氣體的絕緣強(qiáng)度

關(guān)于氣體的絕緣強(qiáng)度21氣體放電的主要形式第2頁,共168頁，2024年2月25日，星期天31氣體放電的主要形式1.1氣體放電的基本概念1.2氣體放電的主要形式第3頁,共168頁，2024年2月25日，星期天41.1氣體放電的基本概念1.1.1氣體放電1.1.2氣體的絕緣特性1.1.3氣體的電氣強(qiáng)度第4頁,共168頁，2024年2月25日，星期天51.1氣體放電的基本概念氣體放電：氣體中流通電流的各種形式；氣體擊穿：氣體由絕緣狀態(tài)突變?yōu)榱紝?dǎo)電狀態(tài)的過程；沿面閃絡(luò)：擊穿發(fā)生在氣體與液體、氣體與固體交界面上的放電現(xiàn)象；

工程上將擊穿和閃絡(luò)統(tǒng)稱為放電。第5頁,共168頁，2024年2月25日，星期天61.1氣體放電的基本概念

這里所研究的氣體是指高壓電氣設(shè)備中常用的空氣、N2、SF6、以及高強(qiáng)度混合氣體等氣態(tài)絕緣介質(zhì)?？諝猓杭芸站€路、變壓器外絕緣；SF6：SF6斷路器和SF6全封閉組合電器；

空氣是最廉價、應(yīng)用最廣、自動恢復(fù)絕緣的氣體，因此我們主要研究空氣的放電。氣體具有自恢復(fù)特性第6頁,共168頁，2024年2月25日，星期天71.1氣體放電的基本概念氣體的電氣強(qiáng)度表征氣體耐受電壓作用的能力。

均勻電場中擊穿電壓Ub與間隙距離之比稱為擊穿場強(qiáng)Eb。我們把均勻電場中氣隙的擊穿場強(qiáng)Eb稱為氣體的電氣強(qiáng)度?？諝庠跇?biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的電氣強(qiáng)度為30kV/cm;

注意：不能把不均勻場中氣隙Ub與間隙距離之比稱為氣體的電氣強(qiáng)度，通常稱之為平均擊穿場強(qiáng)。第7頁,共168頁，2024年2月25日，星期天81.2氣體放電的主要形式注意：電暈放電、刷狀放電時氣隙未擊穿，而輝光放電、火花放電、電弧放電均指擊穿后的放電現(xiàn)象，且隨條件不同，這些放電現(xiàn)象可相互轉(zhuǎn)換。常見放電形式輝光放電電暈放電刷狀放電火花放電電弧放電第8頁,共168頁，2024年2月25日，星期天92氣體中帶電質(zhì)點的產(chǎn)生和消失第9頁,共168頁，2024年2月25日，星期天102.1氣體中帶電質(zhì)點的產(chǎn)生2.2氣體中帶電質(zhì)點的消失第10頁,共168頁，2024年2月25日，星期天112.1

氣體中帶電質(zhì)點的產(chǎn)生氣體原子的激發(fā)和電離激發(fā) 電子向高一能級軌道的躍遷。電離如果氣體原子從外部獲得足夠大的能量，使外層電子擺脫原子核的束縛成為自由電子。失去電子的原子就成帶正電的離子，稱為正離子。此過程就稱為電離。分級電離： 先經(jīng)過激發(fā)再產(chǎn)生電離的過程。電離能 產(chǎn)生電離需要的能量。第11頁,共168頁，2024年2月25日，星期天122.1氣體中帶電質(zhì)點的產(chǎn)生氣體原子的激發(fā)和電離第12頁,共168頁，2024年2月25日，星期天132.1氣體中帶電質(zhì)點的產(chǎn)生電子要脫離原子核的束縛成為自由電子,則必須給予其能量。能量來源的不同帶電質(zhì)點產(chǎn)生的方式就不同。因此，根據(jù)電子獲得能量方式的不同，帶電帶電質(zhì)點產(chǎn)生的方式可分為以下幾種。第13頁,共168頁，2024年2月25日，星期天142.1

氣體中帶電質(zhì)點的產(chǎn)生（一）碰撞電離電子或離子與氣體分子碰撞，將電場能傳遞給氣體分子引起電離的過程。因素：①外電場強(qiáng)弱；②能量的積累（移動距離的大?。ｋ娮釉趫鰪?qiáng)為E的電場中移過x距離時獲得的動能為:m:電子的質(zhì)量 V:電子運(yùn)動速度E:外電場強(qiáng)度 x:電子移動距離帶電質(zhì)點產(chǎn)生的方式第14頁,共168頁，2024年2月25日，星期天152.1氣體中帶電質(zhì)點的產(chǎn)生即使?jié)M足上述條件，不是每次碰撞都能引起電離。Wi為氣體分子的電離能碰撞電離條件當(dāng)電子從電場獲得的動能大于或等于氣體分子的電離能時，就可能使氣體分子分裂為電子或正離子，即第15頁,共168頁，2024年2月25日，星期天162.1氣體中帶電質(zhì)點的產(chǎn)生由光輻射引起氣體分子電離的過程，稱為光電離。光電離產(chǎn)生的電子稱為光電子。來源：紫外線、宇宙射線、x射線等；異號帶電質(zhì)點復(fù)合成中性質(zhì)點釋放出光子；激勵態(tài)分子回復(fù)到正常態(tài)釋放出光子條件：（二）光電離h：普朗克常數(shù)；

C：光速υ：光頻率；λ：光波長；或第16頁,共168頁，2024年2月25日，星期天172.1氣體中帶電質(zhì)點的產(chǎn)生（三）熱電離氣體分子高熱狀態(tài)引起的碰撞電離過程，稱為熱電離。條件：常溫下，氣體分子發(fā)生熱電離概率極小。氣體中發(fā)生電離的分子數(shù)與總分子數(shù)的比值m稱為該氣體的電離度。當(dāng)T>10000K時才需考慮熱電離；當(dāng)T>20000K時，幾乎全部的分子都處于熱電離狀態(tài)空氣電離度m和溫度T的關(guān)系第17頁,共168頁，2024年2月25日，星期天182.1氣體中帶電質(zhì)點的產(chǎn)生金屬陰極表面發(fā)射電子的過程。形式：正離子碰撞陰極表面；光電效應(yīng)；強(qiáng)場發(fā)射；熱電子發(fā)射；（四）表面電離第18頁,共168頁，2024年2月25日，星期天192.1氣體中帶電質(zhì)點的產(chǎn)生（五）負(fù)離子的形成附著：當(dāng)電子與氣體分子碰撞時，不但有可能引起碰撞電離而產(chǎn)生出正離子和新電子，而且也可能會發(fā)生電子與中性分子相結(jié)合形成負(fù)離子的情況。電子附著系數(shù)η

