高电压技术第三章.ppt

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第三章第三章气隙的电气强度气隙的电气强度3.13.1气隙的击穿时间气隙的击穿时间

（1）.

（1）.间隙击穿要满足二个条件间隙击穿要满足二个条件a.a.一定的电压幅值一定的电压幅值b.b.一定的电压作用时间一定的电压作用时间tt00：

外施电压开始到达到：

外施电压开始到达到静态击穿电压静态击穿电压UU00（外施电（外施电压）压）统计时延统计时延ttss：

施加：

施加UU00后到后到出现一个能引起击穿的出现一个能引起击穿的初始电子崩所需的第一初始电子崩所需的第一个有效自由电子个有效自由电子放电形成时延放电形成时延ttff：

第一个：

第一个有效自由电子到放电过有效自由电子到放电过程完成所需的时间程完成所需的时间放电时延：

放电时延：

ttll=ttss+ttff放电时间：

放电时间：

tt11U0t0tstft1tlUt0冲击电压作用下空气间隙的击穿冲击电压作用下空气间隙的击穿1

（2）.

（2）.统计时延统计时延tsts通常把电压达间隙的静态击穿电压通常把电压达间隙的静态击穿电压UoUo开始到间隙开始到间隙中出现第一个有效电子为止所需的时间。

中出现第一个有效电子为止所需的时间。

不均匀电场内，不均匀电场内，ts小小（3）.（3）.放电形成时延放电形成时延ttff从第一个有效电子到间隙完成击穿所需的时间从第一个有效电子到间隙完成击穿所需的时间,包包括电子崩、流注到主放电的发展所需的时间。

括电子崩、流注到主放电的发展所需的时间。

均匀均匀电场内，电场内，tf小小。

（4）.（4）.放电时延放电时延ttLLttLL=ts+t=ts+tff2（5）气体间隙在冲击电压作用下击穿所需全部）气体间隙在冲击电压作用下击穿所需全部时间：

时间：

t=t0+ts+tf其中：

其中：

ts+tf就是放电时延就是放电时延tL33.23.2气隙的伏秒特性和击穿电压的概率分布气隙的伏秒特性和击穿电压的概率分布1.1.电压波形电压波形（11）直流电压）直流电压（22）工频交流电压）工频交流电压（33）雷电冲击电压）雷电冲击电压（44）操作冲击电压）操作冲击电压4雷电标准波形雷电标准波形5几个参数几个参数波头时间波头时间TT11：

TT11=（1.230%）=（1.230%）ss是经过是经过0.3Um0.3Um和和0.90.9UmUm两点的直两点的直线构成的视在斜角波前。

线构成的视在斜角波前。

6几个参数几个参数波长时间波长时间:

T:

T22=（5020%）=（5020%）ss标准波形通常用符号标准波形通常用符号表示表示.是经过是经过0.3Um0.3Um和波头后和波头后0.5Um0.5Um两两点构成的时间。

点构成的时间。

7（44）操作冲击电压下间隙的击穿特性）操作冲击电压下间隙的击穿特性电力系统在操作或发生事故时，因状态发生电力系统在操作或发生事故时，因状态发生突然变化引起电感和电容回路的振荡而产生的过突然变化引起电感和电容回路的振荡而产生的过电压。

电压。

11操作过电压：

操作过电压：

波形对击穿电压有很大影响；波形对击穿电压有很大影响；在一定的波形下操作冲击在一定的波形下操作冲击5050击穿电压比工击穿电压比工频击穿电压还低（长间隙）。

频击穿电压还低（长间隙）。

33近来研究表明：

近来研究表明：

与工频电压的击穿特性差别不大，其击穿电压介与工频电压的击穿特性差别不大，其击穿电压介于雷电冲击击穿电压和工频击穿电压之间，一般可以于雷电冲击击穿电压和工频击穿电压之间，一般可以引入某个操作冲击系数把操作过电压折算成等效工频引入某个操作冲击系数把操作过电压折算成等效工频过电压来考虑。

过电压来考虑。

22过去的误解：

过去的误解：

T1=250微秒+/-20%T2=2500微秒+/-60%44操作冲击电压的的推荐波形为操作冲击电压的的推荐波形为89操作冲击电压下击穿的操作冲击电压下击穿的UU形曲线形曲线操作冲击击穿通常发生在波前部分，因而其击穿电压与波前时间有关而与波尾时间无关；操作冲击U50和波前时间的关系呈U形，在某一时间（临界波前时间）有极小值；出现击穿场强极小值的波前时间随着间隙距离的增大，临界波前时间也增加。

