緒論、第一章

1、本課程的性質(zhì)和要求 v課程類別：課程類別：專業(yè)課專業(yè)課 v課程性質(zhì)：課程性質(zhì)：限選課限選課 v學時要求：學時要求：理論：理論：3232學時學時 v考核要求：考核要求：平時出勤、作業(yè)及聽課表現(xiàn)共平時出勤、作業(yè)及聽課表現(xiàn)共 計計3030分，無故缺席分，無故缺席3 3次以上無平時成績；次以上無平時成績； 期末考試期末考試7070分。分。 緒緒 論論 一、高電壓技術(shù)的研究對象一、高電壓技術(shù)的研究對象 一對矛盾 作用在電氣設 備上的電壓 電氣設備承受 電壓的能力 工作電壓 耐受正常工作電壓 耐受過電壓 雷電過電壓 內(nèi)部過電壓 過電壓 一對矛盾 作用在電氣設 備上的電壓 電氣設備承受 電壓的能力 工作電壓

2、 耐受正常工作電壓 耐受過電壓 雷電過電壓 內(nèi)部過電壓 過電壓 1、分析過電壓的幅值、波形等參數(shù)，采取有效措、分析過電壓的幅值、波形等參數(shù)，采取有效措 施降低或限制作用于設備上的過電壓。施降低或限制作用于設備上的過電壓。 2、設法保證及提高絕緣結(jié)構(gòu)的耐受電壓。、設法保證及提高絕緣結(jié)構(gòu)的耐受電壓。 二、本課程的主要內(nèi)容 分為三篇: 第一篇 各類電介質(zhì)在高電場下的特性 第二篇 電氣設備絕緣試驗技術(shù) 第三篇 電力系統(tǒng)過電壓與絕緣配合 三、高電壓技術(shù)課程的特點和要求三、高電壓技術(shù)課程的特點和要求 高電壓技術(shù)課程是一門高電壓技術(shù)課程是一門實踐性很強實踐性很強的學科，用微觀的概的學科，用微觀的概 念解釋宏

3、觀現(xiàn)象，所以念解釋宏觀現(xiàn)象，所以比較抽象比較抽象。另外，這個理論還處在。另外，這個理論還處在 發(fā)展中，發(fā)展中，發(fā)展不完善發(fā)展不完善，所以一些規(guī)律的東西常需用試驗數(shù)，所以一些規(guī)律的東西常需用試驗數(shù) 據(jù)或經(jīng)驗公式去表示，我們學習中需要注意這些特點。據(jù)或經(jīng)驗公式去表示，我們學習中需要注意這些特點。 通過學習本課程，使學生獲得通過學習本課程，使學生獲得各種電介質(zhì)的絕緣特性和各種電介質(zhì)的絕緣特性和 提高抗電強度方法的知識提高抗電強度方法的知識；了解高電壓試驗設備原理了解高電壓試驗設備原理；掌掌 握電氣設備絕緣的測試原理和分析方法握電氣設備絕緣的測試原理和分析方法，掌掌握電力系統(tǒng)過握電力系統(tǒng)過 電壓的產(chǎn)生

4、以及對過電壓防護措施電壓的產(chǎn)生以及對過電壓防護措施；理解電力系統(tǒng)中絕緣理解電力系統(tǒng)中絕緣 配合的原則配合的原則。 教材與參考資料教材與參考資料 文遠芳主編文遠芳主編 高電壓技術(shù)高電壓技術(shù) 華中科技大學出版社華中科技大學出版社 周澤存主編周澤存主編 高電壓技術(shù)高電壓技術(shù) 中國電力出版社中國電力出版社 趙智大主編趙智大主編 高電壓技術(shù)高電壓技術(shù) 中國電力出版社中國電力出版社 第一篇第一篇 各類電介質(zhì)在高電場下的特性各類電介質(zhì)在高電場下的特性 第一章第一章 氣體的放電基本物理過程和電氣強度氣體的放電基本物理過程和電氣強度 一、氣體放電的主要形式簡介 1.1.幾個概念 擊穿電壓U Ud d或閃絡電壓U

5、 Uf f發(fā)生擊穿或閃絡 的最低臨界電壓 擊穿場強E Ed d = = 均勻電場中的擊穿電壓/ /間隙距離 平均擊穿場強Ed=Ed=不均勻電場中的擊穿電壓/ /間隙 距離 擊穿場強是表征氣體間隙絕緣性能的重要參數(shù)。 2.2.一氣體放電的一般分類一氣體放電的一般分類 根據(jù)電源容量、氣體壓力、電極形狀不同，分為根據(jù)電源容量、氣體壓力、電極形狀不同，分為 輝光放電輝光放電氣體壓力小，氣體壓力小，電源電源功率很小，電流密度較小，功率很小，電流密度較小， 放電區(qū)域占據(jù)電極的整個空間。如節(jié)日彩燈等放電區(qū)域占據(jù)電極的整個空間。如節(jié)日彩燈等 火花放電火花放電在大氣壓力下，電源功率較小時，間隙間歇性在大氣壓力下

6、，電源功率較小時，間隙間歇性 擊穿，放電通道細而明亮。擊穿，放電通道細而明亮。 電弧放電電弧放電大氣壓力下，電源功率較大時，放電具有明亮、大氣壓力下，電源功率較大時，放電具有明亮、 持續(xù)的細致通道。持續(xù)的細致通道。 電暈放電電暈放電極不均勻電場中，高電場強度電極附近出現(xiàn)發(fā)極不均勻電場中，高電場強度電極附近出現(xiàn)發(fā) 光薄層。光薄層。 二、氣體中帶電質(zhì)點的產(chǎn)生與消失二、氣體中帶電質(zhì)點的產(chǎn)生與消失 （一）激勵和游離的概念（一）激勵和游離的概念 產(chǎn)生帶電質(zhì)點的物理過程稱為產(chǎn)生帶電質(zhì)點的物理過程稱為游離游離，是氣體放，是氣體放 電的首要前提。電的首要前提。 1.1. 激勵：激勵：當原子獲得外部能量，一個或

7、若干個外層電當原子獲得外部能量，一個或若干個外層電 子躍遷到離原子核較遠的軌道上去的現(xiàn)象子躍遷到離原子核較遠的軌道上去的現(xiàn)象。 激勵需要外界給原子一定的能量，稱為激勵能。激勵需要外界給原子一定的能量，稱為激勵能。 激勵這種狀態(tài)非常不穩(wěn)定，電子在高能量的軌道上激勵這種狀態(tài)非常不穩(wěn)定，電子在高能量的軌道上 只能呆很短的時間。隨后便回到原來的軌道上去，只能呆很短的時間。隨后便回到原來的軌道上去， 此時它會將激勵過程中吸收的能量以光子的形式釋此時它會將激勵過程中吸收的能量以光子的形式釋 放出去，即對外發(fā)生光輻射。放出去，即對外發(fā)生光輻射。 2. 2. 游離游離: : 若原子從外界獲得的能量足夠大，以致

