第3章 氣體間隙擊穿強(qiáng)度-2014

《高電壓工程基礎(chǔ)》（第二版）施圍邱毓昌張喬根（西安交通大學(xué)）編著劉青（西安科技大學(xué)）制作1高電壓工程基礎(chǔ)第3章氣體間隙的擊穿強(qiáng)度3.1穩(wěn)態(tài)電壓下的擊穿3.2雷電沖擊電壓下的擊穿3.3操作沖擊電壓下的擊穿3.4大氣密度和濕度對(duì)擊穿的影響3.5SF6氣體間隙中的擊穿3.6提高氣體間隙擊穿電壓的措施2高電壓工程基礎(chǔ)3.1穩(wěn)態(tài)電壓下的擊穿

均勻電場(chǎng)中的擊穿eg：高壓靜電電壓表的電極布置特點(diǎn)：（1）無(wú)極性效應(yīng)；（2）擊穿所需時(shí)間極短；（3）擊穿電壓的分散性很小。3高電壓工程基礎(chǔ)

稍不均勻電場(chǎng)中的擊穿（1）球間隙（eg：高壓實(shí)驗(yàn)室中的測(cè)量球隙）d<D/4時(shí)，電場(chǎng)均勻，直流、交流和沖擊電壓擊穿電壓相同；d>D/4時(shí)，出現(xiàn)極性效應(yīng)；球隙測(cè)壓器的工作范圍d≤D/24高電壓工程基礎(chǔ)（2）同軸圓柱電極（eg：高壓標(biāo)準(zhǔn)電容器、單芯電纜、GIS分相母線）（1）r/R<0.1時(shí)，極不均勻電場(chǎng)。（2）r/R>0.1時(shí)，稍不均勻電場(chǎng)，當(dāng)r/R≈0.33時(shí)擊穿電壓出現(xiàn)極大值（上述電氣設(shè)備在絕緣設(shè)計(jì)時(shí)盡量將r/R選取0.25~0.4的范圍內(nèi)）。5高電壓工程基礎(chǔ)（3）其他形狀的電極布置球狀電極的電場(chǎng)不均勻系數(shù)大于相同半徑的圓柱電極；間隙距離增大時(shí)，電場(chǎng)不均勻系數(shù)也增大。6高電壓工程基礎(chǔ)

極不均勻電場(chǎng)中的擊穿不對(duì)稱布置的極不均勻場(chǎng)間隙的極性效應(yīng)很明顯，而且其擊穿的極性效應(yīng)與稍不均勻場(chǎng)間隙相反。尖－板和尖－尖空氣間隙的直流擊穿電壓棒－棒和棒－板空氣間隙的工頻擊穿電壓（有效值）7高電壓工程基礎(chǔ)3.2雷電沖擊電壓下的擊穿

沖擊電壓的標(biāo)準(zhǔn)波形標(biāo)準(zhǔn)雷電波的波形：T1=1.2μs±30％，T2=50μs±20％對(duì)于不同極性：+1.2/50μs或-1.2/50μs操作沖擊波的波形：T1=250μs±20％，T2=2500μs±60％對(duì)于不同極性：+250/2500μs或-250/2500μs波前時(shí)間半峰值時(shí)間8高電壓工程基礎(chǔ)

放電時(shí)延臨界擊穿電壓

統(tǒng)計(jì)時(shí)延：從外施電壓達(dá)Uo時(shí)起，到出現(xiàn)一個(gè)能引起擊穿的初始電子崩所需的第一個(gè)有效電子所需時(shí)間放電形成時(shí)延：從出現(xiàn)第一個(gè)有效自由電子時(shí)起，到放電過(guò)程完成所需時(shí)間，即電子崩的形成和發(fā)展到流注等所需的時(shí)間9高電壓工程基礎(chǔ)50％擊穿電壓及沖擊系數(shù)50％擊穿電壓

多次施加電壓時(shí)有半數(shù)會(huì)導(dǎo)致?lián)舸┑碾妷褐礥b50。2.沖擊系數(shù)同一間隙的50％沖擊擊穿電壓與穩(wěn)態(tài)擊穿電壓Uss之比

。10高電壓工程基礎(chǔ)

