第3章 氣體間隙擊穿強度-2014

《高電壓工程基礎(chǔ)》（第二版）施圍邱毓昌張喬根（西安交通大學）編著劉青（西安科技大學）制作1高電壓工程基礎(chǔ)第3章氣體間隙的擊穿強度3.1穩(wěn)態(tài)電壓下的擊穿3.2雷電沖擊電壓下的擊穿3.3操作沖擊電壓下的擊穿3.4大氣密度和濕度對擊穿的影響3.5SF6氣體間隙中的擊穿3.6提高氣體間隙擊穿電壓的措施2高電壓工程基礎(chǔ)3.1穩(wěn)態(tài)電壓下的擊穿

均勻電場中的擊穿eg：高壓靜電電壓表的電極布置特點：（1）無極性效應；（2）擊穿所需時間極短；（3）擊穿電壓的分散性很小。3高電壓工程基礎(chǔ)

稍不均勻電場中的擊穿（1）球間隙（eg：高壓實驗室中的測量球隙）d<D/4時，電場均勻，直流、交流和沖擊電壓擊穿電壓相同；d>D/4時，出現(xiàn)極性效應；球隙測壓器的工作范圍d≤D/24高電壓工程基礎(chǔ)（2）同軸圓柱電極（eg：高壓標準電容器、單芯電纜、GIS分相母線）（1）r/R<0.1時，極不均勻電場。（2）r/R>0.1時，稍不均勻電場，當r/R≈0.33時擊穿電壓出現(xiàn)極大值（上述電氣設(shè)備在絕緣設(shè)計時盡量將r/R選取0.25~0.4的范圍內(nèi)）。5高電壓工程基礎(chǔ)（3）其他形狀的電極布置球狀電極的電場不均勻系數(shù)大于相同半徑的圓柱電極；間隙距離增大時，電場不均勻系數(shù)也增大。6高電壓工程基礎(chǔ)

極不均勻電場中的擊穿不對稱布置的極不均勻場間隙的極性效應很明顯，而且其擊穿的極性效應與稍不均勻場間隙相反。尖－板和尖－尖空氣間隙的直流擊穿電壓棒－棒和棒－板空氣間隙的工頻擊穿電壓（有效值）7高電壓工程基礎(chǔ)3.2雷電沖擊電壓下的擊穿

沖擊電壓的標準波形標準雷電波的波形：T1=1.2μs±30％，T2=50μs±20％對于不同極性：+1.2/50μs或-1.2/50μs操作沖擊波的波形：T1=250μs±20％，T2=2500μs±60％對于不同極性：+250/2500μs或-250/2500μs波前時間半峰值時間8高電壓工程基礎(chǔ)

放電時延臨界擊穿電壓

統(tǒng)計時延：從外施電壓達Uo時起，到出現(xiàn)一個能引起擊穿的初始電子崩所需的第一個有效電子所需時間放電形成時延：從出現(xiàn)第一個有效自由電子時起，到放電過程完成所需時間，即電子崩的形成和發(fā)展到流注等所需的時間9高電壓工程基礎(chǔ)50％擊穿電壓及沖擊系數(shù)50％擊穿電壓

多次施加電壓時有半數(shù)會導致?lián)舸┑碾妷褐礥b50。2.沖擊系數(shù)同一間隙的50％沖擊擊穿電壓與穩(wěn)態(tài)擊穿電壓Uss之比

。10高電壓工程基礎(chǔ)

伏－秒特性伏－秒特性：在同一沖擊電壓波形下，擊穿電壓值與放電時延（或電壓作用時間）有關(guān)的特性。用實驗確定間隙伏－秒特性的方法：保持沖擊電壓的波形不變，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U與擊穿時間t。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50%沖擊擊穿電壓11高電壓工程基礎(chǔ)電氣設(shè)備絕緣的伏－秒特性和避雷器的伏－秒特性（a）正確配合（b）不正確配合絕緣的伏－秒特性避雷器的伏－秒特性12高電壓工程基礎(chǔ)3.3操作沖擊電壓下的擊穿

操作沖擊電壓下?lián)舸┑腢形曲線Eb隨tf的減小而增大是放電時延在起作用，與雷電沖擊電壓相似電壓作用時間增加后空間電荷遷移范圍擴大，改善了間隙中電場分布，擊穿電壓提高棒－棒導線－板工頻擊穿場強13高電壓工程基礎(chǔ)

操作沖擊電壓的推薦波形a.T1/T2=250(±20％)/2500(±60％)μsb.振蕩操作波

長空氣間隙在操作沖擊電壓下的擊穿強度特點：（1）長間隙的雷電沖擊擊穿電壓遠比操作沖擊擊穿電壓要高；（2）間隙長度超過5m時呈現(xiàn)飽和趨勢。（3）間隙距離越大，“2”與“3”的擊穿電壓的差別越大。雷電沖擊操作沖擊最小擊穿電壓14高電壓工程基礎(chǔ)3.4大氣密度和濕度對擊穿的影響

大氣校正因數(shù)標準大氣條件：t0＝20℃，p0＝101.3kPa，h0＝11g/m31.空氣密度校正系數(shù)2.濕度校正因素15高電壓工程基礎(chǔ)3.指數(shù)m和W16高電壓工程基礎(chǔ)3.6提高氣隙擊穿電壓的措施

改善電場分布的措施（1）改變電極形狀

長空氣間隙的交流擊穿電壓棒－板棒－棒導線－桿塔支柱導線－導線17高電壓工程基礎(chǔ)（2）利用空間電荷對原電場的畸變作用

例如利用電暈放電產(chǎn)生的空間電荷來改善極不均勻場間隙中電場分布，從而提高間隙的擊穿電壓。此種提高擊穿電壓的方法僅在持續(xù)作用電壓下才有效，在雷電沖擊電壓下并不適用。18高電壓工程基礎(chǔ)（3）極不均勻電場中屏障的使用

正尖－板間隙中屏障的作用

屏障靠近尖電極或板電極時，屏障效應消失，正、負極性下出現(xiàn)很大差別。

直流電壓下尖－板空氣間隙的擊穿電壓和屏障位置的關(guān)系屏障應靠近尖電極，使比較均勻的電場區(qū)擴大。但離尖電極過近時，屏障上空間電荷的分布將變得不均勻而使屏障效應減弱，因此屏障有一最佳位置。19高電壓工程基礎(chǔ)

高氣壓的采用均勻電場中幾種絕緣介質(zhì)的擊穿電壓與距離的關(guān)系1－2.8MPa的空氣2－0.7MPa的SF63－高真空4－變壓器油5－0.1MPa的SF66－大氣20高電壓工程基礎(chǔ)

強電負性氣體的應