第3章 气体间隙的击穿强度
气体间隙的击穿强度
钢 铜
铝 锌
稍不均匀电场中高真空的直 流击穿电压与电极材料的关
系 在完全相同的实验条件下，击穿电压随电极材料熔点的 提高而增大，因为强场发射电流达到临界电流密度，致使金 属微细突起物迅速熔化成金属蒸气导致击穿。
钢电极T＝293K 铜电极T＝80K 铜电极T＝293K
电极材料与电极温度对高真空交流击穿 对电极电采压取的冷影却响措施具有与提高电极材料熔点相同的 效果，也可使击穿电压提高。
（3）其他形状的电极布置
球状电极的电场不均匀系数 大于相同半径的圆柱电极；
间隙距离增大时，电场不均 匀系数也增大。
U b＝Em
d f
➢ 极不均匀电场中的击穿
不对称布置的极不均匀场间隙的极性效应很明显，而且 其击穿的极性效应与稍不均匀场间隙相反。
尖－板和尖－尖空气间隙的直
棒－棒和棒－板空气间隙 的工频
（3）极不均匀电场中屏障的使用
直流电压下尖－板空气间隙的
击穿电压和屏障位置的关系
屏障应靠近尖电极，使比较均
正尖－板间隙中屏障
匀的电场区扩大。但离尖电极过
屏障的靠作近用尖电极或板 近时，屏障上空间电荷的分布将
电极时，屏障效应消失，正、 变得不均匀而使屏障效应减弱，
负极性下出现很大差别。 因此屏障有一最佳位置。
400 100
10
10.01 0.1
1
10 d/cm
Ub＝24.22 d＋6.08 d (kV )
（1）均匀电场中电极布置对称， 击穿无极性效应；
（2）均匀场间隙中各处电场强 度相等，击穿所需时间极短， 其直流击穿电压、工频击穿电 压峰值、50%冲击击穿电压相同；
（3）击穿电压的分散性很小。
➢ 稍不均匀电场中的击穿
第三章 气隙的电气强度
第三章气隙的电气强度第三章气隙的电气强度本章节的教学内容要求：冲击电压下的气息击穿：标准波形，放电时间，伏秒特性及其实际意义，50%冲击击穿电压，放电的分散性。
大气条件的影响及换算方法，提高气体间隙击穿的措施沿面放电：均匀与不均匀电场中沿面放电的基本过程和影响因素分析，提高沿面放电电压的方法。
§3－1气隙的击穿时间静态击穿电压：长时间作用在气隙上能使得气隙击穿的最低电压。
如果所加电压的瞬时值是变化的，或者所加电压的延续时间很短，则该气隙的击穿电压就不同于静态击穿电压（一般高于）静态击穿电压。
所以，应该说，对于某一气隙，当不同波形的电压作用时，将有相应不同的击穿时间和击穿电压。
一．静态击穿电压Ｕ0使气隙击穿的最小电压二．击穿时间tb从加压的瞬时起到气隙完全击穿为止的总时间由三部分组成１．ｔ0 （升压时间）：电压从零升到静态击穿电压Ｕ0所需的时间２．ｔs （统计时延）：从电压达到Ｕ0 的瞬时起到气隙中形成第一个有效电子为止的时间。
３．ｔf （放电形成（发展）时延）从产生第一个有效电子的瞬时到气隙完全被击穿为止的时间这里所讲的有效电子是指该电子能发展一系列的电离过程，最后导致间隙完全击穿的那个电子。
气隙中出现的自由电子并不一定能成为有效的电子（有效电子－－能发展一系列的游离过uU程，最后导致间隙完全击穿的那个电子）。
这是因为下列原因：有效电子：形成负离子扩散到间隙外游离中途衰亡４．tl （放电时延）：ｔl ＝ｔs ＋ｔftl 的特点：根据电场的不同，ｔl具有分散性和随机性（1）在短间隙、均匀场中ｔf〈〈ｔs→ｔl ＝ｔs即：均匀电场的放电时延ｔl 主要是产生有效电子的时间，ｔs的长短具有统计性质，可取其平均值，称为平均统计时延。
影响ｔs的因素：电极材料、外施电压、短波光照射、电场情况（2）在长间隙不均匀场中，由于电场的不均匀性容易产生有效电子，使ｔf 〉〉ｔs →ｔl ＝ｔf即：不均匀长间隙电场中，先导放电的发展占放电时延的主要部分影响ｔf 的因素：间隙长度、电场均匀度、外加电压§3-2气隙的伏秒特性和击穿电压的概率分布一．标准试验电压波形对于不同性质、不同波形的电压，气隙的击穿电压是不同的。