8、若原子從外界獲得的能量足夠大，以致 使一個或多個電子擺脫原子核的束縛形成自由使一個或多個電子擺脫原子核的束縛形成自由 電子和正離子，這一過程稱為游離。電子和正離子，這一過程稱為游離。 （二）氣體間隙中帶電質(zhì)點的產(chǎn)生（二）氣體間隙中帶電質(zhì)點的產(chǎn)生 1.1. 氣體分子本身的游離（空間游離）氣體分子本身的游離（空間游離） （1 1）碰撞游離：）碰撞游離： 氣體中帶電質(zhì)點在電場中獲得加速后和氣氣體中帶電質(zhì)點在電場中獲得加速后和氣 體分子碰撞時，把動能傳給后者引起游離。體分子碰撞時，把動能傳給后者引起游離。 自由行程：一個帶電質(zhì)點在兩次碰撞之間自由通自由行程：一個帶電質(zhì)點在兩次碰撞之間自由通 過的平均距

9、離。過的平均距離。 自由行程與分子密度有關(guān)，分子密度越自由行程與分子密度有關(guān)，分子密度越小小自由行自由行 程越長，越容易獲得足夠的動能發(fā)生碰撞游離。程越長，越容易獲得足夠的動能發(fā)生碰撞游離。 （2 2）光游離）光游離 所謂光游離是指由于光輻射引起的原子或分子游離所謂光游離是指由于光輻射引起的原子或分子游離 W=hv=hc/W=hv=hc/ h h 普朗克常熟普朗克常熟 v v 光子頻率光子頻率 波長波長 通常我們看到的通常我們看到的可見光不會發(fā)生光游離可見光不會發(fā)生光游離，只有一些，只有一些 短的才會發(fā)生光游離，比如：宇宙射線、短的才會發(fā)生光游離，比如：宇宙射線、射線等。射線等。 （3 3）熱

10、游離）熱游離 氣體在熱狀態(tài)下引起的游離過程稱為氣體在熱狀態(tài)下引起的游離過程稱為熱游離熱游離。 所謂熱游離并不是一種新游離，所謂熱游離并不是一種新游離，它實質(zhì)上是在熱它實質(zhì)上是在熱 狀態(tài)下發(fā)生的碰撞游離和熱輻射下引起的光游離。狀態(tài)下發(fā)生的碰撞游離和熱輻射下引起的光游離。 這兩種游離結(jié)合起來形成熱游離。這兩種游離結(jié)合起來形成熱游離。 氣體分子的平均動能：氣體分子的平均動能： W=3/2kTW=3/2kT T T氣體溫度氣體溫度 K K波爾茨曼常熟波爾茨曼常熟. 1.38. 1.381010-23 -23 2. 2. 氣體中金屬表面的游離氣體中金屬表面的游離 指陰極發(fā)射電子的過程，也稱電極表面游離指

11、陰極發(fā)射電子的過程，也稱電極表面游離。 當當逸出功逸出功游離能游離能時，陰極表面的電離可以發(fā)生在時，陰極表面的電離可以發(fā)生在 下列幾種情況下下列幾種情況下 正離子撞擊陰極表面：正離子撞擊陰極表面：正離子撞擊陰極表面時把它正離子撞擊陰極表面時把它 的能量傳遞給陰極表面里的電子，使電子能溢出陰的能量傳遞給陰極表面里的電子，使電子能溢出陰 極表面，一個與正離子中和，其余電子沿電場方向極表面，一個與正離子中和，其余電子沿電場方向 向正極板走，可能發(fā)生新的游離過程。向正極板走，可能發(fā)生新的游離過程。 短波光照射：短波光照射：用波長比較短的強光，對陰極表用波長比較短的強光，對陰極表 面照射，也能使電子逸出

12、陰極表面，這種現(xiàn)象面照射，也能使電子逸出陰極表面，這種現(xiàn)象 稱為光電效應。稱為光電效應。 強場放射：強場放射：指陰極表面的電場非常強時，也可指陰極表面的電場非常強時，也可 以把陰極表面的電子釋放出來。以把陰極表面的電子釋放出來。 熱電子放射：熱電子放射：即加熱陰極表面，當溫度達到一即加熱陰極表面，當溫度達到一 定程度以后，會向外釋放電子。這種現(xiàn)象稱之定程度以后，會向外釋放電子。這種現(xiàn)象稱之 為熱電子放射。為熱電子放射。 氣體中帶電質(zhì)電的產(chǎn)生與消失影響著氣體放氣體中帶電質(zhì)電的產(chǎn)生與消失影響著氣體放 電的發(fā)展過程。前者促進放電發(fā)展，后者阻礙電的發(fā)展過程。前者促進放電發(fā)展，后者阻礙 放電發(fā)展。放電發(fā)

13、展。 （三）帶電質(zhì)點的消失（三）帶電質(zhì)點的消失 帶電質(zhì)點的消失可能有以下幾種情況：帶電質(zhì)點的消失可能有以下幾種情況： 1 1、與兩電極的電量中和、與兩電極的電量中和：帶電質(zhì)點受電場力作用定向：帶電質(zhì)點受電場力作用定向 運動。正運動。正負極板運動；負負極板運動；負正極板運動，在到達正極板運動，在到達 電極時，消失在電極上，而形成電路中的電流，因電極時，消失在電極上，而形成電路中的電流，因 此氣隙中的帶電質(zhì)點減少。此氣隙中的帶電質(zhì)點減少。 2 2、擴散：、擴散：主要是由熱運動引起的。熱運動會使帶電質(zhì)主要是由熱運動引起的。熱運動會使帶電質(zhì) 點從高濃度區(qū)向低濃度區(qū)移動，使空氣間隙里各個點從高濃度區(qū)向低

14、濃度區(qū)移動，使空氣間隙里各個 地方的帶電質(zhì)點的濃度趨于一致。這種現(xiàn)象稱之為地方的帶電質(zhì)點的濃度趨于一致。這種現(xiàn)象稱之為 擴散。擴散。 3 3、復合：、復合：異號電荷相遇，發(fā)生電荷的傳遞而還原為中異號電荷相遇，發(fā)生電荷的傳遞而還原為中 性質(zhì)點的過程。性質(zhì)點的過程。 復合主要指正負離子之間。復合主要指正負離子之間。 第一節(jié)第一節(jié) 湯遜理論和流注理論湯遜理論和流注理論 一、均勻電場中氣體擊穿的發(fā)展過程一、均勻電場中氣體擊穿的發(fā)展過程 1 1、自持放電與非自持放電、自持放電與非自持放電 非自持放電非自持放電依靠外依靠外 電離因素的作用而維持電離因素的作用而維持 的放電的放電 自持放電自持放電僅需外僅需

15、外 加電場的作用就能維加電場的作用就能維 持的放電持的放電 C C點以后：點以后：電壓達到某一臨界值電壓達到某一臨界值U U0 0，氣體被擊穿，處于導通狀態(tài)，氣體被擊穿，處于導通狀態(tài)， 由絕緣狀態(tài)由絕緣狀態(tài)良導體良導體 均勻電場中：均勻電場中：U U0 0即擊穿電壓即擊穿電壓U Ub b；不均勻電場中；不均勻電場中:U:U0 0為起始電暈電壓。為起始電暈電壓。 當當UUUUUU0 0時時，此時氣體放電不需要外界游離因素，故為，此時氣體放電不需要外界游離因素，故為自持放電。自持放電。 o oA A段：隨著段：隨著U U升高，帶電質(zhì)點升高，帶電質(zhì)點 運動速度增大；運動速度增大； ABAB段：電流趨

