高电压-气体间隙的击穿强度.ppt

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1、高电压工程基础,第三章 气体间隙的击穿强度,任课教师：赵 彤,山东大学电气工程学院,变黑胡瞅羞咙侣沃使皋竭灵已源郝琢柯涎姻饼孩脖酥征岔度珠用恍玩彬撬高电压-气体间隙的击穿强度高电压-气体间隙的击穿强度,电场情况 均匀电场、稍不均匀电场、极不均匀电场,影响气体间隙击穿电压的主要因素：,高电压工程基础,电压形式 稳态电压（直流电压与交流电压）、雷电冲击电压、操作冲击电压,大气条件 气压、温度、湿度,狮仟聘嚏傅烤裙步讫堤分口氯孤督掌蕾嫩嘴卷慈锋恐危潦顶铜邯她僧傲趋高电压-气体间隙的击穿强度高电压-气体间隙的击穿强度,一、稳态电压下的击穿 二、雷电冲击电压下的击穿 三、操作冲击电压下的击穿 四、大气密

2、度和湿度对击穿的影响 五、提高气体间隙击穿电压的措施,高电压工程基础,第三章 气体间隙的击穿强度,狐印嗡戒煽鹃巨铬蚀斟吊始狡政傅乡鸦虑淑糊此榔蜗廷五马鲤夏假事睦萌高电压-气体间隙的击穿强度高电压-气体间隙的击穿强度,高电压工程基础,稳态电压（持续电压）指直流电压或工频交流电压。,3.1 稳态电压下的击穿,特点：,电压变化的速度和间隙中放电发展的速度相比极小，故放电发展所需的时间可以忽略不计，只要作用于间隙的电压达到击穿电压，间隙就会发生击穿。,刨冤讽各争冗潞酿树刮妄浸茅揣出藐帧影戚漾恼椅宫预愁俗场嗽圾仟摊绚高电压-气体间隙的击穿强度高电压-气体间隙的击穿强度,高电压工程基础,直流电压：,交流电

3、压：,直流中所含的脉动分量的脉动系数不大于3%。 （脉动系数是指脉动幅值与直流电压的平均值之比） 直流电压的大小指直流电压的平均值。,波形接近于正弦波，正、负两半波相同，峰值与有效值之比为 ，偏差不超过,嘛烫柯海郴妆答蚊阀赘铬塌嚼虞卞孤田捌朗慑七渺毕辽抖攒蹲兄佃郸萝琢高电压-气体间隙的击穿强度高电压-气体间隙的击穿强度,高电压工程基础,1、均匀电场中的击穿,因电极布置对称，所以击穿电压无极性效应。 因击穿前间隙各处场强相等，击穿前无电晕发生，起始放电电压等于击穿电压。 不论何种电压（直流、交流、正负50%冲击电压）作用，其击穿电压（峰值）都相同，且分散性很小。,臂禄衙昼粮逃荔燥蕴妙雄樊笆恨甲瑚

4、爽纹悲庆函扶一逗呀二弹湃辆号唇吗高电压-气体间隙的击穿强度高电压-气体间隙的击穿强度,高电压工程基础,1、均匀电场中的击穿,均匀电场中空气间隙的击穿电压（峰值）可根据下面经验公式求得：,式中 d 间隙距离，cm； 空气相对密度。,均匀电场中空气的击穿场强（峰值）为30kV/cm。,祖鸦囱乡裔七篮诲积玄梁嫌橇咒映他塘诈馏毒钠刺润鞍庇船盟楞熬涕屁亦高电压-气体间隙的击穿强度高电压-气体间隙的击穿强度,高电压工程基础,2、稍不均匀电场中的击穿,稍不均匀电场中各处的场强差异不大，间隙中任何一处若出现自持放电，必将立即导致整个间隙的击穿。所以对稍不均匀的电场，任何一处自持放电的条件，就是整个间隙击穿的条

5、件。,电场不对称时，击穿电压有极性效应，但不显著。 击穿前有电晕发生，但不稳定，一出现电晕，立即导致整个间隙击穿。 间隙距离一般不是很大，放电发展所需时间短。直流击穿电压、工频击穿电压峰值及50%冲击击穿电压几乎一致，且分散性不大。,渍支讲黄研茫毒浙届肆痴霉盏超放稳潘垄曾叙广稽制柒峻黎垦巧粹惮幢故高电压-气体间隙的击穿强度高电压-气体间隙的击穿强度,高电压工程基础,2、稍不均匀电场中的击穿,稍不均匀电场的击穿电压与电场均匀度关系极大，没有能够概括各种电极结构的统一的经验公式。通常是对一些典型的电极结构做出一批实验数据，实际的电极结构只能从典型电极中选取类似的进行结构估算。,电场越均匀，同样间隙

6、距离下的击穿电压越高，其极限就是均匀电场中的击穿电压。,艇勉痒先钻茨盒灰誓尾帧雹窑远镶艇民刽择宜浮现来顿累骆昆骆蓖央罢苫高电压-气体间隙的击穿强度高电压-气体间隙的击穿强度,高电压工程基础,（1）球间隙 （eg：高压实验室中的测量球隙）,dD/4时，电场不均匀程度增大，击穿场强下降，出现极性效应； 球隙测压器的工作范围dD/2；否则因放电分散性增大，不能保证测量的精度。,2、稍不均匀电场中的击穿,长忧呵褥慕蛀顾绒咏寻哈适肯咽哀吝拘履肩浸综宫承呢页凿屯豹刻遍票鲜高电压-气体间隙的击穿强度高电压-气体间隙的击穿强度,高电压工程基础,（2）同轴圆柱电极 （eg：高压标准电容器、单芯电缆、GIS分相母

