高電壓技術(shù)氣隙的擊穿特性

高電壓技術(shù)氣隙的擊穿特性第1頁(yè)，課件共30頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月不同性質(zhì)電壓作用下氣隙的擊穿特性電壓種類(lèi)持續(xù)電壓：直流、交流沖擊電壓：雷電沖擊、操作沖擊電場(chǎng)分布情況：電極形狀、間隙距離、電壓極性第2頁(yè)，課件共30頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1、均勻電場(chǎng)中的擊穿電壓：

a、分散性小直流、交流、50%沖擊擊穿電壓基本相同

b、均勻電場(chǎng)中空氣的電氣強(qiáng)度大致為

30kV(峰值)/cm

經(jīng)驗(yàn)公式為：

d：間隙距離；：空氣相對(duì)密度一、持續(xù)作用電壓下氣隙的擊穿特性第3頁(yè)，課件共30頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第4頁(yè)，課件共30頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2、稍不均勻電場(chǎng)中的擊穿電壓a、與均勻電場(chǎng)相似，分散性很小不同電壓波形作用下，擊穿電壓（峰值、U擊50%

）基本相同b、不同于極不均勻電場(chǎng)，直到擊穿為止不發(fā)生電暈C、稍不均勻電場(chǎng)不對(duì)稱(chēng)時(shí)，雖有極性效應(yīng)，但不明顯

見(jiàn)397、398頁(yè)的擊穿電壓表（注意：當(dāng)球間距離大于0.5D時(shí)，不是線性關(guān)系）第5頁(yè)，課件共30頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第6頁(yè)，課件共30頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第7頁(yè)，課件共30頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3、極不均勻電場(chǎng)的擊穿電壓a、直流電壓下的擊穿電壓顯著特征：極性效應(yīng)平均擊穿場(chǎng)強(qiáng)：正極性棒-板間隙：4.5kV/cm負(fù)極性棒-板間隙：10kV/cm正極性棒-棒間隙：4.8kV/cm負(fù)極性棒-板間隙：5.0kV/cm（略微不對(duì)稱(chēng)）第8頁(yè)，課件共30頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第9頁(yè)，課件共30頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月b、交流電場(chǎng)下的擊穿電壓特點(diǎn)：1、棒-板間隙擊穿總是在棒的極性為正、電壓達(dá)到峰值時(shí)發(fā)生，擊穿電壓與直流正極性擊穿電壓相近2、除起始部分外，擊穿電壓與距離近似成直線關(guān)系，但大間隙下?lián)舸╇妷河酗柡挖厔?shì)3、平均擊穿場(chǎng)強(qiáng)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)/cm第10頁(yè)，課件共30頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月顯著特征：飽和特性第11頁(yè)，課件共30頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第12頁(yè)，課件共30頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二、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OC為視在播前OF為視在播前時(shí)間OG為視在半峰值時(shí)間（也稱(chēng)為波尾時(shí)間）國(guó)標(biāo)規(guī)定：第13頁(yè)，課件共30頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月b、操作沖擊電壓波國(guó)標(biāo)規(guī)定：第14頁(yè)，課件共30頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.放電時(shí)延統(tǒng)計(jì)時(shí)延：從電壓達(dá)到的瞬時(shí)起到氣隙出現(xiàn)第一個(gè)有效電子止放電發(fā)展時(shí)間：從形成第一個(gè)有效電子的瞬時(shí)起到到氣息完全擊穿止升壓時(shí)間：電壓從零升到靜態(tài)擊穿電壓的時(shí)間放電時(shí)延特點(diǎn)：a、小間隙、均勻場(chǎng)：短，占主要部分b、大間隙、極不均勻場(chǎng)：長(zhǎng)，占主要部分C、隨著沖擊電壓幅值的不斷升高，將越來(lái)越短間隙中出現(xiàn)一個(gè)能引起電離過(guò)程并最終導(dǎo)致?lián)舸┑碾娮臃Q(chēng)為有效電子統(tǒng)計(jì)時(shí)延服從統(tǒng)計(jì)規(guī)律的原因：

