氣體間隙的擊穿強(qiáng)

1、氣體放電理論可以解釋規(guī)律，不能準(zhǔn)確計(jì)氣體放電理論可以解釋規(guī)律，不能準(zhǔn)確計(jì) 算間隙擊穿電壓。算間隙擊穿電壓。 怎么辦呢？怎么辦呢？ 典型電極結(jié)構(gòu)典型電極結(jié)構(gòu) 實(shí)際電極布置實(shí)際電極布置 試驗(yàn)數(shù)據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù) 3.1 穩(wěn)態(tài)電壓下的擊穿穩(wěn)態(tài)電壓下的擊穿 穩(wěn)態(tài)電壓：穩(wěn)態(tài)電壓：直流與工頻電壓均為持續(xù)作用的電壓，直流與工頻電壓均為持續(xù)作用的電壓， 這類電壓隨時(shí)間的變化率很小，在放電發(fā)展所需這類電壓隨時(shí)間的變化率很小，在放電發(fā)展所需 時(shí)間內(nèi)（以微秒計(jì)），外施電壓的變化可忽略不時(shí)間內(nèi)（以微秒計(jì)），外施電壓的變化可忽略不 計(jì)的電壓。計(jì)的電壓。 3.1.1 3.1.1 均勻電場(chǎng)中的擊穿均勻電場(chǎng)中的擊穿 均勻場(chǎng)工程實(shí)踐中

2、非均勻場(chǎng)工程實(shí)踐中非 常少見常少見！為什么呢？為什么呢？ ddUb08. 622.24 靜電電壓表靜電電壓表 式中式中 d 間隙距離，間隙距離，cm； 空氣相對(duì)密度。空氣相對(duì)密度。 均勻電場(chǎng)中空氣的擊穿場(chǎng)強(qiáng)均勻電場(chǎng)中空氣的擊穿場(chǎng)強(qiáng) （峰值）為（峰值）為30kV/cm。 p在均勻電場(chǎng)中，從自持放電開始到間隙完全擊穿的在均勻電場(chǎng)中，從自持放電開始到間隙完全擊穿的放電時(shí)延可以忽放電時(shí)延可以忽 略不計(jì)略不計(jì)，因此相同間隙的直流擊穿電壓與工頻擊穿電壓（幅值）都，因此相同間隙的直流擊穿電壓與工頻擊穿電壓（幅值）都 相同，且相同，且擊穿電壓的分散性也較小擊穿電壓的分散性也較小。均勻電場(chǎng)中空氣間隙的擊穿電。均

3、勻電場(chǎng)中空氣間隙的擊穿電 壓經(jīng)驗(yàn)公式為：壓經(jīng)驗(yàn)公式為： ddUb1 . 64 .24（kV） 圖圖 穩(wěn)態(tài)電壓作用時(shí)空氣間隙的擊穿電壓的峰值穩(wěn)態(tài)電壓作用時(shí)空氣間隙的擊穿電壓的峰值Ub與極間距離與極間距離d的關(guān)系的關(guān)系 均勻電場(chǎng)的擊穿特點(diǎn)是擊穿前無電暈，無極性效應(yīng)，直流、交流、均勻電場(chǎng)的擊穿特點(diǎn)是擊穿前無電暈，無極性效應(yīng)，直流、交流、 正負(fù)正負(fù) 沖擊電壓的擊穿電壓是相同的，均可用此經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算。沖擊電壓的擊穿電壓是相同的，均可用此經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算。 pUb隨著隨著d的增大而的增大而 顯著增加；顯著增加； pEb基本不變，但基本不變，但 隨著隨著d過大，電場(chǎng)過大，電場(chǎng) 的均勻強(qiáng)度減弱的均勻強(qiáng)度減弱 ，則

4、，則Eb會(huì)稍稍下會(huì)稍稍下 降。降。在在d=110cm 的范圍內(nèi)，其的范圍內(nèi)，其擊擊 穿場(chǎng)強(qiáng)約穿場(chǎng)強(qiáng)約30kV/cm 。 特點(diǎn)：特點(diǎn)： （1）均勻電場(chǎng)中電極布置對(duì)稱，擊穿無極性效應(yīng)； （2）均勻場(chǎng)間隙中各處電場(chǎng)強(qiáng)度相等，擊穿所需時(shí)間極短， 其直流擊穿電壓、工頻擊穿電壓峰值、50%沖擊擊穿電壓相 同； （3）擊穿電壓的分散性很小。 特點(diǎn)特點(diǎn) 擊穿前不能形成穩(wěn)定的電暈放電；擊穿前不能形成穩(wěn)定的電暈放電； 電場(chǎng)不對(duì)稱時(shí)，有極性效應(yīng)，不很明顯；電場(chǎng)不對(duì)稱時(shí)，有極性效應(yīng)，不很明顯； 直流、工頻下的擊穿電壓直流、工頻下的擊穿電壓(幅值幅值)以及以及50沖擊擊穿電壓相同沖擊擊穿電壓相同 ，分散性不大分散性不大

5、； 擊穿電壓和電場(chǎng)均勻程度關(guān)系極大，電場(chǎng)越均勻，同樣間隙擊穿電壓和電場(chǎng)均勻程度關(guān)系極大，電場(chǎng)越均勻，同樣間隙 距離下的距離下的擊穿電壓就越高擊穿電壓就越高。 u 典型電極典型電極 球球球間隙、球球間隙、球板間隙、圓柱板間隙、圓柱板、同軸圓柱間隙板、同軸圓柱間隙 3.1.2 3.1.2 稍不均勻電場(chǎng)中的擊穿稍不均勻電場(chǎng)中的擊穿 8 若兩球?qū)ΨQ布置，其中任何一球都不接地，測(cè)量對(duì)地對(duì)稱的直流電若兩球?qū)ΨQ布置，其中任何一球都不接地，測(cè)量對(duì)地對(duì)稱的直流電 壓時(shí)，無極性效應(yīng)，但通常是一球接地使用，如圖壓時(shí)，無極性效應(yīng)，但通常是一球接地使用，如圖1.12所示，由于所示，由于 大地的影響，電場(chǎng)分布不對(duì)稱，因而

6、有極性效應(yīng)。大地的影響，電場(chǎng)分布不對(duì)稱，因而有極性效應(yīng)。 加拿大魁北克省水電局加拿大魁北克省水電局 研究所高電壓試驗(yàn)室研究所高電壓試驗(yàn)室 尺寸尺寸 8282676751.2 m51.2 m3 3 （1）球間隙）球間隙 （eg：高壓實(shí)驗(yàn)室中的測(cè)量球隙） 10 圖圖 一球接地時(shí)，直徑為一球接地時(shí)，直徑為D的球隙的的球隙的 擊穿電壓擊穿電壓Ub與間隙距離與間隙距離d的關(guān)系的關(guān)系 n當(dāng)dD/4時(shí)，擊穿特性 與均勻電場(chǎng)相似，無極性 效應(yīng)； n dD/4時(shí)，電場(chǎng)不均勻 度增大，大地對(duì)球隙中電 場(chǎng)分布的影響加大，平均 擊穿場(chǎng)強(qiáng)減小，擊穿電壓 的分散性增大。 n極性效應(yīng)：稍不均勻電場(chǎng) 中，電暈起始電壓就是其

7、擊穿電壓，所以起暈電壓 較低的負(fù)極性下?lián)舸╇妷?略低于正極性下的數(shù)值。 （2）同軸圓柱電極）同軸圓柱電極 （eg：高壓標(biāo)準(zhǔn)電容器、單芯電纜、GIS分相母線） （1）r/R0.1時(shí)時(shí)，稍不均勻電場(chǎng)， 擊穿前不出現(xiàn)電暈，且由圖可見， 當(dāng)r/R 0.33時(shí)擊穿電壓出現(xiàn)極大 值（上述電氣設(shè)備在絕緣設(shè)計(jì)時(shí) 盡量將r/R選取0.250.4的范圍 內(nèi)）。 d:間距 f:不均勻系數(shù) Em:最大場(chǎng)強(qiáng) bm d UE f 同軸圓柱 擊穿電壓隨r變化出現(xiàn)極大值可解釋 為：當(dāng)r很大時(shí)雖然電場(chǎng)均勻度接近1， 但因氣隙距離d（Rr）很小，所以Ub 很低；若r過小，雖然此時(shí)d增大，但由 于電場(chǎng)不均勻度增大，也會(huì)使Ub下降。

