高电压-气体间隙的击穿强度
高电压 技术 提高气体间隙击穿电压的措施
程而显著提高气隙的击穿电压。 在电力设备中实际采用高真空作为绝缘媒质
的情况还不多，主要因为在各种设备的绝缘结构
中大都还要采用各种固体或液体介质，它们在真
空中都会逐渐释出气体，使高真空难以长期保持。
目前高真空仅在
真空断路器中得到实
际应用，真空不但绝
缘性能较好，而且还
350 700
许多高压电气装置的高压出线端(例如电力设备
高压套管导杆上端)具有尖锐的形状，往往需要加装
屏蔽罩来降低出线端附近空间的最大场强，提高电晕
起始电压。屏蔽罩的形状和尺寸应选得使其电晕起始 电压 U c 大于装置的最大对地工作电压 U g简单的屏蔽罩当然是球形屏蔽极，它的半径R
场，其平均击穿场强也不可能超越这一极限，可见
常压下空气的电气强度要比一般固体和液体介质的
电气强度低得多。
如果把空气加以压缩，使气压大大超过
0.1MPa(1atm)，那么它的电气强度也能得到显著的
提高。这主要是因为提高气压可以大大减小电子的
自由行程长度，从而削弱和抑制了电离过程。
如能在采用高气压的同时，再以某些高电气强 度气体（例如SF6气体）来代替空气，那就能获得 更好的效果。
具有很强的灭弧能力，
所以用于配电网中的 真空断路器还是很合 适的。
六、采用高电气强度气体
有一些含卤族元素的强电负性气体电气强度特 别高，因而可称之为高电气强度气体。采用这些气 体来替换空气，可以大大提高气隙的击穿电压，甚 至在空气中混入一部分这样的气体也能显著提高其 电气强度。
但仅仅满足高电气强度是不够的，还必须
很大，立体空间尺寸很大，整体表面又要
十分光洁的电极是不易制作的。
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
《高电压工程基础(第2版)》实验1气体间隙放电实验
实验一气体间隙工频放电实验一、实验目的1．观察交流高压作用下气体的放电现象；2．研究间隙距离、电极形状、电极极性对几种典型电极构成的空气间隙击穿电压的影响。
二、实验内容1．测量标准球隙在不同距离下的击穿电压值，并与球隙的标准值相比较，如有差别分析原因。
2．测量尖-板、尖-尖电极在不同极性直流电压作用下的击穿电压和极间距离的关系。
三、理论概述I．空气间隙（工频或直流作用下）击穿的基本原理在正常大气条件下，当电极间的电场不强时，空气是十分良好的绝缘体。
但当电场强度升高到某一临界值后，空气间隙就丧失其绝缘能力而击穿。
实际工作中遇到的大多数电场都是不均匀电场，所以在设计时，估算所需绝缘和安全距离时，都是以不均匀电场来考虑的。
1．尖-板电极外加电压达到某一数值后，由于尖极附近电场强度较其他地方大，所以在该处首先电离，中性气体分子分离成电子和负离子，产生碰撞游离和电子崩，形成电晕放电。
当尖极为正时，游离出来的电子跑向强场区，很快进入正极，而正离子则形成空间电荷，进一步加强了原来的电场，容易形成流注。
这样就有利于游离区域向负极扩张，容易使游离发展而导致整个间隙的击穿。
当尖极为负时，靠近尖极向该极缓慢移动的正离子使极间电场进一步削弱，这样游离区域难于向正极发展，不容易形成流注。
结果在同一间隙距离下后者比前者的击穿电压高很多。
至于起晕电压，由于负尖易于发射电子，容易形成自持的电晕放电，而正尖只有依靠空间光电离的作用才能形成自持的电晕放电。
故负尖极的电晕起始电压略低于正尖的电晕起始电压。
2．尖-尖电极放电同时由两个尖端开始，放电由正尖向负尖发展。
将尖-板电极与尖-尖电极的情况进行比较，由于尖-板之间的电容稍大于棒棒之间的电容，所以在同一电压作用下，当间隙距离相同时，尖-板间隙中的电荷密度大，最大电场强度也较高。
显然，尖-尖间隙的放电电压要高于正尖—负板的放电电压，但由于尖-尖间隙中正离子形成的空间电荷有利于放电的发展，故其放电电压又低于负尖—正板的放电电压。
高电压习题及解答-章节
第一章气体放电的基本物理过程基本内容和知识点带电粒子的产生和消失电子崩自持放电及其条件汤逊理论和流注理论不均匀电场中的放电过程电子崩：设外界电离因子在阴极附近产生了一个初始电子，如果空间的电场强度足够大，那么该电子在向阳极运动时就会引起碰撞电离，产生一个新电子，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，产生出更多的电子。