1）、有效電子的出現(xiàn)具有統(tǒng)計(jì)特性，有些自由電子被中和，有些可能擴(kuò)散到間隙外。2）、有些電子雖然也引起電離過(guò)程，但由于各種不利因素的巧合，電離可能中途衰亡而終止第15頁(yè)，課件共30頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3、氣隙的伏秒特性

同一個(gè)氣隙，在峰值較低但延續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)的沖擊電壓作用下可能擊穿，而在峰值較高但延續(xù)時(shí)間較短的沖擊電壓作用下可能反而不擊穿，因此該氣息的耐電性能要用沖擊電壓峰值和擊穿時(shí)間兩者共同來(lái)表示第16頁(yè)，課件共30頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第17頁(yè)，課件共30頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1）極不均勻電場(chǎng)（大間隙）平均擊穿場(chǎng)強(qiáng)較低，放電時(shí)延較長(zhǎng)，只有大大提高電壓，才能縮短放電時(shí)延。

∴S向左上角上翹2）較均勻電場(chǎng)（小間隙）間隙各處場(chǎng)強(qiáng)相差不大，一但出現(xiàn)電離，很快貫穿整個(gè)間隙，放電時(shí)延短。

∴S只能在很小的時(shí)間內(nèi)向上翹

4、不同電場(chǎng)氣隙伏秒特性比較第18頁(yè)，課件共30頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月5、伏秒特性的應(yīng)用兩者配合，S2可以保護(hù)S1兩者不能配合，不能互相保護(hù)S1S2第19頁(yè)，課件共30頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月三、擊穿電壓的統(tǒng)計(jì)概率：和相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差：工頻：雷電沖擊：操作沖擊：（分散性越來(lái)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)分布第20頁(yè)，課件共30頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月四、不同氣體狀態(tài)和種類(lèi)氣隙的擊穿特性1、大氣狀態(tài)(氣溫、氣壓、濕度等因素)

對(duì)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(shí)際狀態(tài)氣隙的擊穿電壓U和其在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的擊穿電壓U0有如下?lián)Q算關(guān)系：

—空氣密度修正系數(shù)；—濕度修正系數(shù)第21頁(yè)，課件共30頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2、高強(qiáng)度氣體其電氣強(qiáng)度是空氣耐電強(qiáng)度的2.3~2.5倍,其原因?yàn)椋?、分子量大（為146），密度大（相同條件下，是空氣的5倍），屬重氣體。2、具有負(fù)電性，易俘獲電子，減少了引起電離的電子數(shù)。SF6絕緣的全封閉組合電器：

除變壓器外變電站所有設(shè)備被封閉在金屬容器內(nèi)，里邊充有3~4個(gè)大氣壓的SF6氣體，大大縮小了高壓電氣設(shè)備所需的空間。目前也出現(xiàn)氣體絕緣變壓器。第22頁(yè)，課件共30頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月五、提高氣隙擊穿電壓的方法1、改進(jìn)電極形狀以改善電場(chǎng)分布增大電極曲率半徑來(lái)減小表面場(chǎng)強(qiáng)。如變壓器套管端部加球形屏蔽罩；采用擴(kuò)徑導(dǎo)線（截面相同，半徑增大）等。改善電極邊緣以消除邊緣效應(yīng)。電極邊緣做成弧形，或盡量使其與某等位面相近。使電圾具有最佳外形以此改善其電場(chǎng)分布。如穿墻高壓引線上加金屬扁球，墻洞邊緣做成近似垂接線旋轉(zhuǎn)體。第23頁(yè)，課件共30頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月２、利用空間電荷以改善電場(chǎng)分布a、工頻電壓下的細(xì)線效應(yīng)導(dǎo)線直徑很小時(shí)，導(dǎo)線周?chē)菀仔纬杀容^均勻的電暈層，使電場(chǎng)分布改善了，從而提高了擊穿電壓。但實(shí)驗(yàn)表明，雷電沖擊電壓下就沒(méi)有細(xì)線效應(yīng)了。在擊穿電壓曲線的直線部分，不同直徑導(dǎo)線—板間隙的擊穿電壓都接近于尖—板間隙的數(shù)值。這主要是由于雷電沖擊電壓作用時(shí)間太短，來(lái)不及形成充分的空間電荷層之故。第24頁(yè)，課件共30頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月b、極間障的采用第25頁(yè)，課件共30頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第26頁(yè)，課件共30頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月３、增高氣壓（巴申定律的應(yīng)用）提高氣壓可以減小電子的平均自由行程，削弱電離過(guò)程，從而提高氣體的電氣強(qiáng)度。例如，大氣壓力下空氣的電氣強(qiáng)度僅約為變壓器油的1／5～1／8，而提高壓力至1一1.5MPa后，空氣的電氣強(qiáng)度就和一般的液、固態(tài)絕緣材料如變壓器油、電瓷、云母等的電氣強(qiáng)度相接近了。壓縮空氣絕緣及其它壓縮氣體絕緣近年來(lái)在一些電氣設(shè)備(如高壓空氣斷路器、高壓標(biāo)準(zhǔn)電容器等)中已得到采用。采用壓縮氣體的缺點(diǎn)是對(duì)設(shè)備容器的機(jī)械強(qiáng)度及密封等方面的要求提高了，從而增加了制造成本。第27頁(yè)，課件共30頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月４、高真空的采用（巴申定律的應(yīng)用）

