2.3大气条件对气隙击穿特性的影响及校正
2012华广高电压技术复习资料(提纲)
2012级电气1-4班、输电《高电压技术》复习资料（整理版）杜芸强2015.1.11考试题型：1、填空（30分，11题）2、选择（10分，10题）3、名称解释、简答（30分，7题）4、计算、论述题（计算1题+论述2题，30分）12级作业：电晕、电子崩与汤逊理论、隧道效应提高气体击穿电压的措施提高沿面闪络电压的措施气泡击穿理论避雷线的作用（保护原理）输电线路的防雷保护的“四道防线”及其具体保护措施第一章第一节（1）气体放电、带电质点的产生、电离方式、电离气体放电是对气体中流通电流的各种形式统称。
带电质点的产生：指电离的四种形式（热电离、光电离、碰撞电离、分级电离）电离方式：热电离、光电离、碰撞电离、分级电离电离：是指电子脱离原子核的束缚而形成自由电子和正离子的过程。
（2）电子从电极表面逸出所需的能量获得途径正离子撞击阴极、光电子发射、强场发射、热电子发射（3）附着、带电质点的消失1、带电质点受电场力的作用流入电极2、带电质点的扩散3、带点质点的复合（4）电子崩与汤逊理论、巴申定律（貌似老师说不考巴申定律）电子崩:外界电离因子在阴极附近产生了一个初始电子，如果空间电场强度足够大，该电子在向阳极运动时就会引起碰撞电离，产生一个新的电子，初始电子和新电子继续向阳极运动，又会引起新的碰撞电离，产生更多电子。
依此，电子将按照几何级数不断增多，类似雪崩似地发展，这种急剧增大的空间电子流被称为电子崩。
汤逊理论1）电子崩过程：碰撞电离过程、正离子产生在电场作用下加速获得能量与阴极极板发生碰撞，电离产生电子；2）碰撞电离产生电子，代替起初电子【阴极极板电离（光辐射）产生的电子】。
【设外界光电离因素在阴极表面产生了一个自由电子，此电子到达阳极表面时由于α过程，电子总数增至d e α个。
假设每次电离撞出一个正离子，故电极空间共有（d e α－1）个正离子。
这些正离子在电场作用下向阴极运动，并撞击阴极．按照系数γ的定义，此（d eα－1）个正离子在到达阴极表面时可撞出γ（d e α－1）个新电子，则(d e α-1)个正离子撞击阴极表面时，至少能从阴极表面释放出一个有效电子，以弥补原来那个产生电子崩并进入阳极的电子，则放电达到自持放电。
高电压技术(赵智大)1-2章总结讲诉
绪论高电压技术是一门重要的专业技术基础课；随着电力行业的发展，高压输电问题越来越得到人们的重视；高电压、高场强下存在着一些特殊的物理现象；高电压试验在高电压工程中起着重要的作用。
气体的绝缘特性与介质的电气强度研究气体放电的目的：了解气体在高电压（强电场）作用下逐步由电介质演变成导体的物理过程掌握气体介质的电气强度及其提高方法高压电气设备中的绝缘介质有气体、液体、固体以及其它复合介质。
气体放电是对气体中流通电流的各种形式统称。
由于空气中存在来自空间的辐射，气体会发生微弱的电离而产生少量的带电质点。
正常状态下气体的电导很小，空气还是性能优良的绝缘体；在出现大量带电质点的情况下，气体才会丧失绝缘性能。
自由行程长度单位行程中的碰撞次数Z的倒数λ即为该粒子的平均自由行程长度。
()λ-=xexP令x=λ，可见粒子实际自由行程长度大于或等于平均自由行程长度的概率是36.8%。
带电粒子的迁移率k=v/E它表示该带电粒子单位场强（1V/m）下沿电场方向的漂移速度。
电子的质量比离子小得多，电子的平均自由行程长度比离子大得多热运动中，粒子从浓度较大的区域运动到浓度较小的区域，从而使分布均匀化，这种过程称为扩散。
电子的热运动速度大、自由行程长度大，所以其扩散速度比离子快得多。
产生带电粒子的物理过程称为电离，是气体放电的首要前提。
光电离i W h ≥νc λν=气体中发生电离的分子数与总分子数的比值m 称为该气体的电离度。
碰撞电离附着：当电子与气体分子碰撞时，不但有可能引起碰撞电离而产生出正离子和新电子，而且也可能会发生电子与中性分子相结合形成负离子的情况。
电子亲合能：使基态的气体原子获得一个电子形成负离子时所放出的能量，其值越大则越易形成负离子。
电负性：一个无量纲的数，其值越大表明原子在分子中吸引电子的能力越大带电粒子的消失1到达电极时，消失于电极上而形成外电路中的电流2带电粒子因扩散而逸出气体放电空间3带电粒子的复合复合可能发生在电子和正离子之间，称为电子复合，其结果是产生一个中性分子；复合也可能发生在正离子和负离子之间，称为离子复合，其结果是产生两个中性分子。
