第4讲 气体电介质绝缘特性(三)

1、1上节回顾上节回顾u极不均匀场中的放电过程u极不均匀电场中的放电特征第第4 4讲讲 气体电介质的绝缘特性（三）气体电介质的绝缘特性（三） 电力系统中，冲击电压分为：电力系统中，冲击电压分为：雷电冲击电压：雷电造成、峰值高、陡度大、雷电冲击电压：雷电造成、峰值高、陡度大、 作用时间极短作用时间极短操作冲击电压：系统状态突然变化引起、持续时间长、操作冲击电压：系统状态突然变化引起、持续时间长、 峰值高于运行电压峰值高于运行电压1.4 1.4 雷电冲击电压作用下气体的击穿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一、雷电冲击电压标准波形非周期性指数衰减波非周期性指数衰减波 T11.2 s（

2、 30%） T250 s（ 20%） 二、放电时延二、放电时延击穿条件：击穿条件： 足够幅值的电压足够幅值的电压:有引起电子崩并导致流注和主放电的有引起电子崩并导致流注和主放电的有效电子有效电子 一定时间：放电发展一定时间：放电发展统计时延统计时延ts有效电子（能引起电离过程并最终导致击有效电子（能引起电离过程并最终导致击穿的电子）穿的电子） 产生。不均匀电场内，产生。不均匀电场内， ts小小。放电形成时延放电形成时延tf从出现有效电子到产生电子崩、形成从出现有效电子到产生电子崩、形成流注、主放电、间隙击穿。距离越短，流注、主放电、间隙击穿。距离越短，tf小小。 均匀电场内，均匀电场内， tf

3、小小。放电时延放电时延 tlag ts tf影响影响tlag的因素：的因素：U增大，紫外光照射ftt tts1b ft ts在间隙较短、电场均匀在间隙较短、电场均匀时，放电发展很快，放时，放电发展很快，放电形成时延短，电形成时延短，即即冲击放电所需的全部时间：冲击放电所需的全部时间：较长间隙中，电场不均匀时较长间隙中，电场不均匀时局部场强很高，放电时延主局部场强很高，放电时延主要取决于放电形成时延要取决于放电形成时延影响影响tlag的因素：的因素：U增大，三、雷电三、雷电50%50%冲击击穿电压（冲击击穿电压（U U50%50%） u原因放电时延的分散性（对于较短的放电时延有可能发生击穿，而在

4、较长的时延时则不发生击穿）电压升高到一定程度，100击穿U U50%50%在多次施加电压时，其中半数导致击穿的电压，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工程上以此来反映间隙的耐受冲击电压的特性试验方法：多级法（每级加压试验方法：多级法（每级加压6次，曲线），升降法（次，曲线），升降法（10次中次中46次击穿）次击穿）u均匀电场和稍不均匀电场下的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击穿电压分散性小，其雷电冲击分散性小，其雷电冲击50击穿电压和静态击穿电压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（即持续作用电压下的击穿

5、电压）相差很小 冲击系数冲击系数50% 冲击击穿电压冲击击穿电压/持续作用电压下的击持续作用电压下的击穿电压穿电压 冲击系数冲击系数 1u极不均匀电场下的击穿电压极不均匀电场下的击穿电压由于放电时延较长，由于放电时延较长，通常冲击系数大于通常冲击系数大于l，击穿电压的分散性也大一些，其，击穿电压的分散性也大一些，其标准偏差可取为标准偏差可取为3% 四四. .伏秒特性伏秒特性 n以斜角波电压为例来说明考虑放电时延的必要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

6、时间后，间隙中开始发展起击穿过程。但击穿需一定时间 = tl，在此时间内电压，在此时间内电压 上升上升 击穿完成时间隙上的电压击穿完成时间隙上的电压 应为应为U0+ U tuU/伏秒特性的绘制伏秒特性的绘制实验方法实验方法u保持间隙距离不变、保持冲击电压波形不变，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。u当电压不是很高时，放电时延很长，击穿一般在波尾时间发生。u当电压很高时，击穿百分比达100，放电时间大大缩短，击穿可能发生在波头。11伏秒特性的绘制伏秒特性的绘制实验方法实验方法u当击穿发生在波头或峰值时，取图中的2、3点；u当击穿发生在波尾时，虽然此时电压已从峰值下降，但该