依次类推，电子将按几何级数不断增多，像雪崩似地发展，因而这种急剧增大的空间电子流被称为电子崩。
电子崩过程是汤逊理论、流注理论的共同基础。
气体游离的类型主要有哪几种？试作解释。
答气体游离的类型有 4 种，具体为：（1）碰撞游离：电子在电场作用下加速向阳极运动的过程中，获得足够的能量，运动加快并不断与途中其他中性原子发生碰撞，从而激发出自由电子。
这种由于碰撞而产生游离的形式称为碰撞游离。
（2）光游离：正、负带电粒子复合时，都以光子的形式释放出能量，其他中性原子内的电子吸收此能量后变为自由电子。
这种由于光辐射而产生游离的形式称为光游离。
（3）热游离：在高温下，气体内的各种粒子动能增加，当动能超过一定值时，粒子相互碰撞而产生游离。
这种由气体热状态引起的游离方式称为热游离。
（4）表面游离气体中带电粒子的消失有哪几种形式？答气体中带电粒子的消失有以下几种形式：（1）在电场驱动下作定向运动，在到达电极时，消失于电极上而形成外电路中的电流；（2）因扩散现象而逸出气体放电空间；（3）复合。
气体放电的基本特点是什么？解释气体放电现象常用的理论有哪两个？答（1）气体放电的基本特点是：在外电场作用下，气体间隙中带电粒子数增加，气隙击穿时，其中带电粒子数剧增，而在撤去外电场后，气体间隙中带电粒子又消失并恢复其原有的绝缘强度。
（2）解释气体放电现象常用的理论是：汤逊理论和流注理论。
什么叫流注？流注形成的条件是什么？答（1）初始电子崩头部成为辐射源后，就会向气隙空间各处发射光子而引起光电离，如果这时产生的光电子位于崩头前和崩尾附近的强场区内，那么它们所造成的二次电子崩将以大得多的电离强度向阳极发展或汇入崩尾的正离子群中。
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
高电压工程基础(第3章)
• • • •
3. 采用高气压 • 巴申定律 • 需要设备外壳的密封性和机械强度提出很高的要求 4. 采用高抗电强度的气体 • 在气体电介质中，有一些含卤族元素的强电负件气 体，如六氟化硫(SF6)、氟里昂(CCl2F2)等，因其具有 强烈的吸附效应。所以在相同的压力下具有比空气高 得多的抗电强度．因此被称为高抗电强度的气体。 5. 采用高真空 • 真空间隙的击穿电压大致与间隙距离的平方根成正比
• 3.伏秒特性 • 工程上用气隙击穿期间出现的冲击电压的最大值和放电时 间的关系来表征气隙在冲击电压下的击穿特性，称为伏秒 特性。 • 实际上，由于放电时间的分散性．在每一电压下可得到 一系列放电时间。所以伏秒特性曲线是一个带状区域、通 常使用的是平均伏秒特性曲线。 • 均匀和稍不均匀电场气隙的伏秒特性曲线比较平坦，其放 电形成时延较短，比较稳定， • 极不均匀电场气隙的伏秒特性曲线比较陡峭。 • 保护设备（避雷器或间隙）需要伏秒特性曲线尽可能平坦， 并且位于被保护设备的伏秒特性之下且二者永不相交。
第三章 气体电介质的击穿特性
• 根据气体放电理论，可以说明气体放电的基本物 理过程．有助于分析各种气体间隙在各种高电压 下的放电机理和击穿规律。但由于气体放电的发 展过程比较复杂．影响因素较多，气隙击穿的分 散性较大，所以要想利用理论计算的方法来获取 各种气隙的击穿电压相当困难。因此通常都是采 用试验的方法来得到某些典型电极所构成的气隙 在各种电压下的击穿特性，以满足工程设计的需 要。 • 气隙的电场形式对气隙的击穿特性影响较大。此 外气隙所加电压的类型对气隙的击穿特性也有很 大关系。
三、极不均匀电场气隙在稳态电压下的击穿 特性 • 在极不均匀电场的气隙中，“棒一板”间 隙和“棒一棒”间隙具有典型意义。前者 具有最大的不对称性，后者则具有完全的 对称性。其他类型的极不均匀电场气隙的 击穿特性均介于这两种典型气隙的击穿特 性之间。
高电压技术-名词解释题
高电压技术-名词解释题绝缘配合：综合考虑系统中可能出现的各种过电压、保护装置特性及设备的绝缘特性，确定设备的绝缘水平及其使用，从而使设备绝缘故障率或停电事故率降低到经济上和运行上可以接受的水平。
吸收比:指被试品加压60秒时的绝缘电阻与加压15秒时的绝缘电阻之比。
雷击跳闸率：指每100KM线路每年由雷击引起的跳闸次数。
