1 气体的绝缘强度ppt课件

第一篇高电压绝缘与试验,第一章气体的绝缘强度,1,主要内容,气体放电的主要形式气体中带电质点的产生和消失汤逊理论和流注理论不均匀电场中的放电过程冲击电压下气隙的击穿特性影响气体放电电压的因素提高气体介质电气强度的方法沿面放电,2,1气体放电的主要形式,3,1.1气体放电的基本概念,1.1.1气体放电1.1.2气体的绝缘特性1.1.3气体的电气强度,4,1.1.1气体放电,气体放电：气体中流通电流的各种形式；,气体击穿：气体电绝缘状态突变为良导电状态的过程；,沿面闪络：击穿发生在气体与液体、气体与固体交界面上的放电现象；,工程上将击穿和闪络统称为放电。,5,1.1.2气体的绝缘特性,气体指高压电气设备中常用的空气、SF6、以及高强度混合气体等气态绝缘介质。空气：架空线路、变压器外绝缘；SF6：SF6断路器和SF6全封闭组合电器；,气体失去绝缘后，虽然可以自动恢复，但其放电所造成的事故已经发生，因此我们要研究气体的电气强度。,空气是最廉价、应用最广、自动恢复绝缘的气体，因此我们主要研究空气的放电。,6,1.1.3气体的电气强度,气体的电气强度表征气体耐受电压作用的能力。,均匀电场中击穿电压Ub与间隙距离之比称为击穿场强Eb。我们把均匀电场中气隙的击穿场强Eb称为气体的电气强度。空气在标准状态下的电气强度为30kV/cm;,注意：不能把不均匀场中气隙Ub与间隙距离之比称为气体的电气强度，通常称之为平均击穿场强。,7,1.2气体放电的主要形式,注意：电晕放电时气隙未击穿，而辉光放电、火花放电、电弧放电均指击穿后的放电现象，且随条件不同，这些放电现象可相互转换。,常见放电形式辉光放电电晕放电火花放电电弧放电,8,2气体中带电质点的产生和消失,9,2.1气体中带电质点的产生,气体原子的激发和游离,10,2.1气体中带电质点的产生,气体原子的激发和游离,激励：原子外层电子跃迁到较远的轨道上去的现象。激励能：产生激励需要的能量。电离：使原来的一个中性原子变成一个自由电子和一个带正电荷的离子的现象。电离能：电离所需的最小能量（Wi）。分级电离：先经过激励再产生电离的过程。,11,2.1气体中带电质点的产生,带电粒子的运动,当气体中存在电场时，粒子进行热运动和沿电场定向运动。,自由行程：一个质点在每两次碰撞间自由地通过的距离。,平均自由行程：众多质点自由行程的平均值。,p：气压k：波尔兹曼常数T：气温r：气体分子半径,常温常压下空气中电子平均自由行程在10-5cm数量级。,12,2.1气体中带电质点的产生,（一）碰撞电离,电子或离子与气体分子碰撞，将电场能传递给气体分子引起电离的过程。,因素：外电场强弱；能量的积累（移动距离的大小）。,13,2.1气体中带电质点的产生（续1）,即使满足上述条件，不是每次碰撞都能引起电离。,（一）碰撞电离,Wi为气体分子的电离能,碰撞电离条件当电子从电场获得的动能大于或等于气体分子的电离能时，就可能使气体分子分裂为电子或正离子，即,14,2.1气体中带电质点的产生（续1）,（一）碰撞电离,在电场中，电子的平均自由行程大，且与气体分子发生弹性碰撞（未发生电离），几乎不损失能量。因此电离的主要因素是电子引起的电离。,离子碰撞电离系数：一个正离子沿电场方向行经单位距离（1cm）时平均发生的碰撞电离次数，汤逊第二电离系数。,电子碰撞电离系数：一个电子在电场力作用下，沿电场方向行经单位距离（1cm）平均发生碰撞电离的次数，汤逊第一电离系数。