5大气条件对气隙击穿特性的影响及校正
前面介绍的不同气隙在各种电压下的击穿特性 均对应于标准大气条件和正常海拔高度。
由于大气的压力、温度、湿度等条件都会影响 空气的密度、电子自由行程长度、碰撞电离及附着 过程，所以也必然会影响气隙的击穿电压。
海拔高度的影响亦与此类似，因为随着海拔高 度的增加，空气的压力和密度均下降。
验电压U应为平原地区外绝缘的试验电压Up乘以海 拔校正因数足Ka即：
U KaU p
而：
Ka
1.1
1 H 104
式中H 为安装点的海拔高度，单位是m。
➢ 更长的空气间隙：击穿电压与大气条件变化的 关系，并不是一种简单的线性关系，而是随电极形 状、电压类型和气隙长度而变化的复杂关系。
除了在气隙长度不大、电场也比较均匀或长度虽 大、但击穿电压仍随气隙长度呈线性增大(如雷电冲击 电压)的情况下，上式仍可适用外，其他情况下的空气 密度校正因数应按下式求取：
1、极间距离相同的正、负极性“棒—板”气隙在自持放 电前、后气体放电的差异
自持放电前的阶段（电晕放电阶段）
➢ 正极性“棒—板”：因棒极带正电位，电子崩中的电 子迅速进入棒极，正离子暂留在棒极附近，这些空间电荷 消弱了棒极附近的电场而加强了外部空间的电场，阻止了 棒极附近流注的形成，使得电晕起始电压有所提高
Kd
p p0
m
273 t0 273 t
n
式中指数m，n与电极形状、气隙长度、电压类型 及其极性有关，其值在0.4～1.0的范围内变化,具体取 值国家标准中有规定。
二、对湿度的校正
大气中所含的水气分子能俘获自由电子而形 成负离子，这对气体中的放电过程显然起着抑制 作用，可见大气的湿度越大，气隙的击穿电压也 会增高。
2.3-气体电介质的击穿特性(均匀电场中-流注理论)
使流注得以形成。
流注理论对放电现象的解释
放电时间： 二次崩的起始电子是光子形成的，而光
子以光速传播，所以流注发展非常快。 放电外形：
二次崩的发展具有不同的方位，所以流 注的推进不可能均匀，而且具有分支。 阴极材料：
大气条件下的气体放电不依赖阴极表面 电离，而是靠空间光电离产生电子维持，因此与 阴极材料无关。
流注理论与汤逊理论的区别与联系： 相同点：
都有电子崩的产生 不同点：
流注的形成过程中有二次崩的形成、二 次电离在气体击穿过程中起了重要作用。
作业
P32 2-2 2-3
分枝的明细通道
因为汤逊理论没有考虑空间电荷对电场的畸变和光游 离对放电的影响，流注理论对标准大气压、一般间隙的 气体放电现象进行了解释。
以自然界的雷电为例，它发生在两块雷云之间或雷 云与大地之间，这时不存在金属阴极，因而与阴极上的二次 电子发射根本无关。因此，必须采用另外一种理论－－流注 理论来解释。
流注理论的认识
汤逊理论适用于低气压、短间隙、均匀电场。间 隙的划分：2cm以下的为短间隙、2—100cm为一般间隙、 100cm及以上的为长间隙。 汤逊理论解释不了一般间隙、标准大气压下气隙的放电：
1.按汤逊理论计算的击穿电压比实际值高； 2.按汤逊理论计算的击穿所需时间比实际值长； 3.一般间隙的击穿电压与阴极材料无关； 4.放电外形不同;均匀连续，如辉光放电
本节重点：
流注的形成过程、流注的条件 气体放电流注理论以实验为基础，它考虑了高气压、
长气隙情况下不容忽视的若干因素对气体放电的影响，主 要有以下两方面：
空间电荷对原有电场的畸变作用 空间光游离
气隙的击穿特性
击穿电压分散性小，其雷电冲击50％击穿电压和 静态击穿电压(即持续作用电压下的击穿电压)相差 很小 冲击系数＝1
极不均匀电场中的击穿电压
由于放电时延较长，通常冲击系数大于l，击穿电压的 分散性也大一些，其标准偏差可取为3%
棒—板间隙有明显的极性效应，棒—棒间隙也有不大 的极性效应
（六）高电气强度气体的采用
含卤族元素的气体化合物，如六氟化硫（SF6）、氟利 昂（CCl2F2）等，其电气强度比空气的要高很多。称 为高电气强度气体
气体 氮
二氧化碳 六氟化硫 氟利昂 四氯化碳
化学组成
N2 CO2 SF6 CCl2F2 CCl4
分子量 28 44 146 121
153.8
相对电气强度 1.0 0.9
根据起始场强经验公式估算击穿电压 UEmadx/ f
d :极间距离；ｆ：不均匀系数，决定于电极布置，可
根据静电场计算或电解槽等实验方法求得
Emax达到临界值E0＝30kV/cm (幅值) ，间隙击穿
U bE 0d/f3d 0 /f kV Ｅ0 实际上和电极布置有关
