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

u

U

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 ＋ｔf

tl 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。为此，需对各种电压的波形制定统一的标准。分述如下：

1、直流电压：直流试验电压大多由交流整流而得，其波形必然有一定的脉动，通常所称的电压值是指其平均值。直流电压的脉动幅值是最大值与最小值之差的一半。纹波系数为脉动幅值和平均值之比。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%。

2、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，其峰值与方均根值（有效值）之比应在07.0

2 以内。频率一般在45-65Hz范围内。

3、雷电冲击电压模拟雷电过电压，在实验室由冲击电压发生器产生。

分为：全波――非周期性冲击电压，很快到峰值再逐渐下降。

截波－－雷电冲击波被某处放电而截断的波形

4、操作冲击电压：操作过电压波形是随着电压等级，系统参数、设备性能、操作性质等因素而变化的，如图3-2-3。

二．伏秒特性曲线

气隙的击穿放电需要一定的时间才能完成。对于长时间持续作用的电压来说，气隙的击穿电压有一个确定的值，但对于脉冲性质的电压，气隙的击穿电压就与该电压的波形（即作用的时间）有很大关系。比如，同一个气隙，在峰值较低但延续时间较长的冲击电压作用下可能被击穿，而在峰值较高但延续时间较短的冲击电压作用下可能反而不能击穿。所以，

对某一定的非持续作用的电压波形，气隙的耐压性能需用外加电压的峰值和延续时间共同表示，这就是该气隙在该电压波形下的伏秒特性．伏秒特性：在电压波形一定的情况下，气隙击穿时的外加电压峰值与延续时间的关系

Ｕｂ＝ｆ（tb ）１．伏秒特性的作法

保持一定的波形而逐级升高电压，以示波图来求取。电压较低时，击穿发生在波尾，在击穿前的瞬间，电压虽已从峰值下降到一定的数值，但该电压峰值依然是气隙击穿过程中的主要因素，因此，应以该电压峰值为纵坐标，已击穿时刻为横坐标，得到点“1”。同样的得到了点“2”，在电压升高到波峰时，击穿可能正好发生在波峰，该点当然也是特性曲线上的点，当电压继续升高，击穿可能发生在还未到达波峰之前，此时的点也是伏秒特性上的点。把这些点连成一条曲线，就是该气隙在该电压波形下的伏秒特性曲线。

关于伏秒带（分散性）：同一气隙在同一电压（包括波形和峰值）作用下，每次击穿前时间也不完全一样，具有一定的分散性。因此，一个气隙的伏秒特性，不是一条简单的曲线，而是一组曲线族。如图3-2-5所示的。族中各曲线代表不同击穿概率下的伏秒特性称为伏秒特性带。

0、、、、70%、80%、、100%

t

２．伏秒特性特点

（1）伏秒特性有分散性，为一组曲线，代表不同击穿几率（同一气隙在同一电压作用下，每次击穿时间不完全一样）如图3-2-5.。

Ψ＝０下包络线，其左方完全不击穿

Ψ＝１上包络线，其右方完全击穿

一般取Ψ＝０. ５（５０％曲线）为平均伏秒特性

（2）曲线形状与电场均匀度的关系：

均匀场电场的短气隙中，曲线低且平坦，上翘范围小

－－均匀场、短间隙各处场强相差不大，某处达到自持放电值时放电很快贯穿整个间隙→击穿时间短；在均匀场中，ｔb ＝ｔs，若击穿电压幅值稍降低→ｔs加长→ｔb加长→曲线平坦．

不均匀电场的长气隙中，曲线较高且陡