气隙的电气强度

关于气隙的电气强度3.1

气隙的击穿时间静态击穿电压1.瞬时变化的电压加在气隙上时，气隙的击穿电

压将不再是静态击穿电压值。2.不同波形的电压的电压作用时，击穿时间和击

穿电压都将不同。长时间作用在气隙上使气隙击穿的最低电压第2页,共56页，2024年2月25日，星期天3.1

气隙的击穿时间U0:静态击穿电压

tb:

击穿时间tl:放电时延第3页,共56页，2024年2月25日，星期天U0:静态击穿电压

ts和tf

的统计性短间隙：

tf<<ts

，统计时延为主

长间隙(很不均匀电场)：

ts

<<tf，放电发展时间为主

3.1

气隙的击穿时间出现有效电子放电形成时延第4页,共56页，2024年2月25日，星期天3.2

气隙的伏秒特性和击穿电压的概率分布雷电冲击电压标准波形Tl＝1.2

s（

30%）

T2＝50

s（

20%）

雷电冲击电压标准波形第5页,共56页，2024年2月25日，星期天3.2

气隙的伏秒特性和击穿电压的概率分布T1＝1.2

s（

30%）T2＝2~5

s雷电冲击截波电压标准波形第6页,共56页，2024年2月25日，星期天操作冲击电压标准波形

推荐波形为250／2500

s波前时间允差（

30%）半峰值时间允差（

60%）3.2

气隙的伏秒特性和击穿电压的概率分布第7页,共56页，2024年2月25日，星期天3.2

气隙的伏秒特性和击穿电压的概率分布瞬时变化的电压加在气隙上时，气隙的击穿电压将不再是静态击穿电压值，与其波形有很大的关系.同一个气隙，冲击电压的峰值较低但延续时间较长，在此电压作用下，可能被击穿；冲击电压的峰值较高但持续时间较短，可能反而不被击穿。对于冲击电压波，气隙的击穿电压与该电压的波形有很大的关系。其击穿电压不能简单地用单一的击穿电压值表示，而必须用电压峰值和延续时间两者共同表示。第8页,共56页，2024年2月25日，星期天3.2

气隙的伏秒特性和击穿电压的概率分布u0t123伏秒特性的实验求取方法第9页,共56页，2024年2月25日，星期天3.2

气隙的伏秒特性和击穿电压的概率分布伏秒特性的实验求取方法伏秒特性的形状决定于电极间气隙的电场分布50％击穿电压第10页,共56页，2024年2月25日，星期天3.2

气隙的伏秒特性和击穿电压的概率分布伏秒特性曲线的工程应用第11页,共56页，2024年2月25日，星期天3.2

气隙的伏秒特性和击穿电压的概率分布伏秒特性曲线的工程应用第12页,共56页，2024年2月25日，星期天3.3

大气条件对气隙击穿电压的影响第13页,共56页，2024年2月25日，星期天3.3

大气条件对气隙击穿电压的影响温度

t0＝20℃压力p0＝101.3kPa绝对湿度h0＝11g/m3标准大气条件大气条件：气温、气压、湿度第14页,共56页，2024年2月25日，星期天3.3

大气条件对气隙击穿电压的影响空气密度增大时，空气中自由电子的平均自由行程缩短，不易造成碰撞电离，所以空气间隙的击穿电压升高。空气的湿度增加时，由于水蒸气是电负性气体，易俘获自由电子形成负离子，使电离减弱，所以空气间隙的击穿电压升高。在湿度较大时，绝缘子的闪络电压可能出现随湿度增加而降低的情况大气条件对气隙击穿电压的影响第15页,共56页，2024年2月25日，星期天3.3

大气条件对气隙击穿电压的影响第16页,共56页，2024年2月25日，星期天直流、工频击穿电压（峰值）以及50％冲击击穿电压都相同。击穿电压的分散性较小。3.4

较均匀电场气隙的击穿电压均匀电场气隙击穿电压情况空气击穿电压峰值经验公式式中S

气体间隙距离，（cm）

空气相对密度标准大气条件下空气的电气强度（峰值）大致等于30kV/cm

第17页,共56页，2024年2月25日，星期天均匀电场和稍不均匀电场气隙的击穿电压特性3.4

较均匀电场气隙的击穿电压不存在极性效应放电时延很短不同电压波形下击穿电压接近相同（包

括击穿电压峰值，50%击穿电压值）击穿电压分散性小第18页,共56页，2024年2月25日，星期天典型电极

棒(尖)—板：电场分布不对称

棒(尖)—棒(尖)：电场分布对称

3.5

不均匀电场气隙的击穿电压

显著的极性效应

不均匀电场气隙的击穿电压特性第19页,共56页，2024年2月25日，星期天直流电压下的击穿电压极性效应：正棒负板平均击穿场强约为4.5kV/cm；负棒正板棒平均击穿场强约为l0kV/cm棒棒间隙的平均击穿场强约为4.8~5.0kV/cm

3.5

不均匀电场气隙的击穿电压第20页,共56页，2024年2月25日，星期天3.5

不均匀电场气隙的击穿电压工频电压下的击穿电压击穿都发生在正半周峰附近，分散性不大；当间隙距离不太大时，击穿电压与间隙距离呈线性关系间隙距离很大时（超过2m），平均击穿场强明显降低，呈现出饱和现象棒板气隙的击穿电压最低第21页,共56页，2024年2月25日，星期天3.5

不均匀电场气隙的击穿电压雷电冲击下的击穿电压棒棒电极棒板电极极性效应线性关系分散性大第22页,共56页，2024年2月25日，星期天3.5

不均匀电场气隙的击穿电压雷电冲击下的击穿电压第23页,共56页，2024年2月25日，星期天波前时间Tcr(us)3.5

不均匀电场气隙的击穿电压操作冲击下的击穿电压U型曲线左半支——放电时延小。右半支——空间电荷不易聚集，不利于放电发展。第24页,共56页，2024年2月25日，星期天3.5