8、 （3）其他形狀的電極布置）其他形狀的電極布置 bm d UE f 球狀電極的電場(chǎng)不均勻系數(shù) 大于相同半徑的圓柱電極； 間隙距離增大時(shí)，電場(chǎng)不均 勻系數(shù)也增大。 3.1.3 3.1.3 極不均勻場(chǎng)中的擊穿極不均勻場(chǎng)中的擊穿 在間隙很大時(shí)，不同形狀電極的間隙擊穿電壓差別并不在間隙很大時(shí)，不同形狀電極的間隙擊穿電壓差別并不 大，在一極接地時(shí)都接近于棒大，在一極接地時(shí)都接近于棒- -板電極擊穿數(shù)據(jù)。因此板電極擊穿數(shù)據(jù)。因此 通常選取尖通常選取尖- -板和尖板和尖- -尖作為典型電極，分別用來估算工尖作為典型電極，分別用來估算工 程中不對(duì)稱布置和對(duì)稱布置時(shí)所需的絕緣距離。程中不對(duì)稱布置和對(duì)稱布置時(shí)所需

9、的絕緣距離。 不對(duì)稱布置的極不均勻場(chǎng)間隙的極性效應(yīng)很明顯，而且 其擊穿的極性效應(yīng)與稍不均勻場(chǎng)間隙相反。 在各種各樣的極不均勻電場(chǎng)氣隙中： “棒棒”氣隙：完全對(duì)稱性 “棒板”氣隙：最大不對(duì)稱性 其它類型不均勻電場(chǎng)氣隙擊穿特性介于這兩種之 間。 對(duì)于實(shí)際工程中遇到的各種極不均勻電場(chǎng)氣隙來 說，均可按其電極的對(duì)稱程度分別選用“棒- 棒”或“棒-板”兩種典型氣隙的擊穿特性曲 線來估計(jì)其電氣強(qiáng)度。 +- 正棒正棒負(fù)板間隙的擊穿電壓最負(fù)板間隙的擊穿電壓最 低低 負(fù)棒負(fù)棒正板間隙的擊穿電壓最正板間隙的擊穿電壓最 高高 棒棒棒間隙的擊穿電壓介于兩棒間隙的擊穿電壓介于兩 者之間。者之間。（間隙距離減小，不（間隙

10、距離減小，不 均勻度減小）均勻度減?。?極不均勻電場(chǎng)的擊穿特性直流電壓 由于棒由于棒板間隙的擊穿總是板間隙的擊穿總是 發(fā)生在棒級(jí)為正時(shí)的半個(gè)周發(fā)生在棒級(jí)為正時(shí)的半個(gè)周 期且電壓達(dá)幅值時(shí)，故其擊期且電壓達(dá)幅值時(shí)，故其擊 穿電壓（峰值）和直流下正穿電壓（峰值）和直流下正 棒棒負(fù)板時(shí)的擊穿電壓相近。負(fù)板時(shí)的擊穿電壓相近。 在電氣設(shè)備上，應(yīng)盡量采用在電氣設(shè)備上，應(yīng)盡量采用 棒棒-棒類對(duì)稱型的電極結(jié)構(gòu)，棒類對(duì)稱型的電極結(jié)構(gòu)， 而避免棒而避免棒-板類不對(duì)稱的電極板類不對(duì)稱的電極 結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)。 極不均勻電場(chǎng)的擊穿特性工頻交流電壓 “棒一棒棒一棒”氣隙的工頻擊穿電壓要比氣隙的工頻擊穿電壓要比“棒一板棒一板”氣

11、隙高氣隙高 一些，因?yàn)橄鄬?duì)而言，一些，因?yàn)橄鄬?duì)而言，“棒棒 棒棒”氣隙的電場(chǎng)要比氣隙的電場(chǎng)要比 “棒一板棒一板”氣隙稍微均勻一些，（后者的最大場(chǎng)強(qiáng)區(qū)完氣隙稍微均勻一些，（后者的最大場(chǎng)強(qiáng)區(qū)完 全集中在棒板附近，而前者則由兩個(gè)棒極來分?jǐn)側(cè)性诎舭甯浇?，而前者則由兩個(gè)棒極來分?jǐn)?） 1、均勻電場(chǎng)的擊穿特點(diǎn)、均勻電場(chǎng)的擊穿特點(diǎn) 擊穿前無電暈、無極性效應(yīng)、各種電壓作用時(shí)其擊穿電壓擊穿前無電暈、無極性效應(yīng)、各種電壓作用時(shí)其擊穿電壓 （峰值）都相同。（峰值）都相同。 2、稍不均勻電場(chǎng)的擊穿特點(diǎn)、稍不均勻電場(chǎng)的擊穿特點(diǎn) 擊穿前無穩(wěn)定電暈、極性效應(yīng)不明顯、各種電壓作用下的擊擊穿前無穩(wěn)定電暈、極性效應(yīng)不明顯、各

12、種電壓作用下的擊 穿電壓幾乎一致。穿電壓幾乎一致。 3、極不均勻電場(chǎng)的擊穿特點(diǎn)、極不均勻電場(chǎng)的擊穿特點(diǎn) 擊穿前有穩(wěn)定的電暈、有明顯的極性效應(yīng)、各種電壓波形對(duì)擊穿前有穩(wěn)定的電暈、有明顯的極性效應(yīng)、各種電壓波形對(duì) 擊穿電壓影響很大。擊穿電壓影響很大。 小小 結(jié)：結(jié)： 沖擊電壓沖擊電壓就是作用就是作用的電的電 壓，一般指壓，一般指雷電沖擊雷電沖擊和和操作沖擊電壓操作沖擊電壓。 前者是由雷電造成的前者是由雷電造成的、 的沖擊電壓；后者是由的沖擊電壓；后者是由 電力系統(tǒng)操作或發(fā)生事故時(shí)，因狀態(tài)電力系統(tǒng)操作或發(fā)生事故時(shí)，因狀態(tài) 發(fā)生突然變化引起的發(fā)生突然變化引起的 。 下面分別討論雷電沖擊電壓和操下面分別

13、討論雷電沖擊電壓和操 作沖擊電壓下氣隙的擊穿特性。作沖擊電壓下氣隙的擊穿特性。 3.2 雷電沖擊電壓下的擊穿雷電沖擊電壓下的擊穿 （1 1）采取措施限制大氣過電壓水平。采取措施限制大氣過電壓水平。 （2 2）保證高壓電氣設(shè)備能耐受一定水保證高壓電氣設(shè)備能耐受一定水 平的雷電過電壓。平的雷電過電壓。 沖擊電壓的標(biāo)準(zhǔn)波形沖擊電壓的標(biāo)準(zhǔn)波形 標(biāo)準(zhǔn)雷電波標(biāo)準(zhǔn)雷電波的波形： T1=1.2s30， T2=50s20 對(duì)于不同極性：+1.2/50s或-1.2/50s 操作沖擊波操作沖擊波的波形： T1=250s20， T2=2500s60 對(duì)于不同極性：+250/2500s或-250/2500s 波前時(shí)間

14、半峰值時(shí)間 u 參數(shù)：參數(shù)： 波前時(shí)間：反波前時(shí)間：反 應(yīng)上升速度應(yīng)上升速度 半峰值時(shí)間：半峰值時(shí)間： 反應(yīng)下降速度反應(yīng)下降速度 u 注意：注意： 雷電電壓具有沖擊性。上升速度和下降速度都非?？?。雷電電壓具有沖擊性。上升速度和下降速度都非?？?。 氣隙擊穿的必備條件氣隙擊穿的必備條件 足夠大的足夠大的電場(chǎng)強(qiáng)度電場(chǎng)強(qiáng)度或足夠高的或足夠高的電壓電壓； 在氣隙中存在在氣隙中存在有效電子有效電子； p 有效電子有效電子引起電子崩并導(dǎo)致流柱和主放電引起電子崩并導(dǎo)致流柱和主放電 需要有需要有一定的時(shí)間一定的時(shí)間，讓放電得以逐步發(fā)展并完成擊穿。，讓放電得以逐步發(fā)展并完成擊穿。 p 持續(xù)電壓（直流、工頻電壓），

15、持續(xù)電壓（直流、工頻電壓），電壓的變化速度很小。相電壓的變化速度很小。相 比之下放電發(fā)展所需時(shí)間可以忽略不計(jì)，當(dāng)氣體狀態(tài)不變比之下放電發(fā)展所需時(shí)間可以忽略不計(jì)，當(dāng)氣體狀態(tài)不變 時(shí)，一定距離的間隙的擊穿電壓具有確定的數(shù)值。時(shí)，一定距離的間隙的擊穿電壓具有確定的數(shù)值。 p 非持續(xù)電壓下（雷電、操作沖擊電壓），非持續(xù)電壓下（雷電、操作沖擊電壓），因?yàn)殡妷翰▉砣ヒ驗(yàn)殡妷翰▉砣?速度很快，速度很快，放電發(fā)展速度就不能忽略不計(jì)了。間隙的擊穿放電發(fā)展速度就不能忽略不計(jì)了。間隙的擊穿 電壓與作用電壓的電壓與作用電壓的波形（即作用時(shí)間）波形（即作用時(shí)間）有很大關(guān)系有很大關(guān)系。 放電時(shí)延放電時(shí)延 直流電壓、工頻交