：電子行經(jīng)單位距離時附著于中性原子的電子數(shù)目。負(fù)離子的形成并未使氣體中帶電粒子的數(shù)目改變，但卻能使自由電子數(shù)減少，因而對氣體放電的發(fā)展起抑制作用。第19頁,共168頁，2024年2月25日，星期天202.1氣體中帶電質(zhì)點的產(chǎn)生2.2氣體中帶電質(zhì)點的消失第20頁,共168頁，2024年2月25日，星期天212.2氣體中帶電質(zhì)點的消失（一）電場作用下氣體中帶電質(zhì)點的定向運(yùn)動帶電質(zhì)點一旦產(chǎn)生，在外電場作用下作定向運(yùn)動，形成電導(dǎo)電流。（二）帶電質(zhì)點的擴(kuò)散帶電質(zhì)點從濃度較大區(qū)域轉(zhuǎn)移到濃度較小區(qū)域的過程，稱為帶電質(zhì)點的擴(kuò)散。電子擴(kuò)散比離子擴(kuò)散高3個數(shù)量級第21頁,共168頁，2024年2月25日，星期天222.2

氣體中帶電質(zhì)點的消失正離子和負(fù)離子或電子相遇時，發(fā)生電荷的傳遞而相互中和還原為分子的過程。復(fù)合過程要阻礙放電的發(fā)展，但在一定條件下又可因復(fù)合時的光輻射加劇放電的發(fā)展。放電過程中的復(fù)合絕大多數(shù)是正、負(fù)離子之間的復(fù)合，參加復(fù)合的電子絕大多數(shù)是先形成負(fù)離子再與正離子復(fù)合。（三）帶電質(zhì)點的復(fù)合第22頁,共168頁，2024年2月25日，星期天23小結(jié)氣體間隙中帶電質(zhì)點的產(chǎn)生和消失是氣體放電的一對基本矛盾，氣體放電的發(fā)展和終止取決于這兩個過程誰占主導(dǎo)地位。強(qiáng)電場下，氣體中帶電質(zhì)點的產(chǎn)生形式可以分為空間電離和表面電離。它們都與外界供給的能量有關(guān)，能量的形式主要是電場能、光輻射和熱能，而能量的傳遞靠電子、光子或氣體分子的熱運(yùn)動，其傳遞的過程主要是碰撞，它是造成氣體分子電離的有效過程。第23頁,共168頁，2024年2月25日，星期天24氣體放電發(fā)展過程碰撞電離光電離熱電離空間電離表面電離負(fù)離子的形成－η正離子碰撞陰極光電效應(yīng)強(qiáng)場發(fā)射熱電子發(fā)射電場作用下氣體中帶電質(zhì)點的定向運(yùn)動帶電質(zhì)點的擴(kuò)散帶電質(zhì)點的復(fù)合2.1帶電質(zhì)點產(chǎn)生2.2帶電質(zhì)點消失第24頁,共168頁，2024年2月25日，星期天253湯遜理論和流注理論第25頁,共168頁，2024年2月25日，星期天263.1低氣壓均勻電場下的湯遜理論和巴申定律第26頁,共168頁，2024年2月25日，星期天273.1.1

低氣壓均勻電場下的湯遜理論一、氣體放電實驗及伏安特性曲線氣體中電流和電壓的關(guān)系伏安特性曲線測定氣體中電流的回路示意圖第27頁,共168頁，2024年2月25日，星期天283.1.1

低氣壓均勻電場下的湯遜理論

在曲線OA段，I隨U的提高而增大。而且電流隨電壓按正比增長。氣體放電伏安特性

第28頁,共168頁，2024年2月25日，星期天293.1.1

低氣壓均勻電場下的湯遜理論在曲線AB段，當(dāng)電壓

UB

U

UA時，電流I0趨向于飽和。電流的大小僅取決于電離因素的強(qiáng)弱（光照射）而與所加電壓無關(guān)。氣體放電伏安特性

第29頁,共168頁，2024年2月25日，星期天303.1.1

低氣壓均勻電場下的湯遜理論在BC段:當(dāng)電壓提高到U0

U

UB時，電流又開始隨電壓的升高而增大。電流隨電壓的增加按指數(shù)規(guī)律增長。氣體放電伏安特性

第30頁,共168頁，2024年2月25日，星期天313.1.1

低氣壓均勻電場下的湯遜理論在C點以后:電壓U

U0時，電流急劇增加。氣體間隙擊穿。而且無需外電離因素（光照射）就能維持間隙的放電過程氣體放電伏安特性

第31頁,共168頁，2024年2月25日，星期天323.1.1

低氣壓均勻電場下的湯遜理論實驗分析當(dāng)U<U0OA段：電流隨電壓升高而升高AB段：電流僅取決于外電離因素與電壓無關(guān)BC段：電壓升高電流增強(qiáng)但仍靠外電離維持(非自持放電階段)當(dāng)U

U0C點后：電流急劇增加，只靠外加電壓就能維持(自持放電階段)第32頁,共168頁，2024年2月25日，星期天333.1.1

低氣壓均勻電場下的湯遜理論非自持放電：如果取消外電離因素，氣體的放電過程就會停止，那么電流也將消失。這類依靠外電離因素和外電場因素共同作用而維持的放電。自持放電：氣隙中電離過程只靠外施電壓已能維持，不再需要外電離因素。非自持放電與自持放電的分界點第33頁,共168頁，2024年2月25日，星期天343.1.1

低氣壓均勻電場下的湯遜理論二、電子崩的形成(a)電子崩的形成(b)帶電離子在電子崩中的分布為什么？電子數(shù)目將按2、4、8…2n的指數(shù)規(guī)律增長第34頁,共168頁，2024年2月25日，星期天353.1.1

低氣壓均勻電場下的湯遜理論電子崩的發(fā)展過程也稱為α過程α

----電子碰撞電離系數(shù)：一個電子在電場力作用下，沿電場方向行經(jīng)單位距離（1cm）平均發(fā)生碰撞電離的次數(shù)，湯遜第一電離系數(shù)。第35頁,共168頁，2024年2月25日，星期天363.1.1

低氣壓均勻電場下的湯遜理論均勻電場中的電子崩計算模型α過程dn0xndxN-dn第36頁,共168頁，2024年2月25日，星期天373.1.1

低氣壓均勻電場下的湯遜理論從而可得n0個電子，從陰極出發(fā)在電場的作用下，經(jīng)距離d，到達(dá)陽極時由碰撞電離產(chǎn)生的電子數(shù)（用N－表示）研究表明：對均勻電場而言，α為常數(shù)，電子數(shù)N－：根據(jù)碰撞電離系數(shù)的定義：分離變量并積分之，可得：第37頁,共168頁，2024年2月25日，星期天383.1.1

低氣壓均勻電場下的湯遜理論上式等號兩側(cè)乘以電子的電荷qe，即得電流關(guān)系式：表明：電子崩電流按指數(shù)規(guī)律隨極間距離d而增大。因為一旦除去外界電離因素(令)，放電就會停止。---非自持放電階段僅有α過程不能維持放電的自持。第38頁,共168頁，2024年2月25日，星期天393.1.1