采用高度真空和提高氣壓類(lèi)似，也可削弱間隙中的碰撞電離過(guò)程從而顯著增高間隙的擊穿電壓。間隙距離較小時(shí)，間隙的擊穿和陰極的強(qiáng)場(chǎng)放射密切有關(guān)(擊穿前電場(chǎng)已很強(qiáng)，足以引起強(qiáng)場(chǎng)放射了)。由于強(qiáng)場(chǎng)放射造成很大的電流密度，導(dǎo)致電極局部過(guò)熱，釋放氣體，金屬氣化，破壞了真空，從而引起擊穿。間隙距離較大時(shí)，擊穿是由所謂全電壓效應(yīng)引起的。隨著間隙距離及擊穿電壓的增加，電子從陰極到陽(yáng)極經(jīng)過(guò)了巨大的電位差，積聚了極大的動(dòng)能。高能電子轟擊陽(yáng)極時(shí)能使陽(yáng)極釋放出正離子及輻射出光子。正離子及光子達(dá)到陰極后又將加強(qiáng)陰極的表面電離。在此反復(fù)過(guò)程中產(chǎn)生越來(lái)越大的電子沉，使電極局部氣化，導(dǎo)致間隙擊穿，這就是全電壓效應(yīng)。由于全電壓效應(yīng)，所以真空中隨著距離加大，平均擊穿場(chǎng)強(qiáng)越來(lái)越低。電極表面上附有不牢固的微小質(zhì)點(diǎn)對(duì)真空間隙的擊穿電壓也有很大影響。這些質(zhì)點(diǎn)脫離電極后，又被電場(chǎng)加速，撞擊對(duì)面電極，使電極局部氣化，導(dǎo)致真空間隙擊穿。第28頁(yè)，課件共30頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月真空間隙的擊穿電壓和電極材料、電極表面的光潔度及清潔度(包括吸附氣體的多少及種類(lèi))等多種因素有關(guān)，分散性很大，因而也可利用上述擊穿處理法來(lái)提高間歐的擊穿電壓。在電力設(shè)備中目前還很少采用高真空。因?yàn)樵陔娏υO(shè)備的絕緣結(jié)構(gòu)中，總還得采用各種固態(tài)、液態(tài)絕緣材料，在真空中這些絕緣材料會(huì)逐漸釋出氣體，使真空無(wú)法保持。所以只是在一些特殊場(chǎng)合(如真空斷路器—一真空不只是絕緣性能好，而且還具有很好的滅弧能力)才采用高真空作絕緣。第29頁(yè)，課件共30頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月５、高強(qiáng)度氣體的采用氣體化學(xué)組成分子量相對(duì)電氣強(qiáng)度液化溫度/0C氮二氧化碳六氟化硫氟利昂四氯化碳N2CO2SF6CCl2F2CCl42844146121153.81.00.92.32.52.42.66.3-195