16、流等持續(xù)作用的電壓，可以滿直流電壓、工頻交流等持續(xù)作用的電壓，可以滿 足上述三個(gè)條件；足上述三個(gè)條件； 當(dāng)所加電壓為變化速度很快，作用時(shí)間很短的沖當(dāng)所加電壓為變化速度很快，作用時(shí)間很短的沖 擊電壓時(shí)，因有效作用時(shí)間短（以微秒計(jì)），此擊電壓時(shí)，因有效作用時(shí)間短（以微秒計(jì)），此 時(shí)放電時(shí)間就變成一個(gè)重要因素。時(shí)放電時(shí)間就變成一個(gè)重要因素。 完成擊穿所需放電時(shí)間很短的（微秒級(jí)）：完成擊穿所需放電時(shí)間很短的（微秒級(jí)）： 靜態(tài)擊穿電壓：靜態(tài)擊穿電壓：穩(wěn)態(tài)電壓作用在間隙上能使間隙擊穿穩(wěn)態(tài)電壓作用在間隙上能使間隙擊穿 的最低電壓。的最低電壓。 擊穿時(shí)間：擊穿時(shí)間：間隙從開始加壓的瞬時(shí)到完全擊穿所需的間隙從開

17、始加壓的瞬時(shí)到完全擊穿所需的 時(shí)間，也稱為全部放電時(shí)間。時(shí)間，也稱為全部放電時(shí)間。 升壓時(shí)間t1： 電壓從零升到 靜態(tài)擊穿電壓 所需的時(shí)間 統(tǒng)計(jì)時(shí)延ts：從外施 電壓達(dá)到Uo時(shí)起，到 出現(xiàn)一個(gè)能引起擊穿 的初始電子崩所需的 第一個(gè)有效電子為止， 所需的時(shí)間。 放電形成時(shí)延tf：從 出現(xiàn)第一個(gè)有效自由 電子時(shí)起，到放電過 程完成所需時(shí)間，即 電子崩的形成和發(fā)展 到流注等所需的時(shí)間 擊穿時(shí)間：擊穿時(shí)間：td = t1 + ts + tf 放電時(shí)延：放電時(shí)延：tl = ts + tf tst1tf tlag tb U u t Us u 第一階段第一階段 升壓時(shí)間升壓時(shí)間t1（0Us靜態(tài)擊穿電壓靜態(tài)擊

18、穿電壓 ）：擊穿過程可能并未開始）：擊穿過程可能并未開始 p 對(duì)于持續(xù)電壓（直流、工頻對(duì)于持續(xù)電壓（直流、工頻 電壓）：此階段電壓升到電壓）：此階段電壓升到Us ，氣隙即及被擊穿；，氣隙即及被擊穿； p 非持續(xù)電壓下（雷電、操作非持續(xù)電壓下（雷電、操作 沖擊電壓）：由于沖擊電壓）：由于t1非常短，非常短， 即使電壓升到即使電壓升到Us ，氣隙也不，氣隙也不 一定被擊穿。一定被擊穿。 tst1tf tlag tb U u t Us u 第二階段第二階段 統(tǒng)計(jì)時(shí)延統(tǒng)計(jì)時(shí)延ts（Us 出現(xiàn)第一個(gè)有出現(xiàn)第一個(gè)有 效電子效電子）：擊穿過程開始，具有）：擊穿過程開始，具有 統(tǒng)計(jì)性統(tǒng)計(jì)性 p 由于有效電子的

19、出現(xiàn)是一個(gè)由于有效電子的出現(xiàn)是一個(gè) 隨機(jī)事件，取決于很多偶然隨機(jī)事件，取決于很多偶然 因素，所以因素，所以ts具有分散性具有分散性。 p ts每次都不一樣，要確定每次都不一樣，要確定ts就就 要記錄多個(gè)時(shí)間值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)要記錄多個(gè)時(shí)間值進(jìn)行統(tǒng)計(jì) ，故稱為統(tǒng)計(jì)時(shí)延。，故稱為統(tǒng)計(jì)時(shí)延。 p ts（平均值）的影響因數(shù)：電（平均值）的影響因數(shù)：電 極材料、外加電壓、短波光極材料、外加電壓、短波光 照射、電場(chǎng)情況。照射、電場(chǎng)情況。 tst1tf tlag tb U u t Us u 第三階段第三階段 放電形成時(shí)延放電形成時(shí)延tf（出現(xiàn)第一個(gè)有出現(xiàn)第一個(gè)有 效電子效電子氣隙被擊穿氣隙被擊穿 ）：具有統(tǒng)）：具有

20、統(tǒng) 計(jì)性計(jì)性 p 對(duì)于湯遜理論：對(duì)于湯遜理論：過程過程+過程過程 氣隙被擊穿；氣隙被擊穿； p 對(duì)于流注理論：電子碰撞電對(duì)于流注理論：電子碰撞電 離離+流注的形成流注的形成氣隙被擊穿氣隙被擊穿 p tf的影響因數(shù)：間隙長(zhǎng)度、電的影響因數(shù)：間隙長(zhǎng)度、電 場(chǎng)均勻度、外加電壓；場(chǎng)均勻度、外加電壓； 放電時(shí)間構(gòu)成的總結(jié)放電時(shí)間構(gòu)成的總結(jié) tst1tf tlag tb U u t Us u 總放電時(shí)間總放電時(shí)間tb tbt1 + ts + tf（統(tǒng)計(jì)性）（統(tǒng)計(jì)性） u 放電時(shí)延放電時(shí)延tlag tlag= ts + tf （統(tǒng)計(jì)性）（統(tǒng)計(jì)性） 電場(chǎng)較均勻時(shí)電場(chǎng)較均勻時(shí)，由于平均場(chǎng)強(qiáng)很高，放電發(fā)展速度快，

21、由于平均場(chǎng)強(qiáng)很高，放電發(fā)展速度快， 放電時(shí)延近似等于統(tǒng)計(jì)時(shí)延放電時(shí)延近似等于統(tǒng)計(jì)時(shí)延。對(duì)于。對(duì)于極不均勻電場(chǎng)極不均勻電場(chǎng)，由，由 于局部場(chǎng)強(qiáng)高（出現(xiàn)有效電子的概率增加），而平均于局部場(chǎng)強(qiáng)高（出現(xiàn)有效電子的概率增加），而平均 場(chǎng)強(qiáng)較低（放電發(fā)展速度慢），場(chǎng)強(qiáng)較低（放電發(fā)展速度慢），放電時(shí)延主要取決于放電時(shí)延主要取決于 放電形成時(shí)延放電形成時(shí)延。 放電時(shí)延還與外加電壓大小有關(guān)，總的趨勢(shì)是總電壓放電時(shí)延還與外加電壓大小有關(guān)，總的趨勢(shì)是總電壓 越高，放電過程發(fā)展的越快，放電時(shí)延越短。越高，放電過程發(fā)展的越快，放電時(shí)延越短。 放電時(shí)延與電場(chǎng)均勻度有關(guān)：放電時(shí)延與電場(chǎng)均勻度有關(guān)： 放電時(shí)延服從統(tǒng)計(jì)規(guī)律，因

22、此沖擊擊穿電壓具有一定放電時(shí)延服從統(tǒng)計(jì)規(guī)律，因此沖擊擊穿電壓具有一定 的分散性。工程上常用的分散性。工程上常用50%沖擊擊穿電壓沖擊擊穿電壓U50%表示間表示間 隙的沖擊擊穿特性。隙的沖擊擊穿特性。 U50% 間隙被擊穿的概率為間隙被擊穿的概率為50%的沖擊電壓峰值。的沖擊電壓峰值。 3 %500 UU 沖擊擊穿電壓的放電沖擊擊穿電壓的放電 概率一般認(rèn)為服從高概率一般認(rèn)為服從高 斯分布：斯分布： 50擊穿電壓及沖擊系數(shù)擊穿電壓及沖擊系數(shù) 確定間隙的確定間隙的U50 %的方法的方法: 保持標(biāo)準(zhǔn)波形不變保持標(biāo)準(zhǔn)波形不變，逐級(jí)升高電壓幅值逐級(jí)升高電壓幅值，每級(jí)電壓每級(jí)電壓 值加值加10次次，直到每直

23、到每10次中有次中有4-6次擊穿次擊穿，則此電壓可則此電壓可 作為該間隙大致的作為該間隙大致的U50 % 。每級(jí)加壓次數(shù)越多。每級(jí)加壓次數(shù)越多，所得所得 的的U50 %越準(zhǔn)確越準(zhǔn)確。 U50% 與靜態(tài)擊穿電壓與靜態(tài)擊穿電壓U0的比值稱為的比值稱為沖擊系數(shù)沖擊系數(shù) 。 均勻和稍不均勻電場(chǎng)下，均勻和稍不均勻電場(chǎng)下， 1； 極不均勻電場(chǎng)中，極不均勻電場(chǎng)中， 1，沖擊擊穿電壓的分散性也，沖擊擊穿電壓的分散性也 較大。較大。 因?yàn)橐驗(yàn)閁50% 只是在一定波形下對(duì)應(yīng)于某個(gè)固定擊穿時(shí)間只是在一定波形下對(duì)應(yīng)于某個(gè)固定擊穿時(shí)間 的擊穿電壓的擊穿電壓，所以它不能代表任何擊穿時(shí)間下間隙的，所以它不能代表任何擊穿時(shí)間