低氣壓均勻電場下的湯遜理論β過程β過程在氣體電離過程中起的作用很小。造成碰撞電離的主要因素是電子。β

----正離子碰撞電離系數(shù)一個正離子沿電場方向行經(jīng)單位距離（1cm）時平均發(fā)生的碰撞電離次數(shù)。湯遜第二電離系數(shù)。第39頁,共168頁，2024年2月25日，星期天403.1.1低氣壓均勻電場下的湯遜理論γ

--表面電離系數(shù)

折合到每個碰撞陰極表面的正離子使陰極金屬表面釋放出的自由電子數(shù)。湯遜第三電離系數(shù)。γ過程空間電離表面電離第40頁,共168頁，2024年2月25日，星期天413.1.1

低氣壓均勻電場下的湯遜理論由外電離因素從陰極產(chǎn)生的一個電子消失在陽極前，由α過程形成的正離子數(shù)。即n0個電子消失在陽極前，由α過程形成的正離子數(shù)。第41頁,共168頁，2024年2月25日，星期天423.1.1

低氣壓均勻電場下的湯遜理論正離子消失在陰極時，由γ過程（表面電離）在陰極上釋放出二次電子數(shù)，即表示由γ過程在陰極上重新產(chǎn)生一個(或更多)電子，此時不再需要外電離因素就能使電離維持發(fā)展，即轉(zhuǎn)入自持放電。如果第42頁,共168頁，2024年2月25日，星期天433.1.1

低氣壓均勻電場下的湯遜理論自持放電條件（擊穿條件）如自持放電條件滿足時，放電過程就如下圖所示循環(huán)第43頁,共168頁，2024年2月25日，星期天443.1.1低氣壓均勻電場下的湯遜理論表電極空間及氣體間隙中碰撞電離發(fā)展過程陰極表面氣體間隙中陽極表面第1周期第2周期第3周期：：1個電子逸出個電子逸出個電子逸出：：形成個正離子形成個正離子形成個正離子：：

個電子進(jìn)入個電子進(jìn)入個電子進(jìn)入：：第44頁,共168頁，2024年2月25日，星期天453.1.1

低氣壓均勻電場下的湯遜理論電子碰撞電離是氣體電離的主要原因；正離子碰撞陰極表面使陰極表面逸出電子是維持氣體放電的必要條件。陰極逸出電子能否接替起始電子的作用是自持放電的判據(jù)。湯遜理論的主要內(nèi)容第45頁,共168頁，2024年2月25日，星期天463.1.2低氣壓均勻電場下巴申定律均勻電場中幾種氣體擊穿電壓Ub與pd的關(guān)系巴申定律：描述了氣體的擊穿電壓Ub與pd的關(guān)系曲線（亦即Ub與的關(guān)系曲線）（1）擊穿電壓不僅由間隙距離d決定，而且也是pd的函數(shù)；（２）擊穿電壓不是pd的單調(diào)函數(shù)，而是U曲線，存在擊穿電壓的極小值；（3）不同氣體，其巴申曲線上的最低擊穿電壓不同，對應(yīng)的pd值也不同；第46頁,共168頁，2024年2月25日，星期天47式中，A、B是與氣體種類有關(guān)的常數(shù)，ub為氣溫不變的條件下，均勻電場中氣體的自持放電起始電壓=氣隙擊穿電壓。3.1.2低氣壓均勻電場下巴申定律擊穿電壓湯遜理論的自持放電條件電子碰撞電離系數(shù)的表達(dá)式第47頁,共168頁，2024年2月25日，星期天483.1.2低氣壓均勻電場下巴申定律巴申定律湯遜理論第48頁,共168頁，2024年2月25日，星期天493.1.2低氣壓均勻電場下巴申定律巴申曲線的右半支：巴申曲線的左半支第49頁,共168頁，2024年2月25日，星期天503.1.2低氣壓均勻電場下巴申定律由巴申曲線可知，當(dāng)極間距離d不變時提高氣壓或降低氣壓到真空，都可以提高氣隙的擊穿電壓，這一結(jié)論已被工程廣泛使用．高氣壓、高真空都可以提高擊穿電壓，工程上已得到廣泛應(yīng)用（如：壓縮空氣開關(guān)、真空開關(guān)等）第50頁,共168頁，2024年2月25日，星期天51湯遜理論的適用范圍湯遜理論是在均勻電場、低氣壓、短間隙（pd較?。l件下建立起來的。當(dāng)電場均勻，但pd過大時（氣壓高、距離大）的放電，用湯遜理論無法解釋以下現(xiàn)象：放電時間：很短放電外形：具有分支的細(xì)通道擊穿電壓：與理論計算不一致陰極材料：無關(guān)湯遜理論適用于pd<26.66kPa·cm第51頁,共168頁，2024年2月25日，星期天523.2大氣壓均勻電場下的流注理論第52頁,共168頁，2024年2月25日，星期天53

氣體放電流注理論仍以電子的碰撞電離過程為基礎(chǔ)，它考慮了大氣壓、長氣隙情況下不容忽視的若干因素對氣體放電的影響，主要有以下兩方面:

空間電荷對原有電場的影響空間光電離的作用3.2大氣壓下均勻電場的流注理論第53頁,共168頁，2024年2月25日，星期天54電子崩頭部聚集大部分正離子和全部電子，產(chǎn)生了電場畸變；在電場很小的區(qū)域，電子和離子濃度最大，有利于完成復(fù)合；強(qiáng)烈的復(fù)合輻射出許多光子，成為引發(fā)新的空間光電離輻射源。（一）空間電荷作用3.2大氣壓下均勻電場的流注理論第54頁,共168頁，2024年2月25日，星期天55湯遜理論沒有考慮放電本身所引發(fā)的空間光電離現(xiàn)象，而這一因素在大氣壓、長氣隙的擊穿過程中起著重要的作用?？紤]初始電子崩頭部成為輻射源，會向氣隙空間各處發(fā)射光子而引起光電離。（二）空間光電離的作用3.2大氣壓下均勻電場的流注理論第55頁,共168頁，2024年2月25日，星期天563.2大氣壓下均勻電場的流注理論起始電子發(fā)生碰撞電離形成初始電子崩；初崩發(fā)展到陽極，正離子作為空間電荷畸變原電場，在電場削弱的區(qū)域復(fù)合增加，放射出大量光子；光電離產(chǎn)生光電子，在加強(qiáng)的局部電場（正離子與陰極間電場）作用下形成二次崩；（三）流注的形成和發(fā)展示意圖第56頁,共168頁，2024年2月25日，星期天573.2大氣壓下均勻電場的流注理論d)二次崩電子與正空間電荷匯合成流注通道，其端部又有二次崩留下的正電荷，加強(qiáng)局部電場產(chǎn)生新電子崩使其發(fā)展；e)流注頭部前方電場很強(qiáng)，電離迅速發(fā)展，放射出大量光子，繼續(xù)引起空間光電離，于是流注前方出現(xiàn)新的二次崩，延長流注通道；f)流注通道貫通，氣隙擊穿新電子崩不斷產(chǎn)生的電子形成負(fù)離子與原始電子崩的正離子互相滲透，形成正負(fù)離子混合的等離子體通道-流注。第57頁,共168頁，2024年2月25日，星期天583.2大氣壓下均勻電場的流注理論