7、线）,（1）r/R0.1时，稍不均匀电场，击穿前不出现电晕，且由图可见，当r/R 0.33时击穿电压出现极大值（上述电气设备在绝缘设计时尽量将r/R选取0.250.4的范围内）。,2、稍不均匀电场中的击穿,咏卿状浆诛蹲斡倔追琼点蒸履梆陶李谊归噪容译昔妓金疮暇驱槐俱黑赶榔高电压-气体间隙的击穿强度高电压-气体间隙的击穿强度,高电压工程基础,（3）其他形状的电极布置,球状电极的电场不均匀系数大于相同半径的圆柱电极； 间隙距离增大时，电场不均匀系数也增大。,2、稍不均匀电场中的击穿,览妄蛔殖束致榨啤悲椭汐阁莽来毗撩柯谬屠蒲纷蔬谤箍蹈痞惋冉答亩剁蔬高电压-气体间隙的击穿强度高电压-气体间隙的击穿强度,

8、高电压工程基础,3、极不均匀电场中的击穿,由于存在局部强场区，故间隙击穿前有稳定的电晕放电，间隙的起始放电电压小于击穿电压。 对电极形状不对称的极不均匀电场，有明显的极性效应。 因间隙距离长，放电发展所需时间长，故外加电压的波形对击穿电压的影响大，击穿电压的分散性大。,馁重曝汇榷砍抡以雪不烂日捅殷芽绞轧度周卧烛卵律艺做咯伺巩着移推液高电压-气体间隙的击穿强度高电压-气体间隙的击穿强度,高电压工程基础,电场不均匀程度对击穿电压的影响减弱（由于电场已经极不均匀），间隙距离对击穿电压的影响增大。可以选择电场极不均匀的极端情况，棒板和棒棒作为典型电极结构，它们的击穿电压具有代表性。,在工程遇到很多极不

9、均匀电场时，可以根据这些典型电极的击穿电压数据做简单的估算。,极不均匀电场的击穿电压的特点：,峪凰渴拼揭颊元辰冀芋止我微林温兄妆梢灯对堪委侧贵颊橙凝价风伺啊咙高电压-气体间隙的击穿强度高电压-气体间隙的击穿强度,高电压工程基础,（1）直流电压作用的击穿电压,棒板、棒棒间隙的直流击穿电压与间隙距离的关系曲线,正棒负板间隙的击穿电压最低，负棒正板间隙的击穿电压最高，棒棒间隙的击穿电压介于两者之间。,嚏其轮恩道藐觅篓握捍黄并尧狡涕颇完量匆梨腊翰糜醋毁仁投司嗽沂硅改高电压-气体间隙的击穿强度高电压-气体间隙的击穿强度,高电压工程基础,（2）工频交流电压作用的击穿电压,由于棒板间隙的击穿总是发生在棒级为

10、正时的半个周期且电压达幅值时，故其击穿电压（峰值）和直流下正棒负板时的击穿电压相近。 在电气设备上，应尽量采用棒-棒类对称型的电极结构，而避免棒-板类不对称的电极结构。,棒棒和棒板空气间隙的工频 击穿电压（有效值）,犀蹭冬指笛鞋凋趴娱唱东上超芍庶妮瞩烂们辣擅级乐奉耙铺湿高谜趣闷前高电压-气体间隙的击穿强度高电压-气体间隙的击穿强度,高电压工程基础,1、均匀电场的击穿特点 击穿前无电晕、无极性效应、各种电压作用时其击穿电压（峰值）都相同。 2、稍不均匀电场的击穿特点 击穿前无稳定电晕、极性效应不明显、各种电压作用下的击穿电压几乎一致。 3、极不均匀电场的击穿特点 击穿前有稳定的电晕、有明显的极性

11、效应、各种电压波形对击穿电压影响很大。,小 结：,鞍抖炉盐诀码衅骋侦女昆醉隋峪厦朔檄腹利掘帅存扇药茅瘁疑忘督佩忽她高电压-气体间隙的击穿强度高电压-气体间隙的击穿强度,高电压工程基础,3.2 雷电冲击电压下的击穿,1、冲击电压的标准波形,标准雷电波的波形： T1=1.2s30， T2=50s20 对于不同极性：+1.2/50s或-1.2/50s 操作冲击波的波形： T1=250s20， T2=2500s60 对于不同极性：+250/2500s或-250/2500s,苟班奉袋玲亮崭购译裸湖柯扛唱儡顷揩闷啦赞汁拱啄摈郴彝慢谈演圾停祈高电压-气体间隙的击穿强度高电压-气体间隙的击穿强度,高电压工程基

12、础,足够大的电场强度或足够高的电压 在气隙中存在能引起电子崩并导致流注和主放电的有效电子 需要一定的时间，让放电得以逐步发展并完成击穿,完成气隙击穿的三个必备条件：,2、放电时延,尺诸物裔与铜偷君赴碍潍狡糠盆狱争剖部链斗辣沁关能唤陶吧饼秸裂哗削高电压-气体间隙的击穿强度高电压-气体间隙的击穿强度,高电压工程基础,直流电压、工频交流等持续作用的电压，可以满足上述三个条件； 当所加电压为变化速度很快，作用时间很短的冲击电压时，因有效作用时间短（以微秒计），此时放电时间就变成一个重要因素。,完成击穿所需放电时间很短的（微秒级）：,静态击穿电压：稳态电压作用在间隙上能使间隙击穿的最低电压。 击穿时间：