24、下間隙的 擊穿電壓。即擊穿電壓。即U50%不能全面反映間隙的沖擊擊穿特性。不能全面反映間隙的沖擊擊穿特性。 同一間隙在不同波形的沖擊電壓作用下，其同一間隙在不同波形的沖擊電壓作用下，其U50% 是不是不 同的，如無特別說明，一般指用標(biāo)準(zhǔn)波形做出的。同的，如無特別說明，一般指用標(biāo)準(zhǔn)波形做出的。 圖為標(biāo)準(zhǔn)雷電沖擊電壓圖為標(biāo)準(zhǔn)雷電沖擊電壓 下棒下棒板及棒板及棒棒間隙棒間隙 的的U50%和距離的關(guān)系。和距離的關(guān)系。 1.正棒正棒-板板 2.正棒正棒-棒棒(接地接地) 3.負(fù)棒負(fù)棒-棒棒(接地接地) 4. 負(fù)棒負(fù)棒-板板 棒棒板間隙具有明顯的板間隙具有明顯的 極性效應(yīng)，棒極性效應(yīng)，棒棒間隙棒間隙 也具有

25、不大的極性效應(yīng)。也具有不大的極性效應(yīng)。 這是由于大地的影響，這是由于大地的影響， 使不接地的棒極附近電使不接地的棒極附近電 場(chǎng)增強(qiáng)的緣故。場(chǎng)增強(qiáng)的緣故。 U50%與間隙距離間保持與間隙距離間保持 良好的線性關(guān)系。良好的線性關(guān)系。 一個(gè)間隙要發(fā)生擊穿，不僅需要足夠高的電壓，一個(gè)間隙要發(fā)生擊穿，不僅需要足夠高的電壓， 而且還必須有充分的電壓作用時(shí)間。而且還必須有充分的電壓作用時(shí)間。 對(duì)于沖擊電壓波，氣隙的擊穿電壓與該電壓的波對(duì)于沖擊電壓波，氣隙的擊穿電壓與該電壓的波 形有很大的關(guān)系。其擊穿電壓不能簡(jiǎn)單地用單一的擊形有很大的關(guān)系。其擊穿電壓不能簡(jiǎn)單地用單一的擊 穿電壓值表示，而穿電壓值表示，而必須用

26、電壓峰值和延續(xù)時(shí)間兩者共必須用電壓峰值和延續(xù)時(shí)間兩者共 同表示。同表示。 同一個(gè)氣隙，沖擊電壓的峰值較低但延續(xù)時(shí)間較同一個(gè)氣隙，沖擊電壓的峰值較低但延續(xù)時(shí)間較 長(zhǎng)，在此電壓作用下，可能被擊穿；沖擊電壓的峰值長(zhǎng)，在此電壓作用下，可能被擊穿；沖擊電壓的峰值 較高但持續(xù)時(shí)間較短，可能反而不被擊穿。較高但持續(xù)時(shí)間較短，可能反而不被擊穿。 伏秒特性伏秒特性 伏秒特性伏秒特性對(duì)某一沖擊電壓波形，間隙上出現(xiàn)的對(duì)某一沖擊電壓波形，間隙上出現(xiàn)的電電 壓最大值壓最大值和間隙擊穿時(shí)間的關(guān)系曲線。和間隙擊穿時(shí)間的關(guān)系曲線。 用實(shí)驗(yàn)確定間隙伏秒特性的方法用實(shí)驗(yàn)確定間隙伏秒特性的方法：保持沖擊電壓的波保持沖擊電壓的波 形

27、不變（形不變（T1/T2一定）一定），逐漸升高電壓使間隙發(fā)生擊穿，逐漸升高電壓使間隙發(fā)生擊穿， 并根據(jù)示波圖記錄擊穿電壓并根據(jù)示波圖記錄擊穿電壓U與擊穿時(shí)間與擊穿時(shí)間t。 伏秒特性的制定方法（用實(shí)驗(yàn)方法求?。┓胩匦缘闹贫ǚ椒ǎㄓ脤?shí)驗(yàn)方法求取） 保持沖擊電壓波形不變，保持沖擊電壓波形不變， 逐漸提高沖擊電壓的峰值逐漸提高沖擊電壓的峰值 電壓較低，放電時(shí)電壓較低，放電時(shí) 間長(zhǎng)，擊穿發(fā)生在間長(zhǎng)，擊穿發(fā)生在 波尾（圖中波尾（圖中1、2） 電壓較高，放電時(shí)電壓較高，放電時(shí) 間短，擊穿發(fā)生在間短，擊穿發(fā)生在 波頭（圖中波頭（圖中3） 將將1、2、3點(diǎn)連接完成伏秒特點(diǎn)連接完成伏秒特 性曲線性曲線 縱坐標(biāo)：

28、沖擊縱坐標(biāo)：沖擊 電壓幅值電壓幅值 橫坐標(biāo)：放電橫坐標(biāo)：放電 時(shí)間時(shí)間 縱坐標(biāo)：沖擊縱坐標(biāo)：沖擊 電壓瞬時(shí)值電壓瞬時(shí)值 橫坐標(biāo)：放電橫坐標(biāo)：放電 時(shí)間時(shí)間 擊穿發(fā)生在波前或 峰值，取此刻值 擊穿發(fā)生在波 尾，取峰值 未擊穿 100%伏 秒特性 0%伏秒 特性 50%伏 秒特性 點(diǎn)：點(diǎn)：50%沖 擊擊穿電壓 放放 電電 時(shí)時(shí) 延延 具具 有有 分分 散散 性性 電場(chǎng)均勻程度對(duì)曲線的影響電場(chǎng)均勻程度對(duì)曲線的影響 均勻電場(chǎng)均勻電場(chǎng) 不均勻電場(chǎng)不均勻電場(chǎng) Ub tb 均勻或稍不均勻電場(chǎng)均勻或稍不均勻電場(chǎng) p 形狀：形狀：曲線較為平坦；曲線較為平坦； p 原因：原因：由于擊穿時(shí)平均場(chǎng)強(qiáng)由于擊穿時(shí)平均場(chǎng)強(qiáng)

29、 較高，流注發(fā)展較快，放電較高，流注發(fā)展較快，放電 時(shí)延很短。時(shí)延很短。 極不均勻電場(chǎng)極不均勻電場(chǎng) p 形狀：形狀：曲線較陡；曲線較陡； p 原因：原因：由于擊穿時(shí)平均場(chǎng)強(qiáng)由于擊穿時(shí)平均場(chǎng)強(qiáng) 較低，而且流注總是從強(qiáng)場(chǎng)較低，而且流注總是從強(qiáng)場(chǎng) 區(qū)向弱場(chǎng)區(qū)發(fā)展，放電速度區(qū)向弱場(chǎng)區(qū)發(fā)展，放電速度 受到電場(chǎng)分布影響，所以放受到電場(chǎng)分布影響，所以放 電時(shí)延長(zhǎng)。電時(shí)延長(zhǎng)。 絕緣的絕緣的 伏秒特性伏秒特性 避雷器的避雷器的 伏秒特性伏秒特性 伏秒特性曲線主要用來比較不同設(shè)備絕緣的沖擊擊穿特性。伏秒特性曲線主要用來比較不同設(shè)備絕緣的沖擊擊穿特性。 如果一個(gè)電壓同時(shí)作用在兩個(gè)并聯(lián)的氣體間隙如果一個(gè)電壓同時(shí)作用在

30、兩個(gè)并聯(lián)的氣體間隙S1和和S2上，其中上，其中 一個(gè)氣隙先擊穿，則電壓波被短接截?cái)?，另一個(gè)就不會(huì)再擊穿。一個(gè)氣隙先擊穿，則電壓波被短接截?cái)?，另一個(gè)就不會(huì)再擊穿。 S2始終處于始終處于S1的下方，在的下方，在 任何電壓波形下，任何電壓波形下， S2都都 比比S1的先被擊穿。的先被擊穿。 這個(gè)原則如用于保護(hù)裝置這個(gè)原則如用于保護(hù)裝置 和被保護(hù)設(shè)備，則就是和被保護(hù)設(shè)備，則就是 S2保護(hù)了保護(hù)了S1。 絕緣的絕緣的 伏秒特性伏秒特性 避雷器的避雷器的 伏秒特性伏秒特性 若兩間隙伏秒特性曲線相若兩間隙伏秒特性曲線相 交，則在時(shí)延較短的區(qū)域交，則在時(shí)延較短的區(qū)域 S1先被擊穿，在時(shí)延較長(zhǎng)先被擊穿，在時(shí)延較

