修改版-氣體間隙擊穿電壓及提高方法課件

高電壓絕緣技術第三章：氣體間隙擊穿電壓及提高方法高電壓絕緣技術第三章：氣體間隙擊穿電壓及提高方法

引言：擊穿電壓的影響因素氣體種類：空氣和高介電強度氣體電壓種類：持續(xù)作用電壓（直流、交流）；沖擊電壓（雷電沖擊、操作沖擊）電場分布：當間隙距離相同時，電場越均勻擊穿電壓越高氣體狀態(tài)：一般要折算到標準大氣狀態(tài)引言：擊穿電壓的影響因素氣體種類：空氣和高介電強度氣體分散性?。褐绷?、交流、50%沖擊擊穿電壓基本相同均勻電場中空氣的電氣強度大致為30kV(峰值)/cm經驗公式為：d：間隙距離；：空氣相對密度一、持續(xù)作用電壓下空氣的擊穿電壓

1均勻電場中的擊穿電壓分散性小：直流、交流、50%沖擊擊穿電壓基本相同一、持續(xù)作用一、持續(xù)作用電壓下空氣的擊穿電壓

2稍不均勻電場中的擊穿電壓一般規(guī)律：極性效應不明顯；直流、交流、沖擊電壓下?lián)舸╇妷合嗤粨舸╇妷汉碗妶霾痪鶆虺潭扔袠O大關系，越均勻擊穿電壓越高。一、持續(xù)作用電壓下空氣的擊穿電壓

2稍不均勻電場中的擊球-球間隙和

球-板間隙當不均勻程度增加時，不接地電極電場強；由于電暈起始電壓=擊穿電壓，不接地電極為正時擊穿電壓高。球-球間隙和

球-板間隙當不均勻程度增加時，不接地電極電場強一、持續(xù)作用電壓下空氣的擊穿電壓

3極不均勻電場中的擊穿電壓一般規(guī)律：間距很大時，電極影響不大，都接近于棒-板間隙；極性效應明顯；分散性很大，不同電壓波形下差異明顯。一、持續(xù)作用電壓下空氣的擊穿電壓

3極不均勻電場中的擊1）極性效應直流電壓：正棒負板<棒-棒<負棒正板。平均擊穿場強：正極性棒-板間隙：4.5kV/cm負極性棒-板間隙：10kV/cm正極性棒-棒間隙：4.8kV/cm負極性棒-板間隙：5.0kV/cm（略微不對稱）1）極性效應直流電壓：正棒負板<棒-棒<負棒正板。平均擊穿場1）極性效應交流電壓：棒-板間隙擊穿總是在棒的極性為正、電壓達到峰值時發(fā)生，擊穿電壓與直流正極性擊穿電壓相近平均擊穿場強：棒-棒間隙：3.8kV(有效值)/cm5.36kV(峰值)/cm棒-板間隙：3.35kV(有效值)/cm4.8kV(峰值)/cm1）極性效應交流電壓：棒-板間隙擊穿總是在棒的極性為正、電壓2）飽和現(xiàn)象工頻電壓：長間隙中棒-板間隙的“飽和”現(xiàn)象尤為明顯2）飽和現(xiàn)象工頻電壓：長間隙中棒-板間隙的“飽和”現(xiàn)象尤為明2）飽和現(xiàn)象2）飽和現(xiàn)象a、雷電沖擊電壓波國標規(guī)定：二、沖擊電壓作用下氣隙的擊穿特性

1、沖擊電壓波形a、雷電沖擊電壓波二、沖擊電壓作用下氣隙的擊穿特性

1、沖擊b、操作沖擊電壓波國標規(guī)定：二、沖擊電壓作用下氣隙的擊穿特性

1、沖擊電壓波形b、操作沖擊電壓波國標規(guī)定：二、沖擊電壓作用下氣隙的擊穿特性統(tǒng)計時延：從電壓達到的瞬時起到氣隙出現(xiàn)第一個有效電子止放電發(fā)展時間：從形成第一個有效電子的瞬時起到到氣息完全擊穿止升壓時間：電壓從零升到靜態(tài)擊穿電壓的時間二、沖擊電壓作用下氣隙的擊穿特性

2、放電時延放電時延特點：a、小間隙、均勻場：短，占主要部分b、大間隙、極不均勻場：長，占主要部分C、隨著沖擊電壓幅值的不斷升高，將越來越短間隙中出現(xiàn)一個能引起電離過程并最終導致?lián)舸┑碾娮臃Q為有效電子統(tǒng)計時延服從統(tǒng)計規(guī)律的原因：1）、有效電子的出現(xiàn)具有統(tǒng)計特性，有些自由電子被中和，有些可能擴散到間隙外。2）、有些電子雖然也引起電離過程，但由于各種不利因素的巧合，電離可能中途衰亡而終止統(tǒng)計時延：從電壓達到的瞬時起到氣隙出現(xiàn)第

