高电压第2章 气体介质的电气强度

➢ 长空气间隙在操作冲击电压下的击穿强度
雷电冲击 操作冲击
特点：
（1）长间隙的雷电冲击击穿电压远比操 作冲击击穿电压要高；
（2）间隙长度超过5m时呈现饱和趋势。
最小击穿 电压
（3）间隙距离越大，“2”与“3”的击穿 电压的差别越大。
棒板间隙距离1～20m：U
＝
min
3.4 103 1＋ 8
d
(kV)
50%伏 秒特性
击穿发生在波 尾，取峰值
100%伏 秒特性
50%冲击 击穿电压
0%伏秒 特性
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➢冲击放电伏秒特性的应用
S1：被保护设备 S2：保护设备
为了使被保护设备得到可靠的保护,被保护设备绝缘 的伏秒特性曲线的下包线必须始终高于保护设备的伏秒 特性曲线的上包线。
2020/1Hale Waihona Puke Baidu/17
（1）长空气间隙的操作冲击击穿通常发生在波前部分，因而其 击穿电压仅与波前时间有关。
（2）当波前时间tf为100～300μs时，击穿场强出现极小值。出 现极小值的波前时间随间隙距离的增加而增大。
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➢ 操作冲击电压的推荐波形
a. T1/T2=250(±20％) / 2500(±60％) μs b.振荡操作波
压达Uo时起，到出现 一个能引起击穿的初
临界 击穿电压
始电子崩所需的第一 个有效电子所需时间
放电发展时间：从出 现第一个有效自由电 子时起，到放电过程 完成所需时间，即电 子崩的形成和发展到 流注等所需的时间
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放电时延： t1 ts tf
在短气隙中，全部放电时延实际上就是统计时延。 统计时延具有概率性质，取其平均值，称为平均统 计时延。其影响因素为：
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➢ 操作冲击电压下击穿的U形曲线
超高压输电系统，电力设备的绝缘设计应采用操作
过电压标准设计。
波前时间上升很快 时，放电时延减小， 要求更高的击穿电 压。
棒－棒
导线－板
工频击穿 场强
波前时间上升很慢 时，极不均匀电场 中长气隙中的冲击 电晕和空间电荷层 都有足够时间形成 和发展，使棒极附 近的电场变得较小， 改善了间隙中电场 分布，击穿电压提 高。
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2.3 大气密度和湿度对击穿的影响
➢ 大气校正因数
根据国家标准，利用校正因数可将测得的放电电压值换 算到标准大气条件（t0＝20℃，p0＝101.3kPa，h0＝11g/m3） 的电压值，或将标准参考大气条件下规定的试验电压值换算 为试验条件下的电压值。
（2）r/R >0.1时，稍不均匀电场， 击穿前不出现电晕，且由图可见， 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 尽量将r/R选取0.25~0.4的范围 内）。
GIS
（3）其他形状的电极布置
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球状电极的电场不均匀系数 大于相同半径的圆柱电极； 间隙距离增大时，电场不均 匀系数也增大。
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冲击电压发生器
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➢ 伏秒特性
伏秒特性：在同一冲击电压波形下，击穿电压值与放电时 延（或电压作用时间）有关的特性。
用实验确定间隙伏－秒特性的方法：保持冲击电压的波形
不变，逐渐升高电压使间隙发生击穿，并根据示波图记录
击穿电压U与击穿时间t。
击穿发生在波前或 峰值，取此刻值
①电极材料；②外施电压；③短波光照射；④电场情况。
在较长气隙中，放电时延决定于放电发展时间。 影响放电发展时间的因素为：
①间隙长度； ②电场均匀度；③外施电压
气隙击穿时间：
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tb t0 ts tf
2.1.2 气隙的伏秒特性
➢ 冲击电压的标准波形
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波前时间
半峰值时间
标准雷电波的波形： T1=1.2μs±30％， T2=50μs±20％ 对于不同极性：+1.2/50μs或-1.2/50μs 作冲击波的波形： T1=250μs±20％， T2=2500μs±60％ 对于不同极性：+250/2500μs或-250/2500μs
高电压工程基础
第2章 气体介质的电气强度
2.1 气隙的击穿时间和伏秒特性 2.2均匀和稍不均匀电场气隙的击穿特性 2.3大气条件对击穿的影响 2.4 提高气体间隙击穿电压的措施 2.5 沿面放电
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2.1气隙的击穿时间和伏秒特性
2.1.2 气隙的击穿时间
统计时延：从外施电
（2）均匀场间隙中各处电场强 度相等，击穿所需时间极短， 其直流击穿电压、工频击穿电 压峰值、50%冲击击穿电压相同；
（3）击穿电压的分散性很小。
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➢ 稍不均匀电场中的击穿
（1）球间隙 （eg：高压实验室中的测量球隙）
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a. d<D/4时，电场均 匀，直流、交流 和冲击电压击穿 电压相同；
Ub0 Ub50 3
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2.2 较均匀电场气隙的击穿电压 2.2.1 较均匀电场气隙的击穿电压
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➢ 均匀电场中的击穿
400 100
Ub/kV
10
10.01 0.1
1
10 d/cm
Ub＝24.4 d＋6.53 d (kV )
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特点：
（1）均匀电场中电极布置对称， 击穿无极性效应；
绝缘的 伏－秒特性
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避雷器的 伏－秒特性
电气设备绝缘的伏－秒特性和避雷器的伏－秒特性
（a）正确配合
（b）不正确配合
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➢ 50％击穿电压及冲击系数
1. 50％击穿电压 多次施加电压时,有半数会 导致击穿的电压值Ub50 。
2. 冲击系数 同一间隙的50％冲击击穿 电压与稳态击穿电压U0之比 。
b. d>D/4时，电场不 均匀程度增大， 击穿场强下降， 出现极性效应；
c. 球隙测压器的工 作范围d≤D/2；否 则因放电分散性 增大，不能保证 测量的精度。
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（2）同轴圆柱电极 （eg：高压标准电容器、单芯电缆、GIS分相母线）
U b＝Em
d f
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（1）r/R<0.1时，极不均匀电场， 击穿前先出现电晕，且Ub的值很 低，因此上述电气设备均不设计 在这一r/R范围内。
U b＝Em
d f
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2.2.2 不均匀电场中的气隙击穿电压
➢ 直流电压作用下、工频电压作用下的冲击电压
约10kV/cm
约5.4kV/cm 约4.5kV/cm
约3.8kV/cm
尖－板和尖－尖空气间隙的直流击穿电压
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棒－棒和棒－板空气间隙的工频 击穿电压（有效值）