高电压技术——第七讲 3.4-3.6
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A.高于 B.低于 C.等于
A
上节回顾： 上节回顾：
3.同轴圆柱电极，当外电 极半径确定时，内电极 半径的选取与击穿电压 的关系？r/R的宜选范围 是？ r过小，气隙电场不均匀 度大，此时电晕起始电 压低。 r过大，则击穿电压低。 r/R宜选范围：0.25-0.4
上节回顾： 上节回顾：
4.标准雷电冲击波如 4.标准雷电冲击波如 图中，T1.T2各为 图中，T1.T2各为 多少？ 多少？
3.4 大气密度和湿度对击穿的影响
海拔对击穿的影响
海拔增加，气压下降，空气密度减小， 海拔增加，气压下降，空气密度减小，放电 电压下降。 电压下降。 若设备用于1000m-4000m的海拔，则其在非高 海拔地区进行绝缘试验时，试验电压U应为标准 状态下试验电压US乘以海拔校正系数KA。 U=KAUS=[1/（1.1- H*10-4）]US H：安装地点的海拔高度（m）。
SF6气体间隙中的击穿 3.5 SF6气体间隙中的击穿
SF6是理想的气体绝 缘介质和灭弧介质， 在均匀电场中SF6气 体的绝缘强度为空 气的2.5倍，灭弧能 力为空气的100倍以 上。广泛用于高压 断路器、GIS等。
SF6气体间隙中的击穿 3.5 SF6气体间隙中的击穿
SF6气体是一种无色、无味、无嗅、无毒、不燃 的气体。虽然其电气强度比空气要高得多，但电 场的不均匀程度却远比空气大，只有在比较均 在比较均 匀的电场中才能得到充分的发挥。 匀的电场中 1.均匀电场和稍不均匀电场 1.均匀电场和稍不均匀电场 SF6击穿特性服从巴申定律，其击穿电压的经 验公式为：Ub=88.5pd+0.38 Ub=88.5pd+0.38(kv)（p:MPa,d:mm） Ub=88.5pd+0.38 由式可知，SF6在一个大气压时击穿场强为 88.5kV/cm，为空气的3倍。
均匀电场中几种绝缘介质的击穿电压与距离的关系
1－2.8MPa的空气 2－0.7MPa的SF6 3－高真空 4－变压器油 5－0.1MPa的SF6 6－大气
3.6 提高击穿电压的措施
2.削弱电离过程 2.削弱电离过程 B.强电负性气体的应用 强电负性气体的应用（ SF6） B.强电负性气体的应用（如SF6）
其绝缘强度比空气高得多，因此用于电气设备时 气压不必太高，简化了设备的制造和运行。
C.高真空的应用 C.高真空的应用
高真空中的击穿机理与第2章不同。 高真空的击穿电压与电极材料、电极温度等有 关。
钢电极T＝293K 钢电极 ＝ 钢 铜电极T＝ 铜电极 ＝80K 铜 铜电极T＝293K 铜电极 ＝ 铝 锌
稍不均匀电场中高真空的直流击穿电 压与电极材料的关系
电极材料与电极温度对 高真空交流击穿电压的影响
总结
1.为何要进行大气校正？ 1.为何要进行大气校正？ 为何要进行大气校正
（1）不同的大气条件（大气的压力、温度和湿度），同 一气隙的击穿电压也不同。 （2）为了对不同大气条件所得出的击穿电压实测数据进 行分析和比较，就必须把大气条件换算到统一规定的标 准大气条件下才具互比性。
总结
5.提高气隙击穿电压的途径有两方面？ 5.提高气隙击穿电压的途径有两方面？ 提高气隙击穿电压的途径有两方面 （1）改善电场分布，使之尽量均匀。 （2）设法削弱气体中的电离过程。 作业： 作业： P45 3.5（d=8m） 3.6 3.7 3.5（d=8m）