影响击穿电压的主要因素是间隙距离 选择电场极不均匀的极端情况典型电极来研究
３．电子和这些气体的分子相遇时，还易于引起分子 发生极化等过程，增加能量损失，从而减弱其碰撞电 离能力
对高电气强度气体的要求
1．液化温度要低，采用高电气强度气体时，常常同 时提高压力，以便更大程度的提高间隙的击穿电压 ，缩小设备的体积和重量。所以这些气体的液化温 度要低，以便在较低的运行温度下，还能施加相当 的压力
tb t0ts tf tl ts tf
持续作用电压
直流电压、工频电压
气体介质的电气强度知识
2.2 极不均匀电场气隙的击穿特性
常见的极不均匀电场气隙
工程上的极不均匀电场气隙，均可以用两类极端 的模型表示，实际的工程应用可依据这两类电场类 型的测量值进行推算：
b).棒-板电极（完全不对称结构）
2.2 极不均匀电场气隙的击穿特性
1. 直流电压
稍短间隙
显著特征：极性效应
平均击穿场强：
正极性棒-板间隙： 7.5kV/cm
气体介质的电气强度
气体放电的物理过程：气体中带电质点的产生、汤逊放 电、流注放电、电晕放电、沿面放电（微观特性） 工程上，要用击穿特性表示（击穿场强，击穿电压） （宏观特性）
气体介质的电气强度
2.1 均匀和稍不均匀电场气隙的击穿特性 2.2 极不均匀电场气隙的击穿特性 2.3 大气条件对气隙击穿特性的影响及其校正 2.4 提高气体介质电气强度的方法 2.5 六氟化硫和气体绝缘电气设备
3、饱和特性
4、分散性更大（可以理解为伏秒特性带宽更宽）。
2.3 大气条件对气隙击穿特性的影响及其校正
为何要对不同大气条件下的击穿特性进行校正
高海拔地区的 高纬度地区 沿海地区
2.3 大气条件对气隙击穿特性的影响及其校正
我国国标规定的标准大气条件
压力：101.3 kPa 温度：293 K 绝对湿度：11 g/m³
2.4 提高气体介质电气强度的方法
1、改进电极形状以改善电场分布 2、利用空间电荷改善电场分布 3、采用介质阻挡方法 4、采用高气压的方法 5、采用高电气强度气体 6、采用高真空
2.4 提高气体介质电气强度的方法
1、改进电极形状以改善电场分布
电场均匀——击穿场强高——通过改善电极形状均匀电场
大气条件改变，如在高海 拔地区，气压、气体密度、 温度、湿度等条件均改变。 在此条件下测量的气隙击 穿数据与在标准大气条件 下所测数据不具有可比性。
高电压考点答案
1-1、电介质基本电气特性为极化特性、电导特性、损耗特性和击穿特性。
相对介电常数Er，电导率y，介质损耗因数tgδ和击穿电场强度E。
1-2、电介质的极化可分为无损极化和有损极化。
无损极化包括电子式极化和离子式极化，有损极化包括偶极子式极化、空间电荷极化和夹层极化。
无损极化包括电子式极化和离子式极化。
夹层极化是空间电荷极化的一种特殊形式，多层介质相串联的绝缘结构，在加上直流电压的初瞬，各层介质中的电场分布与介质的相对介电常数成反比；稳态时的电场分布则与介质的电导率成反比，在此过程中存在吸收现象。
1-3、电介质的电导与金属的电导有着本质的区别，电介质电导属离子式电导磨碎温度的升高按指数规律增大；金属电导属电子式电导，随温度的升高而减小。
1-4、电介质在电场作用下存在损耗，其中气体电介质的损耗可以忽略不计。
在直流电压作用下电介质的损耗仅为由电导引起的电导损耗，而交流电压作用下电介质的损耗既有损耗，又有极化损耗。
因此，电介质在交流电压下的损耗远大于其直流电压下的损耗。
2-1绝缘介质通常由气体、液体和固体三种形态，其中气体和液体电介质属于自恢复绝缘，固体电介质属于非自恢复绝缘。
2-2气体放电的根本原因在于气体中发生了电离的过程，在气体中产生了带电粒子；而气体具有自恢复绝缘特性的根本原因在于气体中存在去电离的过程，它使气体中的带电粒子消失。
电离和去电离这对矛盾的存在与发展状况决定着气体介质的电气特性。
2-3在气体电离的四种基本特性中，碰撞电离是最基本的一种电离形式。
而在碰撞电离中电子最活跃的因素。
2-4电子崩的概念是汤逊气体放电理论的基础。
汤逊理论是建立在均匀电场、短间隙、低气压的实验条件下，因此它不适合解释高气压、长间隙、不均匀电场中的气体放电现象，对于后者只能用流注放电理论予以解释。
2-5流注放电理论与汤逊放电理论的根本不同点在于流注理论认为电子的碰撞电离和空间光电离是形成自持放电的主要因素，并强调电荷畸变电场的作用。
02653 高电压技术 自考考试大纲