第3章 气体间隙的击穿强度
（a）SF6和一些氟里昂气体属于强电负性气体，其绝缘强度比空气高得 多，因此用于电气设备时其气压不必太高，使设备的制造和运行得以简 化。
（b）氟里昂12（CCI2F2）的绝缘强度与SF6相近，其液化温度也可满足 户内设备的条件，但为保护大气中的臭氧层，国际上早已将氟里昂12列 入第一批需限制和禁用的氟里昂。
学
3.2 雷电冲击电压下的击穿
Ø 冲击电压的标准波形
高电压工程基础
大 Ø 放电时延
工气体击穿的必备条件： （1）电场足够高或电压足够大 （2）气隙中存在有效电子
理 波前时间
半峰值时间
标准雷电波的波形： T1=1.2μs±30％， T2=50μs±20％ 对于不同极性：+1.2/50μs或-1.2/50μs
（3）一定的时间
高电压工程基础
安 操作冲击波的波形： T1=250μs±20％， T2=2500μs±60％
对于不同极性：+250/2500μs或-250/2500μs
西 高电压工程基础
高电压工程基础
Ø 放电时延
Ø 50％击穿电压及冲击系数
临界 击穿电压
统计时延：从外施电 压达Uo时起，到出现 一个能引起击穿的初 始电子崩所需的第一 个有效电子所需时间
高电压工程基础
学
高电压工程基础
3.1 稳态电压下的击穿
大 Ø 均匀电场中的击穿
Ub/kV
eg：高压静电电压表的电极布置
静电电压表
特点：
400
工 100
10
理 10.01 0.1
1
10 d/cm
（1）均匀电场中电极布置对 称，击穿无极性效应；
（2）均匀场间隙中各处电场强 度相等，击穿所需时间极短， 其直流击穿电压、工频击穿电 压峰值、50%冲击击穿电压相
第三章 气隙的电气强度
第三章 气隙的电气强度本章节的教学内容要求：冲击电压下的气息击穿：标准波形，放电时间，伏秒特性及其实际意义，50%冲击击穿电压，放电的分散性。
大气条件的影响及换算方法，提高气体间隙击穿的措施沿面放电：均匀与不均匀电场中沿面放电的基本过程和影响因素分析，提高沿面放电电压的方法。
§3－1气隙的击穿时间静态击穿电压：长时间作用在气隙上能使得气隙击穿的最低电压。
如果所加电压的瞬时值是变化的，或者所加电压的延续时间很短，则该气隙的击穿电压就不同于静态击穿电压（一般高于）静态击穿电压。
所以，应该说，对于某一气隙，当不同波形的电压作用时，将有相应不同的击穿时间和击穿电压。
一．静态击穿电压Ｕ0使气隙击穿的最小电压二．击穿时间tb从加压的瞬时起到气隙完全击穿为止的总时间由三部分组成１．ｔ0 （升压时间）：电压从零升到静态击穿电压Ｕ0所需的时间２．ｔs （统计时延）：从电压达到Ｕ0 的瞬时起到气隙中形成第一个有效电子为止的时间。
３．ｔf （放电形成（发展）时延）从产生第一个有效电子的瞬时到气隙完全被击穿为止的时间这里所讲的有效电子是指该电子能发展一系列的电离过程，最后导致间隙完全击穿的那个电子。
气隙中出现的自由电子并不一定能成为有效的电子（有效电子－－能发展一系列的游离过程，最后导致间隙完全击穿的那个电子）。
这是因为下列原因：有效电子：形成负离子扩散到间隙外游离中途衰亡UuU４．tl （放电时延）：ｔl ＝ｔs ＋ｔftl 的特点：根据电场的不同，ｔl 具有分散性和随机性（1）在短间隙、均匀场中ｔf 〈〈ｔs → ｔl ＝ｔs即：均匀电场的放电时延ｔl 主要是产生有效电子的时间，ｔs 的长短具有统计性质，可取其平均值，称为平均统计时延。
影响ｔs 的因素：电极材料、外施电压、短波光照射、电场情况（2）在长间隙不均匀场中，由于电场的不均匀性容易产生有效电子，使ｔf 〉〉ｔs → ｔl ＝ｔf即：不均匀长间隙电场中，先导放电的发展占放电时延的主要部分影响ｔf 的因素：间隙长度、电场均匀度、外加电压§3-2气隙的伏秒特性和击穿电压的概率分布一．标准试验电压波形对于不同性质、不同波形的电压，气隙的击穿电压是不同的。
