高电压技术 ppt课件
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
u
1 Um
0.5
u / Um
0
Tcr
T2
0
t
Tcr
t
Tcr=1000 ～ 1500us
二、伏秒特性
气隙的伏秒特性——在同一波形，不同幅值的冲击电压作用下， 气隙上出现的电压最大值和放电时间的关系，称为该气隙的伏 秒特性。 伏秒特性曲线——表示该气隙伏秒特性的曲线，称为伏秒特性 曲线。 50%冲击击穿电压 （U50% )——指某气隙被击穿的概率为50%的 冲击电压峰值。 冲击系数β——U50%与 静态击穿电压Us 之比称为冲击系数 β。均 匀和稍不均匀电场下冲击击穿电压的分散性很小， 冲击系数 β≈1。极不均匀电场中由于放电时延较长，冲击系数 β 均大于1。
标准雷电冲击电压波 标准雷电截波
（ 三） 标准雷电冲击电压波
u / Um
用来模拟电力系统中的雷电过电
1 0.9
压波，采用非周期性双指数波。如图 0.5
T1——视在波前时间； T2——视在
0.3 0
半峰值时间 ；Um——冲击电压峰值
0’ T1
T2
t
国际电工委员会(IEC)和我国国家标准规定为：
T1=1.2μs ， 容许偏差±30% ；T2=50μs，容许偏差±20% 通常 写成1.2/50μs，并可在前面加上正、负号表示极性。
（一）伏秒特性曲线的制作
保持一定的冲击电压波形不变，
而逐级升高电压，以电压为纵
坐标，时间为横坐标，
u
3
电压较低时，击穿一般发生在
波尾，取该电压的峰值与击穿
2
时刻，得到相应的点；
电压较高时，击穿一般发生在
波头，取击穿时刻的电压值及
1
该时刻，得到相应的点；
把这些相应的点连成一条曲线， 0
（一）直流电压 直流试验电压大都由交流整流而得，其波形必然有一
定的脉动，通常所称的电压值是指平均值。直流电压的脉 动幅值是最大值与最小值之差的—半。纹波系数为脉动幅 值与平均值之比。国家标准规定被试品上直流试验电压的 纹波系数应不大于3％。 （二）工频交流电压
工频交流试验电压应近似为正弦波，正负两半波相 同，其峰值与有效值之比应在 2 0.07 以内。频率一般在 45—65Hz范围内。
（四） 标准雷电截波 用来模拟雷电过电压引起气隙击穿或 外绝缘闪落后出现的截尾冲击波，如
u / Um 1 0.9
图。IEC标准和我国国家标准规定为：
0.3
T1=1.2μs ，容许偏差±30% ；Tc=2～ 5μs 。可写成1.2/ 2～5μs .
0 0’ T1 Tc
t
标准操作冲击电压波
（五） 标准操作冲击电压波 用来等效模拟电力系统中操作过电压波，一般也用非周期 性双指数波。IEC标准和我国标准规定为[见下左图]：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。当在试验中上述波形不能 满足要求时，推荐采用100/2500μs 和 500/2500μs 冲击波。此外 还建议采用一种衰减震荡波[下右图]，第一个半波的持续时间 在2000～3000μs之间，极性相反的第二个半波的峰值约为第一 个半波峰值的80%
放电的总时间 tb 由三部分组成，即
u U
tb = tl + ts + tf
ts ——统计时延，指从 tl 到气隙中
出现第一个有效电子
tf——放电形成时延，从出现有效电子
t1 ts
tf
t
到最终击穿。
tlag = ts + tf
tb tlag
tlag——放电时延
§3.2 气隙的伏秒特性
一. 电压波形
就是该气隙在该电压波形下的
t
“伏秒特性曲线”。
u
1 2
3
0
U50% t
实际上伏秒特性具有统计分散性，是一个以上下包线 为界的带状区域。工程上，通常取“50%伏秒特性曲线” 来表征一个气隙的冲击击穿特性。
（二）伏秒特性曲线的应用
在保护设备和被保护设备的绝缘配合上具有重要的意 义。是防雷设计中实现保护设备和被保护设备的绝缘配合 的依据 。
第三章 气隙的电气强度
第一节 气隙的击穿时间 第二节 气隙的伏秒特性和击穿电压的概率分布 第三节 大气条件对气隙击穿电压的影响 第四节 较均匀/不均匀电场气隙的击穿电压 第五节 提高气隙击穿电压的方法
第七节 放电时间和冲击电压下的气隙击穿 一、放电时间
§3.1 气隙的击穿时间