,15,2.1气体中带电质点的产生（续2）,含义：由光辐射引起气体分子电离的过程。光电离产生的电子称为光电子。来源：紫外线、宇宙射线、x射线等；异号带电质点复合成中性质点释放出光子；激励态分子回复到正常态释放出光子条件：,（二）光电离,h：普朗克常数；C：光速：光频率；：光波长；,或,16,2.1气体中带电质点的产生（续2）,（三）热电离本质：气体分子热状态引起电离，是碰撞电离和光电离的综合。气体分子平均动能,电离度：气体中发生电离的分子数与总分子数比值称为该气体的。,常温下，气体分子发生热电离概率极小。当t10000K时才需考虑热电离；当t20000K时，几乎全部的分子都处于热电离状态,空气电离度m和温度T的关系,热电离条件：,17,2.1气体中带电质点的产生（续3）,（四）表面电离,含义：金属阴极表面发射电子的过程。逸出功：使阴极释放出电子需要的能量。（通常比气体电离能小）形式：正离子碰撞阴极表面；（正离子能量大于2倍金属逸出功）光电效应；（光子能量大于金属逸出功）强场发射；（场强在103kv/cm数量级）热电子发射；（金属电子动能大于逸出功）,18,2.1气体中带电质点的产生（续3）,表面电离系数：折合到每个碰撞阴极表面的正离子使阴极金属表面释放出的自由电子数，汤逊第三电离系数。,（四）表面电离,19,2.1气体中带电质点的产生（续3）,（五）负离子的形成,附着：电子与中性分子相结合形成负离子的情况。,电子附着系数：电子行经单位距离时附着于中性原子的电子数目。,负离子的形成使自由电子数减少，因而对气体放电的发展起抑制作用。,亲和能：中性分子或原子与电子结合生成负离子所放出的能量。（亲和能越大，越易与电子结合行程负离子）,20,2.2气体中带电质点的消失,（一）电场作用下气体中带电质点的定向运动,带电质点一旦产生，在外电场作用下作定向运动，形成电导电流。,带电质点的运动速度,电子的迁移率比离子大2个数量级。,b为带电质点在电场中的迁移率,（二）带电质点的扩散,带电质点从浓度较大区域转移到浓度较小区域。（热运动）电子扩散比离子扩散高3个数量级,21,2.2气体中带电质点的消失（续1）,正离子和负离子或电子相遇时，发生电荷的传递而相互中和还原为分子的过程，复合放出能量。复合的质点相对速度越大，复合概率越小。复合过程要阻碍放电的发展，但在一定条件下又可因复合时的光辐射加剧放电的发展。放电过程中绝大多数是正、负离子之间复合，参加复合的电子绝大多数先形成负离子再与正离子复合。,（三）带电质点的复合,22,小结,气体间隙中带电质点的产生和消失是气体放电的一对基本矛盾，气体放电的发展和终止取决于这两个过程谁占主导地位。强电场下，气体中带电质点的产生形式可以分为空间电离和表面电离。它们都与外界供给的能量有关，能量的形式主要是电场能、光辐射和热能，而能量的传递靠电子、光子或气体分子的热运动，其传递的过程主要是碰撞，它是造成气体分子电离的有效过程。,23,本节要点,激励、激励能、电离、电离能、分级电离的概念；带电质点的产生方式；电离的主要方式、电离的原因及其条件；自由行程和平均自由行程的概念；异号带电质点复合成中性原子（分子）时，光电子的产生过程；表面电离比空间电离更容易的原因；带电质点消失的各种方式及其特点；电子亲和能和电负性对气体分子附着效应的影响。