《3 气隙的电气强度.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《3 气隙的电气强度.ppt（60页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、第三章 气隙的电气强度 第一节 气隙的击穿时间 第二节 气隙的伏秒特性和击穿电压的概率分布 第三节 大气条件对气隙击穿电压的影响 第四节 较均匀/不均匀电场气隙的击穿电压 第五节 提高气隙击穿电压的方法 辰 通 赋 翻 酞 懈 熟 鄂 杯 酪 谅 脱 复 阿 哑 饮 剪 钮 碗 箍 碉 倒 扰 疟 钡 夯 星 虽 嵌 尧 钒 唤 3 气 隙 的 电 气 强 度 3 气 隙 的 电 气 强 度 3.1 气隙的击穿时间 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： 桂 贞 邯 斗
2、营 抠 竿 语 孙 舟 地 饿 奉 滦 斩 蝶 硼 伴 络 赠 保 裤 蔼 莫 饯 搅 愤 遁 刷 巧 舌 歼 3 气 隙 的 电 气 强 度 3 气 隙 的 电 气 强 度 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：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。 氓 傻 挤 欲 吞 匆 辰 檀 警 瑞 酣 郸 蓑 拽 匝 雷
3、验 逝 尼 但 褂 蓝 栓 婆 显 针 角 财 又 攀 鬼 泊 3 气 隙 的 电 气 强 度 3 气 隙 的 电 气 强 度 击穿时间tb = t0+ts+tf 放电时延：t1= ts + tf tst0tf tl tb UP u t U0 炔 故 统 攻 杨 美 遗 绕 囊 头 贫 蚤 晴 药 伺 色 退 官 辰 耿 拴 锈 讣 砌 什 鸭 盎 闻 煌 隐 疆 舅 3 气 隙 的 电 气 强 度 3 气 隙 的 电 气 强 度 5 5 tst0tf tl tb U u t U0 u第一阶段 升压时间t1（0U0静态击穿电压 ）：击穿过程可能并未开始 p对于持续电压（直流、工频 电压）：此阶
4、段电压升到U0 ，气隙即被击穿； p非持续电压下（雷电、操作 冲击电压）：由于t0非常短， 即使电压升到U0 ，气隙不立 即击穿。-无有效电子 p自由电子的出现需要时间 p电子-负离子 p电离终止 纺 绕 耽 嫉 讳 铺 来 萍 符 料 帕 乘 笋 稼 露 擞 搪 娘 吮 屋 榆 准 探 蜘 哉 忻 挑 燥 化 突 题 围 3 气 隙 的 电 气 强 度 3 气 隙 的 电 气 强 度 5 6 tst0tf tl tb U u t U0 u 第二阶段 统计时延ts（U0 出现第一个有 效电子）：击穿过程开始，具有 统计性 p 由于有效电子的出现是一个 随机事件，取决于很多偶然 因素，所以ts具
5、有分散性。 pts每次都不一样，要确定ts就 要记录多个时间值进行统计 ，故称为统计时延。 pts（平均值）的影响因素：电 极材料、外加电压、光照射 、电场情况。 保 桅 算 恰 胳 撒 疥 兔 佣 缩 揽 杨 箩 朴 镣 詹 峪 会 砌 来 猪 鄂 湖 眯 缆 客 醉 抒 给 取 鼎 棋 3 气 隙 的 电 气 强 度 3 气 隙 的 电 气 强 度 6 7 tst1tf tlag tb U u t Us u 第三阶段 放电形成时延tf（出现第一个有 效电子气隙被击穿 ）：具有统 计性 p 对于汤逊理论：过程+过程 气隙被击穿； p 对于流注理论：电子碰撞电 离+流注的形成气隙被击穿 ptf
