修改版-气体间隙击穿电压及提高方法

高电压绝缘技术,第三章：气体间隙击穿电压及提高方法,引言：击穿电压的影响因素,气体种类：空气和高介电强度气体电压种类：持续作用电压（直流、交流）；冲击电压（雷电冲击、操作冲击）电场分布：当间隙距离相同时，电场越均匀击穿电压越高气体状态：一般要折算到标准大气状态,分散性小：直流、交流、50%冲击击穿电压基本相同均匀电场中空气的电气强度大致为30kV(峰值)/cm经验公式为：d：间隙距离；：空气相对密度,一、持续作用电压下空气的击穿电压1均匀电场中的击穿电压,一、持续作用电压下空气的击穿电压2稍不均匀电场中的击穿电压,一般规律：极性效应不明显；直流、交流、冲击电压下击穿电压相同；击穿电压和电场不均匀程度有极大关系，越均匀击穿电压越高。,球-球间隙和球-板间隙,当不均匀程度增加时，不接地电极电场强；由于电晕起始电压=击穿电压，不接地电极为正时击穿电压高。,一、持续作用电压下空气的击穿电压3极不均匀电场中的击穿电压,一般规律：间距很大时，电极影响不大，都接近于棒-板间隙；极性效应明显；分散性很大，不同电压波形下差异明显。,1）极性效应,直流电压：正棒负板棒-棒负棒正板。,平均击穿场强：正极性棒-板间隙：4.5kV/cm负极性棒-板间隙：10kV/cm正极性棒-棒间隙：4.8kV/cm负极性棒-板间隙：5.0kV/cm（略微不对称）,1）极性效应,交流电压：棒-板间隙击穿总是在棒的极性为正、电压达到峰值时发生，击穿电压与直流正极性击穿电压相近,平均击穿场强：棒-棒间隙：3.8kV(有效值)/cm5.36kV(峰值)/cm棒-板间隙：3.35kV(有效值)/cm4.8kV(峰值)/cm,2）饱和现象,工频电压：长间隙中棒-板间隙的“饱和”现象尤为明显,2）饱和现象,a、雷电冲击电压波国标规定：,二、冲击电压作用下气隙的击穿特性1、冲击电压波形,b、操作冲击电压波,国标规定：,二、冲击电压作用下气隙的击穿特性1、冲击电压波形,统计时延：从电压达到的瞬时起到气隙出现第一个有效电子止放电发展时间：从形成第一个有效电子的瞬时起到到气息完全击穿止升压时间：电压从零升到静态击穿电压的时间,二、冲击电压作用下气隙的击穿特性2、放电时延,间隙中出现一个能引起电离过程并最终导致击穿的电子称为有效电子统计时延服从统计规律的原因：1）、有效电子的出现具有统计特性，有些自由电子被中和，有些可能扩散到间隙外。2）、有些电子虽然也引起电离过程，但由于各种不利因素的巧合，电离可能中途衰亡而终止,同一个气隙，在峰值较低但延续时间较长的冲击电压作用下可能击穿，而在峰值较高但延续时间较短的冲击电压作用下可能反而不击穿，因此：气隙的耐电性能要用冲击电压峰值和击穿时间两者共同来表示,二、冲击电压作用下气隙的击穿特性3、伏秒特性,两者配合，S2可以保护S1,两者不能配合，不能互相保护,二、冲击电压作用下气隙的击穿特性4、伏秒特性的应用,二、冲击电压作用下气隙的击穿特性5、雷电冲击,均匀电场和稍不均匀电场：50%击穿电压接近持续电压下的数值极不均匀电场：明显的极性效应，在短距离内击穿电压与距离成正比,二、冲击电压作用下气隙的击穿特性6、操作冲击,均匀电场和稍不均匀电场：50%击穿电压接近持续电压下的数值极不均匀电场：明显的极性效应；接地物体靠近间隙会降低其正极性击穿电压（临近效应）；电极形状影响较大；电压波形影响很大；分散性大；“饱和”现象明显正棒-负板50%击穿电压估算,击穿电压的统计概率：和相对标准偏差,相对标准偏差：,工频：雷电冲击：操作冲击：（分散性越来越大）,100%耐受电压很难找到,三、击穿电压的统计概率,1、大气状态(气温、气压、湿度等因素)对气隙击穿电压的影响a、空气密度的影响：气隙击穿电压与密度成正比b、空气湿度的影响：气隙击穿电压与湿度成正比实际状态气隙的击穿电压U和其在标准状态下的击穿电压U0有如下换算关系：,空气密度修正系数；湿度修正系数,四、击穿电压的修正,五、提高气体间隙击穿电压的措施1改进电极形状以改善电场分布,五、提高气体间隙击穿电压的措施2利用空间电荷改善电场分布,“细线效应”：在一定距离内，采用细线，利用均匀的电晕层改善电场；不存在冲击电压中,五、提高气体间隙击穿电压的措施3极不均匀场中屏障的作用-直流电场,在屏障上积累的离子改变了电场,五、提高气体间隙击穿电压的措施3极不均匀场中屏障的作用-交流电场、冲击电场,提高了击穿电压,屏障对均匀电场无作用,五、提高气体间隙击穿电压的措施4高气压的采用-均匀电场中,空气压力提高到11.5MP时，其介电强度与变压器油、电瓷接近1）总体趋势：压力增大时击穿电压增大2）压力大于1MP时，击穿电压偏离巴申定律3）电极表面状况有影响=老炼4）阴极强场放射有影响（因为场强很高）5）随着气压增加，击穿电压上升减缓：电极表面电离或热电离为主,五、提高气体间隙击穿电压的措施4高气压的采用-不均匀电场中,总体趋势：压力增大时击穿电压增大电场不均匀程度增加，击穿电压将剧烈下降极不均匀电场中正极性下击穿电压出现极大值：压力增加到一定程度，正离子不易扩散，剧烈加强了前方电场湿度增加时，击穿电压明显下降,五、提高气体间隙击穿电压的措施4高气压的采用-注意事项,尽可能改进电极形状，改善电场分布电极应仔细加工，抛光、镀铬气体要长时间净化除尘除水选择正确气压,五、提高气体间隙击穿电压的措施5高介电强度气体的采用,采用SF6等电负性气体：电子容易被俘获形成负离子气体分子量大、体积大，使电子平均自由程减小电子与这些