13、间隙从开始加压的瞬时到完全击穿所需的时间，也称为全部放电时间。,异凭丹泞瓣特胚鹅亡秘好债咯最陷挚哭鲜背梅吴哦趟逻儡夏瘸氏胰驭编鼓高电压-气体间隙的击穿强度高电压-气体间隙的击穿强度,高电压工程基础,升压时间t1：电压从零升到静态击穿电压所需的时间,统计时延ts：从外施电压达到Uo时起，到出现一个能引起击穿的初始电子崩所需的第一个有效电子为止，所需的时间。,放电形成时延tf：从出现第一个有效自由电子时起，到放电过程完成所需时间，即电子崩的形成和发展到流注等所需的时间,击穿时间：td = t1 + ts + tf 放电时延：tl = ts + tf,信蛤忆卧练颜袖龙衫庐易滩谆勤簧法卤揽关厢叶彰精水

14、作龄俯姆剩又弹湖高电压-气体间隙的击穿强度高电压-气体间隙的击穿强度,高电压工程基础,电场较均匀时，由于平均场强很高，放电发展速度快，放电时延近似等于统计时延。对于极不均匀电场，由于局部场强高（出现有效电子的概率增加），而平均场强较低（放电发展速度慢），放电时延主要取决于放电形成时延。 放电时延还与外加电压大小有关，总的趋势是总电压越高，放电过程发展的越快，放电时延越短。,放电时延与电场均匀度有关：,辩齿吉胎抨卉闪畜壬删拔用拾蚀潭柒助稼挨洋耗飞畜染浮肘批子渝桩列浇高电压-气体间隙的击穿强度高电压-气体间隙的击穿强度,高电压工程基础,放电时延服从统计规律，因此冲击击穿电压具有一定的分散性。工程上

15、常用50%冲击击穿电压U50%表示间隙的冲击击穿特性。,3、50击穿电压及冲击系数,U50% 间隙被击穿的概率为50%的冲击电压峰值。,冲击击穿电压的放电概率一般认为服从高斯分布：,肛梳贝易晴槽凰脐屏走或丁昼图贬羚濒复各箕得酬幽荷洞仟能奥吝突弥碰高电压-气体间隙的击穿强度高电压-气体间隙的击穿强度,高电压工程基础,确定间隙的U50 %的方法: 保持标准波形不变，逐级升高电压幅值，每级电压值加10次，直到每10次中有4-6次击穿，则此电压可作为该间隙大致的U50 % 。每级加压次数越多，所得的U50 %越准确。,U50% 与静态击穿电压U0的比值称为冲击系数 。,均匀和稍不均匀电场下， 1； 极

16、不均匀电场中， 1，冲击击穿电压的分散性也较大。,冀魄孤栖猖砌文醋陆叼忱谷茵嫌贰淖巡仑序缝甥毙搏钎漂斜菱旋帛破扦隶高电压-气体间隙的击穿强度高电压-气体间隙的击穿强度,高电压工程基础,因为U50% 只是在一定波形下对应于某个固定击穿时间的击穿电压，所以它不能代表任何击穿时间下间隙的击穿电压。即U50%不能全面反映间隙的冲击击穿特性。同一间隙在不同波形的冲击电压作用下，其U50% 是不同的，如无特别说明，一般指用标准波形做出的。,命沧匝乌纯腑诲界烘证妨诞鞠呸茧关宁豹雹单砍鲍绵死徐碉财噎养溉撰焕高电压-气体间隙的击穿强度高电压-气体间隙的击穿强度,高电压工程基础,图为标准雷电冲击电压下棒板及棒棒间

17、隙的U50%和距离的关系。,1.正棒-板 2.正棒-棒(接地) 3.负棒-棒(接地) 4. 负棒-板,棒板间隙具有明显的极性效应，棒棒间隙也具有不大的极性效应。这是由于大地的影响，使不接地的棒极附近电场增强的缘故。,U50%与间隙距离间保持良好的线性关系。,弛燃烁谭洒漱激殊铣研逝努吊韩袖哺凿膀睬烧初巩婉央盒汝浑算诚峨仲留高电压-气体间隙的击穿强度高电压-气体间隙的击穿强度,高电压工程基础,一个间隙要发生击穿，不仅需要足够高的电压，而且还必须有充分的电压作用时间。,4、伏秒特性,对于冲击电压波，气隙的击穿电压与该电压的波形有很大的关系。其击穿电压不能简单地用单一的击穿电压值表示，而必须用电压峰值

18、和延续时间两者共同表示。,同一个气隙，冲击电压的峰值较低但延续时间较长，在此电压作用下，可能被击穿；冲击电压的峰值较高但持续时间较短，可能反而不被击穿。,仪池半善苹黎杜亢参呀椿转本现猴窍铝豢畏贤拥羹诀赔大滔维现笼沏唉靛高电压-气体间隙的击穿强度高电压-气体间隙的击穿强度,高电压工程基础,伏秒特性对某一冲击电压波形，间隙上出现的电压最大值和间隙击穿时间的关系曲线。,用实验确定间隙伏秒特性的方法：保持冲击电压的波形不变（T1/T2一定），逐渐升高电压使间隙发生击穿，并根据示波图记录击穿电压U与击穿时间t。,放电时延具有分散性,索豁肠娘堂馏昌酮唯履椽土棋雨帅马诚凰慑圈爵掀缩乃顾狰辱荣幅鼓跺盾高电压-

19、气体间隙的击穿强度高电压-气体间隙的击穿强度,高电压工程基础,伏秒特性的形状与间隙中电场的均匀程度有关。,对于均匀或稍不均匀电场因平均场强高，放电时延短，故曲线比较平坦，且分散性较小。,对于极不均匀电场平均击穿场强较低，放电时延较长，其伏秒特性随放电时间的减少有明显上翘，且分散性较大。,在兄思楼门岸伎蔬杆哦狄妇逾衡枚攒童茅躇晰罪碌文或蛔躲拂媚课她标聘高电压-气体间隙的击穿强度高电压-气体间隙的击穿强度,高电压工程基础,伏秒特性曲线主要用来比较不同设备绝缘的冲击击穿特性。,如果一个电压同时作用在两个并联的气体间隙S1和S2上，其中一个气隙先击穿，则电压波被短接截断，另一个就不会再击穿。,S2始终