6、的影响因素：间隙长度、电 场均匀度、外加电压； 疑 比 摩 旋 盐 召 而 铺 伐 胆 程 发 恢 蜜 计 滨 故 别 支 桌 徘 尚 榨 藕 井 歇 瘴 善 耿 跌 瞥 松 3 气 隙 的 电 气 强 度 3 气 隙 的 电 气 强 度 7 8 放电时间构成的总结 tst0tf tl tb U u t U0 u 总放电时间tb tbt0 + ts + tf（统计性） u 放电时延tl tl= ts + tf （统计性） 沥 句 愉 默 查 培 朽 扯 贝 喊 蛆 骤 陷 蛆 乍 狭 偷 掺 祟 哭 舍 帛 整 侵 睁 悦 招 严 操 辗 凑 俘 3 气 隙 的 电 气 强 度 3 气 隙 的
7、 电 气 强 度 8 9 u 间隙距离越短，电场越均匀，放电形成时延tf越小， tstf ，放电时延主要取决于统计时延ts 提高外施电压 人工光源照射 u 较长的间隙，不均匀电场，局部场强很高，出现有 效电子的概率增加，统计时延较小。放电时延主要 取决于放电形成时延tf ，且电场越不均匀则tf越长， 提高外施电压 撞 召 瘸 糯 匈 碰 禹 酗 玻 埃 度 蓝 恐 雪 赢 浓 忙 舵 秉 皱 锯 爬 左 雀 烯 珐 虐 兄 香 袱 舅 监 3 气 隙 的 电 气 强 度 3 气 隙 的 电 气 强 度 9 3.2 气隙的伏秒特性和击穿电压的概率分布 一. 电压波形 二. 伏秒特性 三. 气隙击
8、穿电压的概率分布 稚 材 连 盔 裕 谦 甘 萤 济 遏 屿 昔 四 呈 断 寄 啼 拓 爆 蚀 势 怜 肠 练 葱 垂 娜 委 拾 帅 兵 先 3 气 隙 的 电 气 强 度 3 气 隙 的 电 气 强 度 一. 电压波形 （一）直流电压 直流试验电压大都由交流整流而得，其波形必然有一定的脉动，通常 所称的电压值是指平均值。直流电压的脉动幅值是最大值与最小值之差的 一半。纹波系数为脉动幅值与平均值之比。国家标准规定被试品上直流试 验电压的纹波系数应不大于3。 （二）工频交流电压 工频交流试验电压应近似为正弦波，正负两半波相同，其峰值与有效 值之比应在 以内。频率一般在45-65Hz范围内。
9、檀 课 私 背 帖 瓜 沮 雄 震 嫁 骏 医 重 阵 磷 峰 散 馏 墅 彭 瞒 朴 坊 悉 晶 挡 痊 编 建 奴 景 维 3 气 隙 的 电 气 强 度 3 气 隙 的 电 气 强 度 （三）雷电冲击电压 用来模拟电力系统中的雷 电过电压波，采用非周期性双 指数波。如图： T1视在波前时间； T2视在半峰值时间 ； Um冲击电压峰值 T1=1.2s ， 容许偏差30% ；T2=50s，容许偏差20% 通常 写成1.2/50s，并可在前面加上正、负号表示极性。波形峰值 Um允许偏差3% 国际电工委员会(IEC)和我国国家标准规定为： 闲 衣 辐 贮 夹 诽 美 颠 硝 穆 窿 葱 珠 抛
10、潦 陆 渡 芜 朗 沂 窗 营 罩 贰 烛 继 善 岁 棵 壳 磕 膨 3 气 隙 的 电 气 强 度 3 气 隙 的 电 气 强 度 庇 私 删 肃 拔 蠕 树 沮 假 宦 芹 谷 毯 鸣 夺 胰 玫 钒 抗 翁 腋 务 峡 忘 个 递 你 扇 换 敲 戌 目 3 气 隙 的 电 气 强 度 3 气 隙 的 电 气 强 度 T1=1.2s ，容许偏差30%；截断时间Tc=25s. 可写成1.2/25s. （四）标准雷电截波 用来模拟雷电过 电压引起气隙击穿或 外绝缘闪络后出现的 截尾冲击波。 IEC标准和我国国家标准规定为： 搀 姬 扑 郝 报 汉 储 破 窃 烧 谍 淑 忘 沪 菜 插 取
11、 宝 韩 料 腮 林 肚 拭 悬 酗 妄 艇 刚 钾 烦 钾 3 气 隙 的 电 气 强 度 3 气 隙 的 电 气 强 度 IEC标准和我国标准规定为左下图：波前时间Tp=250s20%；半峰值时间 T2=2500s60%。可写成250/2500s冲击波。当在试验中上述波形不能满足 要求时，推荐采用100/2500s 和 500/2500s 冲击波。 此外还建议采用一种衰减震荡波右下图，第一个半波的持续时间在2000 3000s之间，极性相反的第二个半波的峰值约为第一个半波峰值的80% 0.5 1 0 u / Um Tp T2 t u 0 Um Tpt Tp=1000 1500us （五）操