同一個氣隙，在峰值較低但延續(xù)時間較長的沖擊電壓作用下可能擊穿，而在峰值較高但延續(xù)時間較短的沖擊電壓作用下可能反而不擊穿，因此：氣隙的耐電性能要用沖擊電壓峰值和擊穿時間兩者共同來表示二、沖擊電壓作用下氣隙的擊穿特性

3、伏秒特性同一個氣隙，在峰值較低但延續(xù)時間較長的沖擊電兩者配合，S2可以保護S1兩者不能配合，不能互相保護二、沖擊電壓作用下氣隙的擊穿特性

4、伏秒特性的應用兩者配合，S2可以保護S1兩者不能配合，不能互相保護二、沖擊二、沖擊電壓作用下氣隙的擊穿特性

5、雷電沖擊均勻電場和稍不均勻電場：50%擊穿電壓接近持續(xù)電壓下的數(shù)值極不均勻電場：明顯的極性效應，在短距離內擊穿電壓與距離成正比二、沖擊電壓作用下氣隙的擊穿特性

5、雷電沖擊均勻電場和稍不二、沖擊電壓作用下氣隙的擊穿特性

6、操作沖擊均勻電場和稍不均勻電場：50%擊穿電壓接近持續(xù)電壓下的數(shù)值極不均勻電場：明顯的極性效應；接地物體靠近間隙會降低其正極性擊穿電壓（臨近效應）；電極形狀影響較大；電壓波形影響很大；分散性大；“飽和”現(xiàn)象明顯正棒-負板50%擊穿電壓估算二、沖擊電壓作用下氣隙的擊穿特性

6、操作沖擊均勻電場和稍不

擊穿電壓的統(tǒng)計概率：和相對標準偏差相對標準偏差：工頻：雷電沖擊：操作沖擊：（分散性越來越大）100%耐受電壓很難找到σσU16%U50%U84%P(%)U擊1008450160不擊穿擊穿氣隙擊穿電壓的正態(tài)分布三、擊穿電壓的統(tǒng)計概率擊穿電壓的統(tǒng)計概率：和相對標準偏差相對標1、大氣狀態(tài)(氣溫、氣壓、濕度等因素)對氣隙擊穿電壓的影響a、空氣密度的影響：氣隙擊穿電壓與密度成正比b、空氣濕度的影響：氣隙擊穿電壓與濕度成正比實際狀態(tài)氣隙的擊穿電壓U和其在標準狀態(tài)下的擊穿電壓U0有如下?lián)Q算關系：

—空氣密度修正系數(shù)；—濕度修正系數(shù)四、擊穿電壓的修正1、大氣狀態(tài)(氣溫、氣壓、濕度等因素)—空五、提高氣體間隙擊穿電壓的措施

1改進電極形狀以改善電場分布五、提高氣體間隙擊穿電壓的措施

1改進電極形狀以改善電五、提高氣體間隙擊穿電壓的措施

2利用空間電荷改善電場分布“細線效應”：在一定距離內，采用細線，利用均勻的電暈層改善電場；不存在沖擊電壓中五、提高氣體間隙擊穿電壓的措施

2利用空間電荷改善電場分五、提高氣體間隙擊穿電壓的措施

3極不均勻場中屏障的作用-直流電場在屏障上積累的離子改變了電場五、提高氣體間隙擊穿電壓的措施

3極不均勻場中屏障的作五、提高氣體間隙擊穿電壓的措施

3極不均勻場中屏障的作用-交流電場、沖擊電場提高了擊穿電壓屏障對均勻電場無作用五、提高氣體間隙擊穿電壓的措施

3極不均勻場中屏障的作用五、提高氣體間隙擊穿電壓的措施

4高氣壓的采用-均勻電場中空氣壓力提高到1~1.5MP時，其介電強度與變壓器油、電瓷接近1）總體趨勢：壓力增大時擊穿電壓增大2）壓力大于1MP時，擊穿電壓偏離巴申定律3）電極表面狀況有影響=》老煉4）陰極強場放射有影響（因為場強很高）5）隨著氣壓增加，擊穿電壓上升減緩：電極表面電離或熱電離為主五、提高氣體間隙擊穿電壓的措施

4高氣壓的采用-均勻電五、提高氣體間隙擊穿電壓的措施

4高氣壓的采用-不均勻電場中總體趨勢：壓力增大時擊穿電壓增大電場不均勻程度增加，擊穿電壓將劇烈下降極不均勻電場中正極性下?lián)舸╇妷撼霈F(xiàn)極大值：壓力增加到一定程度，正離子不易擴散，劇烈加強了前方電場濕度增加時，擊穿電壓明顯下降五、提高氣體間隙擊穿電壓的措施

