直流击穿电压讲课稿
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，削弱了外部空间的电场，阻碍了流注的发展，因 此击穿电压较高。
1.4 雷电冲击电压作用下气体的击穿
一、雷电冲击电压标准波形 非周期性指数衰减波
u Um
o
0.5Um
t
T1
T2
T1＝1.2s（30%） T2＝50s（20%）
T1＝1.2s（30%） T2＝50s（20%）
由雷闪放电引起的高电 压也具有冲击波形
极不均匀电场下的击穿电压——由于放电时延较长， 通常冲击系数大于l，击穿电压的分散性也大一些，其 标准偏差可取为±3%
极不均匀场中的极性效应
四.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
在极不均匀电场中，平均击穿场强较低，放电 时延较长，放电分散性大，伏秒特性曲线较为 陡峭。
伏秒特性的分散性
放电时间具有分 散性，每级电压 下放电时间不同 ，实际上伏秒特 性是以上、下包 络线为界的一个 带状区域
伏秒特性的用途
Ｓ２对Ｓ1 起保护作用
在高幅值冲击电压作用下， Ｓ２起不到保护作用
1.5 操作冲击电压作用下气体的击穿
影响tlag的因素
➢ 增大电压U ， tlag减小 ➢ 紫外光照射 冲击放电所需的全部时间
tb t1ts tf
三、雷电50%冲击击穿电压（U50%）
原因——放电时延具有分散性 电压升高到一定程度，100％击穿
U50%——在多次施加电压时，其中正好半数能导 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
直流击穿电压
１——主放电通道 ２——主放电和先导通道的交界区 ３——先导通道
先导的发展
正棒—负板间隙中先导通道的发展 （ａ）先导和其头部的流注ｋｍ；（ｂ）流注头部电子崩的形成； （ｃ）ｋｍ由流注转变为先导和形成流注ｍｎ；（ｄ）流注头部电子崩的形成；
（ｅ）沿着先导和空气间隙电场强度的分布
1.3.4 极不均匀场中的极性效应
在一定的波前时间范围 内，U50 甚至会比工频击 穿电压低——U形曲线
对应于极小值的波前时 间随着间隙距离加大而 增 加 ， 对 7m 以 下 的 间 隙 ，大致在50200s之间
放电时延和空间电荷(形 成及迁移)这两类不同因 素的影响所造成的
放电时延
的作用
U50% ( MV )
2.6
临界波头
（4）“饱和”现象
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）
操作冲击50％击穿电压极小值的经验公式
U50min
3.4 8
1
d
MV
式中 d — 间隙距离，m 上式对于１ 20m的长间隙和试验结果很好地符合
= 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
伏秒特性的绘制——实验方法
保持间隙距离不变 、保持冲击电压波 形不变(电压幅值可 变)，逐级升高电压 使气隙发生击穿， 读取击穿电压值U 与击穿时间t。
伏秒特性曲线的形状与电场分布有关
在均匀电场和稍不均匀电场中，击穿时平均场 强较高，放电发展较快，放电时延较短，伏秒 特性曲线平坦。
(b)
二、操作冲击50%击穿电压
均匀电场和稍不均匀电场中 间隙的操作冲击50%击穿电压、雷电冲击50%击 穿电压和工频击穿电压（峰值）几乎相同，击穿 几乎发生在峰值，击穿电压的分散性也较小。
极不均匀电场中
操作冲击电压下的击穿通常发生在波头部分，击 穿电压与波头时间有关而与波尾时间无关。
（1）波形的影响
气隙距离 2.4
15. 2 m
2.2
2.0 8. 35m
1.8 7.0m
1.6
1.4 3. 95m
1.2
2. 98m 1.0
0.8
0.2 0
200 400 600
800 1000 1200 Tcr ( s)
操作冲击电压
（2）极性效应
极不均匀电场中同样有极性效应。正极性下50％击穿电压比负 极性下低，所以也更危险
u /Um
1
P
0.9
0.5 0.3
t
0
o'
T1
T2
二、放电时延
击穿条件
