第三章气隙的电气强度ppt课件

1、第三章 气隙的电气强度第一节 气隙的击穿时间第二节 气隙的伏秒特性和击穿电压的概率分布第三节 大气条件对气隙击穿电压的影响第四节 较均匀/不均匀电场气隙的击穿电压第五节 提高气隙击穿电压的方法.3.1 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 、放电开展时间tf 、放电时延 tl 短间隙(1厘米以下) tfts ，平均统计时延 较长的间隙中 tl主要决议于tf间隙上外施电压添加，放电开展时间也会减小 .3.2 气隙的伏秒特性一. 电压波形一直流电压 直流实验电压大都由交流整流而得，其波形必然有一定的脉动，纹波系数为脉动幅值与平均值之比。国家规范规定被试品

2、上直流实验电压的纹波系数应不大于3。二工频交流电压 工频交流实验电压应近似为正弦波，正负两半波相同，其峰值与有效值之比应在 以内。频率普通在4565Hz范围内。. 三 规范雷电冲击电压波 用来模拟雷电过电压波，采用非周期性双指数波。T1视在波前时间； T2视在半峰值时间 ；Um冲击电压峰值 国际电工委员会(IEC)和我国国家规范规定为：T1=1.2s 30% ；T2=50s20% 通常写成1.2/50s。 四 规范雷电截波用来模拟雷电过电压引起气隙击穿或外绝缘闪落后出现的截尾冲击波，如图。IEC规范和我国国家规范规定为：T1=1.2s 30% ；Tc=25s 。可写成1.2/ 25s .0.3

3、0.50.9100T1T2 u / Umt0.900.31 u / Um0T1Tct. 五 规范操作冲击电压波 用来等效模拟电力系统中操作过电压波，普通也用非周期性双指数波。波前时间Tcr=250s20%；半峰值时间T2=2500s60% 。可写成250/2500s冲击波。当在实验中上述波形不能满足要求时，引荐采用100/2500s 和 500/2500s 冲击波。此外还建议采用一种衰减震荡波下右图，第一个半波的继续时间在20003000s之间，极性相反的第二个半波的峰值约为第一个半波峰值的80% 0.510 u / UmTcrT2tu0UmTcrtTcr=1000 1500us规范操作冲击电

4、压波.二、伏秒特性 气隙的伏秒特性在同一波形，不同幅值的冲击电压作用下，气隙上出现的电压最大值和放电时间的关系，称为该气隙的伏秒特性。50%冲击击穿电压 U50% )指某气隙被击穿的概率为50%的冲击电压峰值。.一伏秒特性曲线的制造坚持一定的冲击电压波形不变，而逐级升高电压，以电压为纵坐标，时间为横坐标电压较低时，击穿普通发生在波尾，取该电压的峰值与击穿时辰，得到相应的点电压较高时，击穿普通发生在波头，取击穿时辰的电压值及该时辰，得到相应的点u0t123. 实践上伏秒特性具有统计分散性，是一个以上下包线为界的带状区域。工程上，通常取“50%伏秒特性曲线来表征一个气隙的冲击击穿特性。U50%u0

5、t2313-U0%2-U50%1-U100%.二伏秒特性的用途间隙伏秒特性的外形决议于电极间电场分布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 3-2-6 对1 起维护作用 3-2-7在高幅值冲击电压作用下，不起维护作用.三. 气隙击穿电压的概率分布 气隙击穿的几率分布接近正态分布，通常可以用U50%和变异系数Z来表示。100%的耐受电压是很难测的要做无穷次的实验，实践中常用很高耐受几率(例如99以上)的电压作为耐受电压。. 由于大气的压力、温度、湿度等条件会影响空气的密度、电子自在行程长度、碰撞电离及附着过程，影响气隙的击穿电压Ub。 一、 我国的国家规范所规定的规范大气条件为：

6、 压力 p0 =101.3kpa； 温度 t0 =20 或 T0 = 293K； 绝对湿度 hc =11g / m3 。3.3大气条件对气隙击穿电压的影响 .二、大气条件对击穿电压影响 气隙的击穿电压随大气密度或湿度的添加而升高 缘由： 大气密度升高而击穿电压升高：随着空气密度的增大，气体中自在电子的平均自在程缩短了，不易呵斥撞击电离。 湿度的添加而击穿电压升高：水蒸汽是电负性气体，易俘获自在电子构成负离子，使自在电子的数量减少，妨碍了电离的开展。.式中: U 实践实验条件下的气隙击穿电压 U0 规范大气条件下的气隙击穿电压 Kd空气密度校正因数 Kh湿度校正因数. 一、对空气密度的校正. 在

7、均匀和稍不均匀电场中，放电开场时，整个气隙的电场强度都很大，电子运动速度较快，不易被水分子俘获，因此湿度影响不太明显 在极不均匀电场中，湿度影响就很明显了，可用下面的湿度校正因数来校正 Kh = KW 指数W之值取决于电极外形、气隙长度、电压类型及其极性。详细值亦可参考有关国家规范 二、对湿度的校正. 我国国家规范规定：对于安装在海拔高于1000m 、但不超越4000m 处的电力设备外绝缘，在 1000m以下实验时其实验电压U 应为平原地域外绝缘的耐受电压Up 乘以海拔校正因数Kn ， U = Ka Up式中 H安装点的海拔高度，m。 三、对海拔的校正.3.4 较均匀电场气隙的击穿电压均匀电场

