高电压技术：2-1稳态电压下的击穿

1、第一节 稳态电压下的击穿均匀直流电场的击穿特性 稍不均匀电场气隙的击穿特性球间隙 同轴圆筒极不均匀电场气隙的击穿特性直流电压工频交流电压雷电冲击电压 操作冲击电压一、均匀直流电场的击穿特性均匀电场只有一种，那就是消除了电极边缘效应的平板电极之间的电场。如果平板间距很大，则为了消除电极边缘效应，必须将电极的尺寸选得很大，这是不现实的。因此工程中一般极间距离（d）不大。均匀电场： 两个电极形状完全相同且对称布置，因而不存在极性效应。均匀电场中各处的电场强度均相等，击穿所需的时间极短 在直流、工频和冲击电压作用下的击穿电压实际上都相同击穿电压的分散性很小，伏秒特性很快就变平，冲击系数1 图2-1为实

2、验所得到的均匀电场空气间隙击穿电压特性。它也可用下页的经验公式来表示：相应的平均击穿场强：二、稍不均匀电场气隙的击穿特性与均匀电场相似，冲击系数接近1，冲击击穿电压与工频击穿电压及直流击穿电压相等。1、球间隙若球间距离d，球极直径为D dD/4时，不均匀度增大，大地影响加大 一般取d D/2范围内工作2、同轴圆筒外筒内半径R=10cm，改变内筒外半径r之值，气隙起始电晕电压Uc和击穿电压随内筒外直径r变化规律如图2-3所示。在各种各样的极不均匀电场气隙中：“棒棒”气隙：完全对称性 “棒板”气隙：最大不对称性其它类型不均匀电场气隙击穿特性介于这两种之间。对于实际工程中遇到的各种极不均匀电场气隙来

3、说，均可按其电极的对称程度分别选用“棒-棒”或“棒-板”两种典型气隙的击穿特性曲线来估计其电气强度。三、极不均匀电场的击穿特性直流电压“棒棒”和“棒板”击穿特性见图2-4。可以看出：“棒板”负极性击穿电压大大高于正极性击穿电压。四、极不均匀电场的击穿特性工频交流电压升压方式：电压慢慢升高，直至发生击穿。升压的速率一般控制在每秒升高预期击穿电压值的3。“棒-棒”气隙的工频击穿电压要比“棒-板”气隙高一些，因为相对而言，“棒-棒”气隙的电场要比“棒-板”气隙稍为均匀一些。 图2-6是空气中棒间隙的工频击穿电压与气隙长度的关系曲线，可以看出，在气隙长度d不超过1m时，“棒-棒”与“棒-板”气隙的工频

4、击穿电压几乎一样，但在d进一步增大后，二者的差别就变得越来越大了。图2-7是空气间隙更长时的试验数据，为了进行比较，图中同时绘有“导线-导线”和“导线-杆塔”空气间隙的试验结果。从图中可以看出，随着气隙长度的增大，“棒-板”气隙的平均击穿场强明显降低，即存在“饱和”现象。 当气隙的击穿场强“饱和”时，再增大“棒-板”气隙的长度，已不能有效地提高其工频击穿电压。各种气隙的工频击穿电压分散性一般不大，其标准偏差值不会超过2%-3%。五、极不均匀电场的击穿特性雷电冲击电压在1.5/40uS雷电冲击电压作用下，“棒-棒”和“棒-板”气隙的50冲击击穿电压与极间距离d的关系如图28所示。气隙长度更大的实

5、验结果见图29。对于1.2/50uS标准冲击电压波上述两图亦适用。 由图可见，“棒板”气隙的冲击击穿电压具有明显的极性效应，棒极为正极性的击穿电压比负极性时数值低得多。六、极不均匀电场的击穿特性操作冲击电压我国采用如图117所示的250/2500us标准操作冲击波形。随着输电电压的不断提高：额定电压超过220kV的超高压输电系统，应按操作过电压下的电气特性进行绝缘设计 超高压电力设备也应采用操作冲击电压来进行高压试验下面来看一下极不均匀电场长气隙时操作冲击电压下的击穿具有的特点：(1)操作冲击电压波形对气隙的电气强度有很大的影响，击穿电压U50%(s)与波前时间Tcr的关系曲线呈现“U”形，在

6、某一最不利的波前时间Tc下，出现极小值。(2)气隙的操作冲击电压不但远低于雷电冲击电压，在某些波前时间范围内，甚至比工频击穿电压还要低。各种类型作用电压下，以操作冲击电压下的电气强度最小。在确定电力设施的空气间距时，必须考虑到这一重要情况。(3)极不均匀电场长气隙的操作冲击击穿特性具有显著的“饱和特征”，而其雷电冲击击穿特性却是线性的。电气强度最差的正极性“棒板”气隙的饱和现象最为严重，尤其是在气隙长度大于5m以后，这对特高压输电技术来说，是一个极其不利的制约因素。(4)操作冲击电压下的气隙击穿电压和放电时间的分散性都要比雷电冲击电压下大得多。小 结均匀电场 消除电极边缘效应的平板电极 板间距离d一般不大 击穿特性符合巴申定律 稍不均匀电场 冲击系数接近1，冲击击穿电压与工频击穿电压及直流击穿电压相等直流电压下“棒板”负极性