雷暴日：指某地区一年四季中有雷电放电的天数，一天中只要听到一次及以上雷声就是一个雷暴日。
伏秒特性：对某一冲击电压波形，间隙的击穿电压和击穿时间的关系称为伏秒特性。
气体击穿：气体由绝缘状态变为导电状态的现象称为击穿。
耐雷水平：雷击时线路绝缘不发生闪络的最大雷电流幅值。
自恢复绝缘:发生击穿后，一旦去掉外加电压，能恢复其绝缘性能的绝缘。
输电线路耐雷水平:雷击时线路绝缘不发生闪络的最大雷电流幅值。
进线段保护:进线段保护就是在接近变电所1~2km的一段线路上架设避雷线谐振过电压:当系统进行操作或发生故障时，某一回路自振频率与电源频率相等时，将发生谐振现象，导致系统中某些部分(或设备)上出现的过电压。
电气距离:避雷器与各个电气设备之间不可避免地要沿连接线分开一定的距离。
绝缘配合:就是综合考虑电气设备在系统中可能承受的各种作用电压，合理地确定设备必要的绝缘水平，达到在经济上和安全运行上总体效益最高的目的。
自持放电:不需要靠外界电力因数的作用，由放电过程本身就可以不断地供给引起后继电子崩的二次电子。
雷电日和雷电小时:雷电日是该地区1年中有雷电的天数。
雷电小时是该地区1年中有雷电的小时数。
击杆率.雷击杆塔次数与雷击线路总次数之比。
50%冲击放电电压U50% ：放电概率为50%时的冲击放电电压避雷线的保护角指避雷线和外侧导线的连线与避雷线的垂线之间的夹角，用来表示避雷线对导线的保护程度。
保护角愈小，避雷线就愈可靠地保护导线免遭雷击。
接地电阻接地装置对地电位u与通过接地极流入地中电流i的比值称为接地电阻。
高电压-气体间隙的击穿强度
图为标准雷电冲击电压 下棒—板及棒—棒间隙 的U50%和距离的关系。
棒—板间隙具有明显的 极性效应，棒—棒间隙 也具有不大的极性效应。 这是由于大地的影响， 使不接地的棒极附近电 场增强的缘故。 U50%与间隙距离间保持 良好的线性关系。
高电压工程基础
1.正棒-板 2.正棒-棒(接地) 3.负棒-棒(接地) 4. 负棒-板
高电压工程基础
伏秒特性曲线主要用来比较不同设备绝缘的冲击击穿特性。
如果一个电压同时作用在两个并联的气体间隙S1和S2上，其中 一个气隙先击穿，则电压波被短接截断，另一个就不会再击穿。
S2始终处于S1的下方，在 任何电压波形下， S2都 比S1的先被击穿。
这个原则如用于保护装置 和被保护设备，则就是 S2保护了S1。
延
具
有
未击穿 分
散
性
50%伏 秒特性
100%伏 秒特性
0%伏秒 特性
点：50%冲 击击穿电压
高电压工程基础
伏秒特性的形状与间隙中电场的均匀程度有关。 对于均匀或稍不均匀电场因平均场强高，放电时 延短，故曲线比较平坦，且分散性较小。
对于极不均匀电场平均击穿场强较低，放电时延 较长，其伏秒特性随放电时间的减少有明显上翘， 且分散性较大。
电场越均匀，同样间隙距离下的击穿电压越 高，其极限就是均匀电场中的击穿电压。
高电压工程基础
2、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；
电场不对称时，击穿电压有极性效应，但不显著。
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 。
高电压技术复习总结
⾼电压技术复习总结第2章⽓体放点的基本物理过程（这章⽐较重要，要记得知识点很多，要认真看）在第⼆章标题下⾯有⼀句话“与固体和液体相⽐·········”（1.电离是指电⼦脱离原⼦的束缚⽽形成⾃由电⼦、正离⼦的过程．电离是需要能量的，所需能量称为电离能Wi(⽤电⼦伏eV表⽰，也可⽤电离电位Ui=Wi/e表⽰)2.根据外界给予原⼦或分⼦的能量形式的不同，电离⽅式可分为热电离、光电离、碰撞电离（最重要）和分级电离。
3.阴极表⾯的电⼦溢出：（1）正离⼦撞击阴极：正离⼦位能⼤于2倍⾦属表⾯逸出功。
（2）光电⼦发射：⽤能量⼤于⾦属逸出功的光照射阴极板。
光⼦的能量⼤于⾦属逸出功。
（3）强场发射：阴极表⾯场强达到106V/cm（⾼真空中决定性）（4）热电⼦发射：阴极⾼温4.⽓体中负离⼦的形成：电⼦与⽓体分⼦或原⼦碰撞时，也有可能发⽣电⼦附着过程⽽形成负离⼦，并释放出能量（电⼦亲合能）。
电⼦亲合能的⼤⼩可⽤来衡量原⼦捕获⼀个电⼦的难易，越⼤则越易形成负离⼦。