16、于飽和；段：電流趨于飽和；因為因為 帶電質(zhì)點已全部落入電極，帶電質(zhì)點已全部落入電極， 形成外電路的電流，此時電形成外電路的電流，此時電 流去取決于外界電離因素而流去取決于外界電離因素而 與電壓無關(guān)。與電壓無關(guān)。 BCBC段：段：發(fā)生電子碰撞電離，發(fā)生電子碰撞電離， 產(chǎn)生大量帶電質(zhì)點，所以隨產(chǎn)生大量帶電質(zhì)點，所以隨 著著U UI I 二、湯遜理論（湯遜氣體放電理論）二、湯遜理論（湯遜氣體放電理論） 1 1、過程：過程： （1 1）電子崩的形成：）電子崩的形成： 電子數(shù)按幾何級電子數(shù)按幾何級 數(shù)不斷增多，像數(shù)不斷增多，像 雪崩似的發(fā)展，雪崩似的發(fā)展， 這種急劇增大的這種急劇增大的 空間電子流空間電

17、子流 電子崩電子崩 （2 2）過程引起的電流：過程引起的電流： 電子碰撞電離系數(shù)電子碰撞電離系數(shù)（系數(shù)）：系數(shù)）： 一個一個 電子沿著電場方向行經(jīng)電子沿著電場方向行經(jīng)1cm1cm長度，平均發(fā)生的長度，平均發(fā)生的 碰撞電離次數(shù)；碰撞電離次數(shù)； x enn dxndn 0 設陰極表面初始電子數(shù)設陰極表面初始電子數(shù)n0n0，在距，在距 離陰極離陰極x x處，電子數(shù)增至處，電子數(shù)增至n n個，這個，這 n n個電子在個電子在dxdx距離中又會產(chǎn)生距離中又會產(chǎn)生dndn 個新電子，則個新電子，則： 令令n0=1,x=d,n0=1,x=d,則則 d en 即為一個電子走完全程產(chǎn)生的電子數(shù)目。即為一個電子走

18、完全程產(chǎn)生的電子數(shù)目。 d dx x eII eII 0 0 I I0 0為外電離因素為外電離因素 引起的初始電流引起的初始電流 如果如果I I0 0=0=0，則，則I=0.I=0.即如果去掉外界游離因素，則氣即如果去掉外界游離因素，則氣 體的放電就停止了，所以說，只有體的放電就停止了，所以說，只有過程，放電過程，放電 不能自持。不能自持。 2.2. 過程過程 正離子碰撞游離系數(shù)正離子碰撞游離系數(shù)一個正離子沿著電場方一個正離子沿著電場方 向行徑向行徑1cm1cm長度，平均發(fā)生的碰撞電離次數(shù)；長度，平均發(fā)生的碰撞電離次數(shù)；也稱之也稱之 為為湯遜第二游離系數(shù)。湯遜第二游離系數(shù)。 正離子在運動時，不

19、易積累能引起碰撞游離的能量，正離子在運動時，不易積累能引起碰撞游離的能量， 因而因而值極小，在分析時可予忽略值極小，在分析時可予忽略 3 3、過程過程 正離子表面電離系數(shù)正離子表面電離系數(shù)表示折合到每個碰撞陰表示折合到每個碰撞陰 極表面的正離子，使陰極金屬釋放出的自由電子數(shù)。極表面的正離子，使陰極金屬釋放出的自由電子數(shù)。 自持放電條件：自持放電條件： 一個電子走完全程以后，所產(chǎn)生的正離一個電子走完全程以后，所產(chǎn)生的正離 子到達陰極以后，只要它撞出來的電子數(shù)目大于等子到達陰極以后，只要它撞出來的電子數(shù)目大于等 于于1，就可以抵償?shù)絼傁У哪莻€電子，放電就能達，就可以抵償?shù)絼傁У哪莻€電子，放電就

20、能達 到自持。到自持。 11 d e 三、巴神定律三、巴神定律 當氣體成分和電極材料一定時，氣體間隙當氣體成分和電極材料一定時，氣體間隙 擊穿電壓是氣壓和極間距離乘積的函數(shù)。擊穿電壓是氣壓和極間距離乘積的函數(shù)。 U Ub b=f(pd)=f(pd) 式中式中 PP氣壓（氣壓（PaPa） d d極間距極間距(cm)(cm) 對應于某一對應于某一pdpd值，氣體間隙的擊穿電壓最低。值，氣體間隙的擊穿電壓最低。 即即U Ud d有極小值。有極小值。 原因原因: :為使放電達到自持，電子從陰極到陽為使放電達到自持，電子從陰極到陽 極的整個行程中需完成足夠多次數(shù)的碰撞游極的整個行程中需完成足夠多次數(shù)的碰

21、撞游 離。離。 巴神定律試驗曲線圖 巴申定律曲線呈巴申定律曲線呈U U型，可解釋如下：型，可解釋如下： 1 1、當當d d一定時一定時 P P 電子動能電子動能氣體游離能力氣體游離能力擊穿電擊穿電 壓壓U Ub b 反之反之 PP 碰撞次數(shù)碰撞次數(shù)擊穿電壓擊穿電壓U Ub b 2 2、當、當P P一定時一定時 d d要維持足夠的電場強度要維持足夠的電場強度必須升高電壓必須升高電壓 反之反之 d d當與平均當與平均可比擬時可比擬時電子走完全程中的碰撞次數(shù)電子走完全程中的碰撞次數(shù) U Ub b 由巴申曲線可知：由巴申曲線可知： 當極間距離當極間距離d d一定時，提高氣體壓力一定時，提高氣體壓力 p

22、 p或降低氣體壓力到真空，都可以提高氣隙的擊穿電或降低氣體壓力到真空，都可以提高氣隙的擊穿電 壓。這一概念具有十分重要的意義。壓。這一概念具有十分重要的意義。 湯遜理論的適用范圍及局限性湯遜理論的適用范圍及局限性 湯遜理論可以較好的解釋湯遜理論可以較好的解釋低氣壓、短間隙、均勻電場低氣壓、短間隙、均勻電場 中中的放電現(xiàn)象，即的放電現(xiàn)象，即pdpd較小時。較小時。 但是在但是在解釋大氣壓長間隙放電過程時，湯遜理論就不解釋大氣壓長間隙放電過程時，湯遜理論就不 適用了。適用了。發(fā)現(xiàn)有以下幾點實驗現(xiàn)象無法全部在湯遜理發(fā)現(xiàn)有以下幾點實驗現(xiàn)象無法全部在湯遜理 論范圍內(nèi)給予解釋：論范圍內(nèi)給予解釋： 放電外形