,24,3汤逊理论和流注理论,3.1.1非自持放电和自持放电,3.1.2低气压下均匀电场自持放电的汤逊理论,3.1.3巴申定律,3.2.1空间电荷对电场的畸变3.2.2高气压下均匀电场自持放电的流注理论3.2.3流注理论对放电现象的解释,3.1汤逊理论和巴申定律,3.2流注理论,汤逊理论和流注理论,3.1.4汤逊理论的适用范围,25,3.1汤逊理论和巴申定律,3.1.1非自持放电和自持放电3.1.2低气压下均匀电场自持放电的汤逊理论3.1.3巴申定律3.1.4汤逊理论的适用范围,26,3.1.1非自持放电和自持放电,非自持放电与自持放电的分界点,气体放电实验的伏安特性曲线,27,3.1.1非自持放电和自持放电,气体放电实验的伏安特性曲线,图表示实验所得平板电极(均匀电场)气体中的电流I与所加电压的关系：即伏安特性,气体放电伏安特性,28,3.1.1非自持放电和自持放电（续1）,实验分析,OA段：电流随电压升高而升高。这是由于电极空间的带电粒子向电极运动加速而导致复合数的减少所致。AB段：电流仅取决于外电离因素与电压无关。电流趋向于饱和值，因为这时外界电离因子所产生的带电粒子几乎能全部抵达电极，所以电流值与所加电压无关。BC段：当电压提高到时，电流又开始随电压的升高而增大，这是由于气隙中出现碰撞电离和电子崩。电压升高碰撞电离增强但仍靠外电离维持(非自持)C点后：只靠外加电压就能维持(自持),29,3.1.1非自持放电和自持放电（续1）,起始电压U0（非自持自持）,均匀场：击穿电压Ub,不均匀场：电晕起始电压，气隙仍绝缘，UbU0,如果取消外电离因素，那么电流也将消失，这类依靠外电离因素的作用而维持的放电叫非自持放电。,气隙中电离过程只靠外施电压已能维持，不再需要外电离因素。外施电压到达U0后的放电称为自持放电。U0称为起始放电电压。,30,3.1.2低气压下均匀电场自持放电的汤逊理论,（一）电子崩,(a)电子崩的形成(b)带电离子在电子崩中的分布,外界电离因子在阴极附近产生了一个初始电子，如果空间电场强度足够大，该电子在向阳极运动时就会引起碰撞电离，产生一个新的电子，初始电子和新电子继续向阳极运动，又会引起新的碰撞电离，产生更多电子。依此，电子将按照几何级数不断增多，类似雪崩似地发展，这种急剧增大的空间电子流被称为电子崩。,31,3.1.2低气压下均匀电场自持放电的汤逊理论,n是包括起始电子在内的电子崩中的电子数，它表征一个起始电子在向阳极运动过程到达阳极时产生的电子数。,汤逊理论中的过程,设外电离因素在阴极表面产生的起始电子数为n0，当起始电子到达离阴极x处时，电子数为n，这n个电子行经dx后，又会产生dn个新电子,即,32,3.1.2低气压下均匀电场自持放电的汤逊理论,对E值敏感，当E/不变时，系数与气体相对密度成正比；,汤逊理论中的过程,经推导，得,A,B常数：空气相对密度，pE：场强,33,3.1.2低气压下均匀电场自持放电的汤逊理论,汤逊理论中的过程气隙中碰撞电离而产生的正离子，即从阴极产生的一个电子消失在阳极前，由过程形成的正离子数。即,34,3.1.2低气压下均匀电场自持放电的汤逊理论,正离子消失在阴极前，由过程在阴极上释放出二次电子数，即,表示由过程在阴极上重新产生一个电子，此时不再需要外电离因素就能使电离维持发展，即转入自持放电。,汤逊理论中的过程,35,3.1.2低气压下均匀电场自持放电的汤逊理论,自持放电条件,如自持放电条件满足时，会形成下图的闭环部分,36,3.1.2低气压下均匀电场自持放电的汤逊理论,总结：将电子崩和阴极上的过程作为气体自持放电的决定因素是汤逊理论的基础。汤逊理论的实质是电子碰撞电离是气体放电的主要原因，二次电子来源于正离子撞击阴极表面使阴极表面逸出电子，逸出电子是维持气体放电的必要条件。