高电压技术

“棒—板”气隙具有最大的不对称性。
➢ 其他的极不均匀电场气隙
击穿情况均处于这两种极端Байду номын сангаас况的击穿特性之间；
按其电极的对称度用这两种气隙的击穿特性曲线来估计。
➢ 棒极端面的具体形状影响
当极间距离不大时，特别是在棒极带正极性时，与击穿电 压有一定关系。
当极间距离较大时，对气隙的击穿电压没有明显影响，故
值大约处于100～500μs 之间。
《高电压技术》第三讲 18
第二章 气体介质的电气强度
第三节 极不均匀电场气隙的击穿特性
5、操作冲击电压
➢ 击穿特点
（1）波形对气隙的电气强度有很大的影响。
（2）在各种类型的作用电压中，以操作冲击电压下 的电气强度为最小。
50%操作冲击击穿电压极小值U50%(min) 可用下面的经验公式求得
几种典型电极结构示意图 15、、同圆心柱球－平板2、6球、－圆平柱板－圆3柱、球7－、球曲面4－、《平同高面轴电圆压8柱技、术曲》面第－三曲讲面 7
第二章 气体介质的电气强度
第二节 稍不均匀电场气隙的击穿特性
3、稍不均匀电场实例
➢ 球间隙
高电压试验中用来测量高电压幅值的球隙 测量器
➢ 同轴圆桶
工频交流电压和直流电压统称为稳态电压，以区别于存 在时间很短、变化很快的冲击电压。气隙在稳态电压作 用下的击穿电压即为静态击穿电压Us。
《高电压技术》第三讲 2
第二章 气体介质的电气强度
第一节 均匀电场中气体击穿的发展过程
1、通常只有间隙不太大时的击穿电压试验数据
均匀电场中空气间隙的击穿电压峰值随间隙距离d的变化 《高电压技术》第三讲 3
《高电压技术》第三讲 15
第二章 气体介质的电气强度
第三节 极不均匀电场气隙的击穿特性
4、雷电冲击电压
➢ 空气中棒间隙的工频击穿电压（幅值）和雷电冲击50%击穿电压 的近似计算公式如下表（标准大气条件，极间距离 d>40cm）。
气隙
电压类型
近似计算公式 气隙 (d,cm;Ub,kV)
电压类型
近似计算公式 (d,cm;Ub,kV)
d=1～10cm 的范围内，其击穿场强约为 30kv/cm 。
《高电压技术》第三讲 5
第二章 气体介质的电气强度
第二节 稍不均匀电场气隙的击穿特性
1、击穿特点
➢ 击穿前无稳定电晕； ➢ 无明显的极性效应； ➢ 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； ➢ 击穿电压的分散性小； ➢ 击穿电压和电场不均匀程度关系大，所以
击穿特性介于上述“棒—板” 气隙在两种极性下的击穿 特性之间。
《高电压技术》第三讲 11
第二章 气体介质的电气强度
第三节 极不均匀电场气隙的击穿特性
2、直流电压
《高电压技术》第三讲 12
第二章 气体介质的电气强度
第三节 极不均匀电场气隙的击穿特性
3、工频交流电压
➢ 棒板气隙的击穿总是发生在棒极为正极性的那半周 峰值附近，其工频击穿电压的峰值与正极性直流击 穿电压相近；
通常在绝缘设计中将 r/R 之 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 比选在0.25 ～0.4 的范围内。
r(cm)
《高电压技术》第三讲 9
第二章 气体介质的电气强度
第三节 极不均匀电场气隙的击穿特性
1、极不均匀电场的典型形式
➢ “棒—棒”气隙与“棒—板”气隙
“棒—棒”气隙具有完全的对称性；
第二章 气体介质的电气强度
第一节 均匀电场中气体击穿的发展过程
2、击穿特性
➢ 电极布置对称，无击穿的极性效应； ➢ 均匀电场击穿所需的时间很短； ➢ 直流击穿电压、工频击穿电压峰值以及50％冲击
击穿电压相同； ➢ 击穿电压分散性很小
伏秒特性很快就变平，冲击系数β=1
《高电压技术》第三讲 4
➢ 棒棒间隙的工频击穿电压比棒板高一些。
《高电压技术》第三讲 13
第二章 气体介质的电气强度
第三节 极不均匀电场气隙的击穿特性
3、工频交流电压
➢ 在空气间隙更长时，“棒—板”气隙的平均击穿场 强明显降低，即存在“饱和”现象。
➢ 各种气隙的工频击穿电压的分散性一般不大，其标 准偏差σ值一般不会超过2%～3%。
没有能概括各种电场分布的统一经验公式。
《高电压技术》第三讲 6
第二章 气体介质的电气强度
第二节 稍不均匀电场气隙的击穿特性
2、击穿电压
➢ 通常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结构 进行估算。
➢ 电场越均匀，同样间隙距离下的击穿电压越高， 极限就是均匀电场中的击穿电压。
U ≈δU0
气隙不长（例如不超过1m）时，上式能足够精确的使用于 各种电场形式和各种电压类型下近似的工程估算。
对更长空气间隙来说，击穿电压与大气的关系并不是一种
简单的线性关系。Kd 如下式计算
K d

