第一章 气隙的击穿特性一讲解

1. 直流电压下的击穿电压
? 极性效应：尖 —尖电极 间的击穿电压介于极性 不同的尖—板电极之间
? 棒—板间隙：棒具有正 极性时，平均击穿场强 约为 4.5kV/cm ；棒具有 负极性时约为l0kV/cm
? 棒—棒间隙的平均击穿 场强约为4.8~5.0kV/cm
2. 工频电压下的击穿电压
? 击穿在棒的极性为正、电压达到幅值时发生 ? 除了起始部分外，击穿电压和距离近似直线关系 ? 棒—棒间隙的平均击穿场强约为 5.36kV/cm( 幅值 )，棒 —
板间隙的约为4.8kV/cm( 幅值) ? “饱和现象” ：距离加大，平均击穿场强明显降低，棒
—板间隙尤为严重 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
球—球间隙
当d＜D/4，电场相当均匀，直 流电压、工频电压及冲击电 压作用下，击穿电压都相同
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
击穿电压的估算
Tl＝1.2? s（? 30% ） T2＝50? s（? 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 多级法、升降法
? 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 冲击系数＝1
? 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
Ｓ２对Ｓ1 起保护作用
在高幅值冲击电压作用下， Ｓ２不起保护作用
四、操作冲击电压下空气的击穿电压
1. 操作冲击电压推荐波形
? 非周期性指数衰减波 推荐操作冲击电压的标准波形为 250／2500微秒
高电压技术
第7讲 气隙的击穿特性（一）
主要内容
? 气隙的击穿时Leabharlann Baidu ? 持续作用电压下空气的击穿电压 ? 雷电冲击电压下空气的击穿电压及伏秒特性 ? 操作冲击电压下空气的击穿电压 ? 提高气体间隙击穿电压的措施
影响空气间隙放电电压的因素主要： 电场情况：均匀、稍不均匀、极不均匀 电压形式：直流电压、交流电压、雷电冲击电压
持续时间极短（以微秒计），放电发展速度不能忽略 不计，间隙的击穿特性具有新的特点
二、持续作用电压下空气的击穿电压
? 均匀电场中的击穿电压 1. 直流、工频击穿电压（峰值）以及 50％冲击 击穿电压都相同。击穿电压的分散性较小
2. 均匀电场中空气的击穿电压 (峰值)，相应的经 验公式为
Ub ? 24.22?d ? 6.08 ?d kV
、操作冲击电压 大气条件：气压、温度、湿度 电压形式对空气间隙放电电压的影响
一、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
?? = 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
? 伏秒特性的制订方法
工程上用间隙上出现的电压 最大值和放电时间的关系 来表征间隙在冲击电压下 的击穿特性
伏秒特性用实验方法求取
放电时间具有分散性，实际 上伏秒特性是以上、下包 线为界的一个带状区域
式中 d ?? 间隙距离，（ cm）
? ?? 空气相对密度
当d不过于小时（ d > 1cm ），均匀电场中空气 的电气强度（峰值）大致等于 30kV/cm
二、持续作用电压下空气的击穿电压
? 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
? 衰减振荡电压 第一个半波的持续时间在2000一3000微秒之间 ，反极 性的第二个半波的幅值达到第一个半波幅值 80％
tb ? t0 ? ts ? t f tl ? ts ? 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
二、持续作用电压下空气的击穿电压
? 影响击穿电压的主要因素是间隙距离 ? 选择电场极不均匀的极端情况典型电极来研究
棒(尖)—板 ：电场分布不对称 棒(尖)—棒(尖) ：电场分布对称 ? 根据典型电极的击穿电压数据来估计绝缘距离 ? 直流、工频及冲击击穿电压间的差别比较明显 ，分散性较大，且极性效应显著
? 极不均匀电场中的击穿电压
? 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%
? 棒—板间隙有明显的极性效应，棒 —棒间隙也有不大 的极性效应
? 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
? 根据起始场强经验公式估算击穿电压 U ? Emax d / f
d :极间距离； ｆ：不均匀系数，决定于电极布置，可
根据静电场计算或电解槽等实验方法求得
? Emax达到临界值 E0＝30kV/cm ( 幅值) ，间隙击穿
U b ? E0d / f ? 30d / f kV Ｅ0 实际上和电极布置有关