氣體間隙擊穿電壓及提高方法

第1頁(yè)，課件共32頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第六節(jié)：持續(xù)作用電壓下空氣的擊穿電壓

6.1擊穿電壓的影響因素氣體種類：空氣和高介電強(qiáng)度氣體電壓種類：持續(xù)作用電壓、沖擊電壓電場(chǎng)分布：當(dāng)間隙距離相同時(shí)，電場(chǎng)越均勻擊穿電壓越高氣體狀態(tài)：一般要折算到標(biāo)準(zhǔn)大氣狀態(tài)第2頁(yè)，課件共32頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月分散性小：直流、交流、50%沖擊擊穿電壓基本相同均勻電場(chǎng)中空氣的電氣強(qiáng)度大致為(d>1cm)30kV(峰值)/cm經(jīng)驗(yàn)公式為：d：間隙距離；：空氣相對(duì)密度第六節(jié)：持續(xù)作用電壓下空氣的擊穿電壓

6.2均勻電場(chǎng)中的擊穿電壓第3頁(yè)，課件共32頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第六節(jié)：持續(xù)作用電壓下空氣的擊穿電壓

6.2均勻電場(chǎng)中的擊穿電壓第4頁(yè)，課件共32頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第六節(jié)：持續(xù)作用電壓下空氣的擊穿電壓

6.3稍不均勻電場(chǎng)一般規(guī)律：極性效應(yīng)不明顯；直流、交流、沖擊電壓下?lián)舸╇妷合嗤?；擊穿電壓和電?chǎng)不均勻程度有極大關(guān)系，越均勻擊穿電壓越高。擊穿電壓估算：第5頁(yè)，課件共32頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月球-球間隙當(dāng)距離小于直徑的1/4時(shí)，電場(chǎng)相當(dāng)均勻。不接地球附近的電場(chǎng)最強(qiáng)：當(dāng)不均勻程度增加時(shí)，不接地電極電場(chǎng)強(qiáng)；由于不能形成穩(wěn)定的電暈，空間電荷作用不明顯，因而電暈起始電壓=擊穿電壓，不接地電極為正時(shí)擊穿電壓高。極性效應(yīng)：負(fù)極性擊穿電壓低，與極不均勻電場(chǎng)的結(jié)論相反第6頁(yè)，課件共32頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月球-板間隙距離d大于d’之前：隨著距離的增加，開(kāi)始時(shí)擊穿電壓與電暈起始電壓重合，但電場(chǎng)越來(lái)越不均勻，擊穿電壓上升陡度降低。距離d大于d’之后：出現(xiàn)電暈，擊穿電壓上升陡度明顯增大；無(wú)論球的直徑，擊穿電壓均接近針板電極的擊穿電壓；球板的擊穿電壓甚至低于針板的擊穿電壓：針板的空間電荷改善了電場(chǎng)第7頁(yè)，課件共32頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月同軸圓柱間隙內(nèi)徑較小時(shí)有電暈，擊穿電壓大于起暈電壓外徑不變，內(nèi)徑變化時(shí)擊穿電壓有極大值：內(nèi)徑越小，間隙的距離增大；但電場(chǎng)越不均勻。第8頁(yè)，課件共32頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月垂直圓柱間隙因電場(chǎng)比球隙的均勻，擊穿電壓大于同直徑球隙第9頁(yè)，課件共32頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月?lián)舸╇妷簱舸╇妷汗浪悖篍max：通?？扇?0kV/cm，實(shí)際上與電極布置有關(guān)，可通過(guò)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算。F：不均勻系數(shù)，可根據(jù)靜電場(chǎng)計(jì)算或電解槽試驗(yàn)求得。第10頁(yè)，課件共32頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第六節(jié)：持續(xù)作用電壓下空氣的擊穿電壓

6.4極不均勻電場(chǎng)中的擊穿電壓一般規(guī)律：間距很大，電極影響不大，都接近于棒-板間隙；極性效應(yīng)明顯；分散性很大，不同電壓波形下差異明顯。直流電壓：正棒負(fù)板<棒-棒<負(fù)棒正板。工頻電壓：擊穿總是發(fā)生在棒極為正時(shí)，接近直流電壓；長(zhǎng)間隙中棒-板間隙的“飽和”現(xiàn)象尤為明顯第11頁(yè)，課件共32頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月極性效應(yīng)和飽和現(xiàn)象第12頁(yè)，課件共32頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第七節(jié)：雷電沖擊電壓下空氣的擊穿電壓