气体间隙的击穿强度
碰撞电离击穿模型
总结词
碰撞电离击穿模型认为气体间隙的击穿是由于气体分子在强电场下被加速并与其他气体分子发生碰撞 ，导致气体分子电离，形成导电通道。
详细描述
在强电场的作用下，气体分子被加速并获得能量。这些能量使得气体分子之间的碰撞变得更加剧烈。 当气体分子与其他气体分子发生碰撞时，碰撞会产生足够的能量，使气体分子电离，形成导电通道。 随着导电通道数量的增加，气体间隙的击穿最终会发生。
论支持和技术指导。
谢谢
THANKS
04 气体间隙击穿的未来研究方向
CHAPTER
高压气体间隙的击穿特性研究
总结词
高压气体间隙的击穿特性研究是当前研究的 热点之一，对于理解气体间隙的击穿机制和 优化高压设备的设计具有重要意义。
详细描述
随着电力和能源领域的发展，高压气体间隙 的应用越来越广泛，如高压电容器、气体绝 缘开关等。然而，高压气体间隙的击穿特性 研究仍存在许多挑战，如高电场强度下的电 子崩塌机制、气体分子与电极表面的相互作 用等。未来的研究需要深入探讨这些机制，
气体间隙 气体间隙击穿强度概述 • 气体间隙击穿的理论模型 • 气体间隙的实际应用 • 气体间隙击穿的未来研究方向
01 气体间隙击穿强度概述
CHAPTER
定义与特性
定义
气体间隙的击穿强度是指气体在电场 作用下，从绝缘状态转变为导电状态 所需的最低电场强度。
特性
气体间隙的击穿强度与气体的种类、 压力、温度、电场均匀程度以及气体 中的杂质和水分等因素有关。
影响因素
气体压力
气体压力越高，击穿强度越大。
电场均匀度
电场越均匀，击穿强度越高。
气体种类
不同气体的击穿强度存在差异， 如空气、氮气、氦气等，其击 穿强度依次递增。
第三章 气隙的电气强度
第三章 气隙的电气强度本章节的教学内容要求：冲击电压下的气息击穿：标准波形，放电时间，伏秒特性及其实际意义，50%冲击击穿电压，放电的分散性。
大气条件的影响及换算方法，提高气体间隙击穿的措施沿面放电：均匀与不均匀电场中沿面放电的基本过程和影响因素分析，提高沿面放电电压的方法。
§3－1气隙的击穿时间静态击穿电压：长时间作用在气隙上能使得气隙击穿的最低电压。
如果所加电压的瞬时值是变化的，或者所加电压的延续时间很短，则该气隙的击穿电压就不同于静态击穿电压（一般高于）静态击穿电压。
所以，应该说，对于某一气隙，当不同波形的电压作用时，将有相应不同的击穿时间和击穿电压。
一．静态击穿电压Ｕ0使气隙击穿的最小电压二．击穿时间tb从加压的瞬时起到气隙完全击穿为止的总时间由三部分组成１．ｔ0 （升压时间）：电压从零升到静态击穿电压Ｕ0所需的时间２．ｔs （统计时延）：从电压达到Ｕ0 的瞬时起到气隙中形成第一个有效电子为止的时间。
３．ｔf （放电形成（发展）时延）从产生第一个有效电子的瞬时到气隙完全被击穿为止的时间这里所讲的有效电子是指该电子能发展一系列的电离过程，最后导致间隙完全击穿的那个电子。
气隙中出现的自由电子并不一定能成为有效的电子（有效电子－－能发展一系列的游离过程，最后导致间隙完全击穿的那个电子）。
这是因为下列原因：有效电子：形成负离子扩散到间隙外游离中途衰亡UuU４．tl （放电时延）：ｔl ＝ｔs ＋ｔftl 的特点：根据电场的不同，ｔl 具有分散性和随机性（1）在短间隙、均匀场中ｔf 〈〈ｔs → ｔl ＝ｔs即：均匀电场的放电时延ｔl 主要是产生有效电子的时间，ｔs 的长短具有统计性质，可取其平均值，称为平均统计时延。
影响ｔs 的因素：电极材料、外施电压、短波光照射、电场情况（2）在长间隙不均匀场中，由于电场的不均匀性容易产生有效电子，使ｔf 〉〉ｔs → ｔl ＝ｔf即：不均匀长间隙电场中，先导放电的发展占放电时延的主要部分影响ｔf 的因素：间隙长度、电场均匀度、外加电压§3-2气隙的伏秒特性和击穿电压的概率分布一．标准试验电压波形对于不同性质、不同波形的电压，气隙的击穿电压是不同的。