湖北省高等教育自学考试课程考试大纲课程名称：高电压技术课程代码：02653第一部分课程性质与目标一、课程性质与特点高电压技术是高等教育自学考试“电气工程及其自动化”专业考试计划中的一门主要专业课。
它是研究电气设备的绝缘及其运行问题的学科。
作为从事电力系统的设计、安装、调试及运行的工程技术人员，都会遇到属于高电压技术一类的问题，因此它是电力系统及其自动化专业必修的专业课程之一，也是从事电力系统的专业人员必须掌握的专业知识，从而确定了本课程在该专业考试计划中的重要地位。
二、课程目标与基本要求课程目标：1. 较系统地掌握电气设备绝缘的基本特性。
2. 较系统地掌握波过程的基础理论、电力系统中雷电过电压和主要内部过电压产生机理及防护措施、正确理解电力系统绝缘配合的基本概念。
基本要求：1. 本课程的基本任务之一是解决电气设备在高电压下的绝缘问题，因此必须系统地掌握电气设备绝缘结构基本特性，掌握电介质的主要电气特性，了解电介质在高电压作用下的放电现象、影响因素和提高其抗电强度的措施。
2. 在掌握波过程等理论基础上，要求掌握电力系统中雷电过电压和主要内部过电压的产生机理和影响因素。
对过电压的各种保护装置和防雷接线是按有关规程规定的，是电力系统中采用的行之有效的措施，应掌握它们的工作原理和使用方法。
三、与本专业其他课程的关系本课程是“电力系统及其自动化”专业的一门主要专业课程。
本课程的先修课程有：高等数学、工程数学、电工原理、电机学、电子技术基础、电力系统分析等。
本课程要求应考者具有较好的数学、物理和电路知识，同时具有一定的电机学、电子技术等方面的知识。
第二部分考核内容与考核目标第1章气体放电的基本物理过程一、学习目的与要求本章介绍了气体（尤其是空气）绝缘介质在高电压作用下由绝缘变成导体（即发生击穿）的规律，并对气体介质的击穿电压在低气压短间隙的均匀电场中进行了定量的分析与计算，在不均匀电场或高气压下的击穿电压进行了定性的分析。
第一章 气隙的击穿特性(二)解读
（二）利用空间电荷畸变电场的作用
极不均匀电场中击穿前发 生电晕放电，利用放电产生 的空间电荷改善电场分布， 提高击穿电压 直径D＝20mm及16mm时 ，击穿电压曲线的直线部分 和尖一板间隙相近 导 线 直 径 减 为 3mm 以 至 0.5mm 时，击穿电压曲线 的直线部分陡度大为增加， 曲线逐渐与均匀电场中的相 近 —— “细线效应”
（三）极不均匀电场中屏障的采用
在电场极不均匀的空气 间隙中，放入薄片固体 绝缘材料（例如纸或纸 板），在一定条件下， 可以显著提高间隙的击 穿电压 原理是屏障积聚空间电 荷，改善电场分布 随着屏障位臵不同，击 穿电压发生了很大的变 化，尖电极的极性不同 ，屏障的影响也有别
尖电极为正极性
§1.8 沿面放电
均匀电场中的沿面放电
极不均匀电场具有强垂直分量时的沿面放电
极不均匀电场具有弱垂直分量时的沿面放电
固体介质表面有水膜时的沿面放电
绝缘子污染状态下的ຫໍສະໝຸດ 面放电沿面放电的几种典型电场分布形式 （a）均匀电场；（b）弱垂直分量的不均匀电场；（c）强垂直分量的不均匀电场
气体 氮 二氧化碳 六氟化硫 氟利昂 四氯化碳 化学组成 N2 CO2 SF6 CCl2F2 CCl4 分子量 28 44 146 121 153.8 相对电气强度 1.0 0.9 2.32.5 2.42.6 6.3 液化温度/ 0C -195.8 -78.5 -63.8 -28 +76
高电压技术(赵智大)1-2章总结讲诉
绪论高电压技术是一门重要的专业技术基础课；随着电力行业的发展，高压输电问题越来越得到人们的重视；高电压、高场强下存在着一些特殊的物理现象；高电压试验在高电压工程中起着重要的作用。
气体的绝缘特性与介质的电气强度研究气体放电的目的：了解气体在高电压（强电场）作用下逐步由电介质演变成导体的物理过程掌握气体介质的电气强度及其提高方法高压电气设备中的绝缘介质有气体、液体、固体以及其它复合介质。
气体放电是对气体中流通电流的各种形式统称。
由于空气中存在来自空间的辐射，气体会发生微弱的电离而产生少量的带电质点。
正常状态下气体的电导很小，空气还是性能优良的绝缘体；在出现大量带电质点的情况下，气体才会丧失绝缘性能。
自由行程长度单位行程中的碰撞次数Z的倒数λ即为该粒子的平均自由行程长度。
()λ-=xexP令x=λ，可见粒子实际自由行程长度大于或等于平均自由行程长度的概率是36.8%。
