气体介质的电气强度知识PPT课件
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气隙的电气强度PPT讲稿
标准大气条件 温度 t0＝20℃ 压力 p0＝101.3kPa 绝对湿度 h0＝11g/m3
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
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
气体介质的电气强度
屏障离尖电极过近，屏 障效应将随之而减弱
尖电极为负极性
屏障离开尖电极一定距 离，设置屏障反而将 降低间隙的击穿电压 屏障离尖电极过近，仍 有相当的屏降效应
工频电压下屏障的作用 设置屏障可以显著提高间隙的击穿电压。
雷电冲击电压下屏障的作用
尖电极具有正极性时，设置屏障可显著提高间 隙的击穿电压 负极性时设置屏障后，间隙的击穿电压和没有 屏障时相差不多
均匀电场中的击穿电压
在一定的压力范围内，击 穿场强的提高遵循巴申 定律，并且击穿场强大 致和气压成正比
大 约 从 1MPa 开 始 ， 实 验 结果和巴申定律的分歧 就逐渐明显了
不均匀电场中的击穿电压
不均匀电场中提高气压后，间隙的击穿电压 也将高于大气压强下的数值 在高气压下，电场均匀程度对击穿电压的影 响比在大气压力下要显著得多，电场均匀 程度下降，击穿电压将剧烈降低
SF6的特性
1．物理化学特性
2．绝缘特性
电离和离解特性 电场和压力特性 极性效应 时间特性
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 ）
1．由于含有卤族元素，气体具有很强的电负性，气体 分子容易和电子结合成为负离子，削弱电子的碰撞电 离能力，同时又加强复合过程 ２．气体的分子量比较大，分子直径较大，电子在其 中的自由行程缩短，不易积聚能量，从而减少其碰撞 电离能力 ３．电子和这些气体的分子相遇时，还易于引起分子 发生极化等过程，增加能量损失，从而减弱其碰撞电 离能力
第节提高气体介质电气强度的方法最新PPT资料
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。
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。
由于气隙中的电场分布和气体放电的发展过程 超高压输电线路上应用屏蔽原理来改善电场分布以提高电晕起始电压的实例有：超高压线路绝缘子串上安装的保护金具(均压环)、超高
3-高真空
7-空气,0.
带电粒子运动和调整空间电荷分布的屏障，也是提 即使采取上述各种措施来尽可能改善电场，其平均击穿场强也不可能超越这一极限，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。
以图2—15所示的“棒一板”气隙为例，最有利的屏障位置在x=(1/5～1/6)d处，这时该气隙的电气强度在正极性直流时约可增加为2～ 3倍。 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
还是隙很合的适的。击穿电压。
三、采用屏障
有屏障气隙的击穿 电压与该屏障的安装位 置有很大的关系。以图 2—15所示的“棒一板” 气隙为例，最有利的屏 障位置在x=(1/5～ 1/6)d处，这时该气隙 的电气强度在正极性直 流时约可增加为2～3倍。
但当棒为负极性 时，即使屏障放在 最有利的位置，也 只能略微提高气隙 的击穿电压(例如20 ％)，而在大多数位 置上，反而使击穿 电压有不同程度的 降低。
二、利用空间电荷改善电场分布
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。 7Mpa 6-SF6,0. 利用空间电荷改善电场分布
第二章气体介质的电气强度-PPT精品文档
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。
《高电压技术》第二讲 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
没有能概括各种电场分布的统一经验公式。
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
同轴圆筒
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》第二讲 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
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。
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》第二讲 9
第二章 气体介质的电气强度
《高范电围压内技变术化》。第二讲
25
第二章 气体介质的电气强度
《高电压技术系列ppt》--气隙的电气强度
球-球间隙是用来直接测量高电压峰值的最简单而又有一定 准确度的手段，其击穿电压有国际标准表查询。 影响稍不均匀电场的气隙击穿电压的因素，除电场结构和 大气条件外，还有邻近效应和照射效应，这在利用球隙击穿来 测量电压时，特别应加以注意。
标准操作冲击电压波
4、 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： 波前时间Tp=250μs±20%； 半峰值时间T2=2500μs±60%； 峰值允许误差 ±3% 。 可写成250/2500μs冲击波。
1 u / Um
0.5 0 Tp T2 t
二、伏秒特性
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（即作用时间）有很大的关系。同 一个气隙，在峰值较低但持续时间较长的冲击电压作 用下可能击穿，而在峰值较高但持续时间较短的冲击 电压作用下反而不击穿。所以对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。