第3章 气体间隙的击穿强度
的U50 %越准确。
U50% 与静态击穿电压U0的比值称为冲击系数 β。
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。
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。
若两球对称布置，其中任何一球都不接地，测量对地对称的直流电 压时，无极性效应，但通常是一球接地使用，如图1.12所示，由于 大地的影响，电场分布不对称，因而有极性效应。
11
Ub/kV （峰值）
当d<D/4时，击穿特性 与均匀电场相似，无极性 效应；
正极性直流电 压与冲击电压 负极性直流电 压及冲击电压 气隙距离已超 出用以测量电 压时所推荐的 变动范围
d:间距 f:不均匀系数 Em:最大场强
d U b＝Em f
同轴圆柱
击穿电压随r变化出现极大值可解释 为：当r很大时虽然电场均匀度接近1， 但因气隙距离d＝（R－r）很小，所以Ub 很低；若r过小，虽然此时d增大，但由 于电场不均匀度增大，也会使Ub下降。
d U b＝Em f
（3）其他形状的电极布置
2、稍不均匀电场的击穿特点
击穿前无稳定电晕、极性效应不明显、各种电压作用下的击 穿电压几乎一致。
3、极不均匀电场的击穿特点
击穿前有稳定的电晕、有明显的极性效应、各种电压波形对 击穿电压影响很大。
冲击电压 就是作用 时间极为短暂 的电 压，一般指雷电冲击和操作冲击电压。 前者是由雷电造成的 幅值高、陡度大、 作用时间极短的冲击电压；后者是由 电力系统操作或发生事故时，因状态 发生突然变化引起的持续时间较长、 幅值高于系统相电压几倍的冲击电压 。
第3章气体间隙的击穿强度
2. 冲击系数
2. 多次施加电压时有半数 同一间隙的50％冲击击穿
会 3. 导致击穿的电压值Ub50 。
Ub0 Ub503
电压与稳态击穿电压Uss之比 。
高电压技术
伏－秒特性
伏－秒特性：在同一冲击电压波形下，击穿电压值与放电 时延（或电压作用时间）有关的特性。
用实验确定间隙伏－秒特性的方法：保持冲击电压的波形
（3）其他形状的电极布置
高电压技术
球状电极的电场不均匀系数 大于相同半径的圆柱电极； 间隙距离增大时，电场不均 匀系数也增大。
U
＝
b
Em
d f
高电压技术
极不均匀电场中的击穿
不对称布置的极不均匀场间隙的极性效应很明显，而且 其击穿的极性效应与稍不均匀场间隙相反。
尖－板和尖－尖空气间隙的直流击穿电压
高真空的采用
高电压技术
击穿机理：
强场发射造成很大的电流密度，导致电极局部过热并 释放出气体，发生金属气化，破坏了真空，故引起击穿。
击穿电压 击穿场强
间隙距离对击穿的影响：
规律：击穿场强随间距的增加而降低。
原因：随着间隙距离及击穿电压的增大， 电子从阴极到阳极经过了巨大的电位差， 积聚了很大的动能。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 离子及光子到达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 电子流，使电极局部气化，导致击穿。
（2）氟里昂12（CCI2F2）的绝缘强度与SF6相近，其液化温度也可满足 户内设备的条件，但为保护大气中的臭氧层，国际上早已将氟里昂12列 入第一批需限制和禁用的氟里昂。