3.4 大气密度和湿度对击穿的影响
1.空气密度校正因数 1.空气密度校正因数
2.湿度校正因数 2.湿度校正因数
其中，K与试验电压类型、 绝对湿度及相对空气 绝对 密度有关。
3.4 大气密度和湿度对击穿的影响
3.指数m 3.指数m和w 指数
UB：实际大气条件 50%放电电压值， 取1.1倍电压值。 L：最小放电路径 （常取d）
3.6 提高击穿电压的措施
提高气隙的击穿电压可以有效地减小 减小电 减小 气设备的绝缘尺寸 绝缘尺寸。 绝缘尺寸 提高气隙击穿电压的途径有两方面： 1.改善电场分布，使之尽量均匀 尽量均匀。 尽量均匀 削弱气体中的电离 电离过程。 2.设法削弱 削弱 电离
3.6 提高击穿电压的措施
1.改善电场分布的措施。 1.改善电场分布的措施。 改善电场分布的措施 A.改善电极形状
上节回顾： 上节回顾：
7.操作冲击波下最小击穿电压Umin（d=1-20m， 7.操作冲击波下最小击穿电压Umin（d=1-20m， 操作冲击波下最小击穿电压Umin 棒板间隙Ur），其它间隙呢(Ua)？ Ur），其它间隙呢(Ua) 棒板间隙Ur），其它间隙呢(Ua)？
第三章 气体间隙的击穿强度
为了对不同大气条件所得出的击穿电压实测数据进行 分析和比较，就必须把大气条件换算到统一 换算到统一规定的标 换算到统一 准大气条件下才具互比性。 我国标准大气条件： t0＝20℃，p0＝101.3kPa，h0＝11g/m3 大气校正因数
U试验条件下的击穿电压，U0标准大气条件下的击穿电压。
Kt大气校正因数，K1空气密度校正因数。K2湿度校正因数。
屏障应靠近尖电极， 屏障应靠近尖电极，使比 较均匀的电场区扩大。 较均匀的电场区扩大。但离尖 电极过近时， 电极过近时，屏障上空间电荷 的分布将变得不均匀而使屏障 效应减弱， 效应减弱，因此屏障有一最佳 位置。 位置。
3.6 提高击穿电压的措施
2.削弱电离过程 2.削弱电离过程 A.高气压采用 A.高气压采用
3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 稳态电压下的击穿 雷电冲击电压下的击穿 操作冲击电压下的击穿 大气密度和湿度对击穿的影响 SF6气体间隙中的击穿 提高气隙击穿电压的措施
3.4 大气密度和湿度对击穿的影响
不同的大气条件（大气的压力、温度和湿 同一气隙的击穿电压也不同。 度），同一气隙的击穿电压也不同。
在电场极不均匀的空气间隙中，放入薄片固 体绝缘材料（如纸或纸板），在一定条件下可以 显著地提高间隙的击穿电压。 屏障的表面集聚空间电荷，使屏障与板之间 形成均匀的电场，从而使整个间隙的击穿电压提 高。
直流电压下尖－板空气间隙的 击穿电压和屏障位置的关系 正尖－板间隙中屏障的作用
屏障靠近尖电极或板 电极时，屏障效应消失。 电极时，屏障效应消失。
SF6气体间隙中的击穿 3.5 SF6气体间隙中的击穿
2.极不均匀电场 2.极不均匀电场
电场越不均匀，提高气压对提高气隙击穿电 压的作用越小，对SF6尤其。 电场不均匀对SF6气体的绝缘特性是极为不利 的。因此，要求SF6气体绝缘的电气设备，其电 场设计应尽可能均匀，对电极的要求较高，要做 到表面光滑，没有缺陷。
标准雷电波的波形：
T1=1.2μs±30％， T2=50μs±20％
上节回顾： 上节回顾：
