气隙的电气强度第一节气隙的击穿时间
高电压课件 第三章 气隙的电气强度
第三章气隙的电气强度3-1 气隙的击穿时间每个气隙都有它的静态击穿电压，即长时间作用在气隙上能使气隙击穿的最低电压。
如所加电压的瞬时值是变化的，或所加电压的试验时间很短，则该气隙的击穿电压就不同于静态击穿电压。
所以，应该说，对某一气隙，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。
气隙击穿的所需时间如图3-1-1。
气隙击穿所需时间分三部分：（1）升压时间t0——电压从0生到静态击穿电压U所需的时间。
（2）统计时延ts ——从电压达到U的瞬间起到气隙中形成第一个有效电子为止的时间。
（3）放电发展时间tf——从形成第一个有效电子的瞬间起到气隙完全被击穿为止的时间。
影响平均统计时延的因素主要有以下几种：（1）电极材料；（2）外施电压；（3）短波光照射；（4）电场情况影响放电发展时间的因素主要为：（1）间隙长度。
（2）电场均匀度；（3）外施电压。
3-2 气隙的伏秒特性和击穿电压的概率分布一、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。
为了便于比较，需要对各种电压的波形规定统一的标准。
分述如下：1.直流电压直流试验电压通常是由交流整流而得，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。
2.工频交流电压工频交流试验电压应近似为正弦波，频率一般应在45~65Hz范围内。
3．雷电冲击电压为了模拟雷电电压，国际电工委员会文件制定了雷电冲击标准波形，分为全波和截波两种。
波形参数：1.2μs/50μs4. 操作冲击电压操作过电压的标准波形为250μs/2500μs。
二、伏秒特性对于长时间持续作用的电压来讲，气隙的击穿电压有一个确定的值；但对于脉冲性质的，气隙的击穿电压就与该电压的波形有很大的关系。
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击穿。
所以，对于非持续作用的电压来说，气隙的击穿电压就不能简单地用单一的击穿电压值就表示了，对于某一定的电压波形，必须用电压峰值和延续时间两者来共同表示，这就是七夕的电压波形下的伏秒特性。
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。
第一章 气隙的击穿特性(一)讲解
分散性大
对于波前时间在数十到数百微秒的操作冲击电压，极不 均匀电场间隙 50％击穿电压的标准偏差 约为 5％；波 前时间超过1000s以后，可达8％左右（工频及雷电冲 击电压下均约为3％）
“饱和”现象
和工频电压下类似，极不均匀电场中操作冲击 50 ％击穿 电压和间隙距离的关系具有明显的“饱和”特征（雷 电冲击50％击穿电压和距离大致呈线性关系 ）
间隙上外施电压增加，放电 发展时间也会减小
tl t s t f
持续作用电压
直流电压、工频电压
与电压的变化速度相比，放电发展所需时间可以忽略 不计 。当气体状态不变时，一定距离的间隙的击穿电 压具有确定的数值，当间隙上的电压升高达到击穿电 压时，间隙击穿
非持续作用电压
操作过电压、雷电过电压
在图所示范 围内击穿电压 和间隙距离呈 直线关系
4. 伏秒特性
以斜角波电压为例来说明考虑放电时延的必要性 在间隙上缓慢地施加直流电压，达到静态击穿电压 U0 后，间隙中开始发展起击穿过程。但击穿需一定时间
= tl，在此时间内电压
上升 U u / t
击穿完成时间隙上的电压 应为U0+U
d＝1m， 5 kV/cm
d＝l０m，2 kV/cm
三、雷电冲击电压下空气的击穿电压 及伏秒特性
1. 雷电流是冲击波形的，故由雷闪放电引起 的高电压也具有冲击波形
2. 雷电冲击电压标准波形