研究表明tU50%（临界波前时间）棒-板空气间隙的正极性操作冲击U50%和波前时间的关系2.2.伏秒特性伏秒特性

（1）

（1）定义定义同一波形、不同幅值的冲击电压下，间隙上同一波形、不同幅值的冲击电压下，间隙上出现的电压最大值和放电时间的关系曲线出现的电压最大值和放电时间的关系曲线1050%50%冲击放电电压冲击放电电压UU50%50%放电概率为放电概率为50%50%时的冲击放电电压时的冲击放电电压50%50%冲击放电电压与静态放电压的比值称为绝冲击放电电压与静态放电压的比值称为绝缘的冲击系数缘的冲击系数pu击u50%50%11

（2）

（2）曲线求取方法曲线求取方法12（3）（3）电场均匀程度对曲线的影响电场均匀程度对曲线的影响不均匀电场由于平均击穿电场强度较低不均匀电场由于平均击穿电场强度较低,而且流注而且流注总是从强场区向弱场区发展总是从强场区向弱场区发展,放电速度受到电场分布的放电速度受到电场分布的影响影响,所以放电时延长所以放电时延长,分散性大分散性大,其伏秒特性曲线在放其伏秒特性曲线在放电时间还相当大时电时间还相当大时,便随时间之减小而明显地上翘便随时间之减小而明显地上翘,曲曲线比较陡线比较陡.均匀或稍不均匀电场则相反均匀或稍不均匀电场则相反,由于击穿时平均场强由于击穿时平均场强较高较高,流注发展较快流注发展较快,放电时延较短放电时延较短,其伏秒特性曲线较其伏秒特性曲线较平坦平坦.13均匀和不均匀电场的伏秒特性曲线均匀和不均匀电场的伏秒特性曲线14（4）（4）实际意义实际意义SS11被保护设备的伏秒特性曲线，被保护设备的伏秒特性曲线，SS22保护设备的伏秒特性曲线保护设备的伏秒特性曲线15为了使被保护设备得到可靠的保护为了使被保护设备得到可靠的保护,被保被保护设备绝缘的伏秒特性曲线的下包线必须始终护设备绝缘的伏秒特性曲线的下包线必须始终高于保护设备的伏秒特性曲线的上包线。

高于保护设备的伏秒特性曲线的上包线。

（4）（4）实际意义实际意义163.33.3大气条件对气体间隙击穿电压的影响大气条件对气体间隙击穿电压的影响1.1.标准大气条件标准大气条件大气压力大气压力PP00=101.3kpa=101.3kpa温度温度湿度湿度ff00=11g/m=11g/m33172.2.相对密度的影响相对密度的影响相对密度相对密度p=0.289T当当在在0.950.95到到1.051.05之间时之间时,空气间隙的击穿电压空气间隙的击穿电压UU与与成正比成正比U=U03.33.3大气条件对气体间隙击穿电压的影响大气条件对气体间隙击穿电压的影响183.3.湿度的影响湿度的影响

（1）.

（1）.均匀或稍不均匀电场均匀或稍不均匀电场湿度的增加而略有增加湿度的增加而略有增加,但程度极微但程度极微,可以不校正可以不校正

（2）.

（2）.极不均匀电场极不均匀电场由于平均场强较低由于平均场强较低,湿度增加后湿度增加后,水分子易吸附电水分子易吸附电子而形成质量较大的负离子子而形成质量较大的负离子,运动速度减慢运动速度减慢,游离能游离能力大大降低力大大降低,使击穿电压增大使击穿电压增大.因此需要校正因此需要校正.3.3.3.3.大气条件对气体间隙击穿电压的影响大气条件对气体间隙击穿电压的影响194.4.高度的影响高度的影响随着高度增加随着高度增加,空气逐渐稀薄空气逐渐稀薄,大气压力及空大气压力及空气相对密度下降气相对密度下降,间隙的击穿电压也随之下降间隙的击穿电压也随之下降.U=kaU03.3.3.3.大气条件对气体间隙击穿电压的影响大气条件对气体间隙击穿电压的影响203.4均匀电场和稍不均匀分散性小直流击穿电压工频击穿电压50%冲击击穿电压均匀电场中空气的击穿电压经验公式d-间隙距离（cm）-空气相对密度稍不均匀电场分散性小直流击穿电压、工频击穿电压、50%冲击击穿电压三者基本相等击穿电压与电场的均匀度相关。