7.1概述雷電特點(diǎn)：雷云對(duì)地電位107～108V雷電流幅值可達(dá)200kA，多數(shù)小于100kA具有沖擊波形：標(biāo)準(zhǔn)雷電波參數(shù)：第13頁(yè)，課件共32頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第七節(jié)：雷電沖擊電壓下空氣間隙的擊穿電壓7.2放電時(shí)延放電時(shí)延=統(tǒng)計(jì)時(shí)延+放電形成時(shí)延＝》伏秒特性第14頁(yè)，課件共32頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第七節(jié)：雷電沖擊電壓下空氣間隙的擊穿電壓7.3伏秒特性伏秒特性為帶狀曲線；50%伏秒特性：又稱平均伏秒特性，指每個(gè)電壓下多次擊穿中放電時(shí)間小于該數(shù)值的次數(shù)占一半（無(wú)論擊穿時(shí)間長(zhǎng)短，均能擊穿）第15頁(yè)，課件共32頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第七節(jié)：雷電沖擊電壓下空氣間隙的擊穿電壓7.4簡(jiǎn)化指標(biāo)50%沖擊擊穿電壓：標(biāo)準(zhǔn)電壓波形下，擊穿間隙的概率是50%時(shí)的電壓幅值；2μs沖擊擊穿電壓：擊穿時(shí)放電時(shí)間小于或大于2μs的概率為50％的沖擊擊穿電壓。上述兩個(gè)數(shù)值可以大致反映伏秒特性的陡度，測(cè)定較為簡(jiǎn)單。第16頁(yè)，課件共32頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第七節(jié)：雷電沖擊電壓下空氣間隙的擊穿電壓均勻電場(chǎng)和稍不均勻電場(chǎng)：50%沖擊擊穿電壓接近持續(xù)電壓下的擊穿電壓，兩者之比（均取峰值）稱為沖擊系數(shù)；擊穿電壓分散性小；沖擊系數(shù)約等于1，擊穿發(fā)生在電壓峰值附近。第17頁(yè)，課件共32頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第七節(jié)：雷電沖擊電壓下空氣間隙的擊穿電壓極不均勻電場(chǎng)：明顯的極性效應(yīng)；在短距離內(nèi)擊穿電壓與距離成正比；沖擊系數(shù)大于1，擊穿電壓分散性大第18頁(yè)，課件共32頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第八節(jié)：操作沖擊電壓下空氣間隙的擊穿電壓國(guó)標(biāo)規(guī)定：第19頁(yè)，課件共32頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第八節(jié)：操作沖擊電壓下空氣間隙的擊穿電壓均勻電場(chǎng)和稍不均勻電場(chǎng)：50%擊穿電壓接近持續(xù)電壓下的數(shù)值，分散性較小，擊穿發(fā)生在電壓峰值第20頁(yè)，課件共32頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第八節(jié)：操作沖擊電壓下空氣間隙的擊穿電壓

極不均勻電場(chǎng)明顯的極性效應(yīng)（正極性的50％擊穿電壓低于負(fù)極性的）；“飽和”現(xiàn)象明顯第21頁(yè)，課件共32頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第八節(jié)：操作沖擊電壓下空氣間隙的擊穿電壓

極不均勻電場(chǎng)電壓波形影響很大；波前時(shí)間與擊穿電壓之間為“U”形曲線；（正極性下尤為明顯）左支：放電時(shí)延為主右支：空間電荷為主（）電壓時(shí)間較短時(shí)，電暈電荷集中在棒極附近，加強(qiáng)了前方電場(chǎng)，有利于先導(dǎo)；反之，空間電荷擴(kuò)散，改善了棒極附近電場(chǎng)分布。第22頁(yè)，課件共32頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第八節(jié)：操作沖擊電壓下空氣間隙的擊穿電壓

極不均勻電場(chǎng)電極形狀影響較大；分散性大：偏差大于工頻擊穿電壓和雷電沖擊擊穿電壓的偏差(空間電荷的形成、擴(kuò)散和放電時(shí)延有很大的統(tǒng)計(jì)性)正棒-負(fù)板50%擊穿電壓估算第23頁(yè)，課件共32頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第九節(jié)：提高氣體間隙擊穿電壓的措施

1改進(jìn)電極形狀以改善電場(chǎng)分布第24頁(yè)，課件共32頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第九節(jié)：提高氣體間隙擊穿電壓的措施

2利用空間電荷改善電場(chǎng)分布“細(xì)線效應(yīng)”：在一定距離內(nèi)，采用細(xì)線，利用均勻的電暈層改善電場(chǎng)；不存在沖擊電壓中第25頁(yè)，課件共32頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第九節(jié)：提高氣體間隙擊穿電壓的措施

3極不均勻場(chǎng)中屏障的作用-直流電場(chǎng)在屏障上積累的離子改變了電場(chǎng)第26頁(yè)，課件共32頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第九節(jié)：提高氣體間隙擊穿電壓的措施

3極不均勻場(chǎng)中屏障的作用-交流電場(chǎng)、沖擊電場(chǎng)提高了擊穿電壓屏障對(duì)均勻電場(chǎng)無(wú)作用第27頁(yè)，課件共32頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第九節(jié)：提高氣體間隙擊穿電壓的措施

4高氣壓的采用-均勻電場(chǎng)中空氣壓力提高到1~1.5MP時(shí)，其介電強(qiáng)度與變壓器油、電瓷接近1）總體趨勢(shì)：壓力增大時(shí)擊穿電壓增大2）壓力大于1MP時(shí)，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(qiáng)場(chǎng)放射有影響（因?yàn)閳?chǎng)強(qiáng)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第28頁(yè)，課件共32頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第九節(jié)：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(chǎng)中總體趨勢(shì)：壓力增大時(shí)擊穿電壓增大電場(chǎng)不均勻程度增加，擊穿電壓將劇烈下降極不均勻電場(chǎng)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(kuò)散，劇烈加強(qiáng)了前方電場(chǎng),而負(fù)極性下電子容易擴(kuò)散。濕度增加時(shí)，擊穿電壓明顯下降第29頁(yè)，課件共32頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第九節(jié)：提高氣體間隙擊穿電壓的措施

4高氣壓的采用-注意事項(xiàng)盡可能改進(jìn)電極形狀，改善電場(chǎng)分布電極應(yīng)仔細(xì)加工，拋光、鍍鉻氣體要長(zhǎng)時(shí)間凈化除塵除水選擇正確氣壓第30頁(yè)，課件共32頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第九節(jié)：提高氣體間隙擊穿電壓的措施

5高介電強(qiáng)度氣體的采用采用SF6等電負(fù)性氣體：電子容易被俘獲形成負(fù)離子氣體分子量大、體積大，使電子平均自由程減小