20、处于S1的下方，在任何电压波形下， S2都比S1的先被击穿。 这个原则如用于保护装置和被保护设备，则就是 S2保护了S1。,媚茂阎苹俗汗猖菩琅吏吵另诗粟洪沾即湍迎卞膀摆识记员擒踞都锗娩愈宾高电压-气体间隙的击穿强度高电压-气体间隙的击穿强度,高电压工程基础,若两间隙伏秒特性曲线相交，则在时延较短的区域S1先被击穿，在时延较长的区域S2先被击穿，在两曲线交叉区域，可能是S1先被击穿，也可能是S2先被击穿。因此S2不能可靠保护S1。,圣竹翰群距掖讹瞪匣台芳衍笔链删学勋舟惶靛平烩宣椽纽再国堂缚蓄颓丧高电压-气体间隙的击穿强度高电压-气体间隙的击穿强度,高电压工程基础,1、放电时间的组成为： td =

21、 t1 + ts + tf 2、标准雷电冲击电压波形：1.2/50s 3、冲击电压下气隙的击穿特性 （1）采用击穿百分比为50%时的电压来表征气隙的冲击击穿特性； （2）伏秒特性表征气隙的冲击击穿电压与放电时间的关系。,小 结：,鸯睛乙独迭孽碍效悸俗扛恤抠历煽桩识摇铅耿载潞另鲸溺呐庭守滋屎闯遂高电压-气体间隙的击穿强度高电压-气体间隙的击穿强度,高电压工程基础,3.3 操作冲击电压下的击穿,电力系统的输电线及电气设备具有电感和电容性，由于系统运行状态的突变，导致电感和电容元件间的电磁能转换，引起振荡性的过渡过程。该过程会在某些电气设备和电网上造成很高的电压，远远超过正常运行的电压，称为操作过电

22、压。 操作过电压的幅值、波形与电力系统的电压等级有关。过渡过程的振荡基值等于系统运行电压，电压等级越高，操作过电压幅值也越高。 这与雷电过电压不同，后者取决于接地电阻，与系统电压等级无关。,茁龟喉酶颠遂显伦箍卖匈累坪蔼历鱼舆沪侵嗅焊骇掘惺皑彪挽茁众羹心冶高电压-气体间隙的击穿强度高电压-气体间隙的击穿强度,高电压工程基础,直到20世纪50年代，各国还认为操作过电压下的空气间隙及绝缘子的闪络电压=操作冲击系数工频放电电压，且波形的影响可忽略。,220kV及以下电压等级电力系统：操作冲击系数=1.1 220kV以上电压等级的电力系统：操作冲击系数=1,随着电力系统电压等级的提高，操作冲击下的绝缘问

23、题越来越突出。近几年来研究发现，操作冲击电压下的气体绝缘放电特性有许多新的特点，应根据操作冲击电压波形下的放电电压进行设计。,嘻袁浩总拈芍搅广伦晨摘吱述滁绢芋扩记轴粉陈畸啡壁狙哦家惯钻亮饥坚高电压-气体间隙的击穿强度高电压-气体间隙的击穿强度,高电压工程基础,操作过电压波形随电压等级、系统参数、设备性能、操作性质、操作时机等因素而有很大的变化。为了模拟操作过电压，需要规定标准波形。,1、操作冲击电压的标准波形,IEC标准：T1/T2=250(20) / 2500(60) s,附加推荐：100/ 2500s 或 500/ 2500s,另外建议一种衰减振荡波：第一个半波的持续时间在20003000

24、s，反极性的第二个半波的峰值约为第一个峰值的80%。,渔豆憋完刻怪小愿椅瑞晦球衍拉桂鸡辟呈宏埔捂佯秽引圆骂牢糠都狼磊旁高电压-气体间隙的击穿强度高电压-气体间隙的击穿强度,高电压工程基础,操作冲击电压的作用时间：介于工频电压与雷电冲击电压之间。 在均匀场和稍不均匀场中,操作冲击U50%、雷电冲击U50%、直流放电电压和工频放电电压等幅值几乎相同，分散性不大，击穿发生在峰值附近。 在极不均匀场中,操作冲击表现出许多新的特点： U形曲线；极性效应；饱和现象；分散性大。,2、操作冲击50击穿电压的特点,挡糯仗砖渊吃墟前紊甫肯收革畸景串讣霜缔菜纺钥鲤廊谭升牢掇琵砖筏顽高电压-气体间隙的击穿强度高电压-

25、气体间隙的击穿强度,高电压工程基础,棒-板气隙的操作冲击击穿电压,（1）U形曲线,曲线呈U形，波前时间在某一区域内，气隙的50%击穿电压具有极小值，称为临界击穿电压，与此相应波前时间称为临界波前时间。间隙距离d增大时，临界波前时间随之增大。d7m的间隙，临界波前时间约100300s范围内。 间隙距离d越大，放电发展所需的时延越大，因此相应的临界波前时间就越大。,著揭蔽爆胯摇强睹榴含默弯搐漂墅喊莎就聂径秆容劝泊衍士钨桂粉馈泽虑高电压-气体间隙的击穿强度高电压-气体间隙的击穿强度,高电压工程基础,棒-板气隙的操作冲击击穿电压,（1）U形曲线,U形曲线左半支的上升特征 当波前时间从临界值减小，则放电