p p
0
m



273 t 0
273 t
n 式中指数 m ，n
可统称为棒极。
《高电压技术》第三讲 10
第二章 气体介质的电气强度
第三节 极不均匀电场气隙的击穿特性
2、直流电压
➢ 不对称的极不均匀电场（例如“棒—板” 气隙） 在直流电压下的击穿具有明显的极性效应。
“棒—板” 气隙在负极性时的击穿电压大大高于正极性 时的击穿电压。
➢ “棒—棒” 气隙的极性效应则不明显，可忽略不 计。
U
3.4 103 (kV )
50% (min)
1 d
8
当d>15m时，可用下式计算
U (1.4 0.055d )103(kV ) 50% (min)
《高电压技术》第三讲 19
第二章 气体介质的电气强度
第三节 极不均匀电场气隙的击穿特性
5、操作冲击电压
➢ 击穿特点
（3）具有显著的“饱和”特征。
第三节 极不均匀电场气隙的击穿特性
5、操作冲击电压
➢ 击穿特点
（1）波形对气隙的电气强度有很大的影响。
实验表明，气隙的50%操作冲击
击穿电压U50%(s) 与波前时间 Tc 的 关系曲线程“U”型，在某一时间Tc
下U50%(s) 出现极小值U50%(min)
Tc之值随气隙长度d 的增大而增大， 在工程实际中所遇到d的范围内，Tc
工频交流
Ub=70+5.25d
工频交流
Ub=40+5d
棒—棒 正极性雷电冲击 Ub=75+5.6d 棒—板 正极性雷电冲击 Ub=40+5d
负极性雷电冲击 Ub=110+6d
负极性雷电冲击 Ub=215+6.7d
《高电压技术》第三讲 16
第二章 气体介质的电气强度
第三节 极不均匀电场气隙的击穿特性
平均击穿场强随气隙长 度加大而降低。
电气强度最差的正极性 “棒板”气隙的“饱和” 现象最为严重，对发展特 高压输电技术来说是一个 极其不利的制约因素。
《高电压技术》第三讲 20
第二章 气体介质的电气强度
第三节 极不均匀电场气隙的击穿特性
5、操作冲击电压
➢ 击穿特点
（4）气隙击穿电压和放电时间的分散性都要比雷电 冲击电压下大得多。操作冲击电压下，δ约为5% 。
第二章 气体介质的电气强度
第一节 均匀电场中气体击穿的发展过程
3、击穿电压的经验公式
➢ 击穿电压：
U 24.55d 6.66 d (kV ) b
➢ 平均击穿场强
E