阴极逸出电子能否接替起始电子的作用是自持放电的判据。,37,3.1.3巴申定律,根据自持放电条件，导出击穿电压的表达式,A、B是与气体种类有关的常数，ub为气温不变的条件下，均匀电场中气体的自持放电起始电压等于气隙击穿电压。,巴申定律：当气体成份和电极材料一定时，气体间隙击穿电压(ub)是气压(p)和极间距离(d)乘积的函数。,38,3.1.3巴申定律,均匀电场中几种气体击穿电压Ub与pd的关系,巴申曲线表明，改变极间距离d的同时，也相应改变气压p而使pd的乘积不变，则极间距离不等的气隙击穿电压却彼此相等。,39,3.1.3巴申定律,40,3.1.3巴申定律,原因：形成自持放电需要达到一定的电离数d，而这又取决于碰撞次数与电离概率的乘积。高气压、高真空都可以提高击穿电压，工程上已得到广泛应用（如：压缩空气开关、真空开关等）,41,3.1.4汤逊理论的适用范围,汤逊理论是在低气压pd较小条件下建立起来的，pd过大，汤逊理论就不再适用。pd过大时（气压高、距离大）汤逊理论无法解释：放电时间：很短；放电外形：具有分支的细通道；击穿电压：与理论计算不一致；阴极材料：无关；汤逊理论适用于pd26.66kPacm，汤逊理论将不适用。以自然界的雷电为例，它发生在两块雷云之间或雷云与大地之间，这时不存在金属阴极，因而与阴极上的过程和二次电子发射根本无关。气体放电流注理论以实验为基础，它考虑了高气压、长气隙情况下不容忽视的若干因素对气体放电的影响，主要有以下两方面空间电荷对原有电场的影响；空间光电离的作用。,44,3.2.1空间电荷对电场的畸变,(d)这些光子将导致空间光电离。,(a)电子崩崩头集中着电子，其后是正离子，形状似半球形锥体；,(b)空间电荷分布极不均匀，大大加强了崩头及崩尾的电场，削弱了电子崩内部的电场；,(c)崩头电场明显增强，有利于分子和离子的激励现象，当它们从激励态恢复到正常态时将放射出光子；电子崩内部电场削弱，有助于复合将放射出光子；,45,3.2.2高气压下均匀电场自持放电的流注理论,流注的形成和发展示意图,46,3.2.2高气压下均匀电场自持放电的流注理论（续1）,起始电子发生碰撞电离形成初始电子崩；初崩发展到阳极，正离子作为空间电荷畸变原电场，加强正离子与阴极间电场，放射出大量光子；光电离产生二次电子，在加强的局部电场下形成二次崩；二次崩电子与正空间电荷汇合成流注通道，其端部有二次崩留下的正电荷，加强局部电场产生新电子崩使其发展；流注头部电离迅速发展，放射出大量光子，引起空间光电离，流注前方出现新的二次崩，延长流注通道；流注通道贯通，气隙击穿。注：流注速度为108109cm/s，而电子崩速度为107cm/s。,47,3.2.2高气压下均匀电场自持放电的流注理论（续2）,流注条件：必要条件是电子崩发展到足够的程度，电子崩中的空间电荷足以使原电场明显畸变，加强电子崩崩头和崩尾处的电场；另一方面电子崩中电荷密度很大，所以复合频繁，放射出的光子在这部分很强，电场区很容易成为引发新的空间光电离的辐射源，二次电子主要来源于空间光电离；气隙中一旦形成流注，放电就可由空间光电离自行维持。,流注自持放电条件：,初崩头部电子数要达到108时，放电才能转为自持，出现流注。,或,48,3.2.3流注理论对放电现象的解释,放电时间二次崩的起始电子是光子形成的，而光子以光速传播，所以流注发展非常快。,放电外形二次崩的发展具有不同的方位，所以流注的推进不可能均匀，而且具有分支。