带电粒子的迁移率k=v/E它表示该带电粒子单位场强（1V/m）下沿电场方向的漂移速度。
电子的质量比离子小得多，电子的平均自由行程长度比离子大得多热运动中，粒子从浓度较大的区域运动到浓度较小的区域，从而使分布均匀化，这种过程称为扩散。
电子的热运动速度大、自由行程长度大，所以其扩散速度比离子快得多。
产生带电粒子的物理过程称为电离，是气体放电的首要前提。
光电离i W h ≥νc λν=气体中发生电离的分子数与总分子数的比值m 称为该气体的电离度。
碰撞电离附着：当电子与气体分子碰撞时，不但有可能引起碰撞电离而产生出正离子和新电子，而且也可能会发生电子与中性分子相结合形成负离子的情况。
电子亲合能：使基态的气体原子获得一个电子形成负离子时所放出的能量，其值越大则越易形成负离子。
电负性：一个无量纲的数，其值越大表明原子在分子中吸引电子的能力越大带电粒子的消失1到达电极时，消失于电极上而形成外电路中的电流2带电粒子因扩散而逸出气体放电空间3带电粒子的复合复合可能发生在电子和正离子之间，称为电子复合，其结果是产生一个中性分子；复合也可能发生在正离子和负离子之间，称为离子复合，其结果是产生两个中性分子。
气隙击穿特性
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
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
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，主要有两种典型的极不均匀 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。
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，性的两种方式：50%冲击击穿
OG为视在半峰值时间 T2
（也称为波长时间）
气体介质电气强度
一、均匀和稍不均匀电场气隙的击穿特性
1、均匀电场气隙的击穿电压
a、分散性小
直流、工频交流电压（也包括冲击电压）作用下 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 24.55δ d + 6.66 δ d
(kV )
d：间隙距离； δ ：空气相对密度；Ub击穿电压峰值
及其极性有关，其值在0.4～1.0的范围内变化,具体取
值国家标准中有规定。
2、对湿度的校正
大气中所含的水气分子能俘获自由电子而形 成负离子，这对气体中的放电过程显然起着抑制 作用，可见大气的湿度越大，气隙的击穿电压也 会增高。
在均匀和稍不均匀电场中，放电开始时，整个气 隙的电场强度都较大，电子的运动速度较快，不 易被水气分子所俘获，因而湿度的影响就不太明 显，可以忽略不计。
d<1m时，棒棒和棒板几乎一样，但d增大后， 差别变 大；显著特征：“饱和”特性
极不均匀电场的工频击穿电压和间隙距离的关系
随着气隙长度增大，棒-板气隙的平均击穿场强 明显降低，即存在“饱和”现象
3、雷电冲击电压作用下气隙的击穿特性
T1 = 1.2µs ± 30%
T2 = 50µs ± 20%
冲击系数β： β = Ub50
由于极不均匀电场气隙被击穿前一定先出现 电晕放电，所以在一定条件下，还可以利用放电 本身所产生的空间电荷来调整和改善空间的电场 分布，以提高气隙的击穿电压。
3、采用屏障改善电场分布（极不均匀电场）
由于气隙中的电场分布和气体放电的发展 过程都与带电粒子在气隙空间的产生、运动和 分布密切有关，所以在气隙中放置形状和位置 合适、能阻碍带电粒子运动和调整空间电荷分 布的屏障，也是提高气体介质电气强度的一种 有效方法。
高电压技术4、气隙的击穿特性
真空间隙的击穿电压和电极材料、电极表面的光洁度 及清洁度(包括吸附气体的多少及种类)等多种因素有 关，分散性很大，因而也可利用上述击穿处理法来提 高间欧的击穿电压。 在电力设备中目前还很少采用高真空。因为在电力设 备的绝缘结构中，总还得采用各种固态、液态绝缘材 料，在真空中这些绝缘材料会逐渐释出气体，使真空 无法保持。所以只是在一些特殊场合(如真空断路器— 一真空不只是绝缘性能好，而且还具有很好的灭弧能 力)才采用高真空作绝缘。
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：
U b 24.22d 6.08 d kV (峰值)