负离⼦的形成使⾃由电⼦数减少，因⽽对放电发展起抑制作⽤。
SF6⽓体含F，其分⼦俘获电⼦的能⼒很强，属强电负性⽓体，因⽽具有很⾼的电⽓强度。
5.带点质点的消失：（1）带电质点的扩散：带电质点从浓度较⼤的区域向浓度较⼩的区域的移动，使带电质点浓度变得均匀。
电⼦的热运动速度⾼、⾃由⾏程⼤，所以其扩散⽐离⼦的扩散快得多。
（2）带电质点的复合：带异号电荷的质点相遇，发⽣电荷的传递和中和⽽还原为中性质点的过程，称为复合。
带电质点复合时会以光辐射的形式将电离时获得的能量释放出来，这种光辐射在⼀定条件下能导致间隙中其他中性原⼦或分⼦的电离。
6.⽓体间隙中电流与外施电压的关系：第⼀阶段：电流随外施电压的提⾼⽽增⼤，因为带电质点向电极运动的速度加快复合率减⼩第⼆阶段：电流饱和，带电质点全部进⼊电极，电流仅取决于外电离因素的强弱（良好的绝缘状态）第三阶段：电流开始增⼤，由于电⼦碰撞电离引起的电⼦崩第四阶段⾃持放电：电流急剧上升放电过程进⼊了⼀个新的阶段（击穿）外施电压⼩于U0时的放电是⾮⾃持放电。
《高电压技术》辅导资料三
高电压技术辅导资料三主题：第一章介子在强电场下的特性（第7-8节）学习时间：2013年10月14日－10月20日内容：我们这周主要学习第一章第七、八节“各种电压作用下气隙的特性”、“大气条件对空气间隙击穿电压的影响及提高气体介质强度的方法”的相关内容。
希望通过下面的内容能使同学们加深对气隙放电的理解以及了解大气环境下的击穿电压和提高气体介质强度的方法。
第七节各种电压作用下气隙的特性（1）概述气体间隙的击穿电压和电场分布、电压种类都有很大关系。
也就是说气隙的击穿特性取决于电场形式和外加电压类型。
通常，有如下划分：电场形式：均匀电场，稍不均匀电场，极不均匀电场。
在间隙距离相同的情况下，通常电场越均匀，击穿电压越高。
外加电压类型：直流电压稳态电压工频交流电压雷电过电压冲击电压操作过电压（2）均匀电场气隙的击穿在均匀电场中，不存在极性效应，起始场强等于击穿场强。
直流、工频、冲击电压作用下的击穿电压相同，击穿电压分散性很小。
空气间隙的击穿电压经验公式：Ub=24.55δd+6.4（δd）0.5 kVUb－击穿电压峰值，kVδ－空气的相对密度d－间隙距离，ｃｍ间隙距离比较小（d＝1 ～10cm）时，可以用这个经验公式估算，均匀电场中空气的电气强度大致为Eb=30kV/cm（3）稍不均匀电场与均匀电场相似，一旦出现局部放电，立即导致整个间隙的完全击穿。
稍不均匀电场中直到击穿为止不发生电晕；电场不对称时，极性效应不明显（但是存在）。
直流击穿电压、工频击穿电压（幅值）、50%冲击击穿电压基本上相等，击穿电压的分散性质也不大。
该电场中，电场越均匀，相同间隙距离下的击穿电压越高，其极限是均匀电场中的击穿电压。
该电场中，不能形成稳定的电晕放电，电晕起始电压就是其击穿电压，所以负极性下击穿电压略低于正极性下的数值（可参见上一周内容的极性效应相关内容）。
（4）极不均匀电场在极不均匀电场中，有持续的局部放电，空间电荷积累导致显著的极性效应。
空气间隙的击穿电压
空气间隙的击穿电压1. 引言空气间隙的击穿电压是指在一定条件下，当电场强度达到一定数值时，空气中会发生放电现象，形成导电通道。
这种现象被称为击穿，而此时的电场强度称为击穿电压。
空气间隙的击穿电压是研究和应用高压、高电场领域的重要参数之一。
2. 空气间隙的基本特性空气作为一种绝缘体，在正常情况下具有较高的绝缘性能。
然而，在某些情况下，如高压条件下或存在缺陷时，空气会发生击穿现象。
空气间隙的基本特性可以通过以下几个方面来描述：2.1 击穿机理空气中发生击穿过程主要涉及两个因素：自由电子产生和离子化过程。
当存在足够大的电场强度时，自由电子会被加速并与原子碰撞产生新的自由电子和离子。
这些自由电子和离子进一步加速，并引发更多碰撞和离子化反应，最终形成导电通道。
2.2 影响因素空气间隙的击穿电压受到多种因素的影响，包括： - 气体性质：空气中的成分和含湿量会影响击穿电压。
通常情况下，纯净干燥的空气具有较高的击穿电压。
- 电极形状和距离：电极之间的距离越小，击穿电压越低。
不同形状和尺寸的电极也会对击穿电压产生影响。
- 温度：温度升高会导致空气分子动能增加，从而降低击穿电压。
- 外加场强：外加场强越大，击穿电压越低。