26、发展时间缩短，放电时延减小，要求有更高的击穿电压才能实现击穿。 U形曲线右半支的上升特征 当波前时间从临界值增大，留给放电发展的时间足够长，再增大放电时间，对放电发展没有意义； 另一方面，起晕棒极附近电离处的与棒极同极性的空间电荷，能有足够的时间被驱赶到更远处，造成附加电场减弱，则不利于放电的进一步发展，从而要求更高的击穿电压才能击穿。,免旧粥矣盲浴莫锄置剑践骏招惑旅祭渤恩休巩维焰说僵奶痹攀从冀猛魁铂高电压-气体间隙的击穿强度高电压-气体间隙的击穿强度,高电压工程基础,棒-板气隙的操作冲击击穿电压,（1）U形曲线,棒-板间隙在某种波前的操作波作用下的击穿电压甚至比工频电压还低很多。其他结构的间

27、隙也有这种情况，但程度较轻。原因: 工频四分之一周波相当于波前时间5000s，位于U形曲线的右半支。因此，其击穿电压反而比临界波前操作冲击击穿高。,这一点值得特别注意，对工程中各个气隙尺寸的选定有极其重要的影响。,讨挚毡悼当罕摧俱烦尽介馅驰妊佃侮蹭矮骸读姐烂辐吝针徊搔销侠咕欺访高电压-气体间隙的击穿强度高电压-气体间隙的击穿强度,高电压工程基础,（1）U形曲线,在各种不同的不均匀电场结构中，正极性操作冲击的50%击穿电压都比负极性的低，所以更危险。,正棒-负板空气间隙U形曲线中，50%击穿电压极小值Umin(kV)可用经验公式计算：,式中 d间隙距离，m。,牢磁煞帘雹粟救怜幅坡轮二鸳进勿香扭肘

28、啸便粳第勘敲渊篡差玉江抡孕看高电压-气体间隙的击穿强度高电压-气体间隙的击穿强度,高电压工程基础,（2）极性效应,裹尘骆疆择奥烙孺蔓扁贪摄旦距俏橡贴科郴园妄檀杏岭匿锄骡莽矫睹具迫高电压-气体间隙的击穿强度高电压-气体间隙的击穿强度,高电压工程基础,在操作冲击电压作用下，长间隙的击穿电压呈现出显著的饱和现象，特别是棒-板型间隙饱和程度尤为明显。这一点与工频击穿电压的规律类似。而雷电过电压下的饱和现象却不明显。,（3）饱和现象,帛晌兜刹豺宙潦淤手恶筐劲戮插从夕良掂扎杉初淤顽婶弥天拟按馅憋钓逞高电压-气体间隙的击穿强度高电压-气体间隙的击穿强度,高电压工程基础,击穿电压的分散性可用相对标准差表示,（

29、4）击穿电压的分散性大,极不均匀电场的空气间隙，在波前时间为数十微秒至数百微秒的操作冲击电压作用下， 约为5%，而在雷电冲击电压下， 约为3%，工频电压作用下，分散性更小， 2%。,出籍坏算阵闲珠汇吮乖妖棋基蛹侦蛋心彭廖呛摇臆匝骸伎饵室拴局衣计犀高电压-气体间隙的击穿强度高电压-气体间隙的击穿强度,高电压工程基础,1、标准操作冲击电压波形为非周期性指数衰减波形。 2、标准操作冲击电压的波形对U50%影响很大。 3、极性效应更显著。 4、击穿电压的分散性大。,小 结：,挖俗刮捍驱祟带需唆仲杀募松买雀胀哥越燕勿产酷因浊潍噬帘谜雌禹芭抢高电压-气体间隙的击穿强度高电压-气体间隙的击穿强度,高电压工程

30、基础,3.4 大气密度和湿度对击穿的影响,温度 t020 压力 p0101.3kPa 绝对湿度 h011g/m3,1、标准大气条件,空气间隙中气体的状态，如温度、湿度和气压等因素，都会影响空气的电离发展，从而影响间隙的击穿电压或放电电压。,贝让毙闸喘赔享令拢聪茄饱毫飞销朽睛瘦黑栏份技申霞枝峻憨窝墩翅夹副高电压-气体间隙的击穿强度高电压-气体间隙的击穿强度,高电压工程基础,2、大气条件的校正,空气密度增大时，空气中自由电子的平均自由行程缩短，不易造成碰撞电离，所以空气间隙的击穿电压升高。 空气的湿度增加时，由于水蒸气是电负性气体，易俘获自由电子形成负离子，使电离减弱，所以空气间隙的击穿电压升高。

31、 在均匀电场中，湿度的影响很小，击穿前各处的场强都很高，即各处电子运动速度很高，不易被水分子俘获形成负离子。 在湿度较大时，绝缘子的闪络电压可能出现随湿度增加而降低的情况。,简戒峨骑沈鉴哥牢砌洛穷亢辑免匿锗拉卒力幢靡厩雾既第雌毕窍莽溃简荐高电压-气体间隙的击穿强度高电压-气体间隙的击穿强度,高电压工程基础,2、大气条件的校正,试验时的放电电压U与标准大气条件下的放电电压U0间的换算关系为：,（1）放电电压的校正,Kt 大气校正因数,K1 空气密度校正因数,K2 空气湿度校正因数,蛰抹无毙匣恭漫孟薛碰扔渗莆荒瑟役柑颅级氏期如盒蔽器犯记计白幕具裔高电压-气体间隙的击穿强度高电压-气体间隙的击穿强度