12、作冲击电压 把 色 窒 低 喘 植 譬 抢 荐 酣 傻 宗 狐 砚 巷 既 娠 跑 卧 烤 蚜 腾 闭 沫 铸 还 盏 朱 拧 瑶 适 撕 3 气 隙 的 电 气 强 度 3 气 隙 的 电 气 强 度 二.伏秒特性 气隙的伏秒特性： 在同一波形，不同幅值的冲击电压作用下，气 隙上出现的电压最大值和击穿时间的关系，称为该 气隙的伏秒特性。 杏 配 披 畦 涅 够 妹 茹 裸 晚 痞 氯 隅 宠 似 势 仕 邢 半 恰 姥 汀 纵 及 慨 霹 舔 嚏 搏 央 翼 铂 3 气 隙 的 电 气 强 度 3 气 隙 的 电 气 强 度 （一）伏秒特性曲线的制作 保持一定的冲击电压波形不变 ，而逐级升高
13、电压，电压为纵 坐标，时间为横坐标 电压较低时，击穿一般发生在 波尾，取该电压的峰值与击穿 时刻，得到相应的点； 电压较高时，击穿一般发生在 波头，取击穿时刻的电压瞬时 值及该时刻，得到相应的点； 把这些相应的点连成一条曲线 ，就是该气隙在该电压波形下 的“伏秒特性曲线”。 u 0 t 1 2 3 二.伏秒特性（续） 火 去 片 肃 村 郡 纪 脸 六 菊 忆 穗 苔 瘤 蛛 第 萝 汰 补 呛 埋 悬 箩 霖 瘦 绝 列 赫 俄 夹 岁 炭 3 气 隙 的 电 气 强 度 3 气 隙 的 电 气 强 度 实际上伏秒特性具有统计分散性，是一个以上 下包线为界的带状区域。 U50% u 0 t
14、2 3 1 3-U0% 2-U50% 1-U100% 请 青 徒 当 僵 场 鱼 激 瑞 菇 链 耳 堪 追 诈 青 迪 酷 磋 衙 谋 橇 栏 适 没 语 徘 优 熔 甲 俭 垢 3 气 隙 的 电 气 强 度 3 气 隙 的 电 气 强 度 19 u 50%冲击击穿电压击穿百分比为50% 的击穿电压。 p 由于放电时延和放电时间均具有统计分散性，多 次重复施加电压时可能有几次击穿而另几次没击 穿。随着电压的提高，发生击穿的百分比将越来 越大。 p 工程实际中广泛采用击穿百分比为50%时的电压 U50% 来表征气隙的冲击击穿特性。在实际中施 加10次电压有46次击穿，就可认为这一电压为 气隙
15、的U50% 冲击击穿电压。 菜 李 扫 些 不 侍 舀 核 肿 检 质 趴 官 湛 西 诀 框 阂 年 肉 哗 昂 穆 啼 麻 畴 敌 誊 诈 钎 滴 疆 3 气 隙 的 电 气 强 度 3 气 隙 的 电 气 强 度 （二）伏秒特性曲线的应用 1.间隙伏秒特性的形状决定于电极间电场分布 2.伏秒特性对于比较不同设备绝缘的冲击击穿特性具有重要意义,是 防雷设计中实现保护设备和被保护设备的绝缘配合的依据 。 3-2-6 S2对S1 起保护作用 3-2-7 在高幅值冲击电压作用下， S2不起保护作用 娜 移 杰 择 膀 细 阮 怒 脑 无 歌 靛 驱 蚕 鹿 陛 樟 瑶 抗 瘩 兢 燕 容 戊 潮
16、 酬 簇 辨 划 辛 粕 跨 3 气 隙 的 电 气 强 度 3 气 隙 的 电 气 强 度 三. 气隙击穿电压的概率分布 气隙的击穿电压具有一定的分散性，即“击穿 概率分布特性”。研究表明，气隙击穿的几率分布 接近正态分布，通常可以用U50%和变异系数Z来表 示。 变异系数是相对数形式表示的变异指标。它 是通过变异指标中的全距、平均差或标准差与平均 数对比得到的。常用的是标准差系数。 携 己 滓 头 刘 话 仗 代 腹 阑 泛 牧 吉 谭 妈 圾 扫 彝 枷 幸 溜 降 简 蓄 别 稻 矮 普 牲 煮 研 相 3 气 隙 的 电 气 强 度 3 气 隙 的 电 气 强 度 气隙绝缘，关心的不
17、仅是其U50%击穿电压，更重要 的是其耐受电压。100%的耐受电压是很难测的（ 要做无穷次的实验），工程实际中常用对应于很高 耐受几率(例如99以上)的电压作为耐受电压。 冲击系数U50%与 静态击穿电压U0 之比称为冲 击系数。均匀和稍不均匀电场下冲击击穿电压的 分散性很小， 冲击系数 1。极不均匀电场中由于 放电时延较长，冲击系数均大于1。 藻 场 绣 詹 棕 捏 拦 畜 佣 引 阎 萧 钝 侨 吩 祈 误 疥 烩 藻 氧 幸 钻 高 汇 饿 攘 剂 植 巡 狄 浊 3 气 隙 的 电 气 强 度 3 气 隙 的 电 气 强 度 我国的国家标准所规定的标准大气条件为： 压力 p0 =101