Tl＝1.2s（30%）
T2＝50s（20%）
3. 雷电冲击50％击穿电压
在多次施加电压时，其中半数导致击穿的电压，工程 上以此来反映间隙的耐受冲击电压的特性
气隙的电气强度PPT讲稿
3.3 大气条件对气隙击穿电压的影响
大气条件对气隙击穿电压的影响
空气密度增大时，空气中自由电子的平均自由行程 缩短，不易造成碰撞电离，所以空气间隙的击穿电压 升高。 空气的湿度增加时，由于水蒸气是电负性气体，易 俘获自由电子形成负离子，使电离减弱，所以空气间 隙的击穿电压升高。 在湿度较大时，绝缘子的闪络电压可能出现随湿度 增加而降低的情况
验
求
取
方
法
伏秒特性的形状决定于电极间气隙的电场分布
3.2 气隙的伏秒特性和击穿电压的概率分布
伏 秒 特 性 曲 线 的 工 程 应 用
3.2 气隙的伏秒特性和击穿电压的概率分布
伏 秒 特 性 曲 线 的 工 程 应 用
3.3 大气条件对气隙击穿电压的影响
3.3 大气条件对气隙击穿电压的影响
大气条件：气温、气压、湿度
3.5 不均匀电场气隙的击穿电
压
操作冲击下的击穿电压
饱和现象显著
3.5 不均匀电场气隙的击穿电
压
操作冲击下的击穿电压
分散性大
3.6 提高气隙击穿电压的方法
途径：
1. 改善气隙中的电场分布，使其分 布均匀；
2. 设法削弱和抑制气体介质中的电 离过程。
3.6 提高气隙击穿电压的方法
改善电场分布的具体方法
抑制电离的具体方法
采用高真空 采用高气压 采用强电负性气体
3.6 提高气隙击穿电压的方法
抑制电离的具体方法
采用高真空
Ub
10 2
10 2
p / Pa 106
• 接近真空阶段： 碰撞电离的几率
《高电压技术系列ppt》--气隙的电气强度
§3-4 较均匀电场气隙的击穿电压
一、均匀电场气隙的击穿特性 在工程实践中很少遇到极间距离很大的均匀电场气隙， 因为在这种情况下，为了消除边缘效应，必须将电极的尺寸 选得很大，这是不现实的。因此对于均匀电场气隙，通常只 有极间距离不大时的击穿电压实测数据。 均匀电场中，电场对称，故击穿电压与电压极性无关。由 于气隙各处的场强大致相等，不可能出现持续的局部放电，故 气隙的击穿电压就是起始放电电压。 均匀电场的气隙距离不可能很大，各处场强又大致相等，故 从自持放电开始到气隙完全击穿所需的时间极短，因此，在不同 电压波形作用下，其击穿电压实际上都相同，且其分散性很小。
气隙的电气强度首先取决于电场形式。在常态的 空气中要引起碰撞电离、电晕放电等物理过程所需要 的电场强度约为30kV/cm左右。因此在均匀或稍不均 匀电场中空气的击穿场强即为30kV/cm左右；而在极 不均匀电场的情况下，局部区域的电场强度达到 30kV/cm左右时，就会在该区域先出现局部的放电现 象（电晕），这时其余空间的电场强度还远远小于 30kV/cm，如果所加电压提高，放电区域将随之扩大， 甚至转入流注和导致整个气隙的击穿，这时空气间隙 的平均场强仍远远小于30kV/cm，可见气隙的电场形 式对击穿特性有着决定性的影响。
1、直流电压 电压值为平均值； 脉动幅值为最大值与最小值之差的一半； 纹波系数为脉动幅值与平均值之比，小于3%。
2、工频交流电压 电压近似为正弦波； 峰值与有效值之比在 2 0.07 之内； 频率在45~65Hz范围内。
3、雷电冲击电压 IEC标准：全波和截波
(1) 标准雷电冲击电压波 用来模拟电力系统中 的雷电过电压波，采用非 周期性双指数波。如图 T1——视在波前时间 T2——视在半峰值时间 Um——冲击电压峰值
高电压技术总复习
⾼电压技术总复习第⼀章电介质的极化、电导和损耗⼀、掌握电介质极化的基本形式及特点（1）极化：电介质中的带电质点在电场作⽤下沿电场⽅向作有限位移现象。
（2）电⼦位移极化：负电荷的作⽤中⼼与正电荷的作⽤中⼼不再重合主要特点：1、极化所需时间极短；2、极化具有弹性，不产⽣能量损耗；3、温度对极化的影响较⼩。