23、：放電外形：在低氣壓小間隙中氣體放電主要是輝光在低氣壓小間隙中氣體放電主要是輝光 放電，但是在大氣壓下做實驗時我們發(fā)現(xiàn)能夠看到細放電，但是在大氣壓下做實驗時我們發(fā)現(xiàn)能夠看到細 而明亮的放電通道，但是帶有分支，放電形狀不一樣。而明亮的放電通道，但是帶有分支，放電形狀不一樣。 放電時間：放電時間：在大氣壓下我們測得的擊穿時間要比在大氣壓下我們測得的擊穿時間要比 湯遜理論中小湯遜理論中小1010010100倍倍 陰極材料的影響：陰極材料的影響：在大氣壓力下做實驗，我們發(fā)在大氣壓力下做實驗，我們發(fā) 現(xiàn)擊穿電壓與陰極材料沒有關(guān)系。當氣體間隙、氣現(xiàn)擊穿電壓與陰極材料沒有關(guān)系。當氣體間隙、氣 體性質(zhì)一定時，

24、擊穿電壓就一定。體性質(zhì)一定時，擊穿電壓就一定。 v造成湯遜理論不能解釋大氣壓力下放電現(xiàn)象造成湯遜理論不能解釋大氣壓力下放電現(xiàn)象 的主要原因：的主要原因： 湯遜理論沒有考慮游離出來的湯遜理論沒有考慮游離出來的空間電荷對外電場的空間電荷對外電場的 畸變作用畸變作用 湯遜理論沒有考慮湯遜理論沒有考慮光子在放電過程中的作用光子在放電過程中的作用 四、流注理論四、流注理論 該理論認為：該理論認為：電子的碰撞游離和空間光游離是形電子的碰撞游離和空間光游離是形 成自持放電的主要因素，并且強調(diào)了空間電荷成自持放電的主要因素，并且強調(diào)了空間電荷 對電場的畸變作用對電場的畸變作用。 放電過程：放電過程：電子崩、流

25、注、擊穿電子崩、流注、擊穿 1.1.電子崩：電子崩：初始電子崩以后，大大加強了崩頭和崩初始電子崩以后，大大加強了崩頭和崩 尾的場強，而在兩個強電場區(qū)域之間出現(xiàn)一個尾的場強，而在兩個強電場區(qū)域之間出現(xiàn)一個 電場強度很弱的區(qū)域，則電場強度不再均勻。電場強度很弱的區(qū)域，則電場強度不再均勻。 這些光子使附近氣體因光電離而產(chǎn)生二次電子。這些光子使附近氣體因光電離而產(chǎn)生二次電子。 他們在正空間電荷所引起的畸變和加強了局部他們在正空間電荷所引起的畸變和加強了局部 電場作用下，又形成了新的電子崩，叫二次崩電場作用下，又形成了新的電子崩，叫二次崩 圖圖1-6 流注的形成與發(fā)展流注的形成與發(fā)展 2.2.流注的形成

26、流注的形成 在主崩形成以后，在正負電荷交接處，電荷密度在主崩形成以后，在正負電荷交接處，電荷密度 最大，電場強度最弱，這時極易發(fā)生復合現(xiàn)象。最大，電場強度最弱，這時極易發(fā)生復合現(xiàn)象。 子崩的頭部帶負離子，它們會被主崩崩尾的正離子崩的頭部帶負離子，它們會被主崩崩尾的正離 子吸引，而靠近主崩，然后頭部的自由電子就進入子吸引，而靠近主崩，然后頭部的自由電子就進入 到主崩里面形成流注通道。到主崩里面形成流注通道。 流注通道導電性良好，其頭部又是二次電子崩形流注通道導電性良好，其頭部又是二次電子崩形 成的正電荷，因此流注頭部前方出現(xiàn)很強的電場，成的正電荷，因此流注頭部前方出現(xiàn)很強的電場， 產(chǎn)生新的電子崩

27、，從而使流注向前發(fā)展。產(chǎn)生新的電子崩，從而使流注向前發(fā)展。 3.3.擊穿：擊穿： 隨著流注通道向陰極移動，即等離子體向陰極移隨著流注通道向陰極移動，即等離子體向陰極移 動，當這個通道貫穿對極以后，就形成一個等離子動，當這個通道貫穿對極以后，就形成一個等離子 通道，從而導致氣隙擊穿。（放電為火花放電或電通道，從而導致氣隙擊穿。（放電為火花放電或電 弧放電）弧放電） v所以流注理論與湯遜理論最大的不同就是所以流注理論與湯遜理論最大的不同就是 它考慮了空間電荷畸變電場形成二次崩，它考慮了空間電荷畸變電場形成二次崩， 二次崩靠近主崩形成等離子體二次崩靠近主崩形成等離子體-良導體，良導體， 一旦等離子通

28、道貫穿兩極，就會造成間隙一旦等離子通道貫穿兩極，就會造成間隙 被擊穿。被擊穿。這就是流注理論的基本理論。這就是流注理論的基本理論。 4.4.自持放電條件：自持放電條件： 1 d d e e 或 常數(shù) 即流注的形成。即流注的形成。足夠的空間光電離足夠的空間光電離 主崩頭部空間電荷的數(shù)主崩頭部空間電荷的數(shù) 量達到某一個值量達到某一個值 1 lnd 一般認為當一般認為當d20（ed108）便可以認便可以認 為滿足條件，使流注得以形成。為滿足條件，使流注得以形成。 空間光電離可以維持放電空間光電離可以維持放電 其中其中沒有實際的物理意義，只是一個定義的常數(shù)，與湯遜理論中的沒有實際的物理意義，只是一個定

29、義的常數(shù)，與湯遜理論中的不不 同。同。 5.5.適用范圍和局限性適用范圍和局限性 在高氣壓、長氣隙情況下：在高氣壓、長氣隙情況下： 放電外形、放電外形、 放電時間、放電時間、 陰極材料陰極材料 流注理論適用于高氣壓、大氣隙情況下，流注理論適用于高氣壓、大氣隙情況下， 即即pdpd較大的情況。較大的情況。 湯遜理論與流注理論相互補充，可以說明湯遜理論與流注理論相互補充，可以說明 廣闊的廣闊的pdpd范圍內(nèi)的放電現(xiàn)象。范圍內(nèi)的放電現(xiàn)象。 小 結(jié) 無論是均勻電場還是不均勻電場，放電都是逐漸發(fā)展無論是均勻電場還是不均勻電場，放電都是逐漸發(fā)展 的，都是由非自持放電轉(zhuǎn)入自持放電。的，都是由非自持放電轉(zhuǎn)入自

30、持放電。 解釋維持自持放電的氣體放電理論有湯遜理論與流注解釋維持自持放電的氣體放電理論有湯遜理論與流注 理論。前者強調(diào)表面游離的作用；后者強調(diào)空間電荷對電理論。前者強調(diào)表面游離的作用；后者強調(diào)空間電荷對電 場的畸變與空間光游離的作用。前者可定量分析（巴申定場的畸變與空間光游離的作用。前者可定量分析（巴申定 律）；后者只是定性分析。前者適用于解釋均勻電場、短律）；后者只是定性分析。前者適用于解釋均勻電場、短 間隙、低氣壓的情況；后者適用于解釋長間隙、不均勻電間隙、低氣壓的情況；后者適用于解釋長間隙、不均勻電 場，大氣壓下的情況。場，大氣壓下的情況。 v 要求：要求： v 簡要分析湯遜理論與流注理