tl = ts + tf
tl——放电时延
注意:在短气隙中(S<1m)，特别是电场比较均匀时，tf<<ts，这 时，全部放电时延实际上就等于统计时延。统计时延的长短具 有概率统计的性质，通常取其平均值，称为平均统计时延；在 很不均匀电场的长间隙中，放电发展时间将占放电时延的大部 分。 影响ts的因素：电极材料、外加电压、短波光照射、电场情况。 影响tf的因素：间隙长度、电场均匀度、外施电压。
§3-4 较均匀电场气隙的击穿电压
高电压-第3章-气体介质的电气强度PPT课件
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图3-2 球间隙中一球接地时的电场分布 (a)球水平放置 (b)球垂直放置
图3-3 一球接地时球隙测压器的击穿电压 Ub与间距d的关系
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2、同轴圆筒
➢外筒内半径R=10cm， 改变内筒外半径r之值， 气隙起始电晕电压Uc和 击穿电压Ub随内筒外直 径r变化规律如图所示。
即r/R<0.1时，间隙属于极不均匀电 场，此时击穿前先出现电晕 r/R >0.1时，间隙属稍不均匀电场 范畴，击穿前不出现电晕 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宜尽量将 r/R选取在0.25~0.4的范围内
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均匀电场：
• 两个电极形状完全相同且对称布置，因 而不存在极性效应。
• 均匀电场中各处的电场强度均相等，击 穿所需的时间极短
• 在直流、工频和冲击电压作用下的击穿 电压实际上都相同
• 击穿电压的分散性很小，伏秒特性很快 就变平，冲击系数＝1
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图3-1为实验所得到的均匀电场空气间隙击穿电压 特性。它也可用下页的经验公式来表示：
击穿电压与间距的关系
-19ຫໍສະໝຸດ 二、工频交流电压➢升压方式：
• 电压慢电压慢慢升高，直至发生击穿。升 压的速率一般控制在每秒升高预期击穿电 压值的3％。
• “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”气隙稍为均匀一 些。
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可以看出，在气隙长度d不超
图3-1 均匀电场中空气间隙的击- 穿电压峰值Ub随间距d的变化
10
U b2.2 42 d6.08d kV
U b --击穿电压峰值,kV
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2.4 提高气体介质电气强度的方法
2.5 六氟化硫和气体绝缘电气设备
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2.1 均匀和稍不均匀电场气隙的击穿特性
均匀电场中的击穿电压
平行板电极(消除边缘效应)
工程上很少有极间距很大的均匀电场气隙
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2.1 均匀和稍不均匀电场气隙的击穿特性
均匀电场中的击穿电压
a、分散性小
直流、交流、50%冲击击穿电压基本相同
b、均匀电场中空气的电气强度大致为：30kV(峰值)/cm
经验公式为： U b=2.2 4δ2 d+6.08 δdk(V 峰)值
d：间隙距离； ：空气相对密度
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2.1 均匀和稍不均匀电场气隙的击穿特性
稍不均匀电场中的击穿电压
a、典型的稍不均匀电场
球隙、同轴圆筒、气体绝缘组合电器中的分相封闭母线筒
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2.2 极不均匀电场气隙的击穿特性
4. 操作冲击电压
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第2节 极不均匀电场气隙的击穿特性
4. 操作冲击电压
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2.2 极不均匀电场气隙的击穿特性
4. 操作冲击电压
特点：
1、50%的操作冲击电压依赖于冲击电压的上升时间Tcr。
2、50%的操作冲击电压并非介于雷电冲击电压和工频 交流击穿电压之间。它远低于雷电冲击电压，甚至在某 些上升时间范围内，还低于工频交流击穿电压。
U = K aU p 1
K a = 1.1 - H ? 10-4
1000 m<H<4000 m
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2.4 提高气体介质电气强度的方法
绝缘安全：气隙尽可能大。 设备尺寸：经济性，实用性——气隙尽量小一些。
如何调和上述矛盾：思路/途径/原则 1. 改善气隙中的电场分布，使之尽量均匀； 2. 设法削弱或抑制气体介质的电离过程。
b).棒-板电极（完全不对称结构）
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2.2 极不均匀电场气隙的击穿特性
1. 直流电压
稍短间棒-板间隙： 7.5kV/cm
负极性棒-板间隙： 20kV/cm
棒-棒间隙：8.5kV/cm
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2.2 极不均匀电场气隙的击穿特性
1. 直流电压
较长间隙
显著特征：极性效应
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2.4 提高气体介质电气强度的方法