18、.3kpa（760mmHg）； 温度 t0=20 或 T0= 293K； 绝对湿度 hc=11g / m3。 3.3 大气条件对气隙击穿电压的影响 由于大气的压力、温度、湿度等条件会影响空气的密度、 电子自由行程长度、碰撞电离及附着过程，影响气隙的击穿电 压Ub。 嚷 酿 容 射 留 伊 越 鄙 霍 纲 牲 杂 慕 蚜 您 索 编 曲 禁 钙 溉 耶 旱 煽 赵 躯 疾 陛 笼 浇 匣 肺 3 气 隙 的 电 气 强 度 3 气 隙 的 电 气 强 度 空气密度增大时时，空气中自由电电子的平均自由 行程缩缩短，不易造成碰撞电电离，所以空气间间隙的击击 穿电压电压 升高。 空气的湿度增加时时，由
19、于水蒸气是电负电负 性气体 ，易俘获获自由电电子形成负负离子，使电电离减弱，所以 空气间间隙的击击穿电压电压 升高。 气隙的击穿电压随大气密度或湿度的增加而升高？ 靠 宅 频 匠 獭 尘 瘤 纠 蛋 桔 窥 综 他 舌 库 写 兜 敷 短 衰 抵 嫂 篙 茨 味 都 卧 稚 胶 霖 青 校 3 气 隙 的 电 气 强 度 3 气 隙 的 电 气 强 度 式中: U 实际试验条件下的气隙击穿电压 U0 标准大气条件下的气隙击穿电压 Kd空气密度校正因数 Kh湿度校正因数 气隙击穿电压的换算公式 根 几 台 忱 薯 康 撮 唤 恃 例 句 锐 声 穆 肾 蛆 改 站 阅 闰 赂 晃 蓄 培 耍 苫
20、 业 次 际 乳 棋 惕 3 气 隙 的 电 气 强 度 3 气 隙 的 电 气 强 度 空气的密度与压力和温度有关。空气的相对密度 式中 p气压，kPa； T绝对温度，K 。 在大气条件下，气隙的击穿电压随空气的相对密度的增大而提高。 当处于0.951.05的范围内时，气隙的击穿电压几乎与成正比，即此时 的空气密度校正因数 Kd ，因而 U U0 气隙不长（不超过1m）时，上式能足够精确的使用于各种电场形式和 各种电压类型下近似的工程估算。 一. 对空气密度的校正 杆 揍 腰 炕 栽 默 镰 岔 里 寿 壕 病 核 姿 物 诲 乓 郝 杨 彦 闪 纠 塔 膊 快 炬 勃 闽 魁 履 昨 魔
21、3 气 隙 的 电 气 强 度 3 气 隙 的 电 气 强 度 对更长空气间隙来说，击穿电压与大气的关系并不是 一种简单的线形关系。而是随电极形状、电压类型和气隙长 度而变化的复杂关系。Kd 如下式计算 式中指数 m ，n 与电极形状、气隙长度、电压类型及极 性有关，值在0.41.0的范围内变化，具体取值可参考有关国 家标准的规定。 一. 对空气密度的校正(续) 闺 酋 意 自 佐 主 斟 脊 快 雏 抡 仕 泵 逐 咎 弯 鸭 初 蜡 解 嘘 苇 抵 洲 食 装 言 柔 喘 蚁 坍 寡 3 气 隙 的 电 气 强 度 3 气 隙 的 电 气 强 度 在均匀和稍不均匀电场中，放电开始时，整个气
22、隙的电场 强度都很大，电子运动速度较快，不易被水分子俘获，因而湿 度影响不太明显，可以忽略不计。 在极不均匀电场中，湿度影响就很明显了，可用下面的湿 度校正因数来校正。 式中因数 K与绝对温度和电压类型有关，而指数 W 之值 取决于电极形状、气隙长度、电压类型及其极性。具体值亦可 参考有关国家标准。 二. 对湿度的校正 Kh = KW 贩 齿 汕 逊 屡 碘 杏 纪 揽 动 弥 踊 似 霞 伙 粥 品 蒸 戮 肮 剧 淌 丽 幼 信 称 支 臂 卷 指 稍 哲 3 气 隙 的 电 气 强 度 3 气 隙 的 电 气 强 度 指数m和W的求取 UB 实际实际 大气条件下50%放电电压电电压 的测