,阴极材料大气条件下的气体放电不依赖阴极表面电离，而是靠空间光电离产生电子维持，因此与阴极材料无关。,49,小结,1.汤逊理论只适用于pd值较小的范围，流注理论只适用于pd值较大的范围，二者过渡值为pd=26.66kPacm；(1)汤逊理论的基本观点：电子碰撞电离是气体放电时电流倍增的主要过程，而阴极表面的电子发射是维持放电的必要条件。(2)流注理论的基本观点：以汤逊理论的碰撞电离为基础，强调空间电荷对电场的畸变作用，着重于用气体空间光电离来解释气体放电通道的发展过程；放电从起始到击穿并非碰撞电离连续量变的过程，当初始电子崩中离子数达108以上时，引起空间光电离质变，电子崩汇合成流注；流注一旦形成，放电转入自持。,50,小结,2.引起气体放电的外部原因有两个，其一是电场作用，其二是外电离因素。把去掉外界因素作用后，放电立即停止的放电形式称为非自持放电；把由电场作用就能维持的放电称为自持放电。,3.汤逊理论和流注理论自持放电条件的比较(1)汤逊理论：自持放电由阴极过程来维持；流注理论：依赖于空间光电离。(2)系数的物理意义不同。,51,流注发展过程,初始电子崩（电子崩头部电子数达到一定数量）电场畸变和加强；电子崩头部正负空间电荷复合；放射大量光子；光电离；崩头处二次电子（光电子）；（向正空间电荷区运动）碰撞游离；二次电子崩；（二次电子崩电子跑到初崩正空间电荷区域）流注。,52,本节重点,汤逊放电理论和流注理论的使用范围；汤逊放电描述的电子崩发展过程；电子碰撞游离系数；汤逊理论的自持放电条件及其物理解释；巴申定律及其在实际中的应用；流注理论与汤逊理论在考虑放电发展因素上的不同；流注及其放电的发展过程；流注及自持放电的形成条件。,53,4不均匀电场中的放电过程,4.1电场不均匀程度的划分,4.2稍不均匀电场中的击穿过程,不均匀电场放电过程,4.3极不均匀电场中的击穿过程,4.3.1电晕放电4.3.2极性效应4.3.3长间隙放电,54,4.1电场不均匀程度的划分,球隙的放电特性与极间距离的关系,1-击穿电压2-电晕起始电压3-放电不稳定区,55,4.1电场不均匀程度的划分（续1）,电场越不均匀，击穿电压和电晕起始电压之间的差别越大；从放电观点看：电场的不均匀程度可以根据是否存在稳定的电晕放电来区分；从电场均匀程度看：可用电场的不均匀系数划分,f4时为极不均匀电场。,Emax：最大场强；Eav：平均场强,56,4.2稍不均匀电场中的击穿过程,稍不均匀电场中的放电过程与均匀电场相似，属于流注击穿，击穿条件就是自持放电条件，无电晕产生。但稍不均匀电场中场强并非处处相等，电离系数是空间坐标x的函数，因此自持放电条件为:,57,4.3极不均匀电场中的击穿过程,4.3.1电晕放电4.3.2极性效应4.3.3长间隙放电,58,4.3.1电晕放电,定义：由于电场强度沿气隙的分布极不均匀，因而当所加电压达到某一临界值时，曲率半径较小的电极附近空间的电场强度首先达到了起始场强E0，因而在这个局部区域出现碰撞电离和电子崩，甚至出现流注，这种仅仅发生在强场区（小曲率半径电极附近空间）的局部放电称为电晕放电。特点：电晕放电是极不均匀电场特有的自持放电形式，电晕起始电压低于击穿电压，电场越不均匀其差值越大。,59,4.3.1电晕放电,不良影响：能量损耗；通信干扰；化学腐蚀等。解决方法：增大电极曲率半径；采用扩径导线等。其它应用：削弱输电线路雷电冲击或操作冲击电压幅值陡度；制造臭氧发生器、电晕除尘器等。