初始電子崩（電子崩頭部電子數(shù)達(dá)到一定數(shù)量）→電場畸變；→電子崩頭部附近正負(fù)空間電荷復(fù)合；→放射大量光子—光輻射；→光電離，釋放出的電子稱為光電子；→崩頭處光電子處在了被加強(qiáng)了的電場附近，會迅速產(chǎn)生新的碰撞電離；→二次電子崩；→（二次電子崩電子跑到初崩正空間電荷區(qū)域）流注。流注發(fā)展過程第58頁,共168頁，2024年2月25日，星期天593.2大氣壓下均勻電場的流注理論（四）流注條件形成流注的必要條件是：電子崩發(fā)展到足夠的程度后，電子崩中的空間電荷足以使原電場明顯畸變，大大加強(qiáng)電子崩崩頭和崩尾處的電場；電子崩頭部附近電荷密度很大，復(fù)合頻繁，釋放出引發(fā)新的空間光電離的輻射源，二次電子崩主要來源于空間光電離；氣隙中一旦形成流注，放電就可由空間光電離自行維持。第59頁,共168頁，2024年2月25日，星期天603.2大氣壓下均勻電場的流注理論流注自持放電條件：或標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下，初崩頭部電子數(shù)要達(dá)到108時，出現(xiàn)流注，放電才能轉(zhuǎn)為自持。也可寫為：注意：此處的γ區(qū)別于湯遜理論中γ第60頁,共168頁，2024年2月25日，星期天61流注理論對放電現(xiàn)象的解釋放電時間二次崩的起始電子是光子形成的，而光子以光速傳播，所以流注發(fā)展非?？?。放電外形二次崩的發(fā)展具有不同的方位，所以流注的推進(jìn)不可能均勻，而且具有分支。陰極材料大氣條件下的氣體放電不依賴陰極表面電離，而是靠空間光電離產(chǎn)生電子維持，因此與陰極材料無關(guān)。第61頁,共168頁，2024年2月25日，星期天62小結(jié)湯遜理論適用于均勻電場、低氣壓、短間隙（pd值較?。怏w的擊穿；流注理論適用于均勻電場、大氣壓、長空氣間隙（pd值較大）氣體的擊穿。以pd=26.66kPa·cm作為分界參考；第62頁,共168頁，2024年2月25日，星期天63小結(jié)(1)湯遜理論的基本觀點： 電子碰撞電離是氣體放電時電流倍增的主要過程，而陰極表面的電子發(fā)射是維持放電的必要條件。(2)流注理論的基本觀點：以湯遜理論的碰撞電離為基礎(chǔ)，強(qiáng)調(diào)空間電荷對電場的畸變作用，著重于用氣體空間光電離來解釋氣體放電通道的發(fā)展過程；放電從起始到擊穿并非碰撞電離連續(xù)量變的過程，當(dāng)初始電子崩中離子數(shù)達(dá)108以上時，引起空間光電離質(zhì)變，電子崩匯合成流注；流注一旦形成，放電轉(zhuǎn)入自持。第63頁,共168頁，2024年2月25日，星期天64小結(jié)引起氣體放電的外部原因有兩個，其一是電場作用，其二是外電離因素。把去掉外界因素作用后，放電立即停止的放電形式稱為非自持放電；把由電場作用就能維持的放電稱為自持放電。湯遜理論和流注理論自持放電條件的比較(1)湯遜理論：自持放電由陰極過程來維持；流注理論：依賴于空間光電離。(2)γ系數(shù)的物理意義不同。第64頁,共168頁，2024年2月25日，星期天65本節(jié)重點湯遜放電理論和流注理論的使用范圍；湯遜放電描述的電子崩發(fā)展過程；電子碰撞游離系數(shù)α；湯遜理論的自持放電條件及其物理解釋；巴申定律及其在實際中的應(yīng)用；流注理論與湯遜理論在考慮放電發(fā)展因素上的不同；流注及其放電的發(fā)展過程；流注及自持放電的形成條件。第65頁,共168頁，2024年2月25日，星期天664不均勻電場長空氣間隙放電第66頁,共168頁，2024年2月25日，星期天674不均勻電場長空氣間隙的放電電力系統(tǒng)中大多數(shù)的帶電設(shè)備都處在長間隙不均勻電場中，如，變壓器高壓套管引出線對低壓套管及殼；高壓輸電線對地；實驗室的試驗變壓器高壓端對墻等。那么，關(guān)于長間隙不均勻電場氣體放電的物理過程又是如何發(fā)展的呢？均勻電場：兩個電極的面積遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于兩電極間的距離，這兩個電極間的電場稱為均勻電場。如平板電極；不均勻電場：兩電極的曲率半徑小于兩電極間的距離時，兩電極間的電場就是不均勻電場。如棒-棒、棒-板；當(dāng)棒電極的曲率半徑遠(yuǎn)小于棒-板電極間的距離時，其間電場就是極不均勻電場。第67頁,共168頁，2024年2月25日，星期天684不均勻電場長空氣間隙的放電4.1電場不均勻程度的劃分4.2稍不均勻電場中的擊穿過程4.3極不均勻電場中的擊穿過程第68頁,共168頁，2024年2月25日，星期天694.1電場不均勻程度的劃分球隙的放電特性與極間距離的關(guān)系1-擊穿電壓2-電暈起始電壓3-放電不穩(wěn)定區(qū)第69頁,共168頁，2024年2月25日，星期天704.1電場不均勻程度的劃分電場越不均勻，擊穿電壓和電暈起始電壓之間的差別越大從放電觀點看：電場的不均勻程度可以根據(jù)是否存在穩(wěn)定的電暈放電來區(qū)分；均勻電場是一種少有的特例，在實際電力設(shè)施中常見的卻是不均勻電場。第70頁,共168頁，2024年2月25日，星期天714.1電場不均勻程度的劃分為了描述各種結(jié)構(gòu)的電場不均勻程度，可引入一個電場不均勻系數(shù)f，表示為：Emax:最大電場強(qiáng)度;Eav:平均電場強(qiáng)度,f<2時為稍不均勻電場，f>4屬不均勻電場。第71頁,共168頁，2024年2月25日，星期天724.1電場不均勻程度的劃分4.2稍不均勻電場中的擊穿過程4.3極不均勻電場中的擊穿過程第72頁,共168頁，2024年2月25日，星期天734.2稍不均勻電場中的擊穿過程稍不均勻電場中的放電過程與均勻電場相似，屬于流注擊穿，擊穿條件就是自持放電條件，無電暈產(chǎn)生。但稍不均勻電場中場強(qiáng)并非處處相等，電離系數(shù)α是空間坐標(biāo)x的函數(shù)，因此自持放電條件為。第73頁,共168頁，2024年2月25日，星期天744.1電場不均勻程度的劃分4.2稍不均勻電場中的擊穿過程4.3極不均勻電場中的擊穿過程第74頁,共168頁，2024年2月25日，星期天754.3極不均勻電場中的擊穿過程4.3.1電暈放電4.3.2極性效應(yīng)4.3.3長間隙放電過程第75頁,共168頁，2024年2月25日，星期天764.3.1電暈放電定義：電場極不均勻時，在大曲率電極附近很薄一層空氣中具備自持放電條件，放電僅局限在大曲率電極周圍很小范圍內(nèi)，而整個氣隙尚未擊穿。電暈放電也就是局部流注。特點：電暈放電是極不均勻電場特有的自持放電形式，電暈起始電壓低于擊穿電壓，電場越不均勻其差值越大。電暈放電的起始電壓一般用經(jīng)驗公式來推算，流傳最廣的是皮克公式，電暈起始場強(qiáng)近似為：第76頁,共168頁，2024年2月25日，星期天774.3.1電暈放電不利的影響：電暈放電引起的光、聲、熱等效應(yīng)使空氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，都會消耗一定的能量。電暈損耗是超高壓輸電線路設(shè)計時必須考慮的因素，壞天氣時電暈損耗要比好天氣時大得多。電暈放電中，由于電子崩和流注不斷消失和重新出現(xiàn)所造成的放電脈沖會產(chǎn)生高頻電磁波，從而對無線電和電視廣播產(chǎn)生干擾。電暈放電還會產(chǎn)生可聞噪聲，并有可能超出環(huán)境保護(hù)所容許的標(biāo)準(zhǔn)。