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 不同电压波形作用下，击穿电压（峰值、 U击50% ） 基本相同 b、不同于极不均匀电场，直到击穿为止不发生电晕 C、稍不均匀电场不对称时，虽有极性效应，但不明显
５、高强度气体的采用
气体 氮 二氧化碳 六氟化硫 氟利昂 四氯化碳 化学组成 N2 CO2 SF6 CCl2F2 CCl4 分子量 28 44 146 121 153.8 相对电气强 度 1.0 0.9 2.32.5 2.42.6 6.3 液化温度/ 0C -195.8 -78.5 -63.8 -28 -76
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为视在播前 OF为视在播前时间 Tf
Tf 1.67(t 2 t 1 )
OG为视在半峰值时间 Tt （也称为波尾时间）
国标规定： Tf
1.2s 30%
Tt 50s 20%
b、操作冲击电压波 国标规定：
气体间隙击穿理论
非持续作用电压雷电冲击过电压、操作冲击过电压持续时间极短（以微秒计），放电发展速度不能忽略不计。
间隙的击穿电压与作用电压的波形（即作用时间）有很大关系用伏秒特性来表达气隙的击穿特性伏秒特性以斜角波电压为例说明考虑放电时延的必要性在间隙上缓慢地施加电压，达到静态击穿电压U 0后，间隙中开始发展起击穿过程。
但击穿需一定时间∆τ= t l ，在此时间内电压上升击穿完成时间隙上的电压应为U 0+∆Utu U ∆∆⋅∆=∆/τ例如某间隙的静态击穿电压为50kV ，放电时延为如果电压上升的平均陡度为，与50kV 相比，可以忽略电压上升的平均陡度：，与50kV 相比，不能忽略V/S 10s )105/(V 1050733=××−V/S 10s )105/(V 10501063=××−S 106−=∆τV 10107=∆×=∆τU KV 101010=∆×=∆τU伏秒特性的制订方法工程上用间隙上出现的电压最大值和放电时间的关系来表征间隙在冲击电压下的击穿特性伏秒特性用实验方法求取放电时间具有分散性，实际上伏秒特性是以上、下包线为界的一个带状区域伏秒特性的应用Ｓ２对Ｓ1起保护作用在高幅值冲击电压作用下，Ｓ２不起保护作用气隙击穿电压的概率分布无论何种作用电压，气隙的击穿电压都有分散性，但分散程度不同接近正态分布：用50%击穿电压U和相对标50准偏差σ来表示，表3-2-1耐受电压：工程中将对应于（99%以上）的电压最为耐受电压U50(1-3σ)——击穿几率99.86%球—球间隙极性效应：当d＞D/4，大地对电场的畸变作用使间隙电场分布不对称：电场最强的电极为负极性时的击穿电压略低于正极性时的数值电场均匀程度影响：同一间隙距离下，球电极直径越大，击穿电压也越高照射效应：增大气隙中出现有效电子的概率，减小击穿电压的分散性直流电压下的击穿电压¾极性效应：棒—棒电极间的击穿电压介于极性不同的棒—板电极之间¾击穿电压与间隙距离接近正比，平均击穿场强：正棒—负板：4.5kV/cm负棒—正板：l0kV/cm棒—棒：4.8~5.0kV/cm工频电压下的击穿电压¾击穿在棒的极性为正、电压达到幅值时发生¾间隙距离小于2.5cm，击穿电压和距离近似直线关系¾平均击穿场强(幅值)：棒—棒间隙为5.36kV/cm，棒—板间隙为4.8kV/cm¾“饱和现象”：距离加大，平均击穿场强明显降低，棒—板间隙尤为严重d＝1m， 5 kV/cmd＝l０m，2 kV/cm¾在图所示范围内击穿电压和间隙距离呈直线关系¾棒—板间隙有明显的极性效应，棒—棒间隙也有不大的极性效应操作冲击电压下空气的击穿电压极不均匀电场中的操作冲击50％击穿有许多特点¾极性效应正极性下50％击穿电压比负极性下低，所以也更危险¾电场分布的影响“邻近效应”：接地物体靠近放电间隙会显著降低其正极性击穿电压，但能多少提高一些负极性击穿电压¾“饱和”现象：和工频电压下类似，棒—板间隙更严重¾分散性大：波前时间在数十到数百微秒之间，U50的标准偏差约为5％；波前时间超过1000µs以后，可达8％¾波形的影响在一定的波前时间范围内，U50 甚至会比工频击穿电压低，呈现出“Ｕ形曲线”放电时延和空间电荷(形成及迁移)这两类不同因素的影响所造成的对应极小值的波前时间随着间隙距离加大而增加，对7m以下的间隙，在50∼200µs之间1、改进电极形状以改善电场分布 增大电极曲率半径减小表面场强。