足够幅值的电压 一定时间的作用
统导计致时击延穿ts—的—电有子效）电产子生（。能不引均起匀电电离场过内程，并ts最小终。 放电电、形间成隙时击延穿tf—。—均出匀现电电场子内崩，、t形f小成。 流注、主放 放电时延 tlag＝ ts＋ tf
负棒—正板
E
E0 Eq 0
Ecom E0 Eq Eq
Eq
x
负棒—正板
电子崩中的电子离开强电场区后，不再能引起 电离，向阳极运动的速度也越来越慢。
电子崩中的正离子加强了棒极附近的场强，使 棒极附近容易形成流注。
结论：
（1）电晕起始电压比正极性时要低。 （2）正空间电荷产生的附加电场与原电场方向相反
试验方法：多级法（每级加压6次，曲线），升 降法（10次中4~6次击穿）
均匀电场下的50% 冲击击穿电压
均匀电场和稍不均匀电场下的击穿电压——击穿电压 分散性小，其雷电冲击50％击穿电压和静态 击穿电压 （即持续作用电压下的击穿电压）相差很小
50% 冲击击穿电压 冲击系数＝
持续作用电压下的击穿电压 冲击系数＝ 1
一、操作冲击电压标准波形
非周期性指数衰减波 推荐操作冲击电压的标准波形为250／2500s
衰减振荡电压波 第一个半波的持续时间在2000一3000 s之间 ，反极性 的第二个半波的幅值达到第一个半波幅值80％
u /Um
u
1.0
Um
0.5
0
Tcr T2
(a)
t0
t Tcr
Tcr 1000 ~ 1500s
（3）分散性大
对于波前时间在数十到数百μs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％）
由于空间电荷的形成、扩散和放电时延具有 很大的统计性，所以操作冲击电压下间隙的 击穿电压和放电时间的分散性比雷电冲击电 压下大得多
E0
正棒－负板
－ (a)
－
(b)
E
E0
Ecom E0 Eq
0
Eq
x
(c)
பைடு நூலகம்
正棒－负板
电子运动速度快，迅速进入棒极； 棒极附近积聚起正空间电荷，削弱了棒极附近
的电场强度而加强了正离子群外部空间的电场
结果：
（1）使电晕起始电压提高。 （2）外部空间电场加强，有利于流注的发展，因此
击穿电压较低。
1.4 雷电冲击电压作用下气体的击穿
一、雷电冲击电压标准波形 非周期性指数衰减波
u Um
o
0.5Um
t
T1
T2
T1＝1.2s（30%） T2＝50s（20%）
T1＝1.2s（30%） T2＝50s（20%）
由雷闪放电引起的高电 压也具有冲击波形
极不均匀电场下的击穿电压——由于放电时延较长， 通常冲击系数大于l，击穿电压的分散性也大一些，其 标准偏差可取为±3%
极不均匀场中的极性效应
四.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
在极不均匀电场中，平均击穿场强较低，放电 时延较长，放电分散性大，伏秒特性曲线较为 陡峭。
伏秒特性的分散性
放电时间具有分 散性，每级电压 下放电时间不同 ，实际上伏秒特 性是以上、下包 络线为界的一个 带状区域
伏秒特性的用途
Ｓ２对Ｓ1 起保护作用
在高幅值冲击电压作用下， Ｓ２起不到保护作用
1.5 操作冲击电压作用下气体的击穿
影响tlag的因素
➢ 增大电压U ， tlag减小 ➢ 紫外光照射 冲击放电所需的全部时间
tb t1ts tf
三、雷电50%冲击击穿电压（U50%）
原因——放电时延具有分散性 电压升高到一定程度，100％击穿
U50%——在多次施加电压时，其中正好半数能导 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
直流击穿电压
１——主放电通道 ２——主放电和先导通道的交界区 ３——先导通道
先导的发展
正棒—负板间隙中先导通道的发展 （ａ）先导和其头部的流注ｋｍ；（ｂ）流注头部电子崩的形成； （ｃ）ｋｍ由流注转变为先导和形成流注ｍｎ；（ｄ）流注头部电子崩的形成；
（ｅ）沿着先导和空气间隙电场强度的分布
1.3.4 极不均匀场中的极性效应
在一定的波前时间范围 内，U50 甚至会比工频击 穿电压低——U形曲线