（3）SF6的价格较高，用于断路器时（气压在0.7MPa左右）液化温度 不能满足高寒地区要求，在工程应用中有时采用SF6混合气体。已得到 应用的混合气体是SF6-N2混合气体，通常其混合比在50%∶50%左右， 其液化温度能满足高寒地区要求，绝缘强度约为纯SF6的85％左右。 （4）SF6气体温室效应相当于CO2的23900倍，且SF6气体不会自然分解， 在大气中寿命长达3200年。因此目前的技术发展趋势是在SF6用气量大 的气体绝缘管道输电线中改用SF6含量较小的N2-SF6混合气体（SF6的含 量为20％时，混合气体的绝缘强度为纯SF6的75％左右）。
第三章气隙的电气强度
（四）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
除了起始部分外，击穿 电压和距离近似直线关 系
棒 — 棒 3 . 8 kV/cm， 棒 — 板低：极性效应
“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/cm
d＝l０m，2 kV/cm
图3-5-2 棒—棒和棒和板空气间隙的 工频击穿电压与间隙距离的关系
1. 直流电压下的击穿电压
➢ 棒—板间隙：棒具有正 极性时，平均击穿场强 约 为 4.5kV/cm ； 棒 具 有 负极性时约为l0kV/cm
➢ 棒—棒间隙的平均击穿 场强约为5.4kV/cm
➢ 极性效应：
U负棒 正板 U棒 棒 U正棒 负板
2. 工频电压下的击穿电压
击穿在棒的极性为正、 电压达到幅值时发生
一、 我国的国家标准所规定的标准大气条件为：
压力 p0 =101.3kpa； 温度 t0 =20℃ 或 T0 = 293K； 绝对湿度 hc =11g / m3 。
二、大气条件对击穿电压影响
气隙的击穿电压随大气密度或湿度的增加而升高
原因：
①大气密度升高而击穿电压升高：随着空气密度 的增大，气体中自由电子的平均自由程缩短了，不易 造成撞击电离。
1 0.9
周期性双指数波。T1——视在波前时 0.5
间；
T2——视在半峰值时间 ；Um—
0.3 0
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施围 邱毓昌 张乔根 编著 刘青（西安科技大学） 制作
高电压工程基础
第3章 气体间隙的击穿强度
3.1 稳态电压下的击穿 3.2 雷电冲击电压下的击穿 3.3 操作冲击电压下的击穿 3.4 大气密度和湿度对击穿的影响 3.5 SF6气体间隙中的击穿 3.6 提高气体间隙击穿电压的措施
导线－导线
棒－棒
棒－板
导线－杆塔支柱
长空气间隙的交流击穿电压
高电压工程基础
（2）利用空间电荷对原电场的畸变作用 例如利用电晕放电产生的空间电荷来改善极不均匀场 间隙中电场分布，从而提高间隙的击穿电压。 但应该指出，上述细线效应只存在于一定的间隙距离 范围之内，间隙距离超过一定值，细线也将产生刷状放电， 从而破坏比较均匀的电晕层，使击穿电压与尖－板或尖－ 尖间隙的相近了。另外，此种提高击穿电压的方法仅在持 续作用电压下才有效，在雷电冲击电压下并不适用。
高电压工程基础
高气压的采用
均匀电场中几种绝缘介质的击穿电压与距离的关系
1－2.8MPa的空气 2－0.7MPa的SF6 3－高真空 4－变压器油 5－0.1MPa的SF6 6－大气
高电压工程基础
强电负性气体的应用
（1）SF6和一些氟里昂气体属于强电负性气体，其绝缘强度比空气高得 多，因此用于电气设备时其气压不必太高，使设备的制造和运行得以简 化。 （2）氟里昂12（CCI2F2）的绝缘强度与SF6相近，其液化温度也可满足 户内设备的条件，但为保护大气中的臭氧层，国际上早已将氟里昂12列 入第一批需限制和禁用的氟里昂。 （3）SF6的价格较高，用于断路器时（气压在0.7MPa左右）液化温度 不能满足高寒地区要求，在工程应用中有时采用SF6混合气体。已得到 应用的混合气体是SF6-N2混合气体，通常其混合比在50%∶50%左右， 其液化温度能满足高寒地区要求，绝缘强度约为纯SF6的85％左右。 （4）SF6气体温室效应相当于CO2的23900倍，且SF6气体不会自然分解， 在大气中寿命长达3200年。因此目前的技术发展趋势是在SF6用气量大 的气体绝缘管道输电线中改用SF6含量较小的N2-SF6混合气体（SF6的含 量为20％时，混合气体的绝缘强度为纯SF6的75％左右）。