2.3大气条件对气隙击穿特性的影响及校正
我国国家标准规定：对于安装在海拔 高于1000m、但不超过4000m处的电力设 施外绝缘，其试验电压U应为平原地区外 绝缘的试验电压Up乘以海拔校正因数Ka 即：
式中H为安装点的海拔高度，单位是m。
小 结
在不同大气条件和海拔高度下所得出的 击穿电压实测数据都必须换算到某种标 准条件下才能互相进行比较。 对空气密度、湿度和海拔，分别有不同 的校正方法。
除了在气隙长度不大、电场也比较均 匀或长度虽大、但击穿电压仍随气隙长 度呈线性增大(如雷电冲击电压)的情况 下，上式仍可适用外，其他情况下的空 气密度校正因数应按下式求取： 式中指数m，n与电极形状、气隙长度、 电压类型及其极性有关，其值在0.4～ 1.0的范围内变化,具体取值国家标准中 有规定。
在极不均匀电场中，湿度的影响就很明 显了，这时可以用下面的湿度校正因数 来加以修正：
式中的因数k与绝对湿度和电压类型 有关，而指数ω之值则取决于电极形状、 气隙长度、电压类型及其极性。
三、对海拔的校正
我国幅员辽阔，有不少电力设施(特 别是输电线路)位于高海拔地区。随着海 拔高度的增大，空气变得逐渐稀薄，大 气压力和相对密度减小，因而空气的电 气强度也将降低。 海拔高度对气隙的击穿电压和外绝缘 的闪络电压的影响可利用一些经验公式 求得。
第三节 大气条件对气隙击穿特 性的影响及校正
对空气密度的校正 对湿度的校正 对海拔的校正
前面介绍的不同气隙在各种电压下的 击穿特性均对应于标准大气条件和正常 海拔高度。 由于大气的压力、温度、湿度等条件 都会影响空气的密度、电子自由行程长 度、碰撞电离及附着过程，所以也必然 会影响气隙的击穿电压。 海拔高度的影响亦与此类似，因为随 着海拔高度的增加，空气的压力和密度 均下降。
高电压-气体间隙的击穿强度
高电压工程基础
4、伏秒特性 一个间隙要发生击穿，不仅需要足够高的电压，
而且还必须有充分的电压作用时间。 同一个气隙，冲击电压的峰值较低但延续时间较
长，在此电压作用下，可能被击穿；冲击电压的峰值 较高但持续时间较短，可能反而不被击穿。
对于冲击电压波，气隙的击穿电压与该电压的波 形有很大的关系。其击穿电压不能简单地用单一的击 穿电压值表示，而必须用电压峰值和延续时间两者共 同表示。
式中 d —间隙距离，cm；δ —空气相对密度。
Ub/kV
400 100
10
10.01 0.1
1
10 d/cm
均匀电场中空气 的击穿场强（峰 值）为30kV/cm。
2、稍不均匀电场中的击穿
高电压工程基础
稍不均匀电场中各处的场强差异不大，间隙中任何一处 若出现自持放电，必将立即导致整个间隙的击穿。所以对稍 不均匀的电场，任何一处自持放电的条件，就是整个间隙击 穿的条件。
均匀和稍不均匀电场下， β ≈1； 极不均匀电场中， β >1，冲击击穿电压的分散性也
较大。
高电压工程基础
因为U50% 只是在一定波形下对应于某个固定击穿时间 的击穿电压，所以它不能代表任何击穿时间下间隙的 击穿电压。即U50%不能全面反映间隙的冲击击穿特性。 同一间隙在不同波形的冲击电压作用下，其U50% 是不 同的，如无特别说明，一般指用标准波形做出的。
（2）r/R >0.1时，稍不均匀电场， 击穿前不出现电晕，且由图可见， 当r/R ≈0.33时击穿电压出现极大值 （上述电气设备在绝缘设计时尽 量将r/R选取0.25~0.4的范围内）。
2、稍不均匀电场中的击穿
（3）其他形状的电极布置
高电压工程基础
3.3 大气条件对气隙击穿电压的影响
U U 0
201Байду номын сангаас-3-15 第三章 气体间隙的电气强度
空气密度校正
气隙不很长(例如不超过1m)时：上式 能足够准确地适用于各种电场型式和 各种电压类型下作近似的工程估算。
更长的空气间隙：击穿电压与大气条 件变化的关系，并不是一种简单的线 性关系，而是随电极形状、电压类型 和气隙长度而变化的复杂关系。
式中指数m，n与电极形状、气隙长度、电压
类型及其极性有关，其值在0.4～1.0的范围内 变化,具体取值国家标准中有规定。
2013-3-15 第三章 气体间隙的电气强度
2.对空气湿度的校正
对均匀和稍不均匀电场影响很小；
对于极不均与电场，击穿电压随湿 度增加而升高；
1 U U0 Kh
2013-3-15 第三章 气体间隙的电气强度
3.3 大气条件对气隙击穿电压的影响