越均匀，击穿电压越高出现电晕，即会发展为击穿极性效应3.5极不均匀电场波形影响大，分散性大，极性效应明显极性效应：

最高：

负棒正板，平均击穿场强约为10kV/cm次高：

棒棒，平均击穿场强约为4.85.0kV/cm最低：

正棒负板，平均击穿场强约为4.5kV/cm

（一）直流击穿电压“棒棒”和“棒板”空气气隙的直流击穿特性“棒棒棒棒”和和“棒板棒板”长间隙的直流击穿长间隙的直流击穿特性特性对于电极形状不对称的棒一板间隙，击穿电压与棒的极性有很对于电极形状不对称的棒一板间隙，击穿电压与棒的极性有很大的关系，这就是所谓的极性效应。

极性效应是不对称的不均匀大的关系，这就是所谓的极性效应。

极性效应是不对称的不均匀电场中的一个明显的特性。

电场中的一个明显的特性。

aa正极性棒正极性棒+-+-+-+-+棒电极附近已有发展得相当充分的电子崩。

棒电极为正极性，电子崩中电子迅速进入棒电极，正离子因其向板电极的运动速度很慢而暂留在棒电极附近。

正电荷削弱了棒电极附近的场强，加强了电荷的外部空间的电场。

极性效应极性效应25Ex0空间电荷遏制棒极附近的流注形成，从而使电晕起始电压有所提高。

电晕层容易扩展而导致整个间隙的击穿电压降低。

2.2.极性效应极性效应aa正极性棒正极性棒26总结分析：

总结分析：

a.a.由于捧极附近积聚起正空间电荷，削弱了电离，由于捧极附近积聚起正空间电荷，削弱了电离，使电晕放电难以形成，造成电晕起始电压提高。

使电晕放电难以形成，造成电晕起始电压提高。

b.b.由于捧极附近积聚起正空间电荷在间隙深处产生由于捧极附近积聚起正空间电荷在间隙深处产生电场加强了朝向板极的电场，有利于流注发展，故电场加强了朝向板极的电场，有利于流注发展，故降低了击穿电压。

降低了击穿电压。

27bb负极性棒负极性棒-+-+-+-+-棒电极附近已有发展得相当充分的电子崩。

棒电极为负极性，电子崩中电子迅速扩散并向板电极运动，在间隙中浓度很小，而正离子缓慢向棒电极移动，因而在棒电极附近的空间正电荷的浓度很大。

正电荷加强了棒电极附近的场强，削弱了电荷的外部空间的电场。

2.2.极性效应极性效应28Ex0空间电荷使棒极附近容易形成流注，从而使电晕起始电压有所降低。

电晕层不容易扩展而导致整个间隙的击穿电压升高。

2.2.极性效应极性效应bb负极性棒负极性棒29总结分析：

总结分析：

a.a.棒附近正空间电荷产生附加电场加强了朝向棒棒附近正空间电荷产生附加电场加强了朝向棒端的电场强度，容易形成自持放电，所以其电晕端的电场强度，容易形成自持放电，所以其电晕起始电压较低。

起始电压较低。

b.b.在间隙深处，正空间电荷产生的附加电场与原电在间隙深处，正空间电荷产生的附加电场与原电场方向相反，使放电的发展比较困难，因而击穿电场方向相反，使放电的发展比较困难，因而击穿电压较高。

压较高。

30结论：

结论：

在相同间隙下在相同间隙下正捧正捧-负板负板负捧负捧-正板正板电晕起始电压电晕起始电压间隙击穿电压间隙击穿电压高高低低低低高高参阅参阅P59P59图图3-5-53-5-5讨论并分析波形讨论并分析波形31

（二）工频击穿电压1.在棒-板间隙中，击穿总是在棒为正的半周期内，电压达到幅值附近时发生2.工频击穿电压稍低于直流电压下的击穿电压（这是由于前半周期留下的空间电荷对棒极前方的电场有所加强的缘故）3.棒-棒间隙的击穿电压棒-板间隙的要高一些（这是由于棒-棒的电场更均匀一些）4.击穿电压具有“饱和现象”。

“棒棒”和“棒板”长气隙的工频击穿特性1棒棒2棒板在d2m，击穿电压与气隙距离的关系出现“饱和”趋势（三）雷电冲击50%击穿电压1.高于稳态击穿电压（直流击穿电压或工频击穿电压幅值）。

2.分散性较大。

其标准偏差可取3%。

3.击穿通常发生在波尾。

4.和间隙距离大致呈线性关系，即无饱和趋势。

（因为