,电晕放电的起始电压一般用经验公式来推算，应用最广的是皮克公式，电晕起始场强近似为,m：导线表面粗糙系数;:空气相对密度；R:导线半径（cm）,60,4.3.2极性效应,极性效应在极不均匀电场中，放电一定从曲率半径较小的那个电极表面开始，与该电极极性无关。但后来的发展过程、气隙的电气强度、击穿电压等都与该电极的极性有密切的关系。极不均匀电场中的放电存在着明显的极性效应。,极性决定于表面电场较强的电极所具有的电位符号：在两个电极几何形状不同时，极性取决于曲率半径较小的那个电极的电位符号，如“棒-板”气隙。在两个电极几何形状相同时，极性取决于不接地的那个电极上的电位，如“棒-棒”气隙。,61,4.3.2极性效应（续1）,（1）自持放电前阶段正空间电荷削弱棒极附近场强而加强外部电场，阻止棒极附近流注形成使电晕起始电压提高；（2）自持放电阶段空间电荷加强放电区外部空间的电场，因此当电压进一步提高时，强场区将逐渐向极板推进至击穿。,正极性,62,4.3.2极性效应（续1）,（1）自持放电前阶段：正空间电荷加强棒极附近场强而削弱外部电场，促进棒极附近流注形成使电晕起始电压降低。（2）自持放电阶段：空间电荷削弱放电区外部空间的电场，因此当电压进一步提高时，电晕区不易向外扩展，气隙击穿将不顺利，因此负极性击穿电压比正极性高很多，完成击穿所需时间也长得多。,负极性,63,4.3.2极性效应（续3）,工程实际中，输电线路外绝缘和高压电器的外绝缘都属于极不均匀电场分布，在交流电压下的击穿都发生在正半波。因此，考核绝缘冲击特性时应施加正极性的冲击电压。,因此：,64,4.3.3长间隙放电,65,4.3.3长间隙放电（续1）,先导放电特点：电子通过通道根部时由于剧烈的摩擦产生的热电离过程先导加强了前方电场，引起新的流注，使其进一步伸展并逐级推进主放电当先导贯穿两极，导致沿先导通道向反方向扩展到棒极的主放电和最终击穿,66,4.3.3长间隙放电（续2）,流注通道电子被阳极吸引电子浓度电流流注中热电离电导，电流流注变成高电导的等离子体（先导）电场新流注先导不断推进。,67,5冲击电压下气隙的击穿特性,5.1雷电冲击电压下的击穿,5.2操作冲击电压下的击穿,冲击电压下气隙的击穿特性,5.2.1操作冲击电压的形成,5.1.1雷电冲击电压标准波形,5.1.2冲击放电时延,5.1.3雷电冲击50击穿电压,5.1.4伏秒特性,5.2.2操作冲击电压标准波形,5.2.3操作冲击放电电压的特点,68,5.1雷电冲击电压下的击穿,5.1.1雷电冲击电压标准波形5.1.2冲击放电时延5.1.3雷电冲击50击穿电压5.1.4伏秒特性,69,5.1.1雷电冲击电压标准波形,70,5.1.2冲击放电时延,冲击电压变化速度很快，作用时间很短（s），与稳态电压作用时气隙相比，它的放电时间就成为关注的重要因素。实验表明：对气隙施加冲击电压使其击穿不仅需要足够幅值的电压，有引起电子崩并导致流注和主放电的有效电子，而且需要一定的电压作用时间。,71,5.1.2冲击放电时延（续1）,冲击放电的总时间为：,72,5.1.2冲击放电时延（续2）,短气隙中（1cm以下），特别是电场均匀时，tfts，放电时延主要取决于ts。为减小ts：可提高外施电场使气隙中出现有效电子的概率增加可采用人工光源照射，使阴极释放出更多的电子较长气隙时，放电时延主要决定于tf，且电场越不均匀，tf越大,73,5.1.3雷电冲击50击穿电压,定义：在多次施加同一电压时，其中半数导致气隙击穿，以此反映气隙的耐受冲击电压的能力。