31、論對氣體放電過程、電離因簡要分析湯遜理論與流注理論對氣體放電過程、電離因 素以及自持放電條件的觀點有何不同，并說明這兩種理論素以及自持放電條件的觀點有何不同，并說明這兩種理論 各自的適用范圍；各自的適用范圍； v 解釋電氣放電過程的解釋電氣放電過程的、系數(shù)。系數(shù)。 第二節(jié)第二節(jié) 不均勻電場中的放電過程不均勻電場中的放電過程 電氣設備的絕緣結(jié)構(gòu)的電場大多數(shù)都是不均勻電場。不均勻電電氣設備的絕緣結(jié)構(gòu)的電場大多數(shù)都是不均勻電場。不均勻電 場分為稍不均勻電場和極不均勻電場。場分為稍不均勻電場和極不均勻電場。 一、稍不均勻電場和極不均勻電場的放電特點一、稍不均勻電場和極不均勻電場的放電特點 放電具有稍

32、不均勻場間 隙的特點， 擊穿電壓與 電暈起始電 壓相同 放電過程不穩(wěn)定，分 散，屬于過渡區(qū) 放電具有極不均勻場間隙的特點， 電暈起始電壓明顯低于擊穿電壓 有實驗可知：隨著電場不均勻程度增加，放電現(xiàn)象有實驗可知：隨著電場不均勻程度增加，放電現(xiàn)象 不同，電場越是不均勻（兩球間距離越大，電場越不同，電場越是不均勻（兩球間距離越大，電場越 不均勻），擊穿電壓和電暈起始電壓之間的差別也不均勻），擊穿電壓和電暈起始電壓之間的差別也 越大。越大。 均勻電場：均勻電場：放電達到自持，間隙即將被擊穿，擊穿前放電達到自持，間隙即將被擊穿，擊穿前 看不到放電現(xiàn)象；看不到放電現(xiàn)象； 稍不均勻電場稍不均勻電場: :與均

33、勻電場相似，雖然電場不均勻，與均勻電場相似，雖然電場不均勻， 不存在穩(wěn)定的電暈放電，電暈一旦發(fā)現(xiàn)，氣隙立即被不存在穩(wěn)定的電暈放電，電暈一旦發(fā)現(xiàn)，氣隙立即被 擊穿（如擊穿（如2Dd4D2Dd4D時）時） 極不均勻電場：極不均勻電場：若果電場的不均勻程度導致存在穩(wěn)定若果電場的不均勻程度導致存在穩(wěn)定 的電暈放電（如的電暈放電（如d4D以后以后），就稱為極不均勻電場。），就稱為極不均勻電場。 具有兩大基本特征：電暈放電、極性效應具有兩大基本特征：電暈放電、極性效應 電場的均勻系數(shù)電場的均勻系數(shù)f f等于氣隙中最大場強等于氣隙中最大場強E Emax max與平均 與平均 場強場強E Eav av的比值

34、的比值 其中其中 通常對均勻電場通常對均勻電場f=1f=1；當；當f2f4f4時就明顯屬于極不均勻電場。時就明顯屬于極不均勻電場。 av E E f max d U E av U-U-為極間電壓；為極間電壓； d-d-為極間距離為極間距離 典型的不均勻場：典型的不均勻場： 棒棒-棒電極（對稱的）棒電極（對稱的） 棒棒-板電極（不對稱）板電極（不對稱） 二、極不均勻電場中的電暈放電現(xiàn)象二、極不均勻電場中的電暈放電現(xiàn)象 1 1、電暈放電的概念、電暈放電的概念 電暈放電是極不均勻電場所特有的，電暈放電是極不均勻電場所特有的，也是也是極不均勻電場氣極不均勻電場氣 體放電必須經(jīng)歷的第一階段體放電必須經(jīng)歷

35、的第一階段，并且是一種自持放電。并且是一種自持放電。 極不均勻電場中，間隙中的最大場強比均勻場強大的多。極不均勻電場中，間隙中的最大場強比均勻場強大的多。 外加電壓較低時，曲率小的電極附近電場強度已足夠大可引外加電壓較低時，曲率小的電極附近電場強度已足夠大可引 起強烈游離，在這局部的強場區(qū)形成放電，這種起強烈游離，在這局部的強場區(qū)形成放電，這種僅僅發(fā)生在僅僅發(fā)生在 強場區(qū)的局部自持放電稱為電暈放電強場區(qū)的局部自持放電稱為電暈放電。 在這在這局部強場區(qū)中，產(chǎn)生強烈的游離局部強場區(qū)中，產(chǎn)生強烈的游離，但由于離電極稍遠，但由于離電極稍遠 處場強已大為減小，所以，此游離區(qū)不可能擴展到很大，只處場強已大

36、為減小，所以，此游離區(qū)不可能擴展到很大，只 能局限在此電極附近的強場范圍內(nèi)能局限在此電極附近的強場范圍內(nèi) 開始出現(xiàn)電暈放電的電壓稱之為電暈起始電壓開始出現(xiàn)電暈放電的電壓稱之為電暈起始電壓，電暈起始電，電暈起始電 壓在理論上可根據(jù)自持放電的條件求去，但是這種方法計算壓在理論上可根據(jù)自持放電的條件求去，但是這種方法計算 繁雜且不精確，所以通常都是根據(jù)經(jīng)驗公式來確定的（經(jīng)驗繁雜且不精確，所以通常都是根據(jù)經(jīng)驗公式來確定的（經(jīng)驗 公式可查）公式可查） 棒-板間隙電暈導線表面電暈 2 2、電暈放電的利弊、電暈放電的利弊 危害：危害： 電暈放電時發(fā)光并發(fā)出絲絲聲和引起化學反應（如電暈放電時發(fā)光并發(fā)出絲絲聲和

37、引起化學反應（如 大氣中氧大氣中氧臭氧臭氧），這些都需要能量，從而導致輸），這些都需要能量，從而導致輸 電線路上有功率損耗；電線路上有功率損耗； 電暈放電過程中由于流注的不斷消失和重新產(chǎn)生，電暈放電過程中由于流注的不斷消失和重新產(chǎn)生， 從而發(fā)現(xiàn)放電脈沖，形成高頻電磁波，而干擾周圍從而發(fā)現(xiàn)放電脈沖，形成高頻電磁波，而干擾周圍 的通訊。所以我們需要防止和限制電暈放電。的通訊。所以我們需要防止和限制電暈放電。 有利：有利： 消弱輸電線路上雷電沖擊電壓波的幅值和陡度；消弱輸電線路上雷電沖擊電壓波的幅值和陡度； 利用電暈放電改善電場分布，提高擊穿電壓；利用電暈放電改善電場分布，提高擊穿電壓； 廣泛應用于

38、工業(yè)設施（利用電暈放電的靜電除塵器、廣泛應用于工業(yè)設施（利用電暈放電的靜電除塵器、 靜電噴涂裝置、臭氧發(fā)生器等）。靜電噴涂裝置、臭氧發(fā)生器等）。 三、極不均勻電場中的放電過程三、極不均勻電場中的放電過程 極性效應主要發(fā)生在電極形狀不對稱的不均勻電場中。極性效應主要發(fā)生在電極形狀不對稱的不均勻電場中。 “棒棒- -板板”電極電極是典型的不對稱是典型的不對稱不均勻電場。不均勻電場。 在棒在棒- -板電極中，電極總是從棒極開始，隨后放電的發(fā)展板電極中，電極總是從棒極開始，隨后放電的發(fā)展 就與棒極的極性密切相關(guān)。棒電極的極性不同，空間電荷就與棒極的極性密切相關(guān)。棒電極的極性不同，空間電荷 對放電過程的