对应于极小值的波前时 间随着间隙距离加大而 增 加 ， 对 7m 以 下 的 间 隙 ，大致在50200s之间
放电时延和空间电荷(形 成及迁移)这两类不同因 素的影响所造成的
放电时延
的作用
U50% ( MV )
2.6
临界波头
（4）“饱和”现象
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）
操作冲击50％击穿电压极小值的经验公式
U50min
3.4 8
1
d
MV
式中 d — 间隙距离，m 上式对于１ 20m的长间隙和试验结果很好地符合
= 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
伏秒特性的绘制——实验方法
保持间隙距离不变 、保持冲击电压波 形不变(电压幅值可 变)，逐级升高电压 使气隙发生击穿， 读取击穿电压值U 与击穿时间t。
伏秒特性曲线的形状与电场分布有关
在均匀电场和稍不均匀电场中，击穿时平均场 强较高，放电发展较快，放电时延较短，伏秒 特性曲线平坦。
(b)
二、操作冲击50%击穿电压
均匀电场和稍不均匀电场中 间隙的操作冲击50%击穿电压、雷电冲击50%击 穿电压和工频击穿电压（峰值）几乎相同，击穿 几乎发生在峰值，击穿电压的分散性也较小。
极不均匀电场中
操作冲击电压下的击穿通常发生在波头部分，击 穿电压与波头时间有关而与波尾时间无关。
（1）波形的影响
气隙距离 2.4
15. 2 m
2.2
2.0 8. 35m
1.8 7.0m
1.6
1.4 3. 95m
1.2
2. 98m 1.0
0.8
0.2 0
200 400 600
800 1000 1200 Tcr ( s)
操作冲击电压
（2）极性效应
极不均匀电场中同样有极性效应。正极性下50％击穿电压比负 极性下低，所以也更危险
u /Um
1
P
0.9
0.5 0.3
t
0
o'
T1
T2
二、放电时延
击穿条件
足够幅值的电压 一定时间的作用
统导计致时击延穿ts—的—电有子效）电产子生（。能不引均起匀电电离场过内程，并ts最小终。 放电电、形间成隙时击延穿tf—。—均出匀现电电场子内崩，、t形f小成。 流注、主放 放电时延 tlag＝ ts＋ tf
负棒—正板
E
E0 Eq 0
Ecom E0 Eq Eq
Eq
x
负棒—正板
电子崩中的电子离开强电场区后，不再能引起 电离，向阳极运动的速度也越来越慢。
电子崩中的正离子加强了棒极附近的场强，使 棒极附近容易形成流注。
结论：
（1）电晕起始电压比正极性时要低。 （2）正空间电荷产生的附加电场与原电场方向相反
试验方法：多级法（每级加压6次，曲线），升 降法（10次中4~6次击穿）
均匀电场下的50% 冲击击穿电压
均匀电场和稍不均匀电场下的击穿电压——击穿电压 分散性小，其雷电冲击50％击穿电压和静态 击穿电压 （即持续作用电压下的击穿电压）相差很小
50% 冲击击穿电压 冲击系数＝
持续作用电压下的击穿电压 冲击系数＝ 1
一、操作冲击电压标准波形
非周期性指数衰减波 推荐操作冲击电压的标准波形为250／2500s
衰减振荡电压波 第一个半波的持续时间在2000一3000 s之间 ，反极性 的第二个半波的幅值达到第一个半波幅值80％
u /Um
u
1.0
Um
0.5
0
Tcr T2
(a)
t0
t Tcr
Tcr 1000 ~ 1500s
（3）分散性大
对于波前时间在数十到数百μs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％）
由于空间电荷的形成、扩散和放电时延具有 很大的统计性，所以操作冲击电压下间隙的 击穿电压和放电时间的分散性比雷电冲击电 压下大得多
E0
正棒－负板
－ (a)
－
(b)
E
E0
Ecom E0 Eq
0
Eq
x
(c)
பைடு நூலகம்
正棒－负板
电子运动速度快，迅速进入棒极； 棒极附近积聚起正空间电荷，削弱了棒极附近
的电场强度而加强了正离子群外部空间的电场
结果：
（1）使电晕起始电压提高。 （2）外部空间电场加强，有利于流注的发展，因此
击穿电压较低。