1、改进电极形状以改善电场分布 2、利用空间电荷改善电场分布 3、采用介质阻挡方法 4、采用高气压的方法 5、采用高电气强度气体 6、采用高真空
3、饱和特性
4、分散性更大（可以理解为伏秒特性带宽更宽）。
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2.3 大气条件对气隙击穿特性的影响及其校正
为何要对不同大气条件下的击穿特性进行校正
高海拔地区的 高纬度地区 沿海地区
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2.3 大气条件对气隙击穿特性的影响及其校正
我国国标规定的标准大气条件
压力：101.3 kPa 温度：293 K 绝对湿度：11 g/m³
均匀电场或稍不均匀电场：湿度对这类电场的影响不大。
极不均匀电场：湿度对这类电场的影响较大。需用湿度校
正因数加以修正。 K h = k ω
k与绝对湿度和电压类型有关
与电极形状、气隙长度、电压类型及其极性有关
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第3节 大气条件对气隙击穿特性的影响及其校正
3. 对海拔高度的校正
我国幅员辽阔，运行于高海拔地区的电力设施不占少数。 特别是近年来的西部开发和青藏铁路的建设，大量的电气 设备涌入西部的高海拔地区。
气体介质的电气强度
气体放电的物理过程：气体中带电质点的产生、汤逊放 电、流注放电、电晕放电、沿面放电（微观特性） 工程上，要用击穿特性表示（击穿场强，击穿电压） （宏观特性）
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气体介质的电气强度
2.1 均匀和稍不均匀电场气隙的击穿特性
2.2 极不均匀电场气隙的击穿特性
2.3 大气条件对气隙击穿特性的影响及其校 正
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2.1 均匀和稍不均匀电场气隙的击穿特性
稍不均匀电场中的击穿电压
以球隙为例分析击穿特性
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6
2.1 均匀和稍不均匀电场气隙的击穿特性
稍均匀电场中的击穿电压
以球隙为例分析击穿特性
关键点
d1 <
D4
D越大，电场越均匀，击穿场强越高
直流、交流、冲击电压基本相同
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2.2 极不均匀电场气隙的击穿特性
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2.2 极不均匀电场气隙的击穿特性
3. 雷电冲击电压
特点：
1、棒-板间隙冲击击穿电压具有明显的极性效应；正棒 击穿电压比负棒低得多。
2、棒-棒间隙也有不大的极性效应，这是由于大地的影 响，使不接地的那个电极附近电场增强。
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2.2 极不均匀电场气隙的击穿特性
4. 操作冲击电压
25/02500s
常见的极不均匀电场气隙
工程上的极不均匀电场气隙，均可以用两类极端 的模型表示，实际的工程应用可依据这两类电场
类 型的测量值进行推算：
a).棒-棒电极（完全对称结构）
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2.2 极不均匀电场气隙的击穿特性
常见的极不均匀电场气隙
工程上的极不均匀电场气隙，均可以用两类极端 的模型表示，实际的工程应用可依据这两类电场类 型的测量值进行推算：
3、平均击穿场强 棒-棒间隙：3.8kV(有效值)/cm
棒-板间隙：3.35kV(有效值)/cm
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2.2 极不均匀电场气隙的击穿特性
显著特征：饱和特性
长 间 隙
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2.2 极不均匀电场气隙的击穿特性
3. 雷电冲击电压
1.2/50s
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2.2 极不均匀电场气隙的击穿特性
3. 雷电冲击电压
平均击穿场强：
正极性棒-板间隙： 4.5kV/cm
负极性棒-板间隙： 10kV/cm
正极性棒-棒间隙：
4.8kV/cm -
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2.2 极不均匀电场气隙的击穿特性
2. 工频交流电压
特点： 1、棒-板间隙击穿总是在棒的极 性为正时击穿。
2、击穿电压与距离近似成直线关 系，大间隙下击穿电压有饱和趋 势（见后页）
1. 对空气密度的校正
p
Kd
=δ =2.9 T
适用于短气隙(<1 m)
Kd = δm
适用于长气隙情况
式中的m是与电极形状、气隙长度、电压类型及极性 有关的值，应用时可查阅国家标准。
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2.3 大气条件对气隙击穿特性的影响及其校正
2. 对湿度的校正
大气中的水分可以吸附电子形成负离子，抑制放电的发生。
大气条件改变，如在高海 拔地区，气压、气体密度、 温度、湿度等条件均改变。 在此条件下测量的气隙击 穿数据与在标准大气条件 下所测数据不具有可比性。
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2.3 大气条件对气隙击穿特性的影响及其校正
采用校正的方法
U Kd Kh U0
K d 空气密度校正因数 K h 湿度校正因数
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2.3 大气条件对气隙击穿特性的影响及其校正