39、發(fā)展的影響也不同，氣隙擊穿電壓和電暈起對放電過程的發(fā)展的影響也不同，氣隙擊穿電壓和電暈起 始電壓也不同。這種現(xiàn)象稱始電壓也不同。這種現(xiàn)象稱為極性效應。為極性效應。 以以“棒棒- -板板”氣隙為例，討論電暈放電和擊穿放電兩不同氣隙為例，討論電暈放電和擊穿放電兩不同 階段的極性效應階段的極性效應 1 1、極不均勻電場中極性效應電暈放電極不均勻電場中極性效應電暈放電-短氣隙的擊穿短氣隙的擊穿 正極性（正棒正極性（正棒- -負板）負板） 電子崩從場強較小的區(qū)域向場強較電子崩從場強較小的區(qū)域向場強較 大的區(qū)域發(fā)展的，這對電子崩的發(fā)展有大的區(qū)域發(fā)展的，這對電子崩的發(fā)展有 利；電子進入陽極，在棒極前方空間留

40、利；電子進入陽極，在棒極前方空間留 下正離子，下正離子，削弱了棒極附近的場強，棒削弱了棒極附近的場強，棒 極附近難以形成流注，起暈電壓高；加極附近難以形成流注，起暈電壓高；加 強了正離子與板極間場強強了正離子與板極間場強，造成發(fā)展正，造成發(fā)展正 流注的有利條件。流注的有利條件。因此當電壓進一步提因此當電壓進一步提 高，高，二次電子崩與初崩匯合，使通道充二次電子崩與初崩匯合，使通道充 滿混合質(zhì)，而通道的頭部仍留下大量的滿混合質(zhì)，而通道的頭部仍留下大量的 正空間電荷，加強了通道頭部前方的電正空間電荷，加強了通道頭部前方的電 場，使流注進場，使流注進一一步向陰極擴展，直至氣步向陰極擴展，直至氣 隙被

41、擊穿。隙被擊穿。 負極性（負棒負極性（負棒- -正板）正板） 初崩是由負棒極向正板極發(fā)展的，電子崩的初崩是由負棒極向正板極發(fā)展的，電子崩的 發(fā)展比正棒極時不利得多。初崩留下的正電荷增發(fā)展比正棒極時不利得多。初崩留下的正電荷增 強了負棒極附近遠已很強的電場，強了負棒極附近遠已很強的電場，削弱了前方空削弱了前方空 間的電場，使流注的向前發(fā)展受到抑制，間的電場，使流注的向前發(fā)展受到抑制，放放電發(fā)電發(fā) 展困難，擊穿電壓高展困難，擊穿電壓高。只有再升高外加電壓，并。只有再升高外加電壓，并 待初崩向后發(fā)展的正流注完成，初崩通道中充滿待初崩向后發(fā)展的正流注完成，初崩通道中充滿 著導電的混合質(zhì)，使前方電場加強

42、以后，才能在著導電的混合質(zhì)，使前方電場加強以后，才能在 前方空間產(chǎn)生新的二次崩，負流注繼續(xù)向陽極發(fā)前方空間產(chǎn)生新的二次崩，負流注繼續(xù)向陽極發(fā) 展。展。 如果棒極為正極性，則不易電暈，但是一旦電暈其最后的如果棒極為正極性，則不易電暈，但是一旦電暈其最后的 擊穿電壓較低，這是正極性；而負極性正好相反，容易電暈，擊穿電壓較低，這是正極性；而負極性正好相反，容易電暈， 但電暈以后由于整空間電荷的存在，使間隙完全擊穿的電壓要但電暈以后由于整空間電荷的存在，使間隙完全擊穿的電壓要 高。這是極不均勻電場中的極性效應。高。這是極不均勻電場中的極性效應。 2 2、長氣隙、長氣隙（S1m）的擊穿的擊穿 氣隙較長時

43、，流注往往不能一次貫穿整個氣隙，而氣隙較長時，流注往往不能一次貫穿整個氣隙，而 出現(xiàn)逐級推進的出現(xiàn)逐級推進的先導放電先導放電現(xiàn)象?，F(xiàn)象。 長間隙的放電過程：電暈放電長間隙的放電過程：電暈放電先導放電先導放電主主 放電放電整個氣隙被擊穿。整個氣隙被擊穿。 流注根部溫 度升高 熱電離過 程 先導 通道 電離加強，更為明亮 電導增大 軸向場強更低 發(fā)展速度更快長空氣間隙的平均擊穿場強遠低于短間隙 第三節(jié)第三節(jié) 空氣間隙在各種電壓下的擊穿特性空氣間隙在各種電壓下的擊穿特性 空氣間隙的擊穿特性主要取決于所加電壓的類型、電極的形狀即電場空氣間隙的擊穿特性主要取決于所加電壓的類型、電極的形狀即電場 形式、氣

44、體的狀態(tài)等。形式、氣體的狀態(tài)等。 空氣間隙擊穿所加的電壓通常歸納為：空氣間隙擊穿所加的電壓通常歸納為： 一、空氣間隙在穩(wěn)態(tài)電壓下的擊穿一、空氣間隙在穩(wěn)態(tài)電壓下的擊穿 1.均勻電場在穩(wěn)定電壓下氣隙擊穿額特點均勻電場在穩(wěn)定電壓下氣隙擊穿額特點 （1）因電極對稱，所以擊穿電壓無極性效應；）因電極對稱，所以擊穿電壓無極性效應； （2）因擊穿前間隙中各處場強相等，擊穿前無電暈發(fā)生，起始放電）因擊穿前間隙中各處場強相等，擊穿前無電暈發(fā)生，起始放電 電壓等于擊穿電壓電壓等于擊穿電壓 （3）無論直流電壓、工頻交流電壓以及）無論直流電壓、工頻交流電壓以及50%的沖擊電壓作用下，擊的沖擊電壓作用下，擊 穿電壓峰值

45、都相同，且分散性小。穿電壓峰值都相同，且分散性小。 均勻電場空氣間隙的擊穿電壓峰值均勻電場空氣間隙的擊穿電壓峰值Ub與極間距離與極間距離d的關(guān)系的關(guān)系 ddU b 66.655.24 經(jīng)驗公式經(jīng)驗公式 擊穿電壓只取 決于間隙的距 離和氣體的狀 態(tài)即與氣體的 密度有關(guān) 當d在110cm 內(nèi)，空氣的擊 穿場強約為 30Kv/cm d-極間距離，cm -空氣相對密度 2.2.稍不均勻電場氣隙的擊穿稍不均勻電場氣隙的擊穿 與均與電場相似。其與均與電場相似。其特點特點： 電場不對稱時，擊穿電壓有極性效應但不明顯；電場不對稱時，擊穿電壓有極性效應但不明顯； 擊穿前有電暈發(fā)生，但不穩(wěn)定，一旦發(fā)生電暈擊穿前有