特点：(1)在均匀和稍不均匀场中，击穿电压分散性小，冲击系数(2)在极不均匀电场中，由于放电时延较长，其冲击系数击穿电压分散性也较大。,74,5.1.4伏秒特性,75,5.1.4伏秒特性（续1）,绘制伏秒特性的方法保持冲击电压波形不变，逐级升高电压使气隙发生击穿，记录击穿电压波形，读取击穿电压值U与击穿时间t。当电压不很高时击穿一般在波长发生；当电压很高时，击穿百分比将达100，放电时延大大缩短，击穿可能发生在波前发生当击穿发生在波前时，U与t均取击穿时的值；当击穿发生在波长时，U取波峰值，t取击穿值50伏秒特性的绘制,76,5.1.4伏秒特性（续2）,极不均匀：平均击穿场强低，放电时延长，曲线上翘；稍不均匀：平均击穿场强高，放电时延短，曲线平坦。因此在避雷器等保护装置中，保护间隙采用均匀电场，确保在各种电压下保护装置伏秒特性低于被保护设备。,77,5.1.4伏秒特性（续3）,伏秒特性在绝缘配合中的应用,78,5.2操作冲击电压下的击穿,5.2.1操作冲击电压的形成5.2.2操作冲击电压标准波形5.2.3操作冲击放电电压的特点,79,5.2.1操作冲击电压的形成,电力系统的输电线及电气设备都有各自的电感和电容，由于系统运行状态的突变（正常或故障）将导致电感和电容元件间电磁能的互相转换，引起振荡性的过渡过程过渡过程会在电气设备或局部电网上造成远远超过正常运行的电压，称为操作过电压操作过电压幅值与波形跟电力系统的参数有密切关系，由于其过渡过程的振荡基值是系统运行电压，因此电压等级越高，操作过电压幅值越高，最高可达到最大相电压峰值的34倍,80,5.2.2操作冲击电压标准波形,81,5.2.3操作冲击放电电压的特点,均匀场和稍不均匀场中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。操作冲击50%冲击放电电压U50、直流放电电压、工频放电电压等峰值几乎相同，分散性不大，击穿发生在波前部分，与半峰时间无关。极不均匀场中操作冲击表现出许多不同的特点,82,5.2.3操作冲击放电电压的特点（续1）,U形曲线左半支：波前放电时延Ub右半支：波前空间电荷迁移范围电极附近电场Ub,83,5.2.3操作冲击放电电压的特点（续2）,极性效应在不同的电场结构中，正操作冲击50%击穿电压比负极性低，一般均讨论正极性的情况。操作冲击击穿电压不仅远低于雷电冲击击穿电压，在某些波前时间内，甚至比工频击穿电压还低。在同极性的雷电冲击标准波作用下，棒-板间隙的击穿电压比棒-棒间隙时低得不多，而在操作过电压下，前者比后者低得多启示：在设计高压电气设备时应尽量避免出现棒-板间隙,84,5.2.3操作冲击放电电压的特点（续3）,饱和现象原因：长间隙下先导形成后，放电更易发展，这对于发展特高压输电技术是不利的；而雷电冲击作用时间太短，其饱和不明显，放电电压与间隙距离一般呈线性关系。分散性大操作冲击电压下的气隙击穿电压和放电时间的分散性都比雷电冲击电压大得多。,85,6影响气体放电电压的因素,6.1电场形式对放电电压的影响,6.2电压波形对放电电压的影响,影响气体放电电压的因素,6.3大气条件对放电电压的影响,86,6.1电场形式对放电电压的影响,均匀电场中的击穿电压击穿电压等于起始放电电压，且无极性效应。