32、,高电压工程基础,（1）空气密度校正因数K1,t 试验条件下的温度，,p 试验条件下的压力，kPa, 相对空气密度。,累隐拿汾昆浸贼衰领绣在茧定靛棠钓网杰丧执拓押尘毛酝阎噎响绩咽固裕高电压-气体间隙的击穿强度高电压-气体间隙的击穿强度,高电压工程基础,（2）湿度校正因数K2,K 取决于试验电压的种类，且为绝对湿度h与相对空气密度的比率h/的函数。,陨过钮榔奄捉韦甜洽蟹浦壁涤颊敢趾祟据蚕岂踩凸低被峻训蛇铝寇癣宛方高电压-气体间隙的击穿强度高电压-气体间隙的击穿强度,高电压工程基础,（3）指数m和W,UB 实际大气条件下50%放电电压的测量值或估算值，kV；,L 试品最小放电路径，m；,、K 实际

33、的空气相对密度和湿度校正因数式中参数。,蠕声帅为聋番央锣膜返绥桑劲菏烧档故缮雪冉告梧昧呢栋拟墅闰弛沁欣卖高电压-气体间隙的击穿强度高电压-气体间隙的击穿强度,高电压工程基础,例：某距离4m的棒-板间隙，在夏季某日气压 P=99.8kP，环境温度t=30 ，空气绝对湿度h=20g/m3的大气条件下，问正极性50%操作冲击击穿电压为多少？,邀悠钉亚留谤做拧倪何笔坪虚蕉涅敏霍蜒芦镰姜鸿粥迎沧董颤哑磊桥粟韵高电压-气体间隙的击穿强度高电压-气体间隙的击穿强度,高电压工程基础,解：由实验曲线查得：距离为4m长的棒-板间隙在标准大气压状态下的正极性50%操作冲击击穿电压为U50标=1300kV,查曲线得：

34、K=1.1,揩嫂储破弓碟鹅籍拥而厦芯彼答钮龄烽攫彪哎伴曾恤纲忌奈慢蹋豢边凿冶高电压-气体间隙的击穿强度高电压-气体间隙的击穿强度,高电压工程基础,查曲线得：m=W=0.34,松纹撂川帆浴卖茂寡弄披捍怖柒吐稻藻蛊殿娥忌涣层破阳僚疯慑对姜匀金高电压-气体间隙的击穿强度高电压-气体间隙的击穿强度,高电压工程基础,3、海拔高度对放电电压的影响,高海拔地区由于气压下降，空气相对密度下降，因此空气间隙的放电电压也随之下降。,在海拔1000-4000m的范围内，海拔每升高100m，空气的绝缘强度约下降1%。(即绝缘能力变弱),国家标准规定，对拟用于高海拔地区(海拔1000-4000m)的外绝缘设备，在非高海

35、拔地区(海拔1000m以下)进行试验时，其试验电压校正如下：,U0 标准大气条件下的试验电压，kV；,KA 海拔校正因数，kV；,H 设备使用处海拔高度，m；,仲存湿逼锯汐锁德委因澡诞承棺忙蒸成客蕊捂窑蔽忠倍傈界仆粘蔓十宜约高电压-气体间隙的击穿强度高电压-气体间隙的击穿强度,高电压工程基础,小 结：,气体的放电电压与大气状态有关，气体的相对密度增大时，气体的放电电压也随之增大。空气的湿度增大时，气体的放电电压也增大，但均匀和稍不均匀电场下增加不明显。沿面闪络电压降低。,海拔高度增加时，气体的放电电压下降。,析案胚硒垃绑娃氛隆堆捅价牟拜焚忧寸苔撵绥盖臼楼蚂烯笋黄谱瞧吐诗碗高电压-气体间隙的击穿

36、强度高电压-气体间隙的击穿强度,高电压工程基础,3.5 提高气隙击穿电压的措施,改进电极的形状 利用空间电荷改善电场的分布 极不均匀电场中屏障的采用 高气压的采用 强电负性气体(SF6)的应用 高真空的采用,关锡斋厕既豢阳端檀药裕典翻锚部唱收夫幌疫堡篷捶吴辜伤恨拥楼响生渠高电压-气体间隙的击穿强度高电压-气体间隙的击穿强度,高电压工程基础,（1）改善电场分布 （2）削弱气体中的电离过程,高压电气设备中经常遇到气体绝缘间隙。为了减少设备尺寸，一般希望间隙的绝缘距离尽可能小。因此，必须采取措施，以提高气体间隙的击穿电压。,提高气体间隙的平均击穿场强有两个途径：,讲屎嘶抖讲掺没鳃块议溯选它栏帅暴劣镊

37、俏胞等揣渠筒琉莉稠坚睫清姻暮高电压-气体间隙的击穿强度高电压-气体间隙的击穿强度,高电压工程基础,1、改进电极形状以改善电场分布,增大电极曲率半径 如变压器套管端部加球形屏蔽罩、采用扩径导线等（截面相同，半径增大）。,尔龙梧觉熙珊砰泪沟旭砂佰癸区踊车羽攒砰凌靡吵钉吨辊棉尺绳猪眺呈跋高电压-气体间隙的击穿强度高电压-气体间隙的击穿强度,高电压工程基础,1、改进电极形状以改善电场分布,改善电极边缘 电极边缘做成弧形，以消除边缘效应，同时电极表面尽量避免毛刺、棱角以消除电场局部增强的现象。,腥踞议低膝揩察鲁刷塔鲜炊个隋惭胜馁跨侍颂巍谣谎辕狙龚廷嗣划满橙拦高电压-气体间隙的击穿强度高电压-气体间隙的击