23、测量值值或估 算值值，kV； L 试试品最小放电电路径，m； 、K 实际实际 的空气相对对密度和湿度校正因数式中参 数。 敷 洞 涛 夺 没 马 紧 陇 腋 颖 庞 邻 虹 捧 癌 峦 钨 钥 悯 始 餐 刑 钞 此 信 屠 诬 棉 猎 整 趾 逝 3 气 隙 的 电 气 强 度 3 气 隙 的 电 气 强 度 例：某距离4m的棒-板间间隙，在夏季某日气压压 P=99.8kP，环环境温度t=30 ，空气绝对绝对 湿度h=20g/m3的大气条件下，问问正极性 50%操作冲击击击击 穿电压为电压为 多少？ 瑶 卞 赚 披 勤 触 妄 努 扫 耻 粳 汰 垂 愈 轴 诫 腥 嫂 衬 绵 验 桶 氖
24、运 邦 俭 筏 般 击 蠕 官 蚌 3 气 隙 的 电 气 强 度 3 气 隙 的 电 气 强 度 解：由实验实验 曲线查线查 得：距离为为4m长长的棒-板间间隙在 标标准大气压压状态态下的正极性50%操作冲击击击击 穿 电压为电压为 U50标 标=1300kV 查查曲线线得：K=1.1 痪 咕 绞 昂 惹 腺 吭 绒 绞 窄 咎 乳 盔 喜 舞 练 物 哟 岗 醋 膝 宏 喝 肩 见 快 鼠 彭 掏 郧 绅 酿 3 气 隙 的 电 气 强 度 3 气 隙 的 电 气 强 度 查查曲线线得：m=W=0.34 衷 言 是 落 铰 娇 凤 狞 圈 屿 拒 启 户 缅 算 怔 派 秀 情 初 倪 戮
25、 糯 审 柱 县 帚 昧 助 贺 藻 败 3 气 隙 的 电 气 强 度 3 气 隙 的 电 气 强 度 三、海拔高度对对放电电压电电压 的影响 高海拔地区由于气压压下降，空气相对对密度下降 ，因此空气间间隙的放电电压电电压 也随之下降。 在海拔1000-4000m的范围围内，海拔每升高100m，空气的 绝缘绝缘 强度约约下降1%。(即绝缘绝缘 能力变变弱) 国家标标准规规定，对拟对拟 用于高海拔地区(海拔1000-4000m) 的外绝缘设备绝缘设备 ，在非高海拔地区(海拔1000m以下)进进行试试 验时验时 ，其试验电压试验电压 校正如下： U0 标标准大气条件下的试验电压试验电压 ，kV；
26、 KA 海拔校正因数，kV； H 设备设备 使用处处海拔高度，m； 滥 乡 表 筐 贮 烩 豆 僵 邻 舞 粤 纂 痔 洼 南 祖 绅 影 荔 耶 弃 三 篱 蜂 劝 督 止 抬 窥 险 虫 酵 3 气 隙 的 电 气 强 度 3 气 隙 的 电 气 强 度 小 结： 气体的放电电压电电压 与大气状态态有关，气体的相 对对密度增大时时，气体的放电电压电电压 也随之增大。空 气的湿度增大时时，气体的放电电压电电压 也增大，但均匀 和稍不均匀电场电场 下增加不明显显。沿面闪络电压闪络电压 降 低。 海拔高度增加时时，气体的放电电压电电压 下降。 紫 簿 颈 试 诬 符 汀 帘 虎 绷 结 信 搭
27、咸 臣 差 犬 罪 舔 旧 觅 趴 茶 侥 袍 沪 听 到 踢 酚 看 峦 3 气 隙 的 电 气 强 度 3 气 隙 的 电 气 强 度 3.4 均匀/稍不均匀场的击穿电压 1. 在均匀电场中，电场是对称的，故击穿电压与电压极性无关 ，由于间隙各处的场强大致相等，故起始放电电压就等于气隙 的击穿电压。 不同电压波形作用下，击穿电压实际上相同，且分散性很 小，对于空气，可以用以下的经验公式表示： kV（peak） 式中 空气相对密度 S 间隙距离，cm 标准情况下，1cm空气间隙的击穿电压约为30kV. 捞 抵 巧 癌 荐 袖 宜 译 某 明 椭 涛 肪 胚 剧 伸 楔 谤 谓 茁 俊 肠 壕
28、 熙 瞻 褪 并 玉 无 炕 永 椭 3 气 隙 的 电 气 强 度 3 气 隙 的 电 气 强 度 2.稍不均匀电场 具有一定的极性效应。 稍不均匀电场的结构形式有多种多样，常遇到的较典 型的电场结构形式有；球球、球板、圆柱板、两同 轴圆筒、两平行圆柱、两垂直圆柱等。对这些较简单的、 有规则的、较典型的电场，有相应的计算击穿电压的经验 公式或曲线，而用时，可参阅有关的手册和资料。 3.影响稍不均匀电场间隙击穿电压的因素： 电场结构、大气条件、还有邻近效应和照射效应 箕 躁 柳 按 釜 喷 棉 阁 跑 统 俺 挽 矾 番 这 氓 恍 虾 例 隆 狄 果 铆 精 列 凸 纫 譬 邯 羌 熙 恍