46、電暈發(fā)生，但不穩(wěn)定，一旦發(fā)生電暈 立即導致整個間隙擊穿；立即導致整個間隙擊穿； 在直流、工頻交流以及在直流、工頻交流以及50%50%的沖擊電壓作用下其的沖擊電壓作用下其 擊穿電壓峰值幾乎相同，分散性?。粨舸╇妷悍逯祹缀跸嗤?，分散性小； 擊穿電壓與電場不均勻程度關(guān)系大，所以沒有擊穿電壓與電場不均勻程度關(guān)系大，所以沒有 能夠概括各種電場分布的經(jīng)驗公式。能夠概括各種電場分布的經(jīng)驗公式。 球隙擊穿電壓峰值與極間距離的關(guān)系 3. 3. 極不均勻電場中的擊穿：極不均勻電場中的擊穿： 極不均勻電場典型的極板形式是極不均勻電場典型的極板形式是“棒棒- -棒棒”和和“棒棒 - -板板”電極。電極。 （1 1）其

47、特點：）其特點： 由于存在局部強場區(qū)，故間隙擊穿前有穩(wěn)定的電暈放電，由于存在局部強場區(qū)，故間隙擊穿前有穩(wěn)定的電暈放電， 間間隙起始放電電壓小于擊穿電壓；隙起始放電電壓小于擊穿電壓； 對電極形狀不對稱的不均勻電場，有對電極形狀不對稱的不均勻電場，有明顯的極性效應；明顯的極性效應； 由于極不均勻電場，間隙距離較長，放電發(fā)展所需要的由于極不均勻電場，間隙距離較長，放電發(fā)展所需要的 時間也較長，故外加電壓的波形對擊穿電壓的影響大，時間也較長，故外加電壓的波形對擊穿電壓的影響大， 此時此時擊穿電壓的分散性較大擊穿電壓的分散性較大。 研究表明：研究表明：不僅電極的對稱程度影響氣隙的擊穿特性而且不僅電極的對

48、稱程度影響氣隙的擊穿特性而且 極間距離的大小對擊穿電壓也有很大的影響。極間距離的大小對擊穿電壓也有很大的影響。 在工程上遇到很多極不均勻電場，我們可以根據(jù)典型電極的在工程上遇到很多極不均勻電場，我們可以根據(jù)典型電極的 擊穿電壓數(shù)據(jù)做簡單的估算。通常選擇擊穿電壓數(shù)據(jù)做簡單的估算。通常選擇“棒棒- -棒棒”和和“棒棒- -板板” 作為典型電極結(jié)構(gòu)。作為典型電極結(jié)構(gòu)。 （2 2）直流電壓作用下的擊穿電壓：）直流電壓作用下的擊穿電壓： 負棒-正板間隙的 擊穿電壓 棒棒電極（一 正一負） 正棒-負板間隙 的擊穿電壓 正極性正極性“棒棒-板板”的擊穿電的擊穿電 壓遠低于負極性壓遠低于負極性“棒棒-板板”

49、的擊穿電壓，的擊穿電壓，“棒棒-棒棒”的的 擊穿電壓介乎二者之間。說擊穿電壓介乎二者之間。說 明明不對稱的極不均勻電場在不對稱的極不均勻電場在 直流電壓下的擊穿具有明顯直流電壓下的擊穿具有明顯 的極性效應的極性效應，而，而“棒棒-棒棒” 氣隙的極性效應不明顯。氣隙的極性效應不明顯。 （3 3）工頻電壓作用下的擊穿電）工頻電壓作用下的擊穿電壓：壓： “ “棒棒- -板板”氣隙的擊穿電壓總是發(fā)生在棒極為正極性的那半周氣隙的擊穿電壓總是發(fā)生在棒極為正極性的那半周 的峰值附近，其擊穿電壓的峰值與直流電壓作用下正極性的峰值附近，其擊穿電壓的峰值與直流電壓作用下正極性 “棒棒- -板板”的擊穿電壓相近。的

50、擊穿電壓相近。 “棒棒- -棒棒” 氣隙的工氣隙的工 頻擊穿電頻擊穿電 壓比壓比“棒棒- - 板板”氣隙氣隙 要高。要高。 二、空氣間隙在沖擊電壓下的擊穿二、空氣間隙在沖擊電壓下的擊穿 沖擊電壓就是作用時間極為短暫的電壓，一般指沖擊電壓就是作用時間極為短暫的電壓，一般指雷雷 電沖擊電壓和操作沖擊電壓電沖擊電壓和操作沖擊電壓。 1.1.雷電沖擊電壓下的擊穿雷電沖擊電壓下的擊穿 （1 1）雷電沖擊電壓的標準波形）雷電沖擊電壓的標準波形 波形由波前時間波形由波前時間T T1 1、半峰值時間、半峰值時間T T2 2確定。確定。 T1=1.2us, T1=1.2us,允許偏差允許偏差 T2=50us,

51、T2=50us,允許偏差允許偏差 標準波形通常表示為標準波形通常表示為 %30 %20 1.2/50us （2 2）沖擊放電的時延）沖擊放電的時延 完成氣隙擊穿的完成氣隙擊穿的三個必備條件三個必備條件： 足夠大的電場強度或足夠高的電壓；足夠大的電場強度或足夠高的電壓； 在氣隙中存在能引起電子崩并導致流注和主放電在氣隙中存在能引起電子崩并導致流注和主放電 有效電子；有效電子； 需要有一定的時間，讓放電得以逐步的發(fā)展并完需要有一定的時間，讓放電得以逐步的發(fā)展并完 成擊穿。成擊穿。 靜態(tài)擊穿電壓：靜態(tài)擊穿電壓：持續(xù)電壓作用下間隙的擊穿電壓。持續(xù)電壓作用下間隙的擊穿電壓。 即在直流電壓和工頻交流電壓作

52、用下間隙的擊穿即在直流電壓和工頻交流電壓作用下間隙的擊穿 電壓。電壓。 擊穿時間：擊穿時間：間隙從開始出現(xiàn)電壓到完全擊穿所需要間隙從開始出現(xiàn)電壓到完全擊穿所需要 的時間，也稱為全部放電時間。的時間，也稱為全部放電時間。 沖擊放電時間的組成沖擊放電時間的組成 電壓升高到靜態(tài)擊電壓升高到靜態(tài)擊 穿電壓穿電壓U0所需要的所需要的 時間稱為升壓時間，時間稱為升壓時間， 用用t1表示。表示。 從從t1開始到氣隙中出現(xiàn)第一個有效電子所需要的時間成開始到氣隙中出現(xiàn)第一個有效電子所需要的時間成 為統(tǒng)計時延，用為統(tǒng)計時延，用ts表示表示 從有效電子出現(xiàn)時刻開始到產(chǎn)生電子崩、形成流注和發(fā)從有效電子出現(xiàn)時刻開始到產(chǎn)