5.伏 秒特性描述的是？ 5.伏—秒特性描述的是？ 伏—秒特性曲线的绘 制方法？ 制方法？ 在同一冲击电压波形 下，击穿电压值与放 电时延有关。 电时延有关。
上节回顾： 上节回顾：
6.判断以下电气设备与避雷器的绝缘伏— 6.判断以下电气设备与避雷器的绝缘伏—秒特性 判断以下电气设备与避雷器的绝缘伏 是否合格？ 是否合格？
例如采用屏蔽罩、扩径 导线等增大电极曲率半径， 或改善电极边缘形状以消 除边缘效应。 按照棒—板，棒—棒间 隙的击穿电压曲线设计， 可能会使设计过于保守。
棒－棒 导线－导线 导线－
棒－板 导线－ 导线－杆塔支柱
长空气间隙的交流击穿电压
3.6 提高击穿电压的措施
1.改善电场分布的措施。 1.改善电场分布的措施。 改善电场分布的措施 B.利用空间电荷对原电场的畸变作用 利用空间电荷对原电场的畸变作用。 B.利用空间电荷对原电场的畸变作用。 • 例如利用电晕放电 电晕放电产生的空间电荷来改善极 电晕放电
2.大气校正因数Kt=？ 2.大气校正因数Kt=？试验电压与标准电压如何转 大气校正因数Kt= 化？
总结
3.气隙电场的不均匀度对SF6的绝缘性能的 3.气隙电场的不均匀度对SF6的绝缘性能的 气隙电场的不均匀度对SF6 影响？ 影响？ 只有在比较均匀的电场中，SF6的绝缘 性能才能得到充分的发挥。 4.影响击穿场强的因素有 影响击穿场强的因素有？ 4.影响击穿场强的因素有？ （1）电极表面缺陷的影响。（面积效应） （2）导电微粒的影响。 （3）固体介质表面状态的影响。
由气体放电的基本理论知识，气压、温度（大气密 度）和湿度都会影响空气的密度、电子的自由行程、 碰撞电离及吸附效应，进而影响气隙的击穿电压。 大气密度： 大气密度：密度高，气体分子多，自由行程短，能量不 易累积，电离减弱。 湿度： 湿度：对极不均匀电场，水分子吸附电子，水分子使间 隙击穿电压升高。
3.4 大气密度和湿度对击穿的影响
第三章 气体间隙的击穿 强度
上节回顾： 上节回顾：
1.均匀电场的击穿的特点？ 1.均匀电场的击穿的特点？ 均匀电场的击穿的特点
无极性效应；击穿时间短；直流击穿电压、工 频击穿电压及50%冲击击穿电压相同；击穿电压 的分散性小。（击穿电压稳定、不存在极性效应、 不存在电晕现象）
2.均匀电场气隙的击穿电压_____不均匀电 2.均匀电场气隙的击穿电压_____不均匀电 均匀电场气隙的击穿电压_____ 场中相同气隙的击穿电压？ 场中相同气隙的击穿电压？
SF6气体间隙中的击穿 3.5 SF6气体间隙中的击穿
3.影响击穿场强的因素。 3.影响击穿场强的因素。 影响击穿场强的因素
（1）电极表面缺陷的影响。 电极表面缺陷的影响。 电极表面缺陷影响间隙中电场的不均匀程度，从而影 响SF6的击穿场强。 面积效应： 面积效应：电极表面积越大，其表面出现随机缺陷的可能 性越大，击穿场强越低。 导电微粒的影响。 （2）导电微粒的影响。 导电微粒分为固定导电微粒和自由导电微粒。其影响 作用同（1）。 固体介质表面状态的影响。 （3）固体介质表面状态的影响。 （介质表面污秽、凝露）
不均匀场间隙中电场分布，从而提高间隙的 击穿电压。
Fra Baidu bibliotek
• 但利用此方法需注意：间隙距离 间隙距离应在一定范 间隙距离
围内才能适用，且施加电压 施加电压为持续稳定电压 施加电压 时才适用。
3.6 提高击穿电压的措施
1.改善电场分布的措施。 1.改善电场分布的措施。 改善电场分布的措施 C.极不均匀电场中屏障的采用 C.极不均匀电场中屏障的采用