8、特点： 起始放电电压就等于气隙的击穿电压， 击穿电压与电压极性无关 空气的击穿电压(峰值) 的阅历公式为 式中 S 间隙间隔cm 空气相对密度电气强度峰值大致等于30kV/cm .2. 稍不均匀电场中的击穿电压不能构成稳定的电晕放电电场不对称时，极性效应不很明显 直流、工频下的击穿电压(幅值)以及50冲击击穿电压都一样，击穿电压的分散性也不大击穿电压和电场均匀程度关系极大，电场越均匀，同样间隙间隔下的击穿电压就越高 球球间隙，球板间隙，同轴圆柱间隙 .影响击穿电压的主要要素是间隙间隔选择电场极不均匀的极端情况典型电极来研讨 棒(尖)板 ：电场分布不均匀、不对称 棒(尖)棒(尖) ：电场分布不均

9、匀、对称 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 工程上，击穿电压可以参照与接近的典型气隙的击穿电压来估计3.5 不均匀电场气隙的击穿电压.1. 直流电压下的击穿电压棒板间隙：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5.4kV/cm极性效应：.2. 工频电压下的击穿电压 击穿在棒的极性为正、电压到达幅值时发生 除了起始部分外，击穿电压和间隔近似直线关系 棒棒3.8kV/cm，棒板低：极性效应“饱和景象 ：间隔加大，平均击穿场强明显降低，棒板间隙尤为严重 d1m， 5 kV/cm dlm，2 kV/

10、cm图3-5-2 棒棒和棒和板空气间隙的 工频击穿电压与间隙间隔的关系.结论:气隙较大时S大于2.5m，击穿电压与间隔关系出现了明显的饱和趋向，特别是棒板气隙，其饱和趋向更明显。.图3-5-4 气隙的冲击击穿电压与间隔的关系3雷电冲击电压下.4 .操作冲击电压下极不均匀电场中的操作击穿有许多特点.特点极性效应 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 电场分布的影响 “临近效应 ：接地物体接近放电间隙会显著降低其正极性击穿电压，但能多少提高一些负极性击穿电压 电极外形对间隙的击穿电压也有很大影响 .3.波形的影响 在一定的波前时间范围内，U50 甚至会比工频

11、击穿电压低 ，呈现出 “形曲线 对应于极小值的波前时间随着间隙间隔加大而添加，对7m以下的间隙，大致在50200s之间放电时延和空间电荷(构成及迁移)这两类不同要素的影响所呵斥的 .分散性大 对于波前时间在数十到数百微秒的操作冲击电压，极不均匀电场间隙50击穿电压的规范偏向约为5；波前时间超越1000s以后，可达8左右工频及雷电冲击电压下均约为3 “饱和景象 和工频电压下类似，极不均匀电场中操作冲击50击穿电压和间隙间隔的关系具有明显的“饱和特征雷电冲击50击穿电压和间隔大致呈线性关系 .50击穿电压极小值的阅历公式 式中 d 间隙间隔，m上式对于2 20m的长间隙和实验结果很好地符合.3.6

12、 提高气体间隙击穿电压的措施两个途径： 一、改善电场分布，使之尽量均匀 改良电极外形 利用空间电荷畸变电场的作用 二、利用其它方法来减弱气体中的电离过程 .(一改善电场分布 增大电极曲率半径简称屏蔽 减小外表场强。如变压器套管端部加球形屏蔽罩；采用扩径导线等改善电极边缘 电极边缘做成弧形使电极具有最正确外形 如穿墙高压引线上加金属扁球.二 高真空的采用减弱间隙中的碰撞电离过程，从而显著增高间隙的击穿电压 高真空中击穿机理发生了改动：撞击电离的机制不起主要作用，而击穿与强场发射有关运用：真空断路器中用作绝缘和灭弧。.三高气压的采用 减小电子的平均自在行程，减弱电离过程例：大气压力下空气的电气强度

13、仅约为变压器油的1/51/8，提高压力至11.5MPa，空气的电气强度和普通的液、固态绝缘资料如变压器油、电瓷、云母等的电气强度相接近 紧缩空气绝缘及其它紧缩气体绝缘在一些电气设备中已得到采用如：高压空气断路器、高压规范电容器等.均匀电场中的击穿电压在一定的压力范围内，击穿场强的提高遵照巴申定律，并且击穿场强大致和气压成正比 大约从1MPa开场，实验结果和巴申定律的分歧就逐渐明显了 .不均匀电场中的击穿电压不均匀电场中提高气压后，间隙的击穿电压也将高于大气压强下的数值在高气压下，电场均匀程度对击穿电压的影响比在大气压力下要显著得多，电场均匀程度下降，击穿电压将猛烈降低.含卤族元素的气体化合物，

14、如六氟化硫SF6、氟利昂CCl2F2等，其电气强度比空气的要高很多。称为高电气强度气体 四高电气强度气体的采用. 卤化物气体电气强度高的缘由 1由于含有卤族元素，气体具有很强的电负性，气体分子容易和电子结合成为负离子，减弱电子的碰撞电离才干，同时又加强复合过程气体的分子量比较大，分子直径较大，电子在其中的自在行程缩短，不易积聚能量，从而减少其碰撞电离才干电子和这些气体的分子相遇时，还易于引起分子发生极化等过程，添加能量损失，从而减弱其碰撞电离才干.对高电气强度气体的要求1液化温度要低，采用高电气强度气体时，经常同时提高压力，以便更大程度的提高间隙的击穿电压，减少设备的体积和分量。所以这些气体的液化温度要低，以便在较低的运转温度下，还能施加相当的压力2应具有良好的化学稳定性，不易腐蚀设备中的其它资料，无毒，不会爆炸，不易熄灭，即使在放电过程中也不易分解等3经济上该当合理，价钱廉价，能大量供应 .五 SF6气体的运用目前工程上已得到采用的是六氟化硫SF6。