31、長(zhǎng) 的區(qū)域的區(qū)域S2先被擊穿，在兩先被擊穿，在兩 曲線交叉區(qū)域，可能是曲線交叉區(qū)域，可能是S1 先被擊穿，也可能是先被擊穿，也可能是S2先先 被擊穿。因此被擊穿。因此S2不能可靠不能可靠 保護(hù)保護(hù)S1。 u 總結(jié)： 為了使被保護(hù)設(shè)備得到可靠的保護(hù)，被保護(hù)設(shè)備絕緣的伏秒特性 曲線的下包線必須始終高于保護(hù)設(shè)備的伏秒特性曲線的上包線 。 具有較陡伏秒特 性曲線的保護(hù)設(shè)備不 容易與具有平伏秒特 性的被保護(hù)設(shè)備配合。 所以不能用保護(hù) 間隙、管型避雷器來 保護(hù)變壓器。 伏秒特性的正確配合伏秒特性的正確配合 1、放電時(shí)間的組成為：、放電時(shí)間的組成為： td = t1 + ts + tf 2、標(biāo)準(zhǔn)雷電沖擊電壓

32、波形：、標(biāo)準(zhǔn)雷電沖擊電壓波形：1.2/50s 3、沖擊電壓下氣隙的擊穿特性、沖擊電壓下氣隙的擊穿特性 （1）采用擊穿百分比為）采用擊穿百分比為50%時(shí)的電壓來表征氣隙的沖擊擊時(shí)的電壓來表征氣隙的沖擊擊 穿特性；穿特性； （2）伏秒特性表征氣隙的沖擊擊穿電壓與放電時(shí)間的關(guān)系。）伏秒特性表征氣隙的沖擊擊穿電壓與放電時(shí)間的關(guān)系。 小小 結(jié)：結(jié)： 3.3 操作沖擊電壓下的擊穿操作沖擊電壓下的擊穿 電力系統(tǒng)的輸電線及電氣設(shè)備具有電力系統(tǒng)的輸電線及電氣設(shè)備具有電感和電容性電感和電容性，由于系，由于系 統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的突變，導(dǎo)致電感和電容元件間的統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的突變，導(dǎo)致電感和電容元件間的電磁能電磁能轉(zhuǎn)換，引轉(zhuǎn)換，

33、引 起振蕩性的過渡過程。該過程會(huì)在某些電氣設(shè)備和電網(wǎng)上造成起振蕩性的過渡過程。該過程會(huì)在某些電氣設(shè)備和電網(wǎng)上造成 很高的電壓，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過正常運(yùn)行的電壓，稱為很高的電壓，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過正常運(yùn)行的電壓，稱為操作過電壓操作過電壓。 操作過電壓的幅值、波形與電力系統(tǒng)的電壓等級(jí)有關(guān)。過操作過電壓的幅值、波形與電力系統(tǒng)的電壓等級(jí)有關(guān)。過 渡過程的振蕩基值等于系統(tǒng)運(yùn)行電壓，電壓等級(jí)越高，操作過渡過程的振蕩基值等于系統(tǒng)運(yùn)行電壓，電壓等級(jí)越高，操作過 電壓幅值也越高。電壓幅值也越高。 這與雷電過電壓不同，后者取決于接地電阻，與系統(tǒng)電壓這與雷電過電壓不同，后者取決于接地電阻，與系統(tǒng)電壓 等級(jí)無關(guān)。等級(jí)無關(guān)。 操作過電壓波

34、形隨電壓等級(jí)、系統(tǒng)參數(shù)、設(shè)備性能、操作操作過電壓波形隨電壓等級(jí)、系統(tǒng)參數(shù)、設(shè)備性能、操作 性質(zhì)、操作時(shí)機(jī)等因素而有很大的變化。為了模擬操作過電壓，性質(zhì)、操作時(shí)機(jī)等因素而有很大的變化。為了模擬操作過電壓， 需要規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)波形。需要規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)波形。 1、操作沖擊電壓的標(biāo)準(zhǔn)波形、操作沖擊電壓的標(biāo)準(zhǔn)波形 IEC標(biāo)準(zhǔn)：標(biāo)準(zhǔn)：T1/T2=250(20) / 2500(60) s 附加推薦：附加推薦：100/ 2500s 或或 500/ 2500s u 0 Um Tcrt Tcr=1000 1500us 衰減震蕩操作沖擊波衰減震蕩操作沖擊波 u 參數(shù)：參數(shù)： 波前時(shí)間：波前時(shí)間：Tcr=10001500 s （

35、反應(yīng)上升速度）（反應(yīng)上升速度） 極性相反的第二個(gè)半波的峰值極性相反的第二個(gè)半波的峰值 約為第一個(gè)半波峰值的約為第一個(gè)半波峰值的80% 另外建議一種衰減振蕩波另外建議一種衰減振蕩波 操作沖擊電壓的作用時(shí)間：介于工頻電壓與雷電沖擊電操作沖擊電壓的作用時(shí)間：介于工頻電壓與雷電沖擊電 壓之間。壓之間。 在均勻場(chǎng)和稍不均勻場(chǎng)中在均勻場(chǎng)和稍不均勻場(chǎng)中,操作沖擊操作沖擊U50%、雷電沖擊、雷電沖擊U50%、 直流放電電壓和工頻放電電壓等幅值幾乎相同，分散性不大，直流放電電壓和工頻放電電壓等幅值幾乎相同，分散性不大， 擊穿發(fā)生在峰值附近。擊穿發(fā)生在峰值附近。 在極不均勻場(chǎng)中在極不均勻場(chǎng)中,操作沖擊表現(xiàn)出許多新

36、的特點(diǎn)：操作沖擊表現(xiàn)出許多新的特點(diǎn)： U形曲線；極性效應(yīng)；飽和現(xiàn)象；分散性大。形曲線；極性效應(yīng)；飽和現(xiàn)象；分散性大。 2、操作沖擊、操作沖擊50擊穿電壓的特點(diǎn)擊穿電壓的特點(diǎn) 棒棒-板氣隙的操作板氣隙的操作 沖擊擊穿電壓沖擊擊穿電壓 （1）U形曲線形曲線 曲線呈曲線呈U形，波前時(shí)間在某一區(qū)形，波前時(shí)間在某一區(qū) 域內(nèi)，氣隙的域內(nèi)，氣隙的50%擊穿電壓具有極小擊穿電壓具有極小 值，稱為值，稱為臨界擊穿電壓臨界擊穿電壓，與此相應(yīng)波，與此相應(yīng)波 前時(shí)間稱為前時(shí)間稱為臨界波前時(shí)間臨界波前時(shí)間。間隙距離。間隙距離 d增大時(shí)，臨界波前時(shí)間隨之增大。增大時(shí)，臨界波前時(shí)間隨之增大。 d7m的間隙，臨界波前時(shí)間約的

37、間隙，臨界波前時(shí)間約 100300s范圍內(nèi)。范圍內(nèi)。 間隙距離間隙距離d越大，放電發(fā)展所需越大，放電發(fā)展所需 的時(shí)延越大，因此相應(yīng)的臨界波前時(shí)的時(shí)延越大，因此相應(yīng)的臨界波前時(shí) 間就越大。間就越大。 棒棒-板氣隙的操作板氣隙的操作 沖擊擊穿電壓沖擊擊穿電壓 （1）U形曲線形曲線 U形曲線左半支的上升特征形曲線左半支的上升特征 當(dāng)波前時(shí)間從臨界值減小，則放電發(fā)當(dāng)波前時(shí)間從臨界值減小，則放電發(fā) 展時(shí)間縮短，放電時(shí)延減小，要求有展時(shí)間縮短，放電時(shí)延減小，要求有 更高的擊穿電壓才能實(shí)現(xiàn)擊穿。更高的擊穿電壓才能實(shí)現(xiàn)擊穿。 U形曲線右半支的上升特征形曲線右半支的上升特征 當(dāng)波前時(shí)間從臨界值增大，留給放電當(dāng)波

38、前時(shí)間從臨界值增大，留給放電 發(fā)展的時(shí)間足夠長(zhǎng)，再增大放電時(shí)間，發(fā)展的時(shí)間足夠長(zhǎng)，再增大放電時(shí)間， 對(duì)放電發(fā)展沒有意義；對(duì)放電發(fā)展沒有意義； 另一方面，起暈棒極附近電離處的與另一方面，起暈棒極附近電離處的與 棒極同極性的空間電荷，能有足夠的棒極同極性的空間電荷，能有足夠的 時(shí)間被驅(qū)趕到更遠(yuǎn)處，時(shí)間被驅(qū)趕到更遠(yuǎn)處，造成附加電場(chǎng)造成附加電場(chǎng) 減弱減弱，則不利于放電的進(jìn)一步發(fā)展，則不利于放電的進(jìn)一步發(fā)展， 從而要求更高的擊穿電壓才能擊穿。從而要求更高的擊穿電壓才能擊穿。 （1）U形曲線形曲線 棒棒-板間隙在某種波前的操作板間隙在某種波前的操作 波作用下的擊穿電壓甚至比工波作用下的擊穿電壓甚至比工 頻