方法：增大電極曲率半徑；采用擴(kuò)徑導(dǎo)線等第77頁,共168頁，2024年2月25日，星期天784.3.1電暈放電有利：在輸電線上傳播的雷電電壓波因電暈放電而衰減其幅值和降低其波前陡度。操作過電壓的幅值也會受到電暈的抑制。電暈放電還在除塵器、靜電噴涂裝置、臭氧發(fā)生器等工業(yè)設(shè)施中得到廣泛應(yīng)用。

第78頁,共168頁，2024年2月25日，星期天794.3.2極性效應(yīng)在極不均勻電場中，放電一定從曲率半徑較小的那個電極表面開始，與該電極極性無關(guān)。但放電的發(fā)展過程、氣隙的電氣強(qiáng)度、放電電壓等都與該電極的極性有密切的關(guān)系。極不均勻電場中的放電存在著明顯的極性效應(yīng)。

第79頁,共168頁，2024年2月25日，星期天804.3.2極性效應(yīng)決定極性要看表面電場較強(qiáng)的那個電極所具有的電位符號：在兩個電極幾何形狀不同時，極性取決于曲率半徑較小的那個電極的電位符號，如“棒-板”氣隙。在兩個電極幾何形狀相同時，極性取決于不接地的那個電極上的電位，如“棒-棒”氣隙。第80頁,共168頁，2024年2月25日，星期天814.3.2極性效應(yīng)下面以典型的極不均勻電場--“棒-板”氣隙為例，從流注的概念出發(fā)，說明放電的：

發(fā)展過程極性效應(yīng)

第81頁,共168頁，2024年2月25日，星期天824.3.2極性效應(yīng)（一）正極性

如圖所示，棒極帶正電位時，電子崩頭部的電子到達(dá)棒極后即將被中和，棒極附近強(qiáng)場區(qū)內(nèi)的電暈放電將在棒極附近空間留下許多正離子。第82頁,共168頁，2024年2月25日，星期天834.3.2極性效應(yīng)這些正離子雖朝板極移動，但速度很慢而暫留在棒極附近。第83頁,共168頁，2024年2月25日，星期天844.3.2極性效應(yīng)這些正空間電荷削弱了棒極附近的電場強(qiáng)度，而加強(qiáng)了正離子群外部空間的電場，因此當(dāng)電壓進(jìn)一步提高，隨著電暈放電區(qū)的擴(kuò)展，強(qiáng)場區(qū)亦將逐漸向板極方向推進(jìn)，因而放電的發(fā)展是順利的。第84頁,共168頁，2024年2月25日，星期天854.3.2極性效應(yīng)（二）負(fù)極性如(a)所示：棒極負(fù)極性時，電子崩將由棒極表面出發(fā)向外發(fā)展，崩頭的電子在離開強(qiáng)場（電暈）區(qū)后，雖不能再引起碰撞電離，但仍繼續(xù)往板極運(yùn)動。第85頁,共168頁，2024年2月25日，星期天864.3.2極性效應(yīng)在圖(b)中：留在棒極附近的也是大批正離子，這時它們將加強(qiáng)棒極表面附近的電場而削弱外圍空間的電場，電場情況如圖(c)所示。

第86頁,共168頁，2024年2月25日，星期天874.3.2極性效應(yīng)所以，當(dāng)電壓進(jìn)一步提高時，電暈區(qū)不易向外擴(kuò)展，整個氣隙擊穿將是不順利的，因而這時氣隙的擊穿電壓要比正極性時高得多，完成擊穿過程所需的時間也要比正極性時長得多。第87頁,共168頁，2024年2月25日，星期天884.3.2極性效應(yīng)非自持放電階段正極性：正空間電荷削弱棒極附近場強(qiáng)而加強(qiáng)外部電場，阻止棒極附近流注形成使電暈起始電壓提高；負(fù)極性：正空間電荷加強(qiáng)棒極附近場強(qiáng)而削弱外部電場，促進(jìn)棒極附近流注形成使電暈起始電壓降低。第88頁,共168頁，2024年2月25日，星期天894.3.2極性效應(yīng)自持放電階段正極性：空間電荷加強(qiáng)放電區(qū)外部空間的電場，因此當(dāng)電壓進(jìn)一步提高時，強(qiáng)場區(qū)將逐漸向極板推進(jìn)至擊穿。負(fù)極性：空間電荷削弱放電區(qū)外部空間的電場，因此當(dāng)電壓進(jìn)一步提高時，電暈區(qū)不易向外擴(kuò)展，氣隙擊穿將不順利，因此負(fù)極性擊穿電壓比正極性高很多，完成擊穿所需時間也長得多。第89頁,共168頁，2024年2月25日，星期天904.3.2極性效應(yīng)工程實際中，輸電線路外絕緣和高壓電器的外絕緣都屬于極不均勻電場分布，在交流電壓下的擊穿都發(fā)生在正半波；第90頁,共168頁，2024年2月25日，星期天914.3.3長間隙放電第91頁,共168頁，2024年2月25日，星期天924.3.3長間隙放電先導(dǎo)放電特點：電子通過通道根部時由于劇烈的摩擦產(chǎn)生的熱電離過程先導(dǎo)加強(qiáng)了前方電場，引起新的流注，使其進(jìn)一步伸展并逐級推進(jìn)主放電當(dāng)先導(dǎo)貫穿兩極，導(dǎo)致沿先導(dǎo)通道向反方向擴(kuò)展到棒極的主放電和最終擊穿第92頁,共168頁，2024年2月25日，星期天934.3.3長間隙放電