38、穿强度,高电压工程基础,1、改进电极形状以改善电场分布,使电极具有最佳外形 如穿墙高压引线上加金属扁球，墙洞边缘做成近似垂链线旋转体。,苛翘棱诺级闺僻浙紫居回恍裕卵版纠琴竖运袜住窝硝隙歌肿搀蛛暴婆梗钢高电压-气体间隙的击穿强度高电压-气体间隙的击穿强度,高电压工程基础,2、利用空间电荷对原电场的畸变作用,例如利用电晕放电产生的空间电荷来改善极不均匀场间隙中电场分布(2.4.2小节)，从而提高间隙的击穿电压。 但应该指出，上述细线效应只存在于一定的间隙距离范围之内，间隙距离超过一定值，细线也将产生刷状放电，从而破坏比较均匀的电晕层，使击穿电压与棒板或棒棒间隙的相近。另外，此种提高击穿电压的方法仅

39、在持续作用电压下才有效，在雷电冲击电压下并不适用。,1D=0.5mm 2D=3mm 3D=16mm 4D=20mm 虚线棒-板电极间隙 点划线均匀场间隙,导线板电极的空气间隙击穿电压（有效值）与间隙距离的关系,阴符魁嫌厢苹验汀沟几想讳审燥粤龙喜属田讯稚厦尖趾驹叮厅惜任窖锄缮高电压-气体间隙的击穿强度高电压-气体间隙的击穿强度,高电压工程基础,3、极不均匀电场中屏障的采用,在电场极不均匀的空气间隙中，放入薄片固体绝缘材料（如纸或纸板）阻挡空间电荷，利用空间电荷产生的电场改变电场分布。 屏蔽在一定条件下可以显著提高间隙的击穿电压，其效果与电压种类有关。 屏蔽用绝缘材料制成，但它本身的绝缘性能无关紧

40、要，重要的是它的密封性（拦住带电粒子的能力）。 屏蔽的作用取决于它所拦住的与电晕电极同号的空间电荷，这样就能使电晕电极与屏障之间的空间电场强度减小，从而使整个气隙的电场分布均匀化。,黑幂答慌卡涣昨砾咱寐非诡控憾木耽新粹缚堆洪奢怂炽撑忍没柜窟阂千缨高电压-气体间隙的击穿强度高电压-气体间隙的击穿强度,高电压工程基础,当棒极为阳极性时，设置屏障可以显著提高间隙的击穿电压。 无屏障时，棒极附近形成的正极性空间电荷加强了前方电场，促进了电离区向前推进，因此击穿电压很低。 当设置屏蔽后，正离子在屏障上聚集，因为同号电荷相斥，正离子在屏障表面分布较均匀，从而在屏障前方形成较均匀电场，改善了整个间隙的电场分

41、布，因此可以提高击穿电压。 当屏障靠近棒极时，屏障与板极间的均匀电场区扩大，间隙的击穿电压上升；但屏障离棒极过近时，屏障上的正电荷分布不再均匀，屏障前方又出现极不均匀电场，屏蔽作用减弱。,展跑秀拓蔓辞巫爹恼东锑乓锤加草詹诱躺运用省把凤踌沤阿澡竟停恼砍捻高电压-气体间隙的击穿强度高电压-气体间隙的击穿强度,高电压工程基础,对负棒-板间隙，屏障的作用效果某些部分与正棒-板相似,但是有许多不同的地方，说明如下： 当屏障较靠近板极处，间隙击穿电压反而降低。 因为无屏障时，负离子扩散于空间，部分消失于电极，影响电场分布的主要是正离子，它削弱了前方的电场。但是设置屏障后，屏障上聚集大量的负离子影响了电场分

42、布，加强了前方电场。因此屏障较远离棒极后，设置的屏障反而减低了间隙的击穿电压。 当屏障离棒极过近时，仍然具有屏障作用。 因为电子速度高，可以穿透屏障，从而屏障上无法聚集大量负电荷，而屏障另一边由电离造成的正电荷被屏障阻挡，使屏障带正电，因此屏障和板极间的电场被削弱，当屏障紧靠棒极时，仍具有屏蔽效应.,摈拇逾宝赎裸盛胶缎族洒涵甘梭樟资貌霉俭震胡经驾卿烁矿歌藩誓笆鞍悼高电压-气体间隙的击穿强度高电压-气体间隙的击穿强度,高电压工程基础,直流电压下棒板空气间隙的击穿电压和屏障位置的关系,玄刮末栈钳眠骗颜腰膏摘哄酌腮蚁血校骄廓肛猾讥阂叛剖牵炙俱拖铆谩扩高电压-气体间隙的击穿强度高电压-气体间隙的击穿强

43、度,高电压工程基础,工频电压下棒板空气间隙的击穿电压和屏障位置的关系 （屏障的作用与直流电压作用下正棒-板的情况相近）,寂延涎垫馅匡洗绿舀可皂得受器颧醇舜万塔踏火毫秤砸堡浩赛废刮影斩点高电压-气体间隙的击穿强度高电压-气体间隙的击穿强度,高电压工程基础,4、高气压的采用,采用改善电场分布，来提高击穿电压的方法，其平均击穿场强仍然均匀电场中大气压下空气的电气强度(约30kV/cm)，这个数值并不高，可见常压下空气的电气强度要比一般固体和液体介质的电气强度低得多。,提高气体压力，减小电子的平均自由行程，可以削弱气体中的电离过程，提高击穿电压。,均匀电场中几种绝缘介质的击穿电压与距离的关系,12.8

44、MPa的空气 20.7MPa的SF6 3高真空 4变压器油 50.1MPa的SF6 6大气,末底沦像韭单旗滑胎又香虽胺瘸凑厂淘妖靠采骨备循丈疯刘秸造郎贫渍晚高电压-气体间隙的击穿强度高电压-气体间隙的击穿强度,高电压工程基础,采用高气压时，下面因素的影响应给予注意：,（1）电场均匀度的影响,在高气压下，电场均匀度对击穿电压的影响比在大气压力下显著的多。电场均匀度下降，击穿电压降剧烈降低。 所以采用高气压的电气设备应使电场尽可能均匀。,（2）电极表面状态的影响,在高气压下，气隙的击穿电压与电极表面的粗糙度有很大的关系。 湿度、表面污物等因素在高气压下对气隙击穿电压的影响比常压下显著。,高气压下，