U b

24.55
6.66
/ d (kV / cm)
bd
随着极距离 d 的增大，击穿场强 Eb 稍有下降，在
在长空气间隙时，增 大“棒—板”气隙的 长度，已不能有效的 提高其工频击穿电压。
《高电压技术》第三讲 14
第二章 气体介质的电气强度
第三节 极不均匀电场气隙的击穿特性
4、雷电冲击电压
➢ 由于极不均匀电场中的放电时延较长，其冲击系数通常均显著大 于1；
➢ 冲击击穿电压的分散性也较大，其标准偏差σ值可取 3% ➢ 在50%击穿电压下，击穿通常发生在冲击电压的波尾部分。 ➢ 棒极为正极性的击穿电压比负极性时数值低得多。
《高电压技术》第三讲 21
第二章 气体介质的电气强度
第1-3节 小 结
➢均匀电场的击穿特性
击穿前无电晕，无极性效应，各种电压作用 下其击穿电压都相同。
➢稍不均匀电场的击穿特性
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。
➢极不均匀电场的击穿特性
击穿前有稳定的电晕，有明显的极性效应， 外加电压波形对击穿电压影响很大。掌握四 种电压作用下的击穿特点。
习题：2-1、2-3
《高电压技术》第三讲 22
第二章 气体介质的电气强度
第四节 大气条件对气隙击穿特性的影响 及其校正
1、我国的国家标准规定的标准大气条件
压力：p0=101.3kPa(760mmHg)；
温度：t0=20摄氏度或T0=293K；
绝对湿度：hc=11g/m3。
在实际试验条件下的气隙击穿电压U与标准大气条件
第二章 气体介质的电气强度
第二章 气体介质的电气强度 概论
➢在工程实践中，常会遇到对气体介质的电气强度作出定 量估计的情况。 ➢通常采用实验的方法来求取某些典型电极所构成的气隙 的击穿特性，以满足工程实用的需要。某些击穿特性实验 结果已在世界范围内获得广泛认可和采用。 ➢气隙的击穿特性与电场形式及所加电压的类型有很大关 系。
5、操作冲击电压
➢ 目前采用的是±250/2500μs 标准操作冲击波形
u / Um
1
0.5
0
Tcr
T2
t
波前时间Tcr=250μs, 容许偏差±20%； 半峰值时间T2=2500μs, 容许偏差±60% 。 可写成250/2500μs冲击波。
《高电压技术》第三讲 17
第二章 气体介质的电气强度
2.9 p
T
式中，p—气压，kPa；T—温度，K 。
《高电压技术》第三讲 24
第二章 气体介质的电气强度
第四节 大气条件对气隙击穿特性的影响
及其校正
2、对空气密度的校正
➢（2）在大气条件下，气隙的击穿电压随δ的增 大而提高。
当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，即此时的空气密度校正因数 Kd ≈δ，因而
下的击穿电压U0 之间可以通过相应的校正因数进行如下
换算：
U U K K 0d h
Kd——空气密度校正因数；Kh——湿度校正因数。
《高电压技术》第三讲 23
第二章 气体介质的电气强度
第四节 大气条件对气隙击穿特性的影响 及其校正
2、对空气密度的校正
➢（1）空气密度与压力和温度有关。
空气的相对密度：
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 U = Ka
Up
Ka

1.1
1 H 104
式中 H——安装点的海拔高度，m。

值在0.4～1.0的 《高范电围压内技变术化》。第三讲
25
第二章 气体介质的电气强度
第四节 大气条件对气隙击穿特性的影响 及其校正
3、对湿度的校正
➢大气湿度越大，气隙的击穿电压越高。 ➢均匀和稍不均匀电场中，湿度影响不太明显。 ➢极不均匀电场中，湿度影响明显，可用下式修正。
Kh = kω
高压标准电容器和气体绝缘组合电器中的 分相封闭母线筒
《高电压技术》第三讲 8
第二章 气体介质的电气强度
第二节 稍不均匀电场气隙的击穿特性
3、稍不均匀电场实例
➢ 同轴圆桶
U(kV) 140 120 100 80 60 40 20
Ub Uc
如果取同轴圆筒的外筒内半径为
10cm，而改变内筒外直径 r 之值，
那么这一气隙的电晕起始电压Uc和击
穿电压 Ub 随r而变化的规律如左图：
当 r 很小（r<0.1R ) 时，气隙属于
Ub
不均匀电场，击穿前先出现电晕，且
Uc 值很小，而击穿电压 Ub 远大于
Uc。
当 r>0.1R 时，气隙已逐渐转为
稍不均匀电场，Ub≈Uc ，击穿前不
再有稳定的电晕放电，且击穿电压
的极大值出现在 r≈0.33R 左右。
式中因数 k 与绝对温度和电压类型有关，而指数 ω 值取 决于电极形状、气隙长度、电压类型及其极性。
具体值亦可参考有关国家标准。
《高电压技术》第三讲 26
第二章 气体介质的电气强度
第四节 大气条件对气隙击穿特性的影响
及其校正
4、对海拔高度的校正
➢我国国家标准规定：
对于安装在海拔高于1000m 、但不超过4000m
第二章 气体介质的电气强度
第二章 气体介质的电气强度
第1节 均匀电场中气体击穿的发展过程 第2节 稍不均匀电场气隙的击穿特性 第3节 极不均匀电场气隙的击穿特性 第4节 大气条件对气隙击穿特性的影响及其校正 第5节 提高气体介质电气强度的方法 第6节 SF6和气体绝缘电气设备
《高电压技术》第三讲 1