7、峰值仍然是间隙击穿的重要因素，取图中1点；伏秒特性曲线的形状与电场分布有关伏秒特性曲线的形状与电场分布有关u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。u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。 伏秒特性的分散性伏秒特性的分散性u放电时间具有分散性放电时间具有分散性，在每级电压作用下，在每级电压作用下测得的放电时间不同测得的放电时间不同，实际上伏秒特性是，实际上伏秒特性是以上、下包络线为界以上、下包络线为界的一个带状区域的一个带状区域u平均伏秒特性或平均伏秒特性或50%伏秒特性曲线表征气伏秒特性曲线

8、表征气体间隙的冲击击穿特体间隙的冲击击穿特性性每个电压下放每个电压下放电时间小于或大于横电时间小于或大于横坐标所示数值的概率坐标所示数值的概率各为各为50%每个电压下放电时间小于或大每个电压下放电时间小于或大于所示数值各占于所示数值各占50%50%伏秒特性的用途：伏秒特性的用途：对对1 起保护作用起保护作用 在高幅值冲击电压作用下，在高幅值冲击电压作用下，不起保护作用不起保护作用被保护设备绝缘的伏秒特性与并联的保护间隙的伏秒特性配合被保护设备绝缘的伏秒特性与并联的保护间隙的伏秒特性配合用伏秒特性表征间隙的击穿电压特性较为全面和正确，但制作相当费用伏秒特性表征间隙的击穿电压特性较为全面和正确，但

9、制作相当费时，在某些情况下，只用某一特定的，如时，在某些情况下，只用某一特定的，如50%50%冲击击穿电压值就够了冲击击穿电压值就够了1.5 1.5 操作冲击电压作用下气体的击穿操作冲击电压作用下气体的击穿 一、操作冲击电压标准波形一、操作冲击电压标准波形%20n非周期性指数衰减波非周期性指数衰减波 推荐操作冲击电压的标准波形为推荐操作冲击电压的标准波形为2502500 s ，容许偏差为，容许偏差为 原点和峰值点的位置清晰，所以波头、波尾都为自然波头波尾原点和峰值点的位置清晰，所以波头、波尾都为自然波头波尾n衰减振荡电压衰减振荡电压 第一个半波的持续时间在第一个半波的持续时间在2000一一30

10、00 s之间之间 ，反极性的第二个半波的幅值，反极性的第二个半波的幅值达到第一个半波幅值达到第一个半波幅值80 %60二、操作冲击二、操作冲击50%50%击穿电压击穿电压u均匀电场和稍不均匀电场中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。u 极不均匀电场中极不均匀电场中 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。操作冲击电压作用下气体绝缘间隙的击穿电压具有分操作冲击电压作用下气体绝缘间隙的击穿电压具有分散性，也可用散性，也可用50%冲击击穿电压表

11、示：冲击击穿电压表示：极不均匀电场中n在操作冲击电压作用下在操作冲击电压作用下，极不均匀场空气间隙，极不均匀场空气间隙的击穿电压的击穿电压U U形曲线形曲线 n对应于极小值的波头时对应于极小值的波头时间间临界波头时间，临界波头时间， 随着间隙距离加大而增随着间隙距离加大而增加，对加，对7m以下的间隙，以下的间隙，大致在大致在50 200 s之间之间n放电时延和空间电荷放电时延和空间电荷(形形成及迁移成及迁移)这两类不同因这两类不同因素的影响所造成的素的影响所造成的 放电时延放电时延的作用的作用空间电荷对空间电荷对电场的影响电场的影响棒棒板间隙正极性操作冲击板间隙正极性操作冲击50%击穿电压与波