4高氣壓的采用-不均勻電場中五、提高氣體間隙擊穿電壓的措施

4高氣壓的采用-注意事項盡可能改進電極形狀，改善電場分布電極應仔細加工，拋光、鍍鉻氣體要長時間凈化除塵除水選擇正確氣壓五、提高氣體間隙擊穿電壓的措施

4高氣壓的采用-注意事項五、提高氣體間隙擊穿電壓的措施

5高介電強度氣體的采用采用SF6等電負性氣體：電子容易被俘獲形成負離子氣體分子量大、體積大，使電子平均自由程減小電子與這些氣體分子相遇時，使氣體分子產生極化而消耗了電子的能量五、提高氣體間隙擊穿電壓的措施

5高介電強度氣體的采用采五、提高氣體間隙擊穿電壓的措施

6高真空的采用通過削弱間隙中的碰撞電離達到增高擊穿電壓的目的剩余壓力低于10-4（133Pa）時擊穿場強很高真空擊穿理論：場致發(fā)射印發(fā)擊穿；微粒引發(fā)擊穿五、提高氣體間隙擊穿電壓的措施

6高真空的采用通過削弱高電壓絕緣技術第三章：氣體間隙擊穿電壓及提高方法高電壓絕緣技術第三章：氣體間隙擊穿電壓及提高方法

引言：擊穿電壓的影響因素氣體種類：空氣和高介電強度氣體電壓種類：持續(xù)作用電壓（直流、交流）；沖擊電壓（雷電沖擊、操作沖擊）電場分布：當間隙距離相同時，電場越均勻擊穿電壓越高氣體狀態(tài)：一般要折算到標準大氣狀態(tài)引言：擊穿電壓的影響因素氣體種類：空氣和高介電強度氣體分散性?。褐绷?、交流、50%沖擊擊穿電壓基本相同均勻電場中空氣的電氣強度大致為30kV(峰值)/cm經驗公式為：d：間隙距離；：空氣相對密度一、持續(xù)作用電壓下空氣的擊穿電壓

1均勻電場中的擊穿電壓分散性小：直流、交流、50%沖擊擊穿電壓基本相同一、持續(xù)作用一、持續(xù)作用電壓下空氣的擊穿電壓

2稍不均勻電場中的擊穿電壓一般規(guī)律：極性效應不明顯；直流、交流、沖擊電壓下?lián)舸╇妷合嗤?；擊穿電壓和電場不均勻程度有極大關系，越均勻擊穿電壓越高。一、持續(xù)作用電壓下空氣的擊穿電壓

2稍不均勻電場中的擊球-球間隙和

球-板間隙當不均勻程度增加時，不接地電極電場強；由于電暈起始電壓=擊穿電壓，不接地電極為正時擊穿電壓高。球-球間隙和

球-板間隙當不均勻程度增加時，不接地電極電場強一、持續(xù)作用電壓下空氣的擊穿電壓

3極不均勻電場中的擊穿電壓一般規(guī)律：間距很大時，電極影響不大，都接近于棒-板間隙；極性效應明顯；分散性很大，不同電壓波形下差異明顯。一、持續(xù)作用電壓下空氣的擊穿電壓

3極不均勻電場中的擊1）極性效應直流電壓：正棒負板<棒-棒<負棒正板。平均擊穿場強：正極性棒-板間隙：4.5kV/cm負極性棒-板間隙：10kV/cm正極性棒-棒間隙：4.8kV/cm負極性棒-板間隙：5.0kV/cm（略微不對稱）1）極性效應直流電壓：正棒負板<棒-棒<負棒正板。平均擊穿場1）極性效應交流電壓：棒-板間隙擊穿總是在棒的極性為正、電壓達到峰值時發(fā)生，擊穿電壓與直流正極性擊穿電壓相近平均擊穿場強：棒-棒間隙：3.8kV(有效值)/cm5.36kV(峰值)/cm棒-板間隙：3.35kV(有效值)/cm4.8kV(峰值)/cm1）極性效應交流電壓：棒-板間隙擊穿總是在棒的極性為正、電壓2）飽和現(xiàn)象工頻電壓：長間隙中棒-板間隙的“飽和”現(xiàn)象尤為明顯2）飽和現(xiàn)象工頻電壓：長間隙中棒-板間隙的“飽和”現(xiàn)象尤為明2）飽和現(xiàn)象2）飽和現(xiàn)象a、雷電沖擊電壓波國標規(guī)定：二、沖擊電壓作用下氣隙的擊穿特性