39、電壓還低很多。其他結(jié)構(gòu)的頻電壓還低很多。其他結(jié)構(gòu)的 間隙也有這種情況，但程度較間隙也有這種情況，但程度較 輕。原因輕。原因: 工頻四分之一周波相當(dāng)于波前時(shí)工頻四分之一周波相當(dāng)于波前時(shí) 間間5000s，位于，位于U形曲線的右半形曲線的右半 支。因此，其擊穿電壓反而比臨支。因此，其擊穿電壓反而比臨 界波前操作沖擊擊穿高。界波前操作沖擊擊穿高。 故對(duì)于故對(duì)于220kV的超高壓輸電系統(tǒng)和電力設(shè)備，應(yīng)按操作的超高壓輸電系統(tǒng)和電力設(shè)備，應(yīng)按操作 過電壓的電氣特性進(jìn)行絕緣設(shè)計(jì)。過電壓的電氣特性進(jìn)行絕緣設(shè)計(jì)。 棒棒棒棒 導(dǎo)線板導(dǎo)線板 工頻擊穿工頻擊穿 場(chǎng)強(qiáng)場(chǎng)強(qiáng) （2）極性效應(yīng)）極性效應(yīng) 極性效應(yīng)極性效應(yīng) p

40、正極性下正極性下 50擊穿擊穿 電壓比負(fù)電壓比負(fù) 極性下低極性下低 在各種不同的不均勻電場(chǎng)結(jié)構(gòu)中，正極性操作沖在各種不同的不均勻電場(chǎng)結(jié)構(gòu)中，正極性操作沖 擊的擊的50%擊穿電壓都比負(fù)極性的低，所以更危險(xiǎn)。擊穿電壓都比負(fù)極性的低，所以更危險(xiǎn)。 正棒正棒-負(fù)板空氣間隙負(fù)板空氣間隙U形曲線中，形曲線中，50%擊穿電壓擊穿電壓 極小值極小值Umin(kV)可用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：可用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算： d U 8 1 3400 min 式中式中 d間隙距離，間隙距離，m。 在操作沖擊電壓作用下，長(zhǎng)間隙的擊穿電壓呈現(xiàn)出顯著的在操作沖擊電壓作用下，長(zhǎng)間隙的擊穿電壓呈現(xiàn)出顯著的 飽和現(xiàn)象，特別是棒飽和現(xiàn)象，特別是棒-

41、板型間隙飽和程度尤為明顯。這一點(diǎn)與工板型間隙飽和程度尤為明顯。這一點(diǎn)與工 頻擊穿電壓的規(guī)律類似。而雷電過電壓下的飽和現(xiàn)象卻不明顯。頻擊穿電壓的規(guī)律類似。而雷電過電壓下的飽和現(xiàn)象卻不明顯。 （3）飽和現(xiàn)象）飽和現(xiàn)象 飽和現(xiàn)象飽和現(xiàn)象 p隨著氣隙長(zhǎng)度增加，除了負(fù)極隨著氣隙長(zhǎng)度增加，除了負(fù)極 性性“棒棒棒棒”氣隙外，其它棒氣隙外，其它棒 間隙的間隙的“飽和飽和”現(xiàn)象十分明顯現(xiàn)象十分明顯 。電氣強(qiáng)度最差的電氣強(qiáng)度最差的“棒棒板板” 間隙飽和現(xiàn)象最為嚴(yán)重。間隙飽和現(xiàn)象最為嚴(yán)重。顯然顯然 ，這時(shí)再增大，這時(shí)再增大“棒棒板板”氣隙氣隙 的長(zhǎng)度，已不能有效的提高其的長(zhǎng)度，已不能有效的提高其 擊穿電壓。擊穿電壓

42、。 p“飽和現(xiàn)象飽和現(xiàn)象”：距離加大，平距離加大，平 均擊穿場(chǎng)強(qiáng)明顯降低，棒均擊穿場(chǎng)強(qiáng)明顯降低，棒板板 間隙尤為嚴(yán)重間隙尤為嚴(yán)重 擊穿電壓的分散性可用相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差擊穿電壓的分散性可用相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差表示表示 （4）擊穿電壓的分散性大）擊穿電壓的分散性大 極不均勻電場(chǎng)的空氣間隙，在波前時(shí)間為數(shù)極不均勻電場(chǎng)的空氣間隙，在波前時(shí)間為數(shù) 十微秒至數(shù)百微秒的操作沖擊電壓作用下，十微秒至數(shù)百微秒的操作沖擊電壓作用下， 約約 為為5%，而在雷電沖擊電壓下，而在雷電沖擊電壓下， 約為約為3%，工頻，工頻 電壓作用下，分散性更小，電壓作用下，分散性更小， 1MPmm， Ub88.5pd 在稍不均勻電場(chǎng)中擊穿場(chǎng)強(qiáng)不與氣壓

43、成正比，而是增加的少在稍不均勻電場(chǎng)中擊穿場(chǎng)強(qiáng)不與氣壓成正比，而是增加的少 一些。一些。負(fù)極性時(shí)的擊穿電壓反而比正極性時(shí)低負(fù)極性時(shí)的擊穿電壓反而比正極性時(shí)低10%左右。左右。 SF6均勻場(chǎng)中： )( 0 p E p E c p c=28kV -1 , (E/p)0=88.5kV/(MPa.mm) 38. 05 .88)(pd c K pd p E Ub pdpd p E U b 5 .88)( 0 pd1MPa.mm 0 )( p E p Eb （氣壓較低）（氣壓較低） P0.2MPa, 偏離偏離 巴申曲線巴申曲線 可能與電極表面可能與電極表面 狀況有關(guān)！狀況有關(guān)！ （1）由圖中可見擊穿場(chǎng)強(qiáng)并不

44、與氣壓成正比，而是增加得由圖中可見擊穿場(chǎng)強(qiáng)并不與氣壓成正比，而是增加得 少一些。少一些。 （2）在在稍不均勻電場(chǎng)稍不均勻電場(chǎng)中，極性對(duì)于氣隙擊穿電壓的影響中，極性對(duì)于氣隙擊穿電壓的影響 與極不均勻電場(chǎng)中的情況是相反的，此時(shí)負(fù)極性下的擊與極不均勻電場(chǎng)中的情況是相反的，此時(shí)負(fù)極性下的擊 穿電壓反而比正極性時(shí)低穿電壓反而比正極性時(shí)低1010左右。沖擊系數(shù)很小，雷左右。沖擊系數(shù)很小，雷 電沖擊時(shí)約為電沖擊時(shí)約為1.251.25，操作沖擊時(shí)更小，只有，操作沖擊時(shí)更小，只有1.051.051.11.1。 3.5.2 極極不均勻電場(chǎng)中的擊穿不均勻電場(chǎng)中的擊穿 （1）氣壓升高擊穿電壓并不總是增加，出現(xiàn)了駝峰現(xiàn)

45、象（氣壓升高擊穿電壓并不總是增加，出現(xiàn)了駝峰現(xiàn)象（0.1-0.1- 0.2MPa),0.2MPa),電場(chǎng)越不均勻駝峰現(xiàn)象越明顯。電場(chǎng)越不均勻駝峰現(xiàn)象越明顯。 （2）在出現(xiàn)擊穿駝峰的氣壓范圍內(nèi)，雷電沖擊擊穿電壓明顯在出現(xiàn)擊穿駝峰的氣壓范圍內(nèi)，雷電沖擊擊穿電壓明顯 低于穩(wěn)態(tài)擊穿電壓。低于穩(wěn)態(tài)擊穿電壓。 原因很復(fù)雜，原因很復(fù)雜， 可能與空間電可能與空間電 荷的運(yùn)動(dòng)有關(guān)，荷的運(yùn)動(dòng)有關(guān)， 出現(xiàn)電暈與先出現(xiàn)電暈與先 導(dǎo)放電。在駝導(dǎo)放電。在駝 峰區(qū)，峰區(qū)，沖擊電沖擊電 壓下?lián)舸┗緣合聯(lián)舸┗?由先導(dǎo)放電引由先導(dǎo)放電引 起。起。 u 電場(chǎng)不均勻程度對(duì)電場(chǎng)不均勻程度對(duì)SF6擊穿電壓的影響遠(yuǎn)比對(duì)空氣的影響大擊穿