不均匀电场气隙的击穿电压操作冲击下的击穿电压工频操作冲击雷电冲击第25页,共56页，2024年2月25日，星期天3.5

不均匀电场气隙的击穿电压操作冲击下的击穿电压饱和现象显著第26页,共56页，2024年2月25日，星期天3.5

不均匀电场气隙的击穿电压操作冲击下的击穿电压分散性大第27页,共56页，2024年2月25日，星期天3.6

提高气隙击穿电压的方法改善气隙中的电场分布，使其分布均匀；设法削弱和抑制气体介质中的电离过程。途径：第28页,共56页，2024年2月25日，星期天3.6

提高气隙击穿电压的方法增大电极的曲率半径（常用的是屏蔽），例如变压器套管，均压环，扩径导线等；消除电极表面的毛刺；消除电极表面尖角。不仅要注意改善高压电极的形状以降低该电极旁边的局部场强，还要注意改善接地电极和中间电极的形状，以降低该电极旁边的局部场强。改善电场分布的具体方法第29页,共56页，2024年2月25日，星期天3.6

提高气隙击穿电压的方法改善电场分布的具体方法第30页,共56页，2024年2月25日，星期天3.6

提高气隙击穿电压的方法改善电场分布的具体方法第31页,共56页，2024年2月25日，星期天3.6

提高气隙击穿电压的方法改善电场分布的具体方法第32页,共56页，2024年2月25日，星期天3.6

提高气隙击穿电压的方法改善电场分布的具体方法第33页,共56页，2024年2月25日，星期天3.6

提高气隙击穿电压的方法改善电场分布的具体方法第34页,共56页，2024年2月25日，星期天3.6

提高气隙击穿电压的方法改善电场分布的具体方法第35页,共56页，2024年2月25日，星期天3.6

提高气隙击穿电压的方法抑制电离的具体方法采用高真空采用高气压采用强电负性气体第36页,共56页，2024年2月25日，星期天3.6

提高气隙击穿电压的方法抑制电离的具体方法采用高真空接近真空阶段：碰撞电离的几率太小，Ub提高高真空阶段：小距离时：强场发射、金属气化大距离时：全电压效应真空中的Ub与电极材料、表面光洁度、清洁度有关第37页,共56页，2024年2月25日，星期天3.6

提高气隙击穿电压的方法抑制电离的具体方法采用高气压基本原理：气压提高减小动能减小U提高1－2.8MPa5－0.1MPa当气压在10个大气压下时，击穿电压随气压增大线性增加。再提高P，会饱和压缩空气可用于内绝缘，如断路器、高压标准电容等。第38页,共56页，2024年2月25日，星期天3.6

提高气隙击穿电压的方法抑制电离的具体方法采用强电负性气体含卤族元素的气体化合物，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。第39页,共56页，2024年2月25日，星期天3.6

提高气隙击穿电压的方法抑制电离的具体方法采用强电负性气体原因：1） 具有很强的电负性，负离子即削弱电离，又加强复合；2） 分子量大，分子直径大，电子的减小。3） 电离过程伴随离解过程，需要更多能量。

第40页,共56页，2024年2月25日，星期天选用卤化物的原则：1液化温度要低，2应具有良好的化学稳定性，3经济上应当合理，价格便宜，能大量供应

目前得到工程广泛应用的是SF6及SF6混合气体3.6

提高气隙击穿电压的方法抑制电离的具体方法采用强电负性气体第41页,共56页，2024年2月25日，星期天SF6的绝缘性能1）强电负性，电气强度高2）对电场均匀度敏感

SF6的性能只有在均匀电场中才能充分发挥，在极不均匀场中，击穿电压下降很快。在极不均匀电场中，气压与击穿电压紧密相关3.6

提高气隙击穿电压的方法第42页,共56页，2024年2月25日，星期天针－球气隙中的SF6气体（针极曲率半径1mm，球半径50mm，极间距30mm）在不同类型电压下的击穿电压与压力的关系

空间电荷的作用，使得工频高于雷电随着气压的提高，空间电荷作用减小，因此Ub下降3.6

提高气隙击穿电压的方法第43页,共56页，2024年2月25日，星期天SF6的绝缘性能影响绝缘性能的因素：电场均匀度；气压；电极表面缺陷；导电微粒；3.6

提高气隙击穿电压的方法第44页,共56页，2024年2月25日，星期天SF6的液化特性1）一般不会液化3.6

提高气隙击穿电压的方法第45页,共56页，2024年2月25日，星期天2)纯净的SF6无毒，但分解物有毒，有腐蚀性

电子碰撞、热辐射、光辐射会导致SF6分解如电弧、局放、火花放电等

3）水分的危害水分会与气体分解物形成氢氟酸，腐蚀材料，引起凝露，降低表面闪络电压。解决办法：用吸附剂吸附分解物和水分。3.6

提高气隙击穿电压的方法第46页,共56页，2024年2月25日，星期天SF6－N2混合气体中的与E/p

1－纯N2；2－SF6含量为10%；3－SF6含量为25%；4－SF6含量为50%；5－纯SF6混合气体：N2、CO2、空气与SF6混合降低液化温度降低对电场的敏感度3.6

提高气隙击穿电压的方法第47页,共56页，2024年2月25日，星期天3.7

影响气隙沿面闪络电压的因素

电场均匀性电压波形情况大气条件介质表面状态

表面光滑或者粗糙程度淋雨状态污秽情况第48页,共56页，2024年2月25日，星期天3.7

影响气隙沿面闪络电压的因素

湿闪电压闪络途径：