气隙的击穿特性共42页文档
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4、气隙的击穿特性
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） 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
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、
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
一、持续作用电压下气隙的击穿特性
2、放电时延
t L tS t f
统计时延 t s ：从电压达到 U s 的瞬时 起到气隙出现第一个有效电子止 放电发展时间 t f ：从形成第一个有效 电子的瞬时起到到气息完全击穿止
Us
升压时间 t0 ：电压从零升到静态击穿 电压 U 的时间
s
放电时延特点： a、小间隙、均匀场：t L 短， t s占主要部分
工频交流（也包括冲击 电压）作用下的击穿电 压大致相同； b、当d >D/4时，电场不
均匀度增大，击穿电场
4、气隙的击穿特性
见397、398页的击穿电压表 （注意：当球间距离大于0.5D时，不是线性关系）
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-板间隙：5.0kV/cm （略微不对称）
b、极间障的采用
３、增高气压（巴申定律的应用）
提高气压可以减小电子的平均自由行程，削弱电离过程， 从而提高气体的电气强度。 例如，大气压力下空气的电气强度仅约为变压器油的1 ／5～1／8，而提高压力至1一1.5MPa后，空气的电 气强度就和一般的液、固态绝缘材料如变压器油、电瓷、 云母等的电气强度相接近了。 压缩空气绝缘及其它压缩气体绝缘近年来在一些电气设 备(如高压空气断路器、高压标准电容器等)中已得到采 用。采用压缩气体的缺点是对设备容器的机械强度及密 封等方面的要求提高了，从而增加了制造成本。
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。 2．应具有良好的化学稳定性，不易腐蚀设备中的其它材 料，无毒，不会爆炸，不易燃烧，即使在放电过程中也不 易分解等。 3．经济上应当合理，价格便宜，能大量供应。
Tf 250s 20% Tt 2500s 60%
2.放电时延 t L t S t f
统计时延 t s ：从电压达到 U 0 的瞬时起 到气隙出现第一个有效电子止
放电发展时间 t f ：从形成第一个有效电 子的瞬时起到到气息完全击穿止 间隙中出现一个能引起电离过程并最终导致击穿
高电压技术4、气隙的击穿特性
K U U K
K d —空气密度修正系数； K n — 湿度修正系数
2、 SF6 高强度气体
其电气强度是空气耐电强度的2.3~2.5倍,其原因为： 1、分子量大（为146），密度大（相同条件下，是空气的5倍）， 属重气体。
2、具有负电性，易俘获电子，减少了引起电离的电子数。
SF6绝缘的全封闭组合电器： 除变压器外变电站所有设备被 封闭在金属容器内，里边充有3~4 个大气压的SF6气体，大大缩小了 高压电气设备所需的空间。 目前也出现气体绝缘变压器。
的电子称为有效电子 升压时间 t 0 ：电压从零升到静态击穿电 压 U 0 的时间
放电时延特点：
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
a、小间隙、均匀场：t L 短， t s 占主要部分
４、高真空的采用（巴申定律的应用）
采用高度真空和提高气压类似，也可削弱间隙中的 碰撞电离过程从而显著增高间隙的击穿电压。
间隙距离较小时，间隙的击穿和阴极的强场放射密切有关(击 穿前电场已很强，足以引起强场放射了)。由于强场放射造成 很大的电流密度，导致电极局部过热，释放气体，金属气化， 破坏了真空，从而引起击穿。 间隙距离较大时，击穿是由所谓全电压效应引起的。随着间隙 距离及击穿电压的增加，电子从阴极到阳极经过了巨大的电位 差，积聚了极大的动能。高能电子轰击阳极时能使阳极释放出 正离子及辐射出光子。正离子及光子达到阴极后又将加强阴极 的表面电离。在此反复过程中产生越来越大的电子沉，使电极 局部气化，导致间隙击穿，这就是全电压效应。由于全电压效 应，所以真空中随着距离加大，平均击穿场强越来越低。电极 表面上附有不牢固的微小质点对真空间隙的击穿电压也有很大 影响。这些质点脱离电极后，又被电场加速，撞击对面电极， 使电极局部气化，导致真空间隙击穿。
气隙击穿特性
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
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）
气隙的击穿特性
屏障离尖电极过近，屏 障效应将随之而减弱
尖电极为负极性
屏障离开尖电极一定距 离，设置屏障反而将 降低间隙的击穿电压 屏障离尖电极过近，仍 有相当的屏降效应
工频电压下屏障的作用 设置屏障可以显著提高间隙的击穿电压。
雷电冲击电压下屏障的作用
尖电极具有正极性时，设置屏障可显著提高间 隙的击穿电压 负极性时设置屏障后，间隙的击穿电压和没有 屏障时相差不多
“饱和”现象
和工频电压下类似，极不均匀电场中操作冲击50％击穿 电压和间隙距离的关系具有明显的“饱和”特征（雷 电冲击50％击穿电压和距离大致呈线性关系 ）
50％击穿电压极小值的经验公式
U 50 min 3 .4 8 1 d MV
式中 d — 间隙距离，m 上式对于１ 20m的长间隙和试验结果很好地符合
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 2．应具有良好的化学稳定性，不易腐蚀设备中的其 它材料，无毒，不会爆炸，不易燃烧，即使在放电 过程中也不易分解等 3．经济上应当合理，价格便宜，能大量供应
d＝l０m，2 kV/cm
三、雷电冲击电压下空气的击穿电压 及伏秒特性
1. 雷电流是冲击波形的，故由雷闪放电引起 的高电压也具有冲击波形