流注通道電子被陽極吸引→電子濃度↑→電流↑→熱損耗↑→溫度↑→流注中熱電離↑→電導(dǎo)↑，電流↑→流注變成高電導(dǎo)的等離子體（先導(dǎo)）→電場↑→新流注→先導(dǎo)不斷推進(jìn)。

第93頁,共168頁，2024年2月25日，星期天94稍不均勻電場和極不均勻電場的劃分及其典型的電場形式；稍不均勻電場和極不均勻電場的放電特征；電暈放電的概念和導(dǎo)線起暈場強(qiáng)的計算；極不均勻電場中的放電發(fā)展過程；極性定義和極性效應(yīng)。本節(jié)重點第94頁,共168頁，2024年2月25日，星期天955沖擊電壓下氣隙的擊穿特性第95頁,共168頁，2024年2月25日，星期天965沖擊電壓下氣隙的擊穿特性5.1雷電沖擊電壓下的擊穿5.2操作沖擊電壓下的擊穿第96頁,共168頁，2024年2月25日，星期天975.1雷電沖擊電壓下的擊穿5.1.1雷電沖擊電壓標(biāo)準(zhǔn)波形5.1.2沖擊放電時延5.1.3伏秒特性第97頁,共168頁，2024年2月25日，星期天985.1.1雷電沖擊電壓標(biāo)準(zhǔn)波形標(biāo)準(zhǔn)雷電沖擊電壓波：雷電沖擊電壓波形的標(biāo)準(zhǔn)化第98頁,共168頁，2024年2月25日，星期天995.1.1雷電沖擊電壓標(biāo)準(zhǔn)波形第99頁,共168頁，2024年2月25日，星期天1005.1.1雷電沖擊電壓標(biāo)準(zhǔn)波形標(biāo)準(zhǔn)雷電截波：用來模擬雷電過電壓引起氣隙擊穿或外絕緣閃絡(luò)后所出現(xiàn)的截尾沖擊波，如圖所示。

第100頁,共168頁，2024年2月25日，星期天1015.1.2沖擊放電時延放電時間

完成氣隙擊穿的三個必備條件：足夠大的電場強(qiáng)度或足夠高的電壓在氣隙中存在能引起電子崩并導(dǎo)致流注和主放電的有效電子

需要有一定的時間，讓放電得以逐步發(fā)展并完成擊穿。第101頁,共168頁，2024年2月25日，星期天1025.1.2沖擊放電時延即是說：在沖擊電壓作用下氣隙的放電電壓Uf是間隙距離和電壓作用時間的函數(shù)：也就是說，研究氣隙的沖擊特性時，不僅要指出作用電壓的大小，同時，還要指出作用電壓的波形。第102頁,共168頁，2024年2月25日，星期天1035.1.2沖擊放電時延放電時間的組成：總放電時間后面兩個分量之和稱為放電時延第103頁,共168頁，2024年2月25日，星期天1045.1.2沖擊放電時延氣隙在持續(xù)電壓下的擊穿電壓為Us，t1為所加電壓從0上升到Us的時間；Us----間隙在工頻或直流電壓作用下的擊穿電壓稱為靜態(tài)擊穿電壓ts

----從t1開始到氣隙中出現(xiàn)第一個有效電子所需的時間稱為統(tǒng)計時延ts第104頁,共168頁，2024年2月25日，星期天1055.1.2沖擊放電時延有效電子：能在間隙中引起碰撞電離、發(fā)展電子崩并導(dǎo)致間隙擊穿的電子。它的出現(xiàn)和許多因素有關(guān)，如外電離因素的強(qiáng)度、氣體的性質(zhì)、作用電壓的大小、電場的均勻程度等。它的出現(xiàn)是隨機(jī)的，具有統(tǒng)計性。因此ts稱為統(tǒng)計時延。第105頁,共168頁，2024年2月25日，星期天1065.1.2沖擊放電時延tf－放電形成時延。是指出現(xiàn)有效電子后，引起碰撞電離，形成電子崩，發(fā)展到流注和主放電，最后完成氣隙的擊穿。這個過程需要的時間。第106頁,共168頁，2024年2月25日，星期天1075.1.2沖擊放電時延當(dāng)電場較均勻時（如1cm以下短氣隙），tf<<ts，放電時延主要取決于ts。為減小ts：可提高外施電場使氣隙中出現(xiàn)有效電子的概率增加可采用人工光源照射，使陰極釋放出更多的電子，增加產(chǎn)生有效電子的概率。當(dāng)電場極不均勻時（如長氣隙），間隙的放電時延主要取決于放電的形成時延tf，且電場越不均勻，tf越大。這是因為棒電極附近電場強(qiáng)度大，出現(xiàn)第一個有效電子的概率大，因此統(tǒng)計時延小。相對而言，放電的形成時延tf較大，因為這時的放電要經(jīng)過局部流注的逐漸伸長，發(fā)展為先導(dǎo)放電，再形成主放電。

可通過提高外施電壓縮短放電形成時延。第107頁,共168頁，2024年2月25日，星期天1085.1.3雷電沖擊50%擊穿電壓在工程上，常用50%放電電壓表征絕緣耐受沖擊電壓作用的能力。所謂50%放電電壓是指間隙在某一沖擊電壓作用下，其中半數(shù)導(dǎo)致氣隙擊穿，即為50%的放電電壓。記作U50%。以此反映氣隙的耐受沖擊電壓的能力。通常，施加10次電壓中有4-6次擊穿了，這一電壓即可認(rèn)為是50％沖擊擊穿電壓。為了說明氣體的沖擊電氣強(qiáng)度，引入一個沖擊系數(shù)的概念。第108頁,共168頁，2024年2月25日，星期天109特點：(1)在均勻和稍不均勻場中，擊穿電壓分散性小，沖擊系數(shù)

(2)在極不均勻電場中，由于放電時延較長，擊穿電壓分散性也較大。其沖擊系數(shù)