完成气隙击穿的三个必备条件：1、足够大的电场强度或足够高的电压；2 、在气隙中存在能引起电子崩并导致流柱和主放电的有效电子；3、需要有 一定的时间，让放电得以逐步发展并完成击穿。 完成击穿所用时间都以微秒记，在直流和工频等持续电压下，时间不成问 题。但冲击电压的有效作用时间也以微秒记，所以放电时间就成了重要因 素了。
用作绝缘的气隙，人们所关心的不仅是其U50% 击穿电压，更重要的是其耐受电压即能确保耐受而 不被击穿的电压。100%的耐受电压是很难测的 （要做无穷次的实验），工程实际中常用对应于很 高耐受几率(例如99％以上)的电压作为耐受电压。
§3.3 大气条件对气隙击穿电压的影响
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 准大气条件和正常的海拔高度。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 响与此类似，随着高度的增加，空气的压力和密度均会下降。 正由于此，在不同的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。
我国的国家标准所规定的标准大气条件为：
压力 p0 =101.3kpa（760mmHG）； 温度 t0 =20℃ 或 T0 = 293K； 绝对湿度 hc =11g / m3 。
举例：如果一个电压同时作用 在两个并联的气隙S1和S2上， 其中一个气隙先被击穿了，则 电压被短接截断，另一个气隙 就不会再被击穿了。这个原则 如用于保护装置和被保护设备， 那就是前者保护了后备。设前 者的伏秒特性以S2记之，后者 的以S1记之，如图3-2-6情况。
三. 气隙击穿电压的概率分布
不论是在何种电压作用下，气隙的击穿电压都 有一定的分散性，即“击穿概率分布特性”。研究 表明，气隙击穿的几率分布接近正态分布，通常可 以用U5Leabharlann Baidu%和变异系数Z来表示。
1 Um
0.5
u / Um
0
Tcr
T2
0
t
Tcr
t
Tcr=1000 ～ 1500us
二、伏秒特性
气隙的伏秒特性——在同一波形，不同幅值的冲击电压作用下， 气隙上出现的电压最大值和放电时间的关系，称为该气隙的伏 秒特性。 伏秒特性曲线——表示该气隙伏秒特性的曲线，称为伏秒特性 曲线。 50%冲击击穿电压 （U50% )——指某气隙被击穿的概率为50%的 冲击电压峰值。 冲击系数β——U50%与 静态击穿电压Us 之比称为冲击系数 β。均 匀和稍不均匀电场下冲击击穿电压的分散性很小， 冲击系数 β≈1。极不均匀电场中由于放电时延较长，冲击系数 β 均大于1。
标准雷电冲击电压波 标准雷电截波
（ 三） 标准雷电冲击电压波
u / Um
用来模拟电力系统中的雷电过电
1 0.9
压波，采用非周期性双指数波。如图 0.5
T1——视在波前时间； T2——视在
0.3 0
半峰值时间 ；Um——冲击电压峰值
0’ T1
T2
t
国际电工委员会(IEC)和我国国家标准规定为：
T1=1.2μs ， 容许偏差±30% ；T2=50μs，容许偏差±20% 通常 写成1.2/50μs，并可在前面加上正、负号表示极性。
（一）伏秒特性曲线的制作
保持一定的冲击电压波形不变，
而逐级升高电压，以电压为纵
坐标，时间为横坐标，
u
3
电压较低时，击穿一般发生在
波尾，取该电压的峰值与击穿
2
时刻，得到相应的点；
电压较高时，击穿一般发生在
波头，取击穿时刻的电压值及
1
该时刻，得到相应的点；
把这些相应的点连成一条曲线， 0
（一）直流电压 直流试验电压大都由交流整流而得，其波形必然有一
定的脉动，通常所称的电压值是指平均值。直流电压的脉 动幅值是最大值与最小值之差的—半。纹波系数为脉动幅 值与平均值之比。国家标准规定被试品上直流试验电压的 纹波系数应不大于3％。 （二）工频交流电压
工频交流试验电压应近似为正弦波，正负两半波相 同，其峰值与有效值之比应在 2 0.07 以内。频率一般在 45—65Hz范围内。
（四） 标准雷电截波 用来模拟雷电过电压引起气隙击穿或 外绝缘闪落后出现的截尾冲击波，如
u / Um 1 0.9
图。IEC标准和我国国家标准规定为：
0.3
T1=1.2μs ，容许偏差±30% ；Tc=2～ 5μs 。可写成1.2/ 2～5μs .