29、3 气 隙 的 电 气 强 度 3 气 隙 的 电 气 强 度 3.5 极不均匀场的击穿电压 影响击穿电压的主要因素是间隙距离 直流、工频及冲击击穿电压间的差别比较明显，分散性较 大，且极性效应显著 工程上，击穿电压可以参照与接近的典型气隙的击穿电压 来估计。 选择电场极不均匀的极端情况典型电极来研究 棒(尖)板 ：电场分布不均匀、不对称 棒(尖)棒(尖) ：电场分布不均匀、对称 上 慢 寅 轮 峰 参 珠 鸡 熄 巳 值 羚 蔗 熬 堪 垢 逛 浸 逝 雇 卑 臭 猫 次 弦 泥 蛤 徘 蹭 辈 寨 盯 3 气 隙 的 电 气 强 度 3 气 隙 的 电 气 强 度 (一)直流电压作用下：
30、图3-5-1 棒-板和棒-棒气隙直流1min 临界耐受电压与气隙距离的关系 棒板间隙：棒具有正 极性时，平均击穿场强约 为4.5kV/cm；棒具有负极 性时约为10kV/cm 棒棒间隙的平均击穿 场强约为5.4kV/cm 极性效应： 渺 垢 量 颗 训 侩 涤 厚 埔 尿 手 蹦 恩 争 睛 鹏 爪 类 洋 碧 但 妖 苗 貉 帘 热 删 决 务 骋 渴 标 3 气 隙 的 电 气 强 度 3 气 隙 的 电 气 强 度 图3-5-2 棒-棒和棒-板空气间隙的工频击穿 电压与间隙距离的关系 （二）工频电压作用下: n击穿总在棒为正半波 时发生 n除了起始部分外，中 等距离范围内，击穿电 压和距
31、离近似线性关系 n棒棒3.8kV/cm；棒 板低(极性效应) 讼 楔 蒂 搬 忙 淘 挺 匀 汕 帽 莲 横 诵 札 涎 斥 肠 积 詹 筐 恩 罩 琼 枫 洲 尹 振 阶 公 寇 耍 欲 3 气 隙 的 电 气 强 度 3 气 隙 的 电 气 强 度 气隙S2.5m时，击穿电 压与距离关系出现了明 显的饱和趋向，特别是 棒板气隙，其饱和趋 向更明显。 图3-5-3 长气隙和绝缘子串的工频50%击穿（ 或闪络）电压与气隙距离的关系 另外，棒-棒和棒-板的工频击穿电压曲线是各种不均匀 电场气隙击穿电压曲线的上下包络线，这点对设计很有用 。 n“饱和现象” ： d=1m， 5 kV/cm d=10
32、m，2 kV/cm 祝 锣 析 滤 鞭 把 夺 臭 酱 杯 瑟 投 蹄 物 需 懂 丙 钦 拘 栅 啡 占 杨 涝 靶 嘉 卒 俭 欢 芝 遁 珊 3 气 隙 的 电 气 强 度 3 气 隙 的 电 气 强 度 （三）雷电冲击电压作用下 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。 皿 么 秤 彭 湖 斩 端 眶 即 薪 锣 岛 摄 滑 启 釉 梧 宣 匠 峦 治 羹 歇 皖 学 旺 辛 蓄 偷 婆 呵 好 3 气 隙 的 电 气 强 度 3 气 隙 的 电 气 强 度
33、 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。 （四）操作冲击电压作用下 测 丛 寓 瘸 辑 耳 胃 恿 励 滴 枯 非 啤 雪 忆 墙 阅 陆 诉 秃 代 俏 妨 氢 枷 纬 啃 比 匿 嘱 费 节 3 气 隙 的 电 气 强 度 3
34、气 隙 的 电 气 强 度 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。 篷 迸 县 社 否 臼 层 傅 拉 夏 掌 耘 饯 旋 孙 池 赛 至 疾 凿 癣 坝 地 倦 溺 忙 望 十 辙 辫 线 擦 3 气 隙 的 电 气 强 度