5.1.3雷電沖擊50%擊穿電壓第109頁,共168頁，2024年2月25日，星期天110一、空氣間隙的伏-秒特性5.1.4伏秒特性在一間隙上施加雷電沖擊電壓（1.2/50μs），保持其波形不變，改變沖擊電壓幅值；當(dāng)作用電壓幅值不很高時，放電所需時間較長，放電發(fā)生在波尾；如曲線１；當(dāng)作用電壓幅值較高時，放電所需時間較短，放電發(fā)生在波前或波幅處，如曲線2、3。第110頁,共168頁，2024年2月25日，星期天1115.1.4伏秒特性把這種作用在間隙上的電壓最大值與放電時間的關(guān)系曲線，稱為絕緣的伏秒特性。（即，圖中1、2、3點所連的光滑曲線）實驗表明，在沖擊電壓作用下，間隙的放電特性和放電電壓都有分散性。因此伏秒特性實際上是一個以上、下包線為界的帶狀區(qū)域。通常取50％伏秒特性或平均伏秒特性曲線來表征一個氣隙的沖擊擊穿特性。第111頁,共168頁，2024年2月25日，星期天1125.1.4伏秒特性第112頁,共168頁，2024年2月25日，星期天1135.1.4伏秒特性極不均勻電場：平均擊穿場強(qiáng)低，放電時延長，曲線上翹；稍不均勻電場：平均擊穿場強(qiáng)高，放電時延短，曲線平坦。因此在避雷器等保護(hù)裝置中，保護(hù)間隙采用均勻電場，確保在各種電壓下保護(hù)裝置伏秒特性低于被保護(hù)設(shè)備。隨著時間的延伸，一切氣隙的伏秒特性都趨于平坦，但特性曲線變平的時間卻與氣隙的電場形式有較大關(guān)系：二、均勻電場與不均勻電場的絕緣配合第113頁,共168頁，2024年2月25日，星期天1145.1.3伏秒特性三、伏秒特性在絕緣配合中的應(yīng)用第114頁,共168頁，2024年2月25日，星期天1155.1雷電沖擊電壓下的擊穿5.2操作沖擊電壓下的擊穿第115頁,共168頁，2024年2月25日，星期天1165.2操作沖擊電壓下的擊穿5.2.1操作沖擊電壓的形成5.2.2操作沖擊電壓標(biāo)準(zhǔn)波形5.2.3操作沖擊放電電壓的特點第116頁,共168頁，2024年2月25日，星期天1175.2.1操作沖擊電壓的形成電力系統(tǒng)的輸電線及電氣設(shè)備都有各自的電感和電容，由于系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的突變(正?；蚬收?將導(dǎo)致電感和電容元件間電磁能的互相轉(zhuǎn)換，引起振蕩性的過渡過程過渡過程會在電氣設(shè)備或局部電網(wǎng)上造成遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過正常運(yùn)行的電壓，稱為操作過電壓操作過電壓幅值與波形跟電力系統(tǒng)的參數(shù)有密切關(guān)系，由于其過渡過程的振蕩基值是系統(tǒng)運(yùn)行電壓，因此電壓等級越高，操作過電壓幅值越高，最高可達(dá)到最大相電壓峰值的3～4倍。第117頁,共168頁，2024年2月25日，星期天1185.2.2操作沖擊電壓標(biāo)準(zhǔn)波形第118頁,共168頁，2024年2月25日，星期天1195.2.3操作沖擊放電電壓的特點均勻場和稍不均勻場中操作沖擊電壓的作用時間介于工頻電壓與雷電沖擊電壓之間。操作沖擊50%沖擊放電電壓U50、直流放電電壓、工頻放電電壓等峰值幾乎相同，分散性不大，擊穿發(fā)生在波前部分，與半峰時間無關(guān)。極不均勻場中操作沖擊表現(xiàn)出許多不同的特點第119頁,共168頁，2024年2月25日，星期天1205.2.3操作沖擊放電電壓的特點U形曲線左半支：波前↓→放電時延↓→U50%↑右半支：波前↑→空間電荷遷移范圍↑→電極附近電場↓→U50%↑第120頁,共168頁，2024年2月25日，星期天1215.2.3操作沖擊放電電壓的特點極性效應(yīng)①在不同的電場結(jié)構(gòu)中，正極性操作沖擊50%擊穿電壓比負(fù)極性低，一般均討論正極性的情況。②操作沖擊擊穿電壓不僅遠(yuǎn)低于雷電沖擊擊穿電壓，在某些波前時間內(nèi)，甚至比工頻擊穿電壓還低。③在同極性的雷電沖擊標(biāo)準(zhǔn)波作用下，棒-板間隙的擊穿電壓比棒-棒間隙時低得不多，而在操作沖擊電壓下，前者比后者低得多。

注意：在設(shè)計高壓電氣設(shè)備時應(yīng)盡量避免出現(xiàn)棒-板間隙第121頁,共168頁，2024年2月25日，星期天1225.2.3操作沖擊放電電壓的特點飽和現(xiàn)象操作沖擊放電電壓與間隙距離的關(guān)系有明顯的飽和現(xiàn)象；而雷電沖擊作用時間太短，其飽和不明顯，放電電壓與間隙距離一般呈線性關(guān)系。分散性大操作沖擊電壓下的氣隙擊穿電壓和放電時間的分散性都比雷電沖擊電壓大得多。考核絕緣沖擊特性時應(yīng)施加正極性的沖擊電壓。第122頁,共168頁，2024年2月25日，星期天123本節(jié)重點雷電沖擊的有關(guān)概念：全波和截波、波前時間和半峰值時間等；雷電、操作波標(biāo)準(zhǔn)波形；放電時間和放電時延的概念；50％沖擊放電電壓；伏秒特性的定義、求取伏秒特性的方法和伏秒特性的配合；操作沖擊電壓波作用下的擊穿特性。第123頁,共168頁，2024年2月25日，星期天1246影響氣體放電電壓的因素第124頁,共168頁，2024年2月25日，星期天1256影響氣體放電電壓的因素6.1電場形式對放電電壓的影響6.2電壓波形對放電電壓的影響6.3大氣條件對放電電壓的影響第125頁,共168頁，2024年2月25日，星期天1266.1電場形式對放電電壓的影響（一）均勻電場和稍均勻電場中的擊穿電壓均勻電場：兩個電極形狀完全相同且對稱布置，因而不存在極性效應(yīng)。均勻電場中各處的電場強(qiáng)度均相等，擊穿所需的時間極短在直流、工頻和沖擊電壓作用下的擊穿電壓實際上都相同擊穿電壓的分散性很小，伏秒特性很快就變平，沖擊系數(shù)β＝1第126頁,共168頁，2024年2月25日，星期天1276.1電場形式對放電電壓的影響擊穿電壓的經(jīng)驗公式可表示為：上式完全符合巴申定律，因為它也可改寫成：第127頁,共168頁，2024年2月25日，星期天1286.1電場形式對放電電壓的影響與均勻電場相似，沖擊系數(shù)接近1，沖擊擊穿電壓與工頻擊穿電壓及直流擊穿電壓幾乎相等。稍均勻電場第128頁,共168頁，2024年2月25日，星期天1296.1電場形式對放電電壓的影響工程上常見電場大多數(shù)是極不均勻電場工程上遇到極不均勻電場時，可由典型電極的擊穿電壓來修正絕緣距離，對稱電場參照“棒－棒”電極數(shù)據(jù)；不對稱電場可參照“棒－板”電極數(shù)據(jù)放電的分散性大，且極性效應(yīng)明顯（二）極不均勻電場中的擊穿電壓第129頁,共168頁，2024年2月25日，星期天1306.1電場形式對放電電壓的影響6.2電壓波形對放電電壓的影響6.3大氣條件對放電電壓的影響第130頁,共168頁，2024年2月25日，星期天1316.2電壓波形對放電電壓的影響氣隙在各種電壓下的擊穿特性：