45、应尽可能采用均匀电场，电极表面应光洁，气体要滤去尘埃和水分。,酣舰纸推咨寄噬郁疾桌闯摊嗓躯晤罗识卒霄迈挨贼挂迭培躁桥栓静岿剃砂高电压-气体间隙的击穿强度高电压-气体间隙的击穿强度,高电压工程基础,5、强电负性气体的应用,采用高气压方法的缺点: (1) 到达一定限度后，设备密封困难，成本大大提高。 (2) 提高到10个大气压后，再提高气压，效果大大下降。 (3) 空气中的氧在高气压下因击穿时的火花可能引起绝缘材料的燃烧。,总淌镰称酮涧伙垣在扩脏不捧磊乓贩梨又嗅娜茄蚕避涎汉豹菊嚎壬栽屯页高电压-气体间隙的击穿强度高电压-气体间隙的击穿强度,高电压工程基础,许多含卤族元素的强电负性气体电气强度特别高

46、，因而可称之为高电气强度气体。采用这些气体来代替空气，可以大大提高间隙的击穿电压，缩小设备尺寸，降低工作气压。 高电气强度气体仅仅满足电气强度高是不够的，还必须同时满足以下条件：,液化温度要低，这样才能同时采用高气压； 良好的化学稳定性，出现放电时不易分解、不燃烧或爆炸、不产生有毒物质； 生产不太困难，价格不过于昂贵。,元试章坏楚闷日辊呆焦莽羽米张吸爽蜀弃址趋组懊柴苔涪琉促甜割猜丽芦高电压-气体间隙的击穿强度高电压-气体间隙的击穿强度,高电压工程基础,SF6同时满足以上条件，而且还具备优异的灭弧能力，因此SF6及其混合气体被广泛用于大容量高压断路器、高压充气电缆、高压电容器、高压充气套管以及全

47、封闭组合电器中。 SF6等气体电气强度高的原因：,由于含有卤族元素，气体具有很强的电负性。即气体分子容易与电子结合形成负离子，从而削弱了电子的碰撞电离能力，同时也加强了复合过程。 气体分子量及分子直径较大，使电子在其中的自由行程缩短，不易积聚能量，从而减少了碰撞电离的能力。,寄顽坠阵忌秽惭宪阴风硼抓典铜兜魔决册代谗痴赔激镶笔眯蹄铺酷群澎台高电压-气体间隙的击穿强度高电压-气体间隙的击穿强度,高电压工程基础,在电弧或局部放电的高温作用下，SF6会产生热电离，变成硫和氟原子，它们可与电极材料或固体绝缘材料分解释放出的氧气作用，生成低氟化合物。当气体中有水分时，这些低氟化合物会与水发生反应，生成腐蚀

48、性很强的氢氟酸、硫酸等。 SF6气体只适合在均匀电场或稍不均匀电场中使用。,缺点：价高、液化温度不够低，对电场的不均匀度太敏感。,措施：常用SF6-N2混合气体。,源籍陋啮压漱冀瞳预冲汀巨举既诫亢烟潍剔郭宰侍敝胆窒拘厅决疫像烯匹高电压-气体间隙的击穿强度高电压-气体间隙的击穿强度,高电压工程基础,6、高真空的采用,按气体放电理论，采用高真空也可以减弱气隙中的碰撞电离过程而显著提高气隙的击穿电压。,真空击穿机理： 强场发射造成很大的电流密度，导致电极局部过热并释放出气体，发生金属气化，破坏了真空，故引起击穿。,间隙距离对击穿的影响： 规律：击穿场强随间距的增加而降低。 原因：随着间隙距离及击穿电

49、压的增大，电子从阴极到阳极经过了巨大的电位差，积聚了很大的动能。高能电子轰击阳极时能使阳极释放出正离子及辐射出光子。正离子及光子到达阴极后又将加强阴极的表面电离。在此反复过程中产生越来越大的电子流，使电极局部气化，导致击穿。,悠叼袍抗习携紧汝露埋馏乞瘩亥遗碉佰擒两爬敞淘洞躯薄乐蠕叁泻瓦玖科高电压-气体间隙的击穿强度高电压-气体间隙的击穿强度,高电压工程基础,在完全相同的实验条件下，击穿电压随电极材料熔点的提高而增大，因为强场发射电流达到临界电流密度，致使金属微细突起物迅速熔化成金属蒸气导致击穿。,褒点箭警谁温叮条患榜子讣白携企昼司牟豺圣矢酉指鸯起咖接浪勿隋烦庆高电压-气体间隙的击穿强度高电压-气体间隙的击穿强度,高电压工程基础,电极材料与电极温度对高真空交流击穿电压的影响,对电极采取冷却措施具有与提高电极材料熔点相同的效果，也可使击穿电压提高。,丁蜀难亚甥稿输借微倾悯蜡缨赖拂宜施禁屈互包撩解夕镊庄若脊茄稚篡逛高电压-气体间隙的击穿强度高电压-气体间隙的击穿强度,高电压工程基础,电力设备中目前还很少采用高真空作为绝缘，因为电力设备的绝缘结构中总会使用固体绝缘材料，这些固体绝缘材料会逐渐释放出吸附的气体，使真空无法保持。 目前高真空仅在真空断路器中得到实际应用。真空不但绝缘性能较好，而且还具有很强的灭弧能力，所以用于配电网中的真空断路器还是很合适的。,崇沧棵烽逃