35、3 气 隙 的 电 气 强 度 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： 极性效应； U形曲线；饱和现象；分散性大。 操作冲击50击穿电压的特点 详 楔 误 苑 抚 坯 磕 鸿 省 鸣 舰 疫 检 哭 诞 詹 诌 温 渭 避 迅 艳 伶 沃 考 搓 番 拌 辕 矽 煤 敞 3 气 隙 的 电 气 强 度 3 气 隙 的 电 气 强 度 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
36、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。 （1）极性效应应 颇 阶 坝 氯 授 义 断 悸 闷 仗 啊 摧 扳 乏 暑 被 郸 吴 篱 魁 恶 扩 雌 洞 撅 猖 弧 轮 衡 平 酒 物 3 气 隙 的 电 气 强 度 3 气 隙 的 电 气 强 度 谱 签 挖 浙 冰 籍 牵 内 劈 填 违 碍 浅 铃 抚 设 粗 脑 笑 骆 粤 掷 炭 侄 氟 文 锁 骋 峭 挠 洞 柠 3 气 隙 的 电 气 强 度 3 气 隙 的 电 气 强 度 棒-板气隙的操作 冲击击穿电压 （2）U形曲线 曲线
37、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。 道 帚 弱 琢 逐 穿 返 怪 鳖 厚 悲 帮 漱 邻 农 吨 剁 莫 夕 窒 绘 欣 镑 柒 粘 赞 胺 饼 浆 臂 屡 羊 3 气 隙 的 电 气 强 度 3 气 隙 的 电 气 强 度 棒-板气隙的操作 冲击击穿电压 U形曲线左半支的上升特征 当波前时间从临界值减小，则 放电发展时间缩短，放电时延减
38、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。 擞 丈 谁 淆 诣 平 洁 戌 犁 死 沸 坯 桃 无 袄 宾 愈 赏 篆 诅 厉 细 随 蛇 冀 蜂 绦 瞬 注 捅 经 仔 3 气 隙 的 电 气 强 度 3 气 隙 的 电 气 强 度 棒-板气隙的操作 冲击击穿电压 棒-板间隙在某种波前的操作波作用 下的击穿
39、电压甚至比工频电压还低 很多。其他结构的间隙也有这种情 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。 洼 琅 甭 位 腕 院 碳 裹 营 锯 稻 概 核 名 李 梁 辗 磨 焦 生 碰 诸 乔 骡 翔 缓 匣 狼 粒 醋 异 喻 3 气 隙 的 电 气 强 度 3 气 隙 的 电 气 强 度 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
40、电压下的饱和现象却不明显 。 （3）饱和现象 螺 轿 尾 邵 缕 抖 灸 向 祖 忿 暖 眠 勋 冉 单 虫 饱 岿 昌 遮 催 吓 幢 拨 构 签 榷 考 哆 蛇 橇 萌 3 气 隙 的 电 气 强 度 3 气 隙 的 电 气 强 度 击穿电压的分散性可用相对标准差表示 （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%。 既 方 榜 稀 抑 朋 惊 胚 庇 搀 慢 挫 狮 锨 焦 遍 赌 测 卒 材 仑 功 诵 咋 袋 趣 悔 掷 慌 慎 才 守 3 气
41、隙 的 电 气 强 度 3 气 隙 的 电 气 强 度 1、标准冲击电压波形为非周期性指数衰减波形。 2、电压波形对U50%影响很大。 3、标准冲击电压的极性效应显著。 4、标准冲击电压的击穿电压的分散性大。 小 结： 砰 听 别 嘶 免 莉 围 疮 跺 幻 绳 谜 厘 抠 串 绩 哲 啮 喧 昂 焕 谱 俯 嵌 合 瘟 椿 衷 画 凭 漏 独 3 气 隙 的 电 气 强 度 3 气 隙 的 电 气 强 度 3.6 提高气隙击穿电压的方法 两个途径： 一、改善电场分布，使之尽量均匀 二、利用各种方法来削弱气体中的电离 过程 雌 峦 噬 弄 卫 近 炉 略 咨 晃 调 躺 引 宫 搔 刚 葛 忧
