雷电冲击电压下气体的击穿电压

【学习任务】了解标准冲击电压波形的特点，理解冲击电压作用下气体间隙击穿过程，理解50%冲击击穿电压概念，理解伏秒特性曲线的意义及其在工程中的应用。电压波形不同性质、不同波形的电压，气隙的击穿电压不同。为了便于比较因此需统一波形。我国标准波形与IEC规定的标准波形一致。1.直流电压直流都是利用交流电压整流而来，故对其脉动系数要求不大于3％。2.工频交流电压应近似正弦波，峰值与均方根值（有效值）之比应小于，频率

在45－65Hz范围

3.雷电冲击电压4.操作冲击电压持续作用电压脉冲性质电压电力系统中冲击电压是指作用时间短暂的电压，它包括雷电冲击电压和操作冲击电压。雷电冲击电压是由雷云放电引起的，其持续时间极短，只有约几个微秒到几十个微秒，与击穿所需的时间相当；操作冲击电压是指当电力系统在操作或发生事故时，因状态发生突然变化引起电感—电容回路的振荡产生的过电压，其作用时间介于雷电冲击电压与工频电压之间。由于冲击电压的作用时间短暂，故空气间隙在冲击电压作用下的击穿具有与持续电压作用下不同的特点。（一）、标准冲击电压波形为了检验绝缘耐受冲击电压的能力，在实验室中可以利用冲击电压发生器（图1-28）产生冲击电压，以模拟实际产生的过电压。为了使得到的结果可以互相比较，需规定标准波形。模仿雷电及操作过电压等冲击电压的电源装置，主要用于绝缘冲击耐压及介质冲击击穿、放电等试验。冲击电压发生器一、雷电冲击电压下空气的击穿电压我国7200kV冲击电压发生器输出操作冲击电压击穿25m空气间隙。（一）、标准冲击电压波形我国国家标准规定的雷电冲击电压标准波形的参数为T1=（1.2±30%）μs，T2=（50±20%）μs

。冲击电压波形由波前时间T1及半峰值时间T2来确定。T1为电压零点至电压峰值的时间；T2为电压零点至电压下降为峰值一半的时间。冲击电压除了T1和T2外，还应指出其极性（不接地电极相对于地的极性）。如标准雷电冲击电压波形通常可用符号±1.2/50μs表示。（一）、标准冲击电压波形每个气体间隙都有它的静态击穿电压，即长时间作用在间隙上能使间隙击穿的最低电压。当对静态击穿电压为U0的间隙施加冲击电压时，经t0时间，电压上升至U0，但间隙并不立刻击穿，而需经过t1时间后才能完成击穿，即间隙的击穿不仅需要足够的电压，还需要足够的时间。（二）、放电时延升压时间t0：电压从零升高到静态击穿电压U0所需的时间。统计时延ts：从电压升到U0的时刻起到间隙中形成第一个有效电子的时间。具有分散性。放电形成时延tf：从形成第一个有效电子的时刻起到间隙完全被击穿的时间。击穿时间:从开始加压的瞬时起到间隙完全击穿为止的时间tb=t0+ts+tf放电时延:t1=ts+tf

在电场比较均匀时，放电发展速度快，放电形成时延较短；在电场极不均匀时，放电发展到弱电场区后速度较慢，放电形成时延较长。（二）、放电时延间隙距离越短，电场越均匀，tf越小，ts>>tf

，放电时延主要取决于统计时延ts

提高外施电压人工光源照射较长的间隙，不均匀电场，局部场强很高，出现有效电子的概率增加，统计时延较小。放电时延主要取决于放电形成时延tf，且电场越不均匀则tf越长，提高外施电压（二）、放电时延若放电时延t1

＞T时，间隙不击穿

若放电时延t1

＜T时，间隙击穿

冲击电压作用下间隙击穿条件：（三）、50%冲击击穿电压T：电压超过U0所持续的时间由于放电时延t1具有分散性，在间隙上多次施加同一电压，有时击穿，有时不击穿。冲击电压幅值越大，T越大，击穿概率越大。工程上采用了击穿概率为50%的冲击电压来表示绝缘耐受冲击电压的大小。用U50%表示。

实际中只要保持波形不变，调整冲击电压峰值至10次电压中有4～6次发生击穿，此电压峰值就可作为50%冲击击穿电压。50%冲击击穿电压12冲击系数β：表示50%冲击电压与静态击穿电压的比值。均匀电场、稍不均匀电场：

β＝1极不均匀电场：β＞1课堂讨论：两个U50%不同的间隙并联，是否在任意波形的雷电冲击电压作用下，U50%小的间隙总是先击穿？

答：不是。由于U50%是一个与击穿概率有关的电压，它并不能保证间隙每次都100%被击穿。因此，上述说法是不准确的。（四）、伏秒特性冲击电压作用于气隙击穿取决于两个因素作用U作用时间tbUtbUtb同样击穿因此要表达冲击击穿特性必须用两者来表达工程上用气隙上出现的电压最大值与放电时间的关系来表征气隙在冲击电压下的击穿特性气隙的伏秒特性伏秒特性曲线的绘制保持冲击电压波形不变，逐级升高电压使气隙发生击穿，记录击穿电压波形，读取击穿电压值U与击穿时间t。当击穿发生在波前时，U与t均取击穿时的值；当击穿发生在波尾时，U取波峰值，t取击穿值（四）、伏秒特性由于放电时间具有分散性，所以在每级电压下可得到一系列放电时间。实际上伏秒特性是以上、下包线为界的一个带状区域u0t上包络线下包络线（四）、伏秒特性间隙伏秒特性的形状取决于电极间电场的分布。极不均匀：平均击穿场强低，放电时延长，曲线上翘；稍不均匀：平均击穿场强高，放电时延短，曲线平坦。图1-34极不均匀电场S1和均匀电场S2的伏秒特性伏秒特性曲线的应用四、伏秒特性变电站用避雷器保护电气设备（变压器）时就需对避雷器的伏秒特性和变压器伏秒特性进行合理配合伏秒特性曲线的应用：—用在过电压保护配合方面如果一个电压同时作用在两个并联的绝缘结构上，其中一个绝缘结构先击穿，则电压被截断短接，另一个就不会再被击穿，称前者保护了后者。t2＜t1，说明避雷器先击穿，过电压能量通过避雷器泄放掉，从而保护了变压器。t1＜t2，说明变压器先击穿，避雷器没有起到保护作用。要求避雷器的伏