0 0’ T1 Tc
t
标准操作冲击电压波
（五） 标准操作冲击电压波 用来等效模拟电力系统中操作过电压波，一般也用非周期 性双指数波。IEC标准和我国标准规定为[见下左图]：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。当在试验中上述波形不能 满足要求时，推荐采用100/2500μs 和 500/2500μs 冲击波。此外 还建议采用一种衰减震荡波[下右图]，第一个半波的持续时间 在2000～3000μs之间，极性相反的第二个半波的峰值约为第一 个半波峰值的80%
放电的总时间 tb 由三部分组成，即
u U
tb = tl + ts + tf
ts ——统计时延，指从 tl 到气隙中
出现第一个有效电子
tf——放电形成时延，从出现有效电子
t1 ts
tf
t
到最终击穿。
tlag = ts + tf
tb tlag
tlag——放电时延
§3.2 气隙的伏秒特性
一. 电压波形
就是该气隙在该电压波形下的
t
“伏秒特性曲线”。
u
1 2
3
0
U50% t
实际上伏秒特性具有统计分散性，是一个以上下包线 为界的带状区域。工程上，通常取“50%伏秒特性曲线” 来表征一个气隙的冲击击穿特性。
（二）伏秒特性曲线的应用
在保护设备和被保护设备的绝缘配合上具有重要的意 义。是防雷设计中实现保护设备和被保护设备的绝缘配合 的依据 。
第三章 气隙的电气强度
第一节 气隙的击穿时间 第二节 气隙的伏秒特性和击穿电压的概率分布 第三节 大气条件对气隙击穿电压的影响 第四节 较均匀/不均匀电场气隙的击穿电压 第五节 提高气隙击穿电压的方法
第七节 放电时间和冲击电压下的气隙击穿 一、放电时间
§3.1 气隙的击穿时间
完成气隙击穿的三个必备条件：1、足够大的电场强度或足够高的电压；2 、在气隙中存在能引起电子崩并导致流柱和主放电的有效电子；3、需要有 一定的时间，让放电得以逐步发展并完成击穿。 完成击穿所用时间都以微秒记，在直流和工频等持续电压下，时间不成问 题。但冲击电压的有效作用时间也以微秒记，所以放电时间就成了重要因 素了。
用作绝缘的气隙，人们所关心的不仅是其U50% 击穿电压，更重要的是其耐受电压即能确保耐受而 不被击穿的电压。100%的耐受电压是很难测的 （要做无穷次的实验），工程实际中常用对应于很 高耐受几率(例如99％以上)的电压作为耐受电压。
§3.3 大气条件对气隙击穿电压的影响
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 准大气条件和正常的海拔高度。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 响与此类似，随着高度的增加，空气的压力和密度均会下降。 正由于此，在不同的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。
我国的国家标准所规定的标准大气条件为：
压力 p0 =101.3kpa（760mmHG）； 温度 t0 =20℃ 或 T0 = 293K； 绝对湿度 hc =11g / m3 。
举例：如果一个电压同时作用 在两个并联的气隙S1和S2上， 其中一个气隙先被击穿了，则 电压被短接截断，另一个气隙 就不会再被击穿了。这个原则 如用于保护装置和被保护设备， 那就是前者保护了后备。设前 者的伏秒特性以S2记之，后者 的以S1记之，如图3-2-6情况。
三. 气隙击穿电压的概率分布
不论是在何种电压作用下，气隙的击穿电压都 有一定的分散性，即“击穿概率分布特性”。研究 表明，气隙击穿的几率分布接近正态分布，通常可 以用U5Leabharlann Baidu%和变异系数Z来表示。