大气条件与海拔高度对气隙击穿电压 有影响 标准大气条件：
温 度：20℃
绝对湿度：11g/m3
气
2013-3-15
压：101.3kPa（760mmHg)
第三章 气体间隙的电气强度
空气密度校正
击穿电压随空气密度的增加而升高 实验表明，当空气相对密度δ处于 0.95～1.05的范围内时，气隙的击穿 电压几乎与δ成正比，因而：
2013-3-15 第三章 气体间隙的电气强度
空气密度校正
除了在气隙长度不大、电场也比较均匀 或长度虽大、但击穿电压仍随气隙长度呈 线性增大(如雷电冲击电压)的情况下，上 式仍可适用外，其他情况下的空气密度校 正因数应按下式求取：
P m 273 t0 n Ka ( ) ( ) P0 273 t
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在极不均匀电场中，湿度的影响就很明 显了，这时可以用下面的湿度校正因数 来加以修正：
式中的因数k与绝对湿度和电压类型 有关，而指数ω之值则取决于电极形状、 气隙长度、电压类型及其极性。
三、对海拔的校正
我国幅员辽阔，有不少电力设施(特 别是输电线路)位于高海拔地区。随着海 拔高度的增大，空气变得逐渐稀薄，大 气压力和相对密度减小，因而空气的电 气强度也将降低。 海拔高度对气隙的击穿电压和外绝缘 的闪络电压的影响可利用一些经验公式 求得。
正由于此，在不同大气条件和海拔高 度下所得出的击穿电压实测数据都必须 换算到某种标准条件下才能互相进行比 较。 国标规定的大气条件： 压力：p0=101.3kPa(760mmHg)； 温度：t0=20摄氏度或T0=293K； 绝对湿度：hc=11g/m3。
实验条件下的气隙击穿电压U与标准 大气条件下的击穿电压 之间关系：
在大气条件下，气隙的击穿电压随 的 增大而提高。 实验表明，当 处于0.95～1.05的范围 内时，气隙的击穿电压几乎与 成正比， 即此时的空气密度校正因数 ，因而：
气隙不很长(例如不超过1m)时：上式能 足够准确地适用于各种电场型式和各种 电压类型下作近似的工程估算。 更长的空气间隙：击穿电压与大气条件 变化的关系，并不是一种简单的线性关 系，而是随电极形状、电压类型和气隙 长度而变化的复杂 复杂关系。 复杂
上式不仅适用于气隙的击穿电压，也 适用于外绝缘的沿面闪络电压。
在进行高压试验时，也往往要根据实 际试验时的大气条件，将试验标准中规 定的标准大气条件下的试验电压值换算 得出实际应加的试验电压值。 下面分别讨论各个校正因数的取值：
一、对空气密度的校正
空气密度与压力和温度有关。由教材 第13页式(1-19)可知，空气的相对密度：
第三节 大气条件对气隙击穿特 性的影响及校正
对空气密度的校正 对湿度的校正 对海拔的校正
前面介绍的不同气隙在各种电压下的 击穿特性均对应于标准大气条件和正常 海拔高度。 由于大气的压力、温度、湿度等条件 都会影响空气的密度、电子自由行程长 度、碰撞电离及附着过程，所以也必然 会影响气隙的击穿电压。 海拔高度的影响亦与此类似，因为随 着海拔高度的增加，空气的压力和密度 均下降。
除了在气隙长度不大、电场也比较均 匀或长度虽大、但击穿电压仍随气隙长 度呈线性增大(如雷电冲击电压)的情况 下，上式仍可适用外，其他情况下的空 气密度校正因数应按下式求取： 式中指数m，n与电极形状、气隙长度、 电压类型及其极性有关，其值在0.4～ 1.0的范围内变化,具体取值国家标准中 有规定。
我国国家标准规定：对于安装在海拔 高于1000m、但不超过4000m处的电力设 施外绝缘，其试验电压U应为平原地区外 绝缘的试验电压Up乘以海拔校正因数Ka 即：
式中H为安装点的海拔高度，单位是m。
小 结
在不同大气条件和海拔高度下所得出的 击穿电压实测数据都必须换算到某种标 准条件下才能互相进行比较。 对空气密度、湿度和海拔，分别有不同 的校正方法。
二、对湿度的校正
• 正如上一章“负离子的形成”一段中所 介绍的那样，大气中所含的水气分子能 俘获自由电子而形成负离子，这对气体 中的放电过程显然起着抑制作用，可见 大气的湿度越大，气隙的击穿电压也会 增高。
在均匀和稍不均匀电场中，放电开始时， 整个气隙的电场强度都较大，电子的运 动速度较快，不易被水气分子所俘获， 因而湿度的影响就不太明显，可以忽略 不计。 例如用球隙测量高电压时，只需要按 空气相对密度校正其击穿电压就可以了， 而不必考虑湿度的影响。