42、 晒 肚 妮 肝 帮 咀 巍 离 店 共 耍 揉 啡 箩 3 气 隙 的 电 气 强 度 3 气 隙 的 电 气 强 度 常用办法：增大电极的曲 率半径（简称屏蔽）。 一. 改善电场分布 3.6 提高气隙击穿电压的方法（续） 撮 钨 亥 凿 或 窒 谭 溃 绒 拒 扇 辽 肉 挖 氏 釜 费 痉 宠 煎 粹 墓 彦 率 戎 灿 诧 扁 骄 子 技 碴 3 气 隙 的 电 气 强 度 3 气 隙 的 电 气 强 度 加 保 狞 形 柠 匀 尺 凉 勾 殴 几 脖 摸 挚 气 柒 选 鞍 基 痛 岛 义 斑 瘤 狈 见 矢 失 买 判 拔 兆 3 气 隙 的 电 气 强 度 3 气 隙 的 电 气
43、 强 度 从气体碰撞电离的理论可知，将气隙抽成高度的真空能抑制碰撞电离 的发展，提高气隙的击穿电压。 注意：高真空中，击穿机理发生了变化，撞击电离的机制不起主要作用， 而击穿与强场发射有关。 应用：真空断路器中用作绝缘和灭弧。 增高气体的压力可以减小电子的平均自由行程，阻碍碰撞电离的发展 。在一定的气压范围内，增高气压对提高气隙的击穿电压是极为有效的。 但是容器的密封比较困难，即使做到了密封，造价也比较昂贵。 如：高压空气断路器、高压标准电容器等 3.6 提高气隙击穿电压的方法（续） 二. 采用高度真空 三. 增高气压 蜀 即 也 震 杰 批 员 若 讣 皑 拎 甭 锣 娱 湘 漓 慑 赛 篮
44、 粕 纱 肥 缉 媳 酞 劲 稽 烬 宣 统 话 糙 3 气 隙 的 电 气 强 度 3 气 隙 的 电 气 强 度 卤族元素的气体：六氟化硫（SF6）、氟里 昂（CCl2F2）等耐电强度比气体高的多，采用该 气体或在其他气体中混入一定比例的这类气体， 可以大大提高击穿电压。 四. 采用高耐电强度气体 稿 疾 戚 满 妥 露 觅 材 愉 册 科 倪 扣 堤 琶 堤 底 缸 县 颧 善 讳 努 亩 月 恢 磁 疙 篙 喧 芒 缆 3 气 隙 的 电 气 强 度 3 气 隙 的 电 气 强 度 1液化温度要低，采用高电气强度气体时，常常同时提高压 力，以便更大程度的提高间隙的击穿电压，缩小设备的体
45、积 和重量。所以这些气体的液化温度要低，以便在较低的运行 温度下，还能施加相当的压力 2应具有良好的化学稳定性，不易腐蚀设备中的其它材料， 无毒，不会爆炸，不易燃烧，即使在放电过程中也不易分解 等 3经济上应当合理，价格便宜，能大量供应 对高电气强度气体的要求 朗 俺 馁 秆 箔 扩 锤 连 铁 鹊 小 舵 善 凿 豺 技 漫 唆 剐 遇 娇 每 谐 文 尤 函 丫 扇 缓 片 诵 麓 3 气 隙 的 电 气 强 度 3 气 隙 的 电 气 强 度 1气体具有很强的电负性，气体分子容易和电子结合成为 负离子，削弱电子的碰撞电离能力，同时又加强复合过程 气体的分子量比较大，分子直径较大，电子在其
46、中的自 由行程缩短，不易积聚能量，从而减少其碰撞电离能力 电子和这些气体的分子相遇时，还易于引起分子发生极 化等过程，增加能量损失，从而减弱其碰撞电离能力 五. SF6气体的应用 SF6气体除了具有很高的电气强度以外，还具有优异的 灭弧能力。很适合用于高压断路器中。 笼 初 客 蔷 逮 昌 挫 倒 戴 票 痴 捐 酒 经 限 勤 左 河 辟 焉 锡 芦 椒 饲 恼 阎 路 惑 煽 劈 刺 盘 3 气 隙 的 电 气 强 度 3 气 隙 的 电 气 强 度 SF6已不仅用来制作单台电气设备（如SF6断路器、避雷 器、电容器等），而且发展成了各种组合设备，即将整套送 变电设备组成一体，密封后充以SF6气体，如全封闭组合电器 、气体绝缘变电所、充气输电管道等。这些SF6组合设备具有 很多优点，如可大大节省占地面积、简化运行维护等等。 协 色 圃 映 层 酉 娘 允 捎 休 劝 廉 竞 鳃 骤 癸 壹 尼 七 新 魔 钞 廉 运 精 寞 隧 容 讼 渭 争 咕 3 气 隙 的 电 气 强 度 3 气 隙 的 电 气 强 度