（3）离⼦位移极化：在外电场E作⽤下，正、负离⼦将发⽣⽅向相反的偏移，使平均偶极矩不再为零，介质呈现极化。
离⼦式极化的特点：1、极化过程极短；2、极化具有弹性，⽆能量损耗；3、温度对极化有影响：（4）偶极⼦极化：在外电场的作⽤下，偶极⼦受到电场⼒的作⽤⽽发⽣转向，顺电场⽅向作有规律的排列，靠电极两表⾯呈现出电的极性。
偶极⼦式极化的特点：1、极化所需时间极长，故极化与频率有较⼤的关系；2、极化属⾮弹性，有能量损耗；3、温度对极化影响很⼤：极性⽓体介质具有负的温度系数；（5）空间电荷极化：是带电质点（电⼦或正、负离⼦）的移动形成的。
最典型的空间电荷极化是夹层极化。
夹层极化的特点：1、极化所需时间长，故夹层极化只有在低频时才有意义。
具有夹层绝缘的设备断开电源后，应短接进⾏彻底放电以免危及⼈⾝安全，⼤容量电容器不加电压时也应短接；2、极化涉及电荷的移动和积聚，所以必然伴随能量损耗。
⼆、介质的相对介电常数ε0 ——真空的介电常数=8.86×10-14F/cm三、掌握电介质损耗的基本概念、介质损耗因数tanδ概念采⽤介质损耗⾓正切tanδ作为综合反映电介质损耗特性优劣的⼀个指标，测量和监控各种电⼒设备绝缘的tanδ值已成为电⼒系统中绝缘预防性试验的最重要项⽬之⼀。
第⼆章⽓体放电的物理过程⼀、掌握⽓体中带电粒⼦的产⽣和消失1 ⽓体中带电质点的产⽣途径：电⼦获得⾜够的能量跳出最外层轨道，成为⾃由电⼦。
产⽣带电离⼦的过程称为电离（游离），它是⽓体放电的⾸要前提。
⼀是⽓体本⾝发⽣电离（游离）；⼆是⽓体中的固体或液体⾦属发⽣表⾯电离（游离）。
3 气隙的电气强度.
小 结：
气体的放电电压与大气状态有关，气体的相对 密度增大时，气体的放电电压也随之增大。空气的 湿度增大时，气体的放电电压也增大，但均匀和稍 不均匀电场下增加不明显。沿面闪络电压降低。
海拔高度增加时，气体的放电电压下降。
§3.4 均匀/稍不均匀场的击穿电压
1. 在均匀电场中，电场是对称的，故击穿电压与电压极性无关， 由于间隙各处的场强大致相等，故起始放电电压就等于气隙的 击穿电压。
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
§3.1 气隙的击穿时间
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
例：某距离4m的棒-板间隙，在夏季某日气压 P=99.8kP，环境温度t=30 ℃ ，空气绝对湿 度h=20g/m3的大气条件下，问正极性50% 操作冲击击穿电压为多少？
解：由实验曲线查得：距离为4m长的棒-板间隙在标 准大气压状态下的正极性50%操作冲击击穿电 压为U50标=1300kV
P 273 t0 99.8 273 20 0.95
击穿时间：间隙从开始加压的瞬时到完全击穿所需的 时间，也称为全部放电时间。
u UP
U0
t0
ts
tf
t
tl tb
击穿时间tb = t0+ts+tf 放电时延：t1= ts + tf
第一阶段
升压时间t1（0→U0静态击穿电压
）：击穿过程可能并未开始
u
对于持续电压（直流、工频
高电压工程基础(第3章)讲解
• 由于极性效应，在工频交流电压下，“棒 一板”间隙的击穿总是发生在棒极为正极 性的半周期内的峰值电压附近。 • 同样条件下，工频击穿电压的峰值还稍低 于其直流击穿电压。这是因为前个周期留 下的空问电荷对棒棒极前方的电场场强有 所加强的缘故。
• ‘棒一棒”间隙的击穿电压相对较高，这是 因为“棒一棒”间隙的电场比“棒一板” 间隙相对要均匀一些，前者的最大场强是 分散在靠近两棒极处，而后者的最大场强 则集中在棒极附近。
1. 均匀电场中： • (1)固体介质表面不可能绝对光滑，其微 观上的凸凹不平造成介质表面电场不均 匀． • 〔2)固体介质表面会或多或少地吸收一 些空气中的水分。 • (3)固体介质与电极的接触如不十分紧 密．存在有极小的气隙。