12、头时间击穿电压与波头时间“饱和饱和”现象现象 极不均匀电场中操作冲击极不均匀电场中操作冲击5050击穿电压和间隙距击穿电压和间隙距离的关系具有明显的离的关系具有明显的“饱和饱和”特征，这是因为特征，这是因为形成先导后，放电易于形成先导后，放电易于发展。发展。 其其“饱和饱和”程度与电程度与电极对称度、操作冲击电极对称度、操作冲击电压极性、波形等有关压极性、波形等有关由于空间电荷的形成、扩由于空间电荷的形成、扩散和放电时延具有很大散和放电时延具有很大统计性，所以操作击穿统计性，所以操作击穿电压作用下间隙的击穿电压作用下间隙的击穿电压的分散性比雷电冲电压的分散性比雷电冲击电压下大得多击电压下大得多

13、棒棒板间隙不同电压类型作用下：板间隙不同电压类型作用下：1 1、在、在不同不同T T1 1值下值下U50%U50%（minmin）；）；2 2、250/2500us250/2500us操作冲操作冲击；击；3 3、工频交流；、工频交流；4 4、+1.2/50us+1.2/50us雷电冲击雷电冲击；n50击穿电压极小值的经验公式击穿电压极小值的经验公式 式中式中 d 间隙距离，间隙距离，m上式对于上式对于 15m的长间隙和试验结果很好地符合的长间隙和试验结果很好地符合MV 814 . 3min50dU1.6 1.6 电场形式、电压波形与击穿电压的关系电场形式、电压波形与击穿电压的关系u电场形式均匀

14、场 稍不均匀场 极不均匀场u电压波形持续作用电压直流 工频 冲击电压雷电 操作1.6.1 1.6.1 均匀电场均匀电场u分散性小u均匀电场中空气的击穿电压经验公式ddU08. 622.240相同间隙的直流击穿电压与工频击穿电压（幅值）相同相同间隙的直流击穿电压与工频击穿电压（幅值）相同1.6.2 1.6.2 稍不均匀电场稍不均匀电场u与均匀场类似u不能形成稳定的电晕放电，电晕起始电压就是其击穿电压，所以负极下击穿电压略低于正极性下的数值 u几种电压形式的击穿电压值基本相等，分散性小u也有极性效应2Dd 231.6.2 1.6.2 稍不均匀电场稍不均匀电场极性效应： 不接地时，无极性效应， 但通

15、常会接地，此时有极性效应1.6.3 1.6.3 极不均匀电场极不均匀电场u波形影响大，分散性大，极性效应明显一、直流击穿电压一、直流击穿电压棒棒间隙，介于两者之间 原因：棒-棒具有正极性尖端，放电容易发展，故击穿电压比负棒-正板的低；另一方面，棒-棒有两个尖端，既有两个强电场区域，同样间隙距离下强电场区域，通常均匀程度会增加，其最大场强比棒-板间隙低，从而击穿电压比正棒-负板的低棒棒板间隙：棒具有正极性时，平均击穿板间隙：棒具有正极性时，平均击穿场强约为场强约为4.5kV/cm；棒具有负极性时约为；棒具有负极性时约为l0kV/cm棒棒棒间隙的平均击穿场强约为棒间隙的平均击穿场强约为4.85.0

16、kV/cm二、工频击穿电压二、工频击穿电压u在棒-板间隙中，击穿总是在棒为正、电压达到幅值附近时发生，击穿电压与直流击穿电压相近，u棒-棒间隙的击穿电压较高，因为棒-棒间隙的电场比棒-板间隙的要均匀一些。u随着间隙距离增大，电场不均匀性增强，平均击穿场强降低。u当距离超过2m时，随着间隙距离增大，击穿电压具有“饱和现象”。尤其是棒-板间隙中饱和趋势更明显，这时再增大间隙的长度，对于提高工频击穿电压是无效的。三、雷电冲击三、雷电冲击50% 50% 击穿电压击穿电压u雷电冲击50% 击穿电压高于稳态击穿电压（直流击穿电压或工频击穿电压幅值）。u击穿电压的分散性也较大。间隙较长时，击穿通常发生在波尾。u雷电冲击50% 击穿电压和间隙距离大