2.3 击穿模式空气间隙在发生击穿时可以出现不同的模式，常见的模式包括均匀场击穿、不均匀场击穿和表面放电等。
不同模式下的击穿特性也有所差异。
3. 空气间隙的测量方法为了研究和应用空气间隙的击穿特性，需要进行相应的测量。
常见的空气间隙击穿电压测量方法包括：3.1 直流电压法直流电压法是最简单、常用的测量方法之一。
通过逐渐增加外加直流电压，观察击穿发生的电压值，即可得到空气间隙的击穿电压。
3.2 脉冲电压法脉冲电压法通过施加脉冲状的高电压信号，观察在不同脉冲幅值下的击穿情况，从而确定击穿电压。
3.3 正弦交流电压法正弦交流电压法通过施加正弦形式的交流高电压信号，观察在不同频率和幅值下的击穿现象，得到空气间隙的击穿特性。
高电压 气体间隙的击穿强度(2)
可将测得的放电电压值U换算到标准大气条件的电压值Us：
U
=
Kd Kh
Us
空气密度校正系数 湿度校正因素
Kd
= ⎜⎜⎝⎛
P Ps
⎟⎟⎠⎞
m
⎜⎛ ⎝
273 + ts 273 + t
⎟⎞n ⎠
Kh = K w
¾ 海拔H的影响
其中m、n、w及k的取值取决于电 压的形式、极性和放电距离。
U
=
K AU s
=
1.1 −
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。
（3）极不均匀电场中屏障的使用 有屏障正棒击穿电压提高3～4倍；
Ub＝24.22δ d＋6.08 δ d (kV )
Ub = f ( pd )
高电压工程基础
3.1.2 稍不均匀电场中的击穿
（1）测量球隙 （可测量交、直流电压、及冲击高电压）
a. d<D/4时，电场均 匀，直流、交流和 冲击击穿电压相 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；
有关
大气环境
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气体间隙的击穿 3.6 提高气体间隙击穿电压的措施
高电压工程基础
3.1 稳态电压（直流、工频）下的击穿
3.1.1 均匀电场中的击穿 板－板电极尺寸 eg：高压静电电压表的电极布置 远大于间隙距离
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高电压工程基础
2、稍不均匀电场中的击穿
（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）。
电场不对称时，击穿电压有极性效应，但不显著。
击穿前有电晕发生，但不稳定，一出现电晕，立即导致 整个间隙击穿。 间隙距离一般不是很大，放电发展所需时间短。直流击 穿电压、工频击穿电压峰值及50%冲击击穿电压几乎一
致，且分散性不大。
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2、稍不均匀电场中的击穿 稍不均匀电场的击穿电压与电场均匀度关系 极大，没有能够概括各种电极结构的统一的经验 公式。通常是对一些典型的电极结构做出一批实
验数据，实际的电极结构只能从典型电极中选取
类似的进行结构估算。 电场越均匀，同样间隙距离下的击穿电压越 高，其极限就是均匀电场中的击穿电压。
高电压工程基础
2、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。
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。
高电压工程基础Leabharlann 3.2 雷电冲击电压下的击穿
1、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
d U b＝Em f
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2、稍不均匀电场中的击穿
（3）其他形状的电极布臵 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
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3、极不均匀电场中的击穿
由于存在局部强场区，故间隙击穿前有稳定的