1、沖擊電壓波形a、雷電沖擊電壓波二、沖擊電壓作用下氣隙的擊穿特性

1、沖擊b、操作沖擊電壓波國標規(guī)定：二、沖擊電壓作用下氣隙的擊穿特性

1、沖擊電壓波形b、操作沖擊電壓波國標規(guī)定：二、沖擊電壓作用下氣隙的擊穿特性統(tǒng)計時延：從電壓達到的瞬時起到氣隙出現(xiàn)第一個有效電子止放電發(fā)展時間：從形成第一個有效電子的瞬時起到到氣息完全擊穿止升壓時間：電壓從零升到靜態(tài)擊穿電壓的時間二、沖擊電壓作用下氣隙的擊穿特性

2、放電時延放電時延特點：a、小間隙、均勻場：短，占主要部分b、大間隙、極不均勻場：長，占主要部分C、隨著沖擊電壓幅值的不斷升高，將越來越短間隙中出現(xiàn)一個能引起電離過程并最終導致?lián)舸┑碾娮臃Q為有效電子統(tǒng)計時延服從統(tǒng)計規(guī)律的原因：1）、有效電子的出現(xiàn)具有統(tǒng)計特性，有些自由電子被中和，有些可能擴散到間隙外。2）、有些電子雖然也引起電離過程，但由于各種不利因素的巧合，電離可能中途衰亡而終止統(tǒng)計時延：從電壓達到的瞬時起到氣隙出現(xiàn)第

同一個氣隙，在峰值較低但延續(xù)時間較長的沖擊電壓作用下可能擊穿，而在峰值較高但延續(xù)時間較短的沖擊電壓作用下可能反而不擊穿，因此：氣隙的耐電性能要用沖擊電壓峰值和擊穿時間兩者共同來表示二、沖擊電壓作用下氣隙的擊穿特性

3、伏秒特性同一個氣隙，在峰值較低但延續(xù)時間較長的沖擊電兩者配合，S2可以保護S1兩者不能配合，不能互相保護二、沖擊電壓作用下氣隙的擊穿特性

4、伏秒特性的應用兩者配合，S2可以保護S1兩者不能配合，不能互相保護二、沖擊二、沖擊電壓作用下氣隙的擊穿特性

5、雷電沖擊均勻電場和稍不均勻電場：50%擊穿電壓接近持續(xù)電壓下的數(shù)值極不均勻電場：明顯的極性效應，在短距離內擊穿電壓與距離成正比二、沖擊電壓作用下氣隙的擊穿特性

5、雷電沖擊均勻電場和稍不二、沖擊電壓作用下氣隙的擊穿特性

6、操作沖擊均勻電場和稍不均勻電場：50%擊穿電壓接近持續(xù)電壓下的數(shù)值極不均勻電場：明顯的極性效應；接地物體靠近間隙會降低其正極性擊穿電壓（臨近效應）；電極形狀影響較大；電壓波形影響很大；分散性大；“飽和”現(xiàn)象明顯正棒-負板50%擊穿電壓估算二、沖擊電壓作用下氣隙的擊穿特性

6、操作沖擊均勻電場和稍不

擊穿電壓的統(tǒng)計概率：和相對標準偏差相對標準偏差：工頻：雷電沖擊：操作沖擊：（分散性越來越大）100%耐受電壓很難找到σσU16%U50%U84%P(%)U擊1008450160不擊穿擊穿氣隙擊穿電壓的正態(tài)分布三、擊穿電壓的統(tǒng)計概率擊穿電壓的統(tǒng)計概率：和相對標準偏差相對標1、大氣狀態(tài)(氣溫、氣壓、濕度等因素)對氣隙擊穿電壓的影響a、空氣密度的影響：氣隙擊穿電壓與密度成正比b、空氣濕度的影響：氣隙擊穿電壓與濕度成正比實際狀態(tài)氣隙的擊穿電壓U和其在標準狀態(tài)下的擊穿電壓U0有如下?lián)Q算關系：

—空氣密度修正系數(shù)；—濕度修正系數(shù)四、擊穿電壓的修正1、大氣狀態(tài)(氣溫、氣壓、濕度等因素)—空五、提高氣體間隙擊穿電壓的措施

1改進電極形狀以改善電場分布五、提高氣體間隙擊穿電壓的措施

1改進電極形狀以改善電五、提高氣體間隙擊穿電壓的措施

2利用空間電荷改善電場分布“細線效應”：在一定距離內，采用細線，利用均勻的電暈層改善電場；不存在沖擊電壓中五、提高氣體間隙擊穿電壓的措施

2利用空間電荷改善電場分五、提高氣體間隙擊穿電壓的措施

3極不均勻場中屏障的作用-直流電場在屏障上積累的離子改變了電場五、提高氣體間隙擊穿電壓的措施

3極不均勻場中屏障的作五、提高氣體間隙擊穿電壓的措施

3極不均勻場中屏障的作用-交流電場、沖擊電場提高了擊穿電壓屏障對均勻電場無作用五、提高氣體間隙擊穿電壓的措施

3極不均勻場中屏障的作用五、提高氣體間隙擊穿電壓的措施

4高氣壓