第3章 气体间隙击穿强度-2014

1、高电压工程基础高电压工程基础（第二版）施围 邱毓昌 张乔根（西安交通大学）编著刘青（西安科技大学）制作1高电压工程基础第第3 3章章 气体间隙的击穿强度气体间隙的击穿强度 3.1 稳态电压下的击穿稳态电压下的击穿 3.2 雷电冲击电压下的击穿雷电冲击电压下的击穿 3.3 操作冲击电压下的击穿操作冲击电压下的击穿 3.4 大气密度和湿度对击穿的影响大气密度和湿度对击穿的影响 3.5 SF6气体间隙中的击穿气体间隙中的击穿 3.6 提高气体间隙击穿电压的措施提高气体间隙击穿电压的措施2高电压工程基础3.1 稳态电压下的击穿稳态电压下的击穿 均匀电场中的击穿均匀电场中的击穿0.010.1110d/c

2、m110100400Ub/kVeg：高压静电电压表的电极布置 24.226.08()bUdd kV特点：特点：（1） 无极性效应；（2） 击穿所需时间极短；（3） 击穿电压的分散性很小。 3高电压工程基础 稍不均匀电场中的击穿稍不均匀电场中的击穿（1）球间隙）球间隙 （eg：高压实验室中的测量球隙）dD/4时，出现极性效应；球隙测压器的工作范围dD/2 4高电压工程基础（2）同轴圆柱电极）同轴圆柱电极 （eg：高压标准电容器、单芯电缆、GIS分相母线）（1）r/R0.1时时，稍不均匀电场，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0.250.4的范围内）。

3、 bmdUEf5高电压工程基础（3）其他形状的电极布置）其他形状的电极布置 bmdUEf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。 6高电压工程基础 极不均匀电场中的击穿极不均匀电场中的击穿 不对称布置的极不均匀场间隙的极性效应很明显，而且其击穿的极性效应与稍不均匀场间隙相反。 尖板和尖尖空气间隙的直流击穿电压 棒棒和棒板空气间隙的工频击穿电压（有效值） 7高电压工程基础3.2 雷电冲击电压下的击穿雷电冲击电压下的击穿 冲击电压的标准波形冲击电压的标准波形标准雷电波标准雷电波的波形： T1=1.2s30， T2=50s20对于不同极性：+1.2/50

4、s或-1.2/50s操作冲击波操作冲击波的波形： T1=250s20， T2=2500s60对于不同极性：+250/2500s或-250/2500s 波前时间 半峰值时间 8高电压工程基础 放电时延放电时延临界击穿电压 统计时延：从外施电压达Uo时起，到出现一个能引起击穿的初始电子崩所需的第一个有效电子所需时间放电形成时延：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9高电压工程基础 50击穿电压及冲击系数击穿电压及冲击系数 50击穿电压击穿电压 多次施加电压时有半数会导致击穿的电压值Ub50 。0503bbUU2. 冲击系数冲击系数 同一间隙的

5、50冲击击穿电压与稳态击穿电压Uss之比 。10高电压工程基础 伏秒特性伏秒特性伏秒特性：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：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，取此刻值击穿发生在波尾，取峰值未击穿100%伏秒特性0%伏秒特性50%伏秒特性50%冲击击穿电压11高电压工程基础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）不正确配合绝缘的绝缘的伏秒特性伏秒特性避雷器的避雷器的伏秒特性伏秒特性12

6、高电压工程基础3.3 操作冲击电压下的击穿操作冲击电压下的击穿 操作冲击电压下击穿的操作冲击电压下击穿的U形曲线形曲线Eb随tf 的减小而增大是放电时延在起作用，与雷电冲击电压相似电压作用时间增加后空间电荷迁移范围扩大，改善了间隙中电场分布，击穿电压提高棒棒棒棒导线板导线板工频击穿工频击穿场强场强13高电压工程基础 操作冲击电压的推荐波形操作冲击电压的推荐波形a. T1/T2=250(20) / 2500(60) s b.振荡操作波 长空气间隙在操作冲击电压下的击穿强度长空气间隙在操作冲击电压下的击穿强度特点：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

7、时呈现饱和趋势。（3）间隙距离越大，“2”与“3”的击穿电压的差别越大。雷电冲击雷电冲击操作冲击操作冲击最小击穿最小击穿电压电压min3.4120m81UMVd棒板间隙距离 ：arUkU其它间隙： 14高电压工程基础3.4 大气密度和湿度对击穿的影响大气密度和湿度对击穿的影响 大气校正因数大气校正因数标准大气条件：t020，p0101.3kPa，h011g/m300/ttUU KUU K12tKK K1mK00273273tppt2WKK1. 空气密度校正系数空气密度校正系数2. 湿度校正因素湿度校正因素15高电压工程基础3. 指数指数m和和W500BUgL K16高电压工程基础3.6 提高气

8、隙击穿电压的措施提高气隙击穿电压的措施 改善电场分布的措施改善电场分布的措施（1）改变电极形状）改变电极形状 长空气间隙的交流击穿电压棒板棒板棒棒棒棒导线杆塔支柱导线杆塔支柱导线导线导线导线17高电压工程基础（2）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 例如利用电晕放电产生的空间电荷来改善极不均匀场间隙中电场分布，从而提高间隙的击穿电压。 此种提高击穿电压的方法仅在持续作用电压下才有效，在雷电冲击电压下并不适用。 18高电压工程基础（3）极不均匀电场中屏障的使用）极不均匀电场中屏障的使用 正尖板间隙中屏障的作用 屏障靠近尖电极或板电屏障靠近尖电极或板电极时，屏障效应消失

9、，正、极时，屏障效应消失，正、负极性下出现很大差别。负极性下出现很大差别。 直流电压下尖板空气间隙的击穿电压和屏障位置的关系 屏障应靠近尖电极，使比较屏障应靠近尖电极，使比较均匀的电场区扩大。但离尖电极均匀的电场区扩大。但离尖电极过近时，屏障上空间电荷的分布过近时，屏障上空间电荷的分布将变得不均匀而使屏障效应减弱，将变得不均匀而使屏障效应减弱，因此屏障有一最佳位置。因此屏障有一最佳位置。 19高电压工程基础 高气压的采用高气压的采用均匀电场中几种绝缘介质的击穿电压与距离的关系12.8MPa的空气 20.7MPa的SF6 3高真空4变压器油 50.1MPa的SF6 6大气20高电压工程基础 强电负性气体