46、電壓的影響遠(yuǎn)比對(duì)空氣的影響大 40 80 120 160 0.10.20.30.4p(MPa） Ub（ （kV） 工頻交流電壓（峰值）工頻交流電壓（峰值） +1.5/40s沖擊電壓沖擊電壓 圖圖2-18 u 異常情況異常情況 工頻擊穿電壓隨氣壓的變化工頻擊穿電壓隨氣壓的變化 ，曲線存在，曲線存在“駝峰駝峰”（0.1- 0.2MPa工作氣壓下）；工作氣壓下）； “駝峰駝峰”區(qū)雷電沖擊電壓明區(qū)雷電沖擊電壓明 顯低于靜態(tài)擊穿電壓。顯低于靜態(tài)擊穿電壓。 u 注意：注意： SF6只用于均勻或稍不均勻電場(chǎng)，不能用于極不均勻只用于均勻或稍不均勻電場(chǎng)，不能用于極不均勻 電場(chǎng)。電場(chǎng)。 與均勻電場(chǎng)中的擊穿電壓相比

47、，與均勻電場(chǎng)中的擊穿電壓相比，SFSF6 6在極不均在極不均 勻電場(chǎng)中擊穿電壓下降的程度比空氣要大得多。勻電場(chǎng)中擊穿電壓下降的程度比空氣要大得多。SFSF6 6 優(yōu)異的絕緣性能優(yōu)異的絕緣性能只有在電場(chǎng)比較均勻的場(chǎng)合才能得只有在電場(chǎng)比較均勻的場(chǎng)合才能得 到充分的發(fā)揮。到充分的發(fā)揮。 電場(chǎng)的不均勻程度對(duì)電場(chǎng)的不均勻程度對(duì)SFSF6 6電氣強(qiáng)度的影響遠(yuǎn)比電氣強(qiáng)度的影響遠(yuǎn)比 對(duì)空氣的大。對(duì)空氣的大。 在設(shè)計(jì)以在設(shè)計(jì)以 SFSF6 6 氣體作為絕緣的各種電氣設(shè)備氣體作為絕緣的各種電氣設(shè)備 時(shí)，應(yīng)盡可能使氣隙中的時(shí)，應(yīng)盡可能使氣隙中的電場(chǎng)均勻化電場(chǎng)均勻化，采用屏蔽，采用屏蔽 等措施以消除一切尖角處的極不均

48、勻電場(chǎng)，使等措施以消除一切尖角處的極不均勻電場(chǎng)，使 SFSF6 6 優(yōu)異的絕緣性能得到充分的利用。優(yōu)異的絕緣性能得到充分的利用。 3.5.3 影響擊穿場(chǎng)強(qiáng)的因素影響擊穿場(chǎng)強(qiáng)的因素 （1）電極表面缺陷電極表面缺陷 表面缺陷幾個(gè)表面缺陷幾個(gè) 微米至幾十個(gè)微米至幾十個(gè) 微米對(duì)空氣的微米對(duì)空氣的 擊穿場(chǎng)強(qiáng)影響擊穿場(chǎng)強(qiáng)影響 不 大 ， 但 對(duì)不 大 ， 但 對(duì) SF6SF6影響非常影響非常 大。實(shí)際工程大。實(shí)際工程 中電極表面粗中電極表面粗 糙度系數(shù)只有糙度系數(shù)只有 0.70.7左右。左右。 電極表面粗糙度大時(shí)，表面突起處的局部電場(chǎng)強(qiáng)度要比氣隙電極表面粗糙度大時(shí)，表面突起處的局部電場(chǎng)強(qiáng)度要比氣隙 的平均

49、電場(chǎng)強(qiáng)度大得多，因而可在宏觀上平均場(chǎng)強(qiáng)尚未達(dá)到臨界的平均電場(chǎng)強(qiáng)度大得多，因而可在宏觀上平均場(chǎng)強(qiáng)尚未達(dá)到臨界 值時(shí)就誘發(fā)擊穿。值時(shí)就誘發(fā)擊穿。 實(shí) 際 擊 穿實(shí) 際 擊 穿 場(chǎng) 強(qiáng) 與 理場(chǎng) 強(qiáng) 與 理 論 擊 穿 場(chǎng)論 擊 穿 場(chǎng) 強(qiáng)的比值強(qiáng)的比值 Emin （2 2）導(dǎo)電微粒的影響導(dǎo)電微粒的影響 固定導(dǎo)電微粒固定導(dǎo)電微粒（毛刺毛刺）； 極不均勻場(chǎng)擊穿極不均勻場(chǎng)擊穿 特性特性 跳動(dòng)，需要深入研究，跳動(dòng)，需要深入研究， 交、直流不一樣交、直流不一樣 自由導(dǎo)電微粒自由導(dǎo)電微粒（金屬碎屑金屬碎屑） (3) 固體介質(zhì)表面狀態(tài)固體介質(zhì)表面狀態(tài) 固體介質(zhì)表面污穢、凝露固體介質(zhì)表面污穢、凝露,放電電壓就大大

50、降低放電電壓就大大降低 在美國(guó)運(yùn)行的GIS故障原因統(tǒng)計(jì)圖 A.絕緣子污穢或表面缺陷 B.套管 C.電纜終端 D.隔離開關(guān) E.操作錯(cuò)誤 F.其他 0 10 20 30 40 50 60 70 ABCDEF 發(fā) 生 故 障 次 數(shù) /n 3.5.4 快速暫態(tài)過電壓下的擊穿快速暫態(tài)過電壓下的擊穿 GIS中開關(guān)操作會(huì)產(chǎn)生快速暫態(tài)過電壓（中開關(guān)操作會(huì)產(chǎn)生快速暫態(tài)過電壓（Very Fast Transient Overvoltage, VFTO or VFT) 特點(diǎn)特點(diǎn): : 1) VFT波前很陡波前很陡 5-20ns 由絕緣到擊穿時(shí)間很短。由絕緣到擊穿時(shí)間很短。 2)VFT有高頻電壓分量有高頻電壓分量

51、 0.110MHz 3)VFT幅值并不高幅值并不高 很少超過最大相電壓的很少超過最大相電壓的2倍倍 由隔離開關(guān)操作引起的快速暫態(tài)過電壓實(shí)例由隔離開關(guān)操作引起的快速暫態(tài)過電壓實(shí)例 VFTO中振蕩頻率的分布中振蕩頻率的分布 稍不均勻場(chǎng)：波前陡，擊穿電壓稍不均勻場(chǎng)：波前陡，擊穿電壓 高高 極不均勻場(chǎng)：波前陡，擊穿電壓極不均勻場(chǎng)：波前陡，擊穿電壓 低低 VFT擊穿電壓極低擊穿電壓極低 3.6 提高氣隙擊穿電壓的措施提高氣隙擊穿電壓的措施 改善電場(chǎng)分布改善電場(chǎng)分布消弱電離過程消弱電離過程 改善電極形狀改善電極形狀 利用空間電荷利用空間電荷 對(duì)原電場(chǎng)畸變對(duì)原電場(chǎng)畸變 極不均勻場(chǎng)中極不均勻場(chǎng)中 屏障的采用屏

52、障的采用 高氣壓的采用高氣壓的采用 強(qiáng)電負(fù)性氣體強(qiáng)電負(fù)性氣體 的應(yīng)用的應(yīng)用 高真空的采用高真空的采用 改善電場(chǎng)分布，使之盡量均勻（內(nèi)因）改善電場(chǎng)分布，使之盡量均勻（內(nèi)因） 利用其它方法來削弱氣體中的電離過程（外因）利用其它方法來削弱氣體中的電離過程（外因） 改善電場(chǎng)分布的措施改善電場(chǎng)分布的措施 電場(chǎng)分布越均勻，氣隙的平均擊穿場(chǎng)強(qiáng)也就越大。電場(chǎng)分布越均勻，氣隙的平均擊穿場(chǎng)強(qiáng)也就越大。 因此，可以通過改進(jìn)電極形狀的方法來減小氣隙中的因此，可以通過改進(jìn)電極形狀的方法來減小氣隙中的 最大電場(chǎng)強(qiáng)度，以改善電場(chǎng)分布，提高氣隙的擊穿電最大電場(chǎng)強(qiáng)度，以改善電場(chǎng)分布，提高氣隙的擊穿電 壓。如：壓。如： 增大電極

53、的曲率半徑增大電極的曲率半徑 消除電極表面的毛刺消除電極表面的毛刺 消除電極表面尖角消除電極表面尖角 增大電極曲率半徑增大電極曲率半徑 如變壓器套管端部加球形屏蔽罩、采用擴(kuò)徑導(dǎo)線如變壓器套管端部加球形屏蔽罩、采用擴(kuò)徑導(dǎo)線 等（截面相同，半徑增大）。等（截面相同，半徑增大）。 （1）改變電極形狀）改變電極形狀 例如采用屏蔽罩、擴(kuò)徑導(dǎo)線等增大電極曲率半徑，或 改善電極邊緣形狀以消除邊緣效應(yīng)。 改善電極邊緣改善電極邊緣 電極邊緣做成弧形，以消除邊緣效應(yīng)，同時(shí)電極電極邊緣做成弧形，以消除邊緣效應(yīng)，同時(shí)電極 表面盡量避免毛刺、棱角以消除電場(chǎng)局部增強(qiáng)的表面盡量避免毛刺、棱角以消除電場(chǎng)局部增強(qiáng)的 現(xiàn)象?，F(xiàn)象