2 不均匀电场中的沿面放电 • ①电场强度的方向大体上平 行于固体电介质的表面 • ②电介质表面的电场强度具 有较大的垂直于固体电介质 表面的法线分量 • 固体介质表面电阻(特别是 靠近法兰F处)的适当减小 (如涂半导体漆或半导体 釉)．可以使沿面的最大电 位梯度降低，防止滑闪放电 的出现，从而使沿面闪络电 压得到提高
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。
• 在直流电压下“棒一板”间隙的击穿特性 具有明显的极性效应。在所测的极间距离 范围内(d≤10cm)，负极性击穿场强约为 20kV／cm，而正极性击穿场强只有7.5kV ／cm • d≤300cm , “棒一板”间隙的实验结果可 见．这时负极性的平均击穿场强降为10 kV ／cm左右．而正极性的击穿场强约为4.5kV ／cm。
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。
高电压技术 第03章 气隙的电气强度
t
波形参数：
视在波前时间 峰值允差
3%
视在半峰值时间
雷电冲击截波电压：
u
1 .0 0 .9
F M B
A
J
0.3 0
U
Uc
j
G
T1 Tc U2
t
波形参数： 视在波前时间 截断时间 电压过零系数
T1 1 .2 S 3 0 %
截波峰值
U
c
Tc 2 ~ 5 S
截断时刻电压
2 1 2 1 2 1
若 S 与 S 有交叉，则 交叉以左， S 先被击穿； 交叉以右， S 先被击穿。 气隙间不能可靠保护。
2 1 2 1
⑤ 工程常用术语
50%击穿电压：指气隙被击穿的概率为50%的冲击电压 峰值，反映了该气隙地基本耐电强度。
u
0.5
U 2s
0
2 S
2 S
t
冲击击穿电压：气隙击穿时，击穿前时间小于和大 于 2 S 的概率各为50%的冲击电压。 这也就是50%曲线与 2 S 时间标尺 相交点的电压值。
第3章 气隙的电气强度
3.1 气隙的击穿时间
3.2 气隙的伏秒特性 3.3 大气条件对气隙击穿电压的影响
3.4 电场均匀程度对气隙击穿电压的影响 3.6 提高气隙击穿电压的方法 3.7 影响气隙沿面闪络电压的因素
3.1 气隙的击穿时间
静态击穿电压 U ：长时间作用在气隙上能使气隙击穿的 最低电压。
② 采用高度真空： 高度真空，削弱气隙中的撞击电离过程，也能提高 气隙的击穿电压。其理论至今仍不够清楚。
③ 增高气压： 可以减小电子的平均自由程，阻碍撞击电离的发展， 从而提高气隙的击穿电压。
第三章 气隙的电气强度
穿特性具有明显的极 性效应。 负极性击穿电压大 大高于正极性击穿电 压。
正棒—负板
工频交流电压
“棒—棒”气隙的工频击穿电压要比“棒— 板”气隙高一些，因为相对而言， “棒—棒” 气隙的电场要比”棒—板“气隙稍微均匀一些。
气隙长度d不超过
1cm时，“棒—棒”与
“棒—板”气隙的工频 击穿电压几乎一样，但
二、雷电冲击电压下气隙的击穿特性
伏秒特性 对于非持续作用的电压来说， 气隙的击穿电压就不能简单地用 单一的击穿电压值来表示了，对 于某一定的电压波形，必须用电 压峰值和延续时间两者来共同表 示，这就是该气隙在该电压波形 下的伏秒特性。 同一间隙在同一电压作用下， 每次击穿前时间也不一样，具有 一定的分散性。因此，一个气隙 的伏秒特性，不是一条曲线，而 是一组曲线。
均匀电场 稍不均匀电场 极不均匀电场
一、均匀电场的击穿特性
均匀电场只有一种，那就是消除了电极边缘 效应的平板电极之间的电场。
如果平板间距很大，则为了消除电极边缘效 应，必须将电极的尺寸选得很大，这是不现实的。 因此工程中一般极间距离不大。
均匀电场：
两个电极形状完全相同且对称布置，因而不存在