直流電壓工頻電壓雷電沖擊電壓操作沖擊電壓第131頁,共168頁，2024年2月25日，星期天1326.2電壓波形對放電電壓的影響均勻電場中不同電壓波形下?lián)舸╇妷?峰值)相同，放電分散性小稍不均勻電場中不同電壓波形下?lián)舸╇妷夯鞠嗤烹姺稚⑿圆淮?，極性效應(yīng)不顯著極不均勻電場中直流、工頻及沖擊電壓間差別明顯第132頁,共168頁，2024年2月25日，星期天1336.2電壓波形對放電電壓的影響①棒-板間隙存在極性效應(yīng)②棒-棒電極擊穿電壓介于不同極性棒-板之間（一）直流電壓下的擊穿特性平均擊穿場強(qiáng)：正棒－負(fù)板約為4.5kV/cm負(fù)棒－正板約為10kV/cm棒－棒約為5.4kV/cm第133頁,共168頁，2024年2月25日，星期天1346.2電壓波形對放電電壓的影響①無論棒-棒或棒-板電極擊穿都發(fā)生在正半周峰附近，分散性不大；②當(dāng)間隙距離不太大時，擊穿電壓與間隙距離呈線性關(guān)系；間隙距離很大時，平均擊穿場強(qiáng)明顯降低，呈現(xiàn)出飽和現(xiàn)象（二）工頻電壓下的擊穿特性第134頁,共168頁，2024年2月25日，星期天1356.2電壓波形對放電電壓的影響①雷電沖擊擊穿電壓與距離呈正比，無飽和；②操作沖擊電壓有明顯的極性效應(yīng)和飽和現(xiàn)象（二）沖擊電壓下的擊穿特性第135頁,共168頁，2024年2月25日，星期天1366.2電壓波形對放電電壓的影響第136頁,共168頁，2024年2月25日，星期天1376.1電場形式對放電電壓的影響6.2電壓波形對放電電壓的影響6.3大氣條件對放電電壓的影響第137頁,共168頁，2024年2月25日，星期天1386.3大氣條件對放電電壓的影響

由于大氣的壓力、溫度、濕度等條件都會影響空氣的密度、電子自由行程長度、碰撞電離及附著過程，所以也必然會影響氣隙的擊穿電壓。

海拔高度的影響亦與此類似，因為隨著海拔高度的增加，空氣的壓力和密度均下降。第138頁,共168頁，2024年2月25日，星期天1396.3大氣條件對放電電壓的影響不同大氣條件下測得的擊穿電壓必須換算到統(tǒng)一的參考條件下才能進(jìn)行比較；我國規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)大氣條件為：第139頁,共168頁，2024年2月25日，星期天1406.3大氣條件對放電電壓的影響實際試驗條件下的擊穿電壓U和標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下的擊穿電壓U0可通過相應(yīng)的校正系數(shù)換算：

Kd：空氣密度校正系數(shù)

Kh：濕度校正系數(shù)第140頁,共168頁，2024年2月25日，星期天1416.3大氣條件對放電電壓的影響對空氣密度的校正對濕度的校正在極不均勻場中對海拔高度的校正氣體性質(zhì)對放電電壓的影響第141頁,共168頁，2024年2月25日，星期天1427提高氣體介質(zhì)電氣強(qiáng)度的方法第142頁,共168頁，2024年2月25日，星期天1437提高氣體介質(zhì)電氣強(qiáng)度的方法

改善氣隙中的電場分布，使之均勻；設(shè)法削弱和抑制氣體介質(zhì)中的電離過程。要提高氣隙的擊穿電壓有兩條途徑：第143頁,共168頁，2024年2月25日，星期天1447.1改善電場分布7.1.1改進(jìn)電極形狀7.1.2空間電荷的利用7.1.3極不均勻電場中屏障的采用第144頁,共168頁，2024年2月25日，星期天1457.1.1改進(jìn)電極形狀電場分布越均勻，氣隙的平均擊穿場強(qiáng)也就越大。因此，可以通過改進(jìn)電極形狀的方法來減小氣隙中的最大電場強(qiáng)度，以改善電場分布，提高氣隙的擊穿電壓。如：增大電極的曲率半徑消除電極表面的毛刺消除電極表面尖角

第145頁,共168頁，2024年2月25日，星期天1467.1.1改進(jìn)電極形狀第146頁,共168頁，2024年2月25日，星期天1477.1.2空間電荷的利用極不均勻電場中間隙被擊穿前先發(fā)生電暈現(xiàn)象，所以在一定條件下，可以利用放電產(chǎn)生的空間電荷來改善電場分布，提高擊穿電壓。例如：導(dǎo)線與平板間隙中，導(dǎo)線直徑很小時，導(dǎo)線周圍容易形成比較均勻的電暈層，由于電暈層比較均勻，電場分布改善，提高了擊穿電壓。第147頁,共168頁，2024年2月25日，星期天1487.1.3極不均勻電場中屏障的采用在極不均勻電場中，放入薄片固體絕緣材料，在一定條件下可以顯著提高間隙的擊穿電壓屏障的作用取決于它所攔住的與電暈電極同號的空間電荷，這樣就能使電暈電極與屏障之間的空間電場強(qiáng)度減小，從而使整個氣隙的電場分布均勻化。第148頁,共168頁，2024年2月25日，星期天1497.1.3極不均勻電場中屏障的采用例如：正針-負(fù)板電極中設(shè)置屏障后，正離子將在屏障上集聚，由于同號排斥作用，正離子沿屏障表面均勻分布，在屏障前方從而形成較均勻的電場，改善了電場分布，提高了擊穿電壓第149頁,共168頁，2024年2月25日，星期天1507.1.3極不均勻電場中屏障的采用但當(dāng)棒為負(fù)極性時，即使屏障放在最有利的位置，也只能略微提高氣隙的擊穿電壓(例如20％)，而在大多數(shù)位置上，反而使擊穿電壓有不同程度的降低。第150頁,共168頁，2024年2月25日，星期天1517.1改善電場分布7.2削弱或抑制電離過程第151頁,共168頁，2024年2月25日，星期天1527.2削弱或抑制電離過程7.2.1高氣壓的采用7.2.2高真空的采用7.2.3高電氣強(qiáng)度氣體（SF6）的采用第152頁,共168頁，2024年2月25日，星期天1537.2.1高氣壓的采用采用高氣壓可以減少電子的平均自由行程，削弱電離過程，提高擊穿電壓。在高氣壓下，電場均勻程度對擊穿電壓影響比在大氣壓力下要顯著的多，電場均勻程度下降，擊穿電壓將劇烈降低，因此采用高氣壓的電氣設(shè)備應(yīng)使電場盡可能均勻。在高氣壓下，電極表面狀態(tài)（粗糙度）對擊穿電壓影響顯著。高氣壓下應(yīng)盡可能改進(jìn)電極形狀，改善電場分布，電極應(yīng)仔細(xì)加工光潔，氣體要過濾（濾去塵埃和水份）處理。第153頁,共168頁，2024年2月25日，星期天1547.2