A
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3.同轴圆柱电极，当外电 极半径确定时，内电极 半径的选取与击穿电压 的关系？r/R的宜选范围 是？ r过小，气隙电场不均匀 度大，此时电晕起始电 压低。 r过大，则击穿电压低。 r/R宜选范围：0.25-0.4
上节回顾： 上节回顾：
4.标准雷电冲击波如 4.标准雷电冲击波如 图中，T1.T2各为 图中，T1.T2各为 多少？ 多少？
3.4 大气密度和湿度对击穿的影响
海拔对击穿的影响
海拔增加，气压下降，空气密度减小， 海拔增加，气压下降，空气密度减小，放电 电压下降。 电压下降。 若设备用于1000m-4000m的海拔，则其在非高 海拔地区进行绝缘试验时，试验电压U应为标准 状态下试验电压US乘以海拔校正系数KA。 U=KAUS=[1/（1.1- H*10-4）]US H：安装地点的海拔高度（m）。
SF6气体间隙中的击穿 3.5 SF6气体间隙中的击穿
SF6是理想的气体绝 缘介质和灭弧介质， 在均匀电场中SF6气 体的绝缘强度为空 气的2.5倍，灭弧能 力为空气的100倍以 上。广泛用于高压 断路器、GIS等。
SF6气体间隙中的击穿 3.5 SF6气体间隙中的击穿
SF6气体是一种无色、无味、无嗅、无毒、不燃 的气体。虽然其电气强度比空气要高得多，但电 场的不均匀程度却远比空气大，只有在比较均 在比较均 匀的电场中才能得到充分的发挥。 匀的电场中 1.均匀电场和稍不均匀电场 1.均匀电场和稍不均匀电场 SF6击穿特性服从巴申定律，其击穿电压的经 验公式为：Ub=88.5pd+0.38 Ub=88.5pd+0.38(kv)（p:MPa,d:mm） Ub=88.5pd+0.38 由式可知，SF6在一个大气压时击穿场强为 88.5kV/cm，为空气的3倍。
均匀电场中几种绝缘介质的击穿电压与距离的关系
1－2.8MPa的空气 2－0.7MPa的SF6 3－高真空 4－变压器油 5－0.1MPa的SF6 6－大气
3.6 提高击穿电压的措施
2.削弱电离过程 2.削弱电离过程 B.强电负性气体的应用 强电负性气体的应用（ SF6） B.强电负性气体的应用（如SF6）
其绝缘强度比空气高得多，因此用于电气设备时 气压不必太高，简化了设备的制造和运行。
C.高真空的应用 C.高真空的应用
高真空中的击穿机理与第2章不同。 高真空的击穿电压与电极材料、电极温度等有 关。
钢电极T＝293K 钢电极 ＝ 钢 铜电极T＝ 铜电极 ＝80K 铜 铜电极T＝293K 铜电极 ＝ 铝 锌
稍不均匀电场中高真空的直流击穿电 压与电极材料的关系
电极材料与电极温度对 高真空交流击穿电压的影响
总结
1.为何要进行大气校正？ 1.为何要进行大气校正？ 为何要进行大气校正
（1）不同的大气条件（大气的压力、温度和湿度），同 一气隙的击穿电压也不同。 （2）为了对不同大气条件所得出的击穿电压实测数据进 行分析和比较，就必须把大气条件换算到统一规定的标 准大气条件下才具互比性。
总结
5.提高气隙击穿电压的途径有两方面？ 5.提高气隙击穿电压的途径有两方面？ 提高气隙击穿电压的途径有两方面 （1）改善电场分布，使之尽量均匀。 （2）设法削弱气体中的电离过程。 作业： 作业： P45 3.5（d=8m） 3.6 3.7 3.5（d=8m）