53、生電子崩、形成流注和發(fā) 展到主放電，乃至氣隙擊穿完成所需的時間稱為放電的展到主放電，乃至氣隙擊穿完成所需的時間稱為放電的 形成時延，用形成時延，用tf表示。表示。 沖擊擊穿放電的總時間沖擊擊穿放電的總時間 fsb tttt 1 其中，其中，ts+tf稱為稱為放電時延放電時延，具有統(tǒng)計性，記為，具有統(tǒng)計性，記為tlag ts和和tf都是服從統(tǒng)計規(guī)律的，即他們不是一個固定的值，都是服從統(tǒng)計規(guī)律的，即他們不是一個固定的值， 與很多偶然因素有關(guān)。與很多偶然因素有關(guān)。 影響統(tǒng)計時延影響統(tǒng)計時延ts主要因素：主要因素： 電極的材料、外加電壓的影響（外加電壓電極的材料、外加電壓的影響（外加電壓ts）、）、

54、電場的分布（均勻電場中電場的分布（均勻電場中ts較高；極不均勻電場中較高；極不均勻電場中ts較較 低）。低）。 影響放電的形成時延影響放電的形成時延tf的主要因素：的主要因素： 間隙的長短（間隙越長，間隙的長短（間隙越長，tf就越大）、電場的均勻度就越大）、電場的均勻度 （均勻電場中（均勻電場中tf較小；不均勻電場中較小；不均勻電場中tf較大）、外加電壓較大）、外加電壓 的影響（外加電壓越高，的影響（外加電壓越高，tf越低）。越低）。 （3 3）雷電）雷電50%50%沖擊擊穿電壓沖擊擊穿電壓 雷電沖擊電壓具有沖擊特性，具有很大的分散性。對雷電沖擊電壓具有沖擊特性，具有很大的分散性。對 于同一間

55、隙，加同樣的雷電沖擊電壓，則氣隙有時擊穿有于同一間隙，加同樣的雷電沖擊電壓，則氣隙有時擊穿有 時不擊穿，不具有確定性，因此確定沖擊擊穿電壓比較困時不擊穿，不具有確定性，因此確定沖擊擊穿電壓比較困 難。難。 考核氣隙的沖擊擊穿電壓特性時，保持波形不變，而考核氣隙的沖擊擊穿電壓特性時，保持波形不變，而 逐漸提高沖擊電壓的峰值，并將每一級峰值電壓重復作用逐漸提高沖擊電壓的峰值，并將每一級峰值電壓重復作用 于該氣隙。在幅值很低時，在氣隙上施加于該氣隙。在幅值很低時，在氣隙上施加n n次沖擊電壓，次沖擊電壓， 氣隙均不擊穿；隨著幅值增高，氣隙有時擊穿有時不擊穿；氣隙均不擊穿；隨著幅值增高，氣隙有時擊穿有

56、時不擊穿； 隨著幅值繼續(xù)增高，氣隙擊穿的百分比越來越增大；最后隨著幅值繼續(xù)增高，氣隙擊穿的百分比越來越增大；最后 當電壓超過某一值后氣隙氣隙百分之百擊穿。當電壓超過某一值后氣隙氣隙百分之百擊穿。 因此采用一種折中的方法，即取一個因此采用一種折中的方法，即取一個50%50%的沖擊擊穿的沖擊擊穿 電壓。電壓。 U U50% 50% 間隙被擊穿的概率為間隙被擊穿的概率為50%50%的沖擊電壓峰值。的沖擊電壓峰值。 工程上采用工程上采用50%50%沖擊擊穿電壓沖擊擊穿電壓U U50% 50% 來描述氣隙的沖擊 來描述氣隙的沖擊 擊穿特性。擊穿特性。 s U U %50 沖擊系數(shù) 1 均勻電場和稍不均勻

57、電場中的擊穿電壓均勻電場和稍不均勻電場中的擊穿電壓： 擊穿電壓分散性小，且擊穿電壓分散性小，且U50%與與Us相差很小相差很小 1 極不均勻電場中的擊穿電壓：極不均勻電場中的擊穿電壓： 由于電場不均勻，放電時延較長，擊穿電壓分散性由于電場不均勻，放電時延較長，擊穿電壓分散性 也較大，這時也較大，這時U50% Us 50%沖擊放電電壓與靜態(tài)放電壓的比值稱為絕沖擊放電電壓與靜態(tài)放電壓的比值稱為絕 緣的沖擊系數(shù)緣的沖擊系數(shù) U Us s最低靜態(tài)擊穿電壓最低靜態(tài)擊穿電壓 實驗表明：實驗表明：“棒棒-棒棒” 和和“棒棒-板板”在氣隙在氣隙 距離不很大時的沖擊距離不很大時的沖擊 擊穿特性有極性效應，擊穿特

58、性有極性效應， 氣隙間隙較大時同樣氣隙間隙較大時同樣 存在極性效應。存在極性效應。 “棒棒-板板”氣隙有明氣隙有明 顯的極性效應；顯的極性效應；“棒棒 -棒棒”氣隙也有極性氣隙也有極性 效應。效應。 1-1-正極性正極性“棒棒-板板” 2-” 2-正極性正極性“棒棒-棒棒” ” 3-3-負極性負極性“棒棒-棒棒” 4-” 4-負極性負極性“棒棒-板板” （4 4）伏）伏秒特性：秒特性： 一個間隙要發(fā)生擊穿，不僅需要足夠高的電壓一個間隙要發(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間。而且還必須有充分的電壓作用時間。 對于沖擊電壓波，氣隙擊穿電壓與該電壓波形對于沖擊電壓波，氣隙擊

59、穿電壓與該電壓波形 有很大的關(guān)系，其擊穿電壓不能簡單的用單一擊穿有很大的關(guān)系，其擊穿電壓不能簡單的用單一擊穿 電壓值表示，而必須用電壓峰值和延續(xù)時間兩者共電壓值表示，而必須用電壓峰值和延續(xù)時間兩者共 同表示。同表示。 伏秒特性伏秒特性對某一沖擊電壓波形，間隙上出對某一沖擊電壓波形，間隙上出 現(xiàn)的電壓最大值和間隙擊穿時間的關(guān)系曲線?，F(xiàn)的電壓最大值和間隙擊穿時間的關(guān)系曲線。 用實驗的方法求取。用實驗的方法求取。 伏秒特性曲線主要用于比較不同設備絕緣的沖伏秒特性曲線主要用于比較不同設備絕緣的沖 擊擊穿特性。擊擊穿特性。 伏秒特性的形狀與間隙中電場的均伏秒特性的形狀與間隙中電場的均 勻程度有關(guān)。勻程度

60、有關(guān)。 對均勻或稍不均勻電場：平均場強對均勻或稍不均勻電場：平均場強 高，較為平坦，分散性也較??；高，較為平坦，分散性也較?。?對極不均勻電場：平均場強低，較對極不均勻電場：平均場強低，較 為陡峭，分散性也較大。為陡峭，分散性也較大。 通過實驗繪制氣隙伏秒特 性的的方法，其步驟是保 持沖擊電壓波形不變，逐 級升高電壓使氣隙發(fā)生擊 穿，記錄擊穿電壓波形， 讀取擊穿電壓值U與擊穿 時間t 伏秒特性曲線是由上、下 包線的帶狀區(qū)域 對絕緣配合的要求：對絕緣配合的要求： 被保護電氣設備的伏秒特性曲線應處在保護電氣設備的伏被保護電氣設備的伏秒特性曲線應處在保護電氣設備的伏 秒特性曲線的的上方，且兩曲線之間