54、。 使電極具有最佳外形使電極具有最佳外形 如穿墻高壓引線上加金屬扁球，墻洞邊緣做成近如穿墻高壓引線上加金屬扁球，墻洞邊緣做成近 似垂鏈線旋轉(zhuǎn)體。似垂鏈線旋轉(zhuǎn)體。 長(zhǎng)空氣間隙的交流擊穿電壓 棒板棒板 棒棒棒棒 導(dǎo)線桿塔支柱導(dǎo)線桿塔支柱 導(dǎo)線導(dǎo)線導(dǎo)線導(dǎo)線 （2）利用空間電荷對(duì)原電場(chǎng)的畸變作用）利用空間電荷對(duì)原電場(chǎng)的畸變作用 由于極不均勻電場(chǎng)氣隙被擊穿前一定先出現(xiàn)電由于極不均勻電場(chǎng)氣隙被擊穿前一定先出現(xiàn)電 暈放電，所以在一定條件下，還可以利用放電本身暈放電，所以在一定條件下，還可以利用放電本身 所產(chǎn)生的空間電荷來調(diào)整和改善空間的電場(chǎng)分布，所產(chǎn)生的空間電荷來調(diào)整和改善空間的電場(chǎng)分布， 以提高氣隙的擊穿

55、電壓。以提高氣隙的擊穿電壓。 u 極不均勻電場(chǎng)中擊穿前發(fā)極不均勻電場(chǎng)中擊穿前發(fā) 生電暈放電，利用放電產(chǎn)生電暈放電，利用放電產(chǎn) 生的生的空間電荷改善電場(chǎng)分空間電荷改善電場(chǎng)分 布，使電場(chǎng)均勻度提高，布，使電場(chǎng)均勻度提高， 從而提高擊穿電壓；從而提高擊穿電壓； p 直徑直徑D20、16mm時(shí)，擊時(shí)，擊 穿電壓曲線的直線部分和棒穿電壓曲線的直線部分和棒 一板間隙相近一板間隙相近 p 導(dǎo)線直徑減為導(dǎo)線直徑減為3mm以至以至 0.5mm時(shí)，擊穿電壓曲線的時(shí)，擊穿電壓曲線的 直線部分陡度大為增加，曲直線部分陡度大為增加，曲 線逐漸與均勻電場(chǎng)中的相近線逐漸與均勻電場(chǎng)中的相近 “細(xì)線效應(yīng)細(xì)線效應(yīng)” 當(dāng)導(dǎo)線直徑減

56、小到一定程度后，氣隙當(dāng)導(dǎo)線直徑減小到一定程度后，氣隙 的工頻擊穿電壓會(huì)隨導(dǎo)線直徑的減小的工頻擊穿電壓會(huì)隨導(dǎo)線直徑的減小 而提高，出現(xiàn)所謂而提高，出現(xiàn)所謂“細(xì)線效應(yīng)細(xì)線效應(yīng)”。 此種提高擊穿電壓的方法此種提高擊穿電壓的方法僅在持續(xù)作用電壓下才有效僅在持續(xù)作用電壓下才有效，在雷，在雷 電沖擊電壓下并不適用。電沖擊電壓下并不適用。 1D=0.5mm 2D=3mm 3D=16mm 4D=20mm 虛線棒虛線棒-板電極間隙板電極間隙 點(diǎn)劃線均勻場(chǎng)間隙點(diǎn)劃線均勻場(chǎng)間隙 導(dǎo)線板電極的空氣間隙擊穿電壓導(dǎo)線板電極的空氣間隙擊穿電壓 （有效值）與間隙距離的關(guān)系（有效值）與間隙距離的關(guān)系 由于氣隙中的電場(chǎng)分布和氣體

57、放電的發(fā)展過程由于氣隙中的電場(chǎng)分布和氣體放電的發(fā)展過程 都與帶電粒子在氣隙空間的產(chǎn)生、運(yùn)動(dòng)和分布密切都與帶電粒子在氣隙空間的產(chǎn)生、運(yùn)動(dòng)和分布密切 有關(guān)，所以在氣隙中放置形狀和位置合適、能有關(guān)，所以在氣隙中放置形狀和位置合適、能阻礙阻礙 帶電粒子運(yùn)動(dòng)和調(diào)整空間電荷分布帶電粒子運(yùn)動(dòng)和調(diào)整空間電荷分布的的屏障屏障，也是提，也是提 高氣體介質(zhì)電氣強(qiáng)度的一種有效方法。高氣體介質(zhì)電氣強(qiáng)度的一種有效方法。 （3）極不均勻電場(chǎng)中屏障的使用）極不均勻電場(chǎng)中屏障的使用 屏障的作用取決于它所攔住的與電暈電極同屏障的作用取決于它所攔住的與電暈電極同 號(hào)的空間電荷，這樣就能使電暈電極與屏障之間號(hào)的空間電荷，這樣就能使電

58、暈電極與屏障之間 的空間電場(chǎng)強(qiáng)度減小，從而使整個(gè)氣隙的電場(chǎng)分的空間電場(chǎng)強(qiáng)度減小，從而使整個(gè)氣隙的電場(chǎng)分 布均勻化。布均勻化。 屏障用絕緣材料制成，但它本身的絕緣性能屏障用絕緣材料制成，但它本身的絕緣性能 無關(guān)緊要，無關(guān)緊要，重要的是它的密封性重要的是它的密封性( (攔住帶電粒子的攔住帶電粒子的 能力能力) )。它一般安裝在電暈間隙中，其表面與電力。它一般安裝在電暈間隙中，其表面與電力 線垂直。線垂直。 u 在電場(chǎng)極不均勻的氣隙中，放入在電場(chǎng)極不均勻的氣隙中，放入薄片固體絕緣材料薄片固體絕緣材料（例如紙（例如紙 或紙板），在一定條件下，可以顯著提高氣隙的擊穿電壓。或紙板），在一定條件下，可以顯著

59、提高氣隙的擊穿電壓。 u 屏障作用的原理屏障作用的原理 x 棒極附近產(chǎn)生電暈棒極附近產(chǎn)生電暈 ，產(chǎn)生帶電粒子，產(chǎn)生帶電粒子 正離子沿電場(chǎng)正離子沿電場(chǎng) 向負(fù)極板運(yùn)動(dòng)向負(fù)極板運(yùn)動(dòng) 正離子遇到固體絕正離子遇到固體絕 緣材料被攔截下來緣材料被攔截下來 均勻的排列在固體均勻的排列在固體 絕緣材料的左側(cè)絕緣材料的左側(cè) 雖然這時(shí)屏障與另一電極之間的空間電場(chǎng)強(qiáng)雖然這時(shí)屏障與另一電極之間的空間電場(chǎng)強(qiáng) 度反而增大了，但其電場(chǎng)形狀變得更象兩塊度反而增大了，但其電場(chǎng)形狀變得更象兩塊 平板電極之間的均勻電場(chǎng)，所以整個(gè)氣隙的平板電極之間的均勻電場(chǎng)，所以整個(gè)氣隙的 電氣強(qiáng)度得到了提高。電氣強(qiáng)度得到了提高。 對(duì)負(fù)棒對(duì)負(fù)棒-板

60、間隙板間隙，屏障的作用效果某些部分與正棒，屏障的作用效果某些部分與正棒-板相似板相似, 但是有許多不同的地方，說明如下：但是有許多不同的地方，說明如下： 當(dāng)屏障較靠近板極處，間隙擊穿電壓反而降低。當(dāng)屏障較靠近板極處，間隙擊穿電壓反而降低。 因?yàn)闊o屏障時(shí)，負(fù)離子擴(kuò)散于空間，部分消失于電極，因?yàn)闊o屏障時(shí)，負(fù)離子擴(kuò)散于空間，部分消失于電極， 影響電場(chǎng)分布的主要是正離子，它削弱了前方的電場(chǎng)。但是設(shè)影響電場(chǎng)分布的主要是正離子，它削弱了前方的電場(chǎng)。但是設(shè) 置屏障后，屏障上聚集大量的負(fù)離子影響了電場(chǎng)分布，加強(qiáng)了置屏障后，屏障上聚集大量的負(fù)離子影響了電場(chǎng)分布，加強(qiáng)了 前方電場(chǎng)。因此屏障較遠(yuǎn)離棒極后，設(shè)置的屏障