3.4 大气密度和湿度对击穿的影响
1.空气密度校正因数 1.空气密度校正因数
2.湿度校正因数 2.湿度校正因数
其中，K与试验电压类型、 绝对湿度及相对空气 绝对 密度有关。
3.4 大气密度和湿度对击穿的影响
3.指数m 3.指数m和w 指数
UB：实际大气条件 50%放电电压值， 取1.1倍电压值。 L：最小放电路径 （常取d）
3.6 提高击穿电压的措施
提高气隙的击穿电压可以有效地减小 减小电 减小 气设备的绝缘尺寸 绝缘尺寸。 绝缘尺寸 提高气隙击穿电压的途径有两方面： 1.改善电场分布，使之尽量均匀 尽量均匀。 尽量均匀 削弱气体中的电离 电离过程。 2.设法削弱 削弱 电离
3.6 提高击穿电压的措施
1.改善电场分布的措施。 1.改善电场分布的措施。 改善电场分布的措施 A.改善电极形状
上节回顾： 上节回顾：
7.操作冲击波下最小击穿电压Umin（d=1-20m， 7.操作冲击波下最小击穿电压Umin（d=1-20m， 操作冲击波下最小击穿电压Umin 棒板间隙Ur），其它间隙呢(Ua)？ Ur），其它间隙呢(Ua) 棒板间隙Ur），其它间隙呢(Ua)？
第三章 气体间隙的击穿强度
为了对不同大气条件所得出的击穿电压实测数据进行 分析和比较，就必须把大气条件换算到统一 换算到统一规定的标 换算到统一 准大气条件下才具互比性。 我国标准大气条件： t0＝20℃，p0＝101.3kPa，h0＝11g/m3 大气校正因数
U试验条件下的击穿电压，U0标准大气条件下的击穿电压。
Kt大气校正因数，K1空气密度校正因数。K2湿度校正因数。
屏障应靠近尖电极， 屏障应靠近尖电极，使比 较均匀的电场区扩大。 较均匀的电场区扩大。但离尖 电极过近时， 电极过近时，屏障上空间电荷 的分布将变得不均匀而使屏障 效应减弱， 效应减弱，因此屏障有一最佳 位置。 位置。
3.6 提高击穿电压的措施
2.削弱电离过程 2.削弱电离过程 A.高气压采用 A.高气压采用
3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 稳态电压下的击穿 雷电冲击电压下的击穿 操作冲击电压下的击穿 大气密度和湿度对击穿的影响 SF6气体间隙中的击穿 提高气隙击穿电压的措施
3.4 大气密度和湿度对击穿的影响
不同的大气条件（大气的压力、温度和湿 同一气隙的击穿电压也不同。 度），同一气隙的击穿电压也不同。
在电场极不均匀的空气间隙中，放入薄片固 体绝缘材料（如纸或纸板），在一定条件下可以 显著地提高间隙的击穿电压。 屏障的表面集聚空间电荷，使屏障与板之间 形成均匀的电场，从而使整个间隙的击穿电压提 高。
直流电压下尖－板空气间隙的 击穿电压和屏障位置的关系 正尖－板间隙中屏障的作用
屏障靠近尖电极或板 电极时，屏障效应消失。 电极时，屏障效应消失。
SF6气体间隙中的击穿 3.5 SF6气体间隙中的击穿
2.极不均匀电场 2.极不均匀电场
电场越不均匀，提高气压对提高气隙击穿电 压的作用越小，对SF6尤其。 电场不均匀对SF6气体的绝缘特性是极为不利 的。因此，要求SF6气体绝缘的电气设备，其电 场设计应尽可能均匀，对电极的要求较高，要做 到表面光滑，没有缺陷。
标准雷电波的波形：
T1=1.2μs±30％， T2=50μs±20％
上节回顾： 上节回顾：
5.伏 秒特性描述的是？ 5.伏—秒特性描述的是？ 伏—秒特性曲线的绘 制方法？ 制方法？ 在同一冲击电压波形 下，击穿电压值与放 电时延有关。 电时延有关。