电晕放电，间隙的起始放电电压小于击穿电压。
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影响气体间隙击穿电压的主要因素：
电压形式
稳态电压（直流电压与交流电压）、雷电冲击电压、 操作冲击电压 电场情况
均匀电场、稍不均匀电场、极不均匀电场
大气条件 气压、温度、湿度
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第三章 气体间隙的击穿强度
一、稳态电压下的击穿 二、雷电冲击电压下的击穿 三、操作冲击电压下的击穿
对电极形状不对称的极不均匀电场，有明显的 极性效应。 因间隙距离长，放电发展所需时间长，故外加 电压的波形对击穿电压的影响大，击穿电压的 分散性大。
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极不均匀电场的击穿电压的特点：
电场不均匀程度对击穿电压的影响减弱（由
于电场已经极不均匀），间隙距离对击穿电压的 影响增大。可以选择电场极不均匀的极端情况， 棒—板和棒—棒作为典型电极结构，它们的击穿 电压具有代表性。 在工程遇到很多极不均匀电场时，可以根据
400 100
Ub/kV
均匀电场中空气 的击穿场强（峰 值）为30kV/cm。
0.01 0.1 1 10
10
1
d/cm
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2、稍不均匀电场中的击穿
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。
起始放电电压等于击穿电压。
不论何种电压（直流、交流、正负50%冲击电压）
作用，其击穿电压（峰值）都相同，且分散性很小。
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1、均匀电场中的击穿
均匀电场中空气间隙的击穿电压（峰值）可根据下面 经验公式求得：
Ub＝24.22 d＋6.08 d (kV )
式中 d —间隙距离，cm；δ —空气相对密度。
这些典型电极的击穿电压数据做简单的估算。
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（1）直流电压作用的击穿电压
正棒—负板间隙的击穿 电压最低，负棒—正板 间隙的击穿电压最高， 棒—棒间隙的击穿电压
介于两者之间。
棒—板、棒—棒间隙的直流击 穿电压与间隙距离的关系曲线
高电压工程基础
（2）工频交流电压作用的击穿电压
由于棒—板间隙的击穿总是 发生在棒级为正时的半个周
期且电压达幅值时，故其击 穿电压（峰值）和直流下正 棒—负板时的击穿电压相近。 在电气设备上，应尽量采用 棒-棒类对称型的电极结构， 而避免棒-板类不对称的电极 结构。
棒－棒和棒－板空气间隙的工频 击穿电压（有效值）
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小 结：
1、均匀电场的击穿特点
击穿前无电晕、无极性效应、各种电压作用时其击穿电压 （峰值）都相同。
直流电压： 直流中所含的脉动分量的脉动系数不大于3%。 （脉动系数是指脉动幅值与直流电压的平均值之比） 直流电压的大小指直流电压的平均值。 交流电压：
波形接近于正弦波，正、负两半波相同，峰值与有
效值之比为 2 ，偏差不超过 5%
高电压工程基础
1、均匀电场中的击穿 因电极布臵对称，所以击穿电压无极性效应。 因击穿前间隙各处场强相等，击穿前无电晕发生，
四、大气密度和湿度对击穿的影响
五、提高气体间隙击穿电压的措施
高电压工程基础
3.1 稳态电压下的击穿
稳态电压（持续电压）指直流电压或工频交流电压。 特点： 电压变化的速度和间隙中放电发展的速度相 比极小，故放电发展所需的时间可以忽略不计， 只要作用于间隙的电压达到击穿电压，间隙就会
发生击穿。
高电压工程基础
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
高电压工程基础
2、放电时延
完成气隙击穿的三个必备条件：
足够大的电场强度或足够高的电压
在气隙中存在能引起电子崩并导致流注和主放电的