d U b＝Em f
高电压工程基础 （3）其他形状的电极布置 球状电极的电场不均匀系数 大于相同半径的圆柱电极； 间隙距离增大时，电场不均 匀系数也增大。
d U b＝Em f
高电压工程基础
极不均匀电场中的击穿
不对称布置的极不均匀场间隙的极性效应很明显，而且 其击穿的极性效应与稍不均匀场间隙相反。
1. 50％击穿电压 2. 冲击系数 同一间隙的50％冲击击穿 多次施加电压时有半数会 导致击穿的电压值Ub50 。
Ub0 Ub50 3
电压与稳态击穿电压Uss之比 。
高电压工程基础
伏－秒特性
伏－秒特性：在同一冲击电压波形下，击穿电压值与放电 时延（或电压作用时间）有关的特性。 用实验确定间隙伏－秒特性的方法：保持冲击电压的波形 不变，逐渐升高电压使间隙发生击穿，并根据示波图记录 击穿电压U与击穿时间t。
电极材料与电极温度对高真空交流击穿电压的影响
对电极采取冷却措施具有与提高电极材料熔点相同的效 果，也可使击穿电压提高。
高电压工程基础 （2）同轴圆柱电极 （eg：高压标准电容器、单芯电缆、GIS分相母线） （1）r/R<0.1时，极不均匀电场， 击穿前先出现电晕，且Uc的值很 低，因此上述电气设备均不设计 在这一r/R范围内。 （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）。
击穿电压
击穿场强
高电压工程基础
钢
铜
铝 锌
稍不均匀电场中高真空的直流击穿电 压与电极材料的关系
在完全相同的实验条件下，击穿电压随电极材料熔点的 提高而增大，因为强场发射电流达到临界电流密度，致使金 属微细突起物迅速熔化成金属蒸气导致击穿。
高电压工程基础
钢电极T＝293K 铜电极T＝80K 铜电极T＝293K
Ub/kV
10
1
0.01
0.1
1
10
d/cm
Ub＝24.22 d＋6.08 d (kV )
高电压工程基础
稍不均匀电场中的击穿
（1）球间隙 （eg：高压实验室中的测量球隙）
a. d<D/4时，电场均 匀，直流、交流 和冲击电压击穿 电压相同；
b. d>D/4时，电场不 均匀程度增大， 击穿场强下降， 出现极性效应； c. 球隙测压器的工 作范围d≤D/2；否 则因放电分散性 增大，不能保证 测量的精度。
高电压工程基础 （3）极不均匀电场中屏障的使用
直流电压下尖－板空气间隙的 击穿电压和屏障位置的关系
正尖－板间隙中屏障的作用
屏障靠近尖电极或板电 极时，屏障效应消失，正、 负极性下出现很大差别。
屏障应靠近尖电极，使比较 均匀的电场区扩大。但离尖电极 过近时，屏障上空间电荷的分布 将变得不均匀而使屏障效应减弱， 因此屏障有一最佳位置。
操作冲击电压下击穿的U形曲线
工频击穿 场强 电压作用时间增加 后空间电荷迁移范 围扩大，改善了间 隙中电场分布，击 穿电压提高
Eb随tf 的减小而 增大是放电时延 在起作用，与雷 电冲击电压相似
棒－棒
导线－板
（1）长空气间隙的操作冲击击穿通常发生在波前部分，因而其 击穿电压仅与波前时间有关。 （2）当波前时间tf为100～300μs时，击穿场强出现极小值。出 现极小值的波前时间随间隙距离的增加而增大。
高电压工程基础
3.1 稳态电压下的击穿
均匀电场中的击穿
eg：高压静电电压表的电极布置 特点：
400 100
（1）均匀电场中电极布置对称， 击穿无极性效应； （2）均匀场间隙中各处电场强 度相等，击穿所需时间极短， 其直流击穿电压、工频击穿电 压峰值、50%冲击击穿电压相同； （3）击穿电压的分散性很小。