气隙的雷电冲击击穿特性
“棒—板”气隙的冲 击击穿电压具有明显的
极性效应，棒极性为正
极的击穿电压比负极性 时数值低得多。
3.3 操作冲击电压下气隙的击穿特性
这种波可记作 250/2500μs波
一、操作冲击电压 波前时间 Tp＝250μs±20％ 半峰值时间 T2＝2500μs±60％ 峰值允差±3％
随着输电电压的不断提高：
额定电压超过220kV的超高压输电系统，应按操作
过电压的电气特性进行绝缘设计
高电压技术 二章
击穿完成时间间隙上 的电压应为： U0+△U
u
△U
△U △U→0
U0 t
击穿电压和电压陡度的关系
1 伏秒特性：工程上用气隙出现的电压最大 值和放电时间的关系来表示气隙在冲击电 压下的击穿特性 2伏-秒特性曲线的得出： 保持一定的波形而逐级升高电压 a)峰值大的电压波加于间隙时，击穿常发生 在波前，取击穿时的电压值和实际作用时 间相交的那个点；
u0 t
2影响平均统计时延的因素： 1）电极材料； 2）外施电压； 3）短波光照射； 4）电场情况 3影响放电发展时间的主要因素： 1）间隙长短；2）电场均匀度；3）外施电压
短间隙且电场比较均匀： tf 较小
在很不均匀电场且长间隙中： tf 将占大部分。
外施电压越高，则放电发展越快， tf 也就越小
稍不均匀电场中的击穿电压
1. 不能形成稳定的电晕放电 2. 电场不对称时，极性效应不很明显 3. 直流、工频下的击穿电压(幅值)以及 50％冲击击穿电压都相同，击穿电压的 分散性也不大 4. 击穿电压和电场均匀程度关系极大， 电场越均匀，同样间隙距离下的击穿电 压就越高
球—球间隙，球—板间隙，同轴圆柱间隙
当d＞D/4，大地对电场的畸变 作用使间隙电场分布不对称， Ub有极性效应
电场最强的电极为负极性时的 击穿电压略低于正极性时的 数值 同一间隙距离下，球电极直径 越大，由于电场均匀程度增 加，击穿电压也越高
3、极不均匀电场中 （1）直流电压下（有极性效应） 同样间隙距离下不同间隙类型的击穿电压比较： 负棒—正板 > 棒—棒 > 正棒—负板 （2）工频电压下（有极性效应，击穿电压峰值稍 低于直流击穿电压） 棒—板间隙的击穿总是在棒极性为正、电压达峰值 时发生。
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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
—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 ±30% ；T2=50μs±20% 通常写成1.2/50μs。
（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
（一）伏秒特性曲线的制作
➢ 保持一定的冲击电压波 u
3
形不变，而逐级升高电
压，以电压为纵坐标，
2
时间为横坐标
➢ 电压较低时，击穿一般
发生在波尾，取该电压
的峰值与击穿时刻，得
1
到相应的点
➢ 电压较高时，击穿一般 0
发生在波头，取击穿时
t
刻的电压值及该时刻，
得到相应的点
u
1 2
3
0
3-U0% 2-U50% U50% 1-U100%
定的脉动，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 20.07以内。频率一般在 45—65Hz范围内。
（ 三） 标准雷电冲击电压波
u / Um
用来模拟雷电过电压波，采用非
②湿度的增加而击穿电压升高：水蒸汽是电负性 气体，易俘获自由电子形成负离子，使自由电子的数 量减少，阻碍了电离的发展。
气隙的电气强度第一节气隙的击穿 时间
UU 0K t U 0K dK h
式中: U ——实际试验条件下的气隙击穿电压 U0 ——标准大气条件下的气隙击穿电压 Kd——空气密度校正因数 Kh——湿度校正因数