上节回顾： 上节回顾：
6.判断以下电气设备与避雷器的绝缘伏— 6.判断以下电气设备与避雷器的绝缘伏—秒特性 判断以下电气设备与避雷器的绝缘伏 是否合格？ 是否合格？
例如采用屏蔽罩、扩径 导线等增大电极曲率半径， 或改善电极边缘形状以消 除边缘效应。 按照棒—板，棒—棒间 隙的击穿电压曲线设计， 可能会使设计过于保守。
棒－棒 导线－导线 导线－
棒－板 导线－ 导线－杆塔支柱
长空气间隙的交流击穿电压
3.6 提高击穿电压的措施
1.改善电场分布的措施。 1.改善电场分布的措施。 改善电场分布的措施 B.利用空间电荷对原电场的畸变作用 利用空间电荷对原电场的畸变作用。 B.利用空间电荷对原电场的畸变作用。 • 例如利用电晕放电 电晕放电产生的空间电荷来改善极 电晕放电
2.大气校正因数Kt=？ 2.大气校正因数Kt=？试验电压与标准电压如何转 大气校正因数Kt= 化？
总结
3.气隙电场的不均匀度对SF6的绝缘性能的 3.气隙电场的不均匀度对SF6的绝缘性能的 气隙电场的不均匀度对SF6 影响？ 影响？ 只有在比较均匀的电场中，SF6的绝缘 性能才能得到充分的发挥。 4.影响击穿场强的因素有 影响击穿场强的因素有？ 4.影响击穿场强的因素有？ （1）电极表面缺陷的影响。（面积效应） （2）导电微粒的影响。 （3）固体介质表面状态的影响。
由气体放电的基本理论知识，气压、温度（大气密 度）和湿度都会影响空气的密度、电子的自由行程、 碰撞电离及吸附效应，进而影响气隙的击穿电压。 大气密度： 大气密度：密度高，气体分子多，自由行程短，能量不 易累积，电离减弱。 湿度： 湿度：对极不均匀电场，水分子吸附电子，水分子使间 隙击穿电压升高。
3.4 大气密度和湿度对击穿的影响
第三章 气体间隙的击穿 强度
上节回顾： 上节回顾：
1.均匀电场的击穿的特点？ 1.均匀电场的击穿的特点？ 均匀电场的击穿的特点
无极性效应；击穿时间短；直流击穿电压、工 频击穿电压及50%冲击击穿电压相同；击穿电压 的分散性小。（击穿电压稳定、不存在极性效应、 不存在电晕现象）
2.均匀电场气隙的击穿电压_____不均匀电 2.均匀电场气隙的击穿电压_____不均匀电 均匀电场气隙的击穿电压_____ 场中相同气隙的击穿电压？ 场中相同气隙的击穿电压？
SF6气体间隙中的击穿 3.5 SF6气体间隙中的击穿
3.影响击穿场强的因素。 3.影响击穿场强的因素。 影响击穿场强的因素
（1）电极表面缺陷的影响。 电极表面缺陷的影响。 电极表面缺陷影响间隙中电场的不均匀程度，从而影 响SF6的击穿场强。 面积效应： 面积效应：电极表面积越大，其表面出现随机缺陷的可能 性越大，击穿场强越低。 导电微粒的影响。 （2）导电微粒的影响。 导电微粒分为固定导电微粒和自由导电微粒。其影响 作用同（1）。 固体介质表面状态的影响。 （3）固体介质表面状态的影响。 （介质表面污秽、凝露）
不均匀场间隙中电场分布，从而提高间隙的 击穿电压。
Fra Baidu bibliotek
• 但利用此方法需注意：间隙距离 间隙距离应在一定范 间隙距离
围内才能适用，且施加电压 施加电压为持续稳定电压 施加电压 时才适用。
3.6 提高击穿电压的措施
1.改善电场分布的措施。 1.改善电场分布的措施。 改善电场分布的措施 C.极不均匀电场中屏障的采用 C.极不均匀电场中屏障的采用