（3）间隙距离越大，“2”与“3”的击穿 电压的差别越大。
3.4 棒板间隙距离1～20m：U min＝ MV 8 1＋ d
Ua 其它间隙：k＝ Ur
高电压工程基础
3.4 大气密度和湿度对击穿的影响
大气校正因数
根据国家标准，利用校正因数可将测得的放电电压值换 算到标准大气条件（t0＝20℃，p0＝101.3kPa，h0＝11g/m3） 的电压值，或将标准参考大气条件下规定的试验电压值换算 为试验条件下的电压值。
高电压工程基础
放电时延
统计时延：从外施电 压达Uo时起，到出现 一个能引起击穿的初 始电子崩所需的第一 个有效电子所需时间 放电形成时延：从出 现第一个有效自由电 子时起，到放电过程 完成所需时间，即电 子崩的形成和发展到 流注等工程基础
50％击穿电压及冲击系数
尖－板和尖－尖空气间隙的直流击穿电压
棒－棒和棒－板空气间隙的工频 击穿电压（有效值）
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3.2 雷电冲击电压下的击穿
冲击电压的标准波形
波前时间
半峰值时间
标准雷电波的波形： T1=1.2μs±30％， T2=50μs±20％ 对于不同极性：+1.2/50μs或-1.2/50μs
操作冲击波的波形： T1=250μs±20％， T2=2500μs±60％ 对于不同极性：+250/2500μs或-250/2500μs
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高真空的采用
击穿机理： 强场发射造成很大的电流密度，导致电极局部过热并 释放出气体，发生金属气化，破坏了真空，故引起击穿。 间隙距离对击穿的影响：
规律：击穿场强随间距的增加而降低。
原因：随着间隙距离及击穿电压的增大， 电子从阴极到阳极经过了巨大的电位差， 积聚了很大的动能。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 离子及光子到达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 电子流，使电极局部气化，导致击穿。
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操作冲击电压的推荐波形
a. T1/T2=250(±20％) / 2500(±60％) μs b.振荡操作波
长空气间隙在操作冲击电压下的击穿强度
雷电冲击
特点：
操作冲击
（1）长间隙的雷电冲击击穿电压远比操 作冲击击穿电压要高； （2）间隙长度超过5m时呈现饱和趋势。
最小击穿 电压
U U0 Kt
U0 U / Kt
Kt K1K2
2. 湿度校正因素
1. 空气密度校正系数
K1＝
m
p 273＋t0 ＝ p0 273＋t
K2＝K W
高电压工程基础 3. 指数m和W
g＝
UB 500 L K
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3.6 提高气隙击穿电压的措施
改善电场分布的措施
（1）改变电极形状 例如采用屏蔽罩、扩径导线等增大电极曲率半径，或 改善电极边缘形状以消除边缘效应。
击穿发生在波前或 峰值，取此刻值 击穿发生在波 尾，取峰值
50%伏 秒特性
100%伏 秒特性 50%冲击 击穿电压 未击穿 0%伏秒 特性
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绝缘的 伏－秒特性
避雷器的 伏－秒特性
电气设备绝缘的伏－秒特性和避雷器的伏－秒特性 （a）正确配合 （b）不正确配合
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3.3 操作冲击电压下的击穿