气隙的电气强度第一节气隙的击穿 时间
三. 气隙击穿电压的概率分布
➢气隙击穿的几率分布接近正态分布，通常可以用 U50%和变异系数Z来表示。 ➢100%的耐受电压是很难测的（要做无穷次的实 验），实际中常用很高耐受几率(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
由于大气的压力、温度、湿度等条件会影响空气的密度、 电子自由行程长度、碰撞电离及附着过程，影响气隙的击穿电 压Ub。
3、对海拔的校正
我国国家标准规定：对于安装在海拔高于1000m 、但不超过 4000m 处的电力原地区外绝缘的耐受电压Up 乘以海拔校正因数Ka ，
U = Ka Up
Ka 1.1H1104
式中 H——安装点的海拔高度，m。
§3.4 较均匀电场气隙的击穿电压
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。
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）伏秒特性的用途
1. 间隙伏秒特性的形状决定于电极间电场分布 2. 伏秒特性对于比较不同设备绝缘的冲击击穿特性具有
重要意义
3-2-6 Ｓ２对Ｓ1 起保护作用
3-2-7在高幅值冲击电压作用下， Ｓ２不起保护作用
1. 均匀电场 特点： ➢ 起始放电电压就等于气隙的击穿电压， ➢ 击穿电压与电压极性无关 ➢ 空气的击穿电压(峰值) 的经验公式为
U b2.4S6.53 S kV
式中 S 间隙距离（cm）
空气相对密度
➢ 电气强度（峰值）大致等于30kV/cm
2. 稍不均匀电场中的击穿电压 1) 不能形成稳定的电晕放电 2) 电场不对称时，极性效应不很明显 3) 直流、工频下的击穿电压(幅值)以及50％冲击
u / Um
1
0.5
0
Tcr
T2
u Um
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。
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。
u / Um 1 0.9
图。IEC标准和我国国家标准规定为：
0.3
T1=1.2μs ±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。波前时间Tcr=250μs±20%；半峰值时间 T2=2500μs±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%
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
§3.1 气隙的击穿时间
最低静态击穿电压U0 击穿时间tb
升压时间t0 、统计时延ts 、放
电发展时间tf 、放电时延 tl
短间隙(1厘米以下)
tf<<ts ，平均统计时延 较长的间隙中
tl主要决定于tf 间隙上外施电压增加，放电
发展时间也会减小
tb t0ts tf
tl ts tf
气隙的电气强度第一节气隙的击穿 时间
§3.2 气隙的伏秒特性
一. 电压波形
（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
1、对空气密度的校正
气体密 度 2.9P
T
Kd
p p0
2730 273
m
2、对湿度的校正
在均匀和稍不均匀电场中，放电开始时，整个气隙的电场 强度都很大，电子运动速度较快，不易被水分子俘获，因而湿 度影响不太明显
在极不均匀电场中，湿度影响就很明显了，可用下面的湿 度校正因数来校正
Kh = KW
指数W之值取决于电极形状、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