2. 雷电冲击电压标准波形
Tl＝1.2s（30%）
T2＝50s（20%）
3. 雷电冲击50％击穿电压
在多次施加电压时，其中半数导致击穿的电压，工程 上以此来反映间隙的耐受冲击电压的特性
高电压技术-气隙击穿特性
国标规定：
Tf 250s20% Tt 2500s60%
2.放电时延 tLtStf
统计时延 t s ：从电压达到 U 0 的瞬时起
到气隙出现第一个有效电子止
放电发展时间 t f ：从形成第一个有效电 子的瞬间时隙起中到到出气现息一完个全能击穿引止起电离过程并最终导致击穿 升压时的间电t 0子：称电为压有从零效升电到子静态击穿电 压 U 0统的计时间时延服从统计规律的原因：
4.8kV(峰值)/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为视在播前
OF为视在播前时间 T f
T f 1.6(7 t2t1) OG为视在半峰值时间 T t
（也称为波尾时间）
国标规定：Tf 1.2s3% 0 Tt 5 0s2% 0
b、操作冲击电压波
气隙的击穿特性
不同性质电压作用下气隙的击穿特性 不同气体种类和状态气隙的击穿特性
不同性质电压作用下气隙的击穿特性
电压种类
持续电压：直流、交流 冲击电压：雷电冲击、操作冲击
电场分布情况：电极形状、间隙距离、电压极性
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、交流、50%冲击击穿电压基本相同 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：
1、大四pK气、 d、t状不实 p态p0同际 (气m气状 温22体态7、7的 3状3气t毫 t气 0态压巴 n压 、和、湿种温度度 类0C等气因隙素的) 击穿特性 对p气0、t隙0 击标穿准电状压态的的 影1气 响01毫 压 3 巴、 温度 200C
a、空通气常密m度 n的 1影响：空气气隙的相击对密穿度：电压与密度成正比 b、空此气时湿K度d 的 影响：气 隙实标验准击条状件况穿下下的的电空空气气压密密度度与湿度成正比
Tf 250s20% Tt 2500s60%
2.放电时延 tLtStf
统计时延 t s ：从电压达到 U 0 的瞬时起
到气隙出现第一个有效电子止
放电发展时间 t f ：从形成第一个有效电 子的瞬间时隙起中到到出气现息一完个全能击穿引止起电离过程并最终导致击穿 升压时的间电t 0子：称电为压有从零效升电到子静态击穿电 压 U 0统的计时间时延服从统计规律的原因：
4.8kV(峰值)/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为视在播前
OF为视在播前时间 T f
T f 1.6(7 t2t1) OG为视在半峰值时间 T t
（也称为波尾时间）
国标规定：Tf 1.2s3% 0 Tt 5 0s2% 0
b、操作冲击电压波
气隙的击穿特性
不同性质电压作用下气隙的击穿特性 不同气体种类和状态气隙的击穿特性
不同性质电压作用下气隙的击穿特性
电压种类
持续电压：直流、交流 冲击电压：雷电冲击、操作冲击
电场分布情况：电极形状、间隙距离、电压极性
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、交流、50%冲击击穿电压基本相同 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：
1、大四pK气、 d、t状不实 p态p0同际 (气m气状 温22体态7、7的 3状3气t毫 t气 0态压巴 n压 、和、湿种温度度 类0C等气因隙素的) 击穿特性 对p气0、t隙0 击标穿准电状压态的的 影1气 响01毫 压 3 巴、 温度 200C
a、空通气常密m度 n的 1影响：空气气隙的相击对密穿度：电压与密度成正比 b、空此气时湿K度d 的 影响：气 隙实标验准击条状件况穿下下的的电空空气气压密密度度与湿度成正比
4 气隙的击穿特性(高电压技术)
K U= U K
Kd —空气密度修正系数； Kn — 湿度修正系数 空气密度修正系数；
2、 SF6高强度气体
其电气强度是空气耐电强度的2.3 2.5倍 其原因为： 其电气强度是空气耐电强度的2.3~2.5倍,其原因为： 2.3~ 1、分子量大（为146），密度大（相同条件下，是空气的5倍）， 分子量大（ 146），密度大（相同条件下，是空气的5 ），密度大 属重气体。 属重气体。 2、具有负电性，易俘获电子，减少了引起电离的电子数。 具有负电性，易俘获电子，减少了引起电离的电子数。 SF6绝缘的全封闭组合电器： 绝缘的全封闭组合电器： 除变压器外变电站所有设备 被封闭在金属容器内， 被封闭在金属容器内，里边充有 3~4个大气压的 3~4个大气压的SF6气体，大大 个大气压的SF 气体， 缩小了高压电气设备所需的空间。 缩小了高压电气设备所需的空间。
Kd
1、大气状态(气温、气压、温度 0C) 大气状态(气温、气压)、湿度等因素) ( 、湿度等因素) ( p、t − 实际状态的气压毫巴 对气隙击穿电压的影响毫巴)、温度200 C) (1013 ( p 、t − 标准状态的气压
0 0
p = p 0
m
273+t0 273+t
d：间隙距离； 间隙距离；
δ ：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 与均匀电场相似， 不同电压波形作用下，击穿电压（峰值、 U击50% ） 不同电压波形作用下，击穿电压（峰值、 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 不同于极不均匀电场， C、稍不均匀电场不对称时，虽有极性效应，但不明显 稍不均匀电场不对称时，虽有极性效应，
The End Thank You
气隙击穿特性
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
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