第3章 气体间隙击穿强度-2014

《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3章气体间隙的击穿强度3.1稳态电压下的击穿3.2雷电冲击电压下的击穿3.3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3.5SF6气体间隙中的击穿3.6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

均匀电场中的击穿eg：高压静电电压表的电极布置特点：（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（1）球间隙（eg：高压实验室中的测量球隙）d<D/4时，电场均匀，直流、交流和冲击电压击穿电压相同；d>D/4时，出现极性效应；球隙测压器的工作范围d≤D/24高电压工程基础（2）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/R<0.1时，极不均匀电场。（2）r/R>0.1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0.25~0.4的范围内）。5高电压工程基础（3）其他形状的电极布置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

冲击电压的标准波形标准雷电波的波形：T1=1.2μs±30％，T2=50μs±20％对于不同极性：+1.2/50μs或-1.2/50μs操作冲击波的波形：T1=250μs±20％，T2=2500μs±60％对于不同极性：+250/2500μs或-250/2500μs波前时间半峰值时间8高电压工程基础

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50％击穿电压

多次施加电压时有半数会导致击穿的电压值Ub50。2.冲击系数同一间隙的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：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：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）不正确配合绝缘的伏－秒特性避雷器的伏－秒特性12高电压工程基础3.3操作冲击电压下的击穿

操作冲击电压下击穿的U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－棒导线－板工频击穿场强13高电压工程基础

操作冲击电压的推荐波形a.T1/T2=250(±20％)/2500(±60％)μsb.振荡操作波

长空气间隙在操作冲击电压下的击穿强度特点：（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。雷电冲击操作冲击最小击穿电压14高电压工程基础3.4大气密度和湿度对击穿的影响

大气校正因数标准大气条件：t0＝20℃，p0＝101.3kPa，h0＝11g/m31.空气密度校正系数2.湿度校正因素15高电压工程基础3.指数m和W16高电压工程基础3.6提高气隙击穿电压的措施

改善电场分布的措施（1）改变电极形状

长空气间隙的交流击穿电压棒－板棒－棒导线－杆塔支柱导线－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

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

正尖－板间隙中屏障的作用

屏障靠近尖电极或板电极时，屏障效应消失，正、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将变得不均匀而使屏障效应减弱，因此屏障有一最佳位置。19高电压工程基础

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1－2.8MPa的空气2－0.7MPa的SF63－高真空4－变压器油5－0.1MPa的SF66－大气20高电压工程基础

强电负性气体的应