伏－秒特性伏－秒特性：在同一沖擊電壓波形下，擊穿電壓值與放電時(shí)延（或電壓作用時(shí)間）有關(guān)的特性。用實(shí)驗(yàn)確定間隙伏－秒特性的方法：保持沖擊電壓的波形不變，逐漸升高電壓使間隙發(fā)生擊穿，并根據(jù)示波圖記錄擊穿電壓U與擊穿時(shí)間t。擊穿發(fā)生在波前或峰值，取此刻值擊穿發(fā)生在波尾，取峰值未擊穿100%伏秒特性0%伏秒特性50%伏秒特性50%沖擊擊穿電壓11高電壓工程基礎(chǔ)電氣設(shè)備絕緣的伏－秒特性和避雷器的伏－秒特性（a）正確配合（b）不正確配合絕緣的伏－秒特性避雷器的伏－秒特性12高電壓工程基礎(chǔ)3.3操作沖擊電壓下的擊穿

操作沖擊電壓下?lián)舸┑腢形曲線Eb隨tf的減小而增大是放電時(shí)延在起作用，與雷電沖擊電壓相似電壓作用時(shí)間增加后空間電荷遷移范圍擴(kuò)大，改善了間隙中電場(chǎng)分布，擊穿電壓提高棒－棒導(dǎo)線－板工頻擊穿場(chǎng)強(qiáng)13高電壓工程基礎(chǔ)

操作沖擊電壓的推薦波形a.T1/T2=250(±20％)/2500(±60％)μsb.振蕩操作波

長(zhǎng)空氣間隙在操作沖擊電壓下的擊穿強(qiáng)度特點(diǎn)：（1）長(zhǎng)間隙的雷電沖擊擊穿電壓遠(yuǎn)比操作沖擊擊穿電壓要高；（2）間隙長(zhǎng)度超過(guò)5m時(shí)呈現(xiàn)飽和趨勢(shì)。（3）間隙距離越大，“2”與“3”的擊穿電壓的差別越大。雷電沖擊操作沖擊最小擊穿電壓14高電壓工程基礎(chǔ)3.4大氣密度和濕度對(duì)擊穿的影響

大氣校正因數(shù)標(biāo)準(zhǔn)大氣條件：t0＝20℃，p0＝101.3kPa，h0＝11g/m31.空氣密度校正系數(shù)2.濕度校正因素15高電壓工程基礎(chǔ)3.指數(shù)m和W16高電壓工程基礎(chǔ)3.6提高氣隙擊穿電壓的措施

改善電場(chǎng)分布的措施（1）改變電極形狀

長(zhǎng)空氣間隙的交流擊穿電壓棒－板棒－棒導(dǎo)線－桿塔支柱導(dǎo)線－導(dǎo)線17高電壓工程基礎(chǔ)（2）利用空間電荷對(duì)原電場(chǎng)的畸變作用

例如利用電暈放電產(chǎn)生的空間電荷來(lái)改善極不均勻場(chǎng)間隙中電場(chǎng)分布，從而提高間隙的擊穿電壓。此種提高擊穿電壓的方法僅在持續(xù)作用電壓下才有效，在雷電沖擊電壓下并不適用。18高電壓工程基礎(chǔ)（3）極不均勻電場(chǎng)中屏障的使用

正尖－板間隙中屏障的作用

屏障靠近尖電極或板電極時(shí)，屏障效應(yīng)消失，正、負(fù)極性下出現(xiàn)很大差別。

直流電壓下尖－板空氣間隙的擊穿電壓和屏障位置的關(guān)系屏障應(yīng)靠近尖電極，使比較均勻的電場(chǎng)區(qū)擴(kuò)大。但離尖電極過(guò)近時(shí)，屏障上空間電荷的分布將變得不均勻而使屏障效應(yīng)減弱，因此屏障有一最佳位置。19高電壓工程基礎(chǔ)

高氣壓的采用均勻電場(chǎng)中幾種絕緣介質(zhì)的擊穿電壓與距離的關(guān)系1－2.8MPa的空氣2－0.7MPa的SF63－高真空4－變壓器油5－0.1MPa的SF66－大氣20高電壓工程基礎(chǔ)

強(qiáng)電負(fù)性氣體的應(yīng)