子； （2）需要电压作用一定的时间，使放电得以发展以致 击穿。
2、放电时延 tL tS t f
统起计到时气延隙出t s现：第从一电个压有达效到电子U s止的瞬时
放电发展时间 t f ：从形成第一个有效 Us
电子的瞬时起到到气息完全击穿止
升压时间 t0 ：电压从零升到静态击穿
电压 Us 的时间
放电时延特点：
a、小间隙、均匀场：tL 短，ts占主要部分
b、大间隙、极不均匀场： tL长，t f占主要部分 c、随着冲击电压幅值的不断升高， tL将越来越短
有效电子
间隙中出现一个能引起电离过程并最终导致击穿 的电子称为有效电子。
OG为视在半峰值时间 T2
（也称为波长时间）
T1
T2
国标规定：T1 1.2s 30% T2 50s 20%
b、操作冲击电压波
T2
T1
国标规定： T1 250s 20% T2 2500s 60%
2、放电时延 冲击电压的特点：
变化速度快、作用时间短，其有效作用时间是以微 秒计的。
间隙各处场强相差不大，一但出 现电离，很快贯穿整个间隙，放电时 延短。
伏秒特性曲线B只能在很小的时间 内向上翘
4.2、伏秒特性的应用
有效
无效
S1 被保护设备的伏秒特性 S2 保护间隙的伏秒特性
两者配合，S2可以保护S1 两者不能配合，不能互相保护
小结
气隙的击穿特性与电压种类、电场分布形式相关； 极不均匀电场的击穿特性，具有明显的极性效应和 “饱和”现象； 表征气隙冲击击穿特性的两种方式：50%冲击击穿
一、持续作用电压下气隙的击穿特性
1、均匀电场中的击穿电压： a、分散性小 直流、工频交流电压作用下（也包括冲击电
压），击穿电压基本相同 b、均匀电场中空气的电气强度大致为 30kV(峰值)/cm
经验公式为： Ub 24.22d 6.08 dkV d：间隙距离； ：空气相对密度
2、稍不均匀电场中的击穿电压 a、与均匀电场相似，分散性很小 直流、工频交流（也包括冲击电压）作用下，击穿
统计时延服从统计规律的原因： 1）有效电子的出现具有统计特性，有些自由电子被 中和，有些可能扩散到间隙外
2）有些电子虽然也引起电离过程，但由于各种不利 因素的巧合，电离可能中途衰亡而终止
3、50%冲击击穿电压（U50%）
工程上常采用50%冲击击穿电压（U50%）来描述气隙的
冲击击穿特性。
50%冲击击穿电压（U50%）：在多次施加同一电压时，
电压基本相同 b、不同于极不均匀电场，一旦出现自持放电，立即导
致气隙击穿，而不发生电晕现象 c、稍不均匀电场不对称时，虽有极性效应，但不明显 d、击穿电压和电场不均匀程度有极大关系，越均匀击
穿电压越高
直径为D 的球隙的击穿电压Ud 与气隙距离d 的关系
a、当d <D/4时，电场相
当均匀，其击穿特性与 均匀电场相似，直流、 工频交流（也包括冲击 电压）作用下的击穿电 压大致相同；
电压（U50%）和气隙的伏秒特性
导致其中半数气隙击穿的这一电压值。
在均匀和稍不均匀电场中，气隙的U50%与静态击穿电
压Us相差不大，其冲击系数 （U50%与Us之比）接近1；
而在极不均匀电场中，由于放电时延较长，其冲击系
数 均大于1。
4、气隙的伏秒特性
同一个气隙，在峰值较低但延 续时间较长的冲击电压作用下可 能击穿，而在峰值较高但延续时 间较短的冲击电压作用下可能反 而不击穿。
因此该气隙耐电性能要用冲击电 压值和击穿时间两者共同来表示。
Ub
ts
伏秒特性的应用 1—下包线； 2—上包线； 3—50%伏秒特性
4.1、不同电场气隙伏秒特性比 较
a、极不均匀电场（大间隙）
平均击穿场强较低，放电时延较 长，只有大大提高电压，才能缩短放 电时延。
伏秒特性曲线A向左上角上翘
b、稍不均匀电场（小间隙）
3、极不均匀电场的击穿电压 a、直流电压下的击穿电压
显著特征：极性效应 平均击穿场强： 正极性棒-板间隙：4.5kV/cm 负极性棒-板间隙：10kV/cm 正极性棒-棒间隙：4.8kV/cm 负极性棒-棒间隙：5.0kV/cm （略微不对称）
b、交流电场下的击穿电压
特点：
1、棒-板间隙击穿总是在棒的极 性为正、电压达到峰值时发生， 击穿电压与直流电压下正极性击 穿电压相近