经验公式：d-间隙距离，-空气相对密度稍不均匀电场中的击穿电压极性效应：负极性击穿电压略低于正极性,87,6.1电场形式对放电电压的影响（续1）,极不均匀电场中的击穿电压工程上常见电场大多数是极不均匀电场工程上遇到极不均匀电场时，可由典型电极的击穿电压来修正绝缘距离，对称电场参照“棒棒”电极数据；不对称电场可参照“棒板”电极数据放电的分散性大，且极性效应明显,88,6.2电压波形对放电电压的影响,均匀电场中不同电压波形下击穿电压(峰值)相同，放电分散性小稍不均匀电场中不同电压波形下击穿电压基本相同，放电分散性不大，极性效应不显著极不均匀电场中直流、工频及冲击电压间差别明显,89,6.2电压波形对放电电压的影响（续1）,直流电压下的击穿电压棒-板间隙存在极性效应棒-棒电极击穿电压介于不同极性棒-板之间,90,6.2电压波形对放电电压的影响（续2）,工频电压下的击穿电压无论棒-棒或棒-板电极击穿都发生在正半周峰值附近，分散性不大；当间隙距离不太大时，击穿电压与间隙距离呈线性关系；当间隙距离很大时，平均击穿场强明显降低，呈现出饱和现象,91,6.2电压波形对放电电压的影响（续3）,冲击电压下的击穿电压雷电冲击击穿电压与距离呈正比，无饱和；操作冲击电压有明显的极性效应和饱和现象,92,6.3大气条件对放电电压的影响,不同大气条件下测得的击穿电压必须换算到统一的参考条件下才能进行比较；我国规定的标准大气条件为：压力：101.3kPa；温度：20；绝对湿度：11g/m3实际试验条件下的击穿电压和标准大气条件下的击穿电压可通过相应的校正系数换算：Kd为空气密度校正系数Kh为湿度校正系数,93,6.3大气条件对放电电压的影响（续1）,对空气密度的校正对湿度的校正在极不均匀场中对海拔高度的校正气体性质对放电电压的影响,94,7提高气体介质电气强度的方法,7.1.1改进电极形状,7.2.1高气压的采用,7.1改善电场分布,7.2削弱或抑制电离过程,提高气体介质电气强度的方法,7.1.2空间电荷的利用,7.1.3极不均匀电场中屏障的采用,7.2.2高真空的采用,7.2.3高电气强度气体（SF6）的采用,95,7.1改善电场分布,7.1.1改进电极形状7.1.2空间电荷的利用7.1.3极不均匀电场中屏障的采用,96,7.1.1改进电极形状,一般说来，电场分布越均匀，平均击穿场强越高改进电极形状、增大电极曲率半径，可以改善电场分布，提高间隙击穿电压电极表面尽量避免毛刺、棱角等以消除电场局部增强的现象如不可避免出现极不均匀电场，则尽可能采用对称电场（棒-棒电极）,97,7.1.1改进电极形状（续1）,98,7.1.2空间电荷的利用,极不均匀电场中间隙被击穿前先发生电晕现象，所以在一定条件下，可以利用放电产生的空间电荷来改善电场分布，提高击穿电压。例如：导线与平板间隙中，导线直径很小时，导线周围容易形成比较均匀的电晕层，由于电晕层比较均匀，电场分布改善，提高了击穿电压,99,7.1.3极不均匀电场中屏障的采用,在极不均匀电场中，放入薄片固体绝缘材料，在一定条件下可以显著提高间隙的击穿电压例如：正针-板电极中设置屏障后，正离子将在屏障上集聚，由于同号排斥作用，正离子沿屏障表面均匀分布，在屏障前方从而形成较均匀的电场，改善了电场分布，提高了击穿电压,100,7.2削弱或抑制电离过程,7.2.1高气压的采用7.2.2高真空的采用7.2.3高电气强度气体（SF6）的采用,101,7.2.1高气压的采用,采用高气压可以减少电子的平均自由行程，削弱电离过程，提高击穿电压在高气压下，电场均匀程度下降，击穿电压将剧烈降低，因此采用高气压的电气设备应使电场尽可能均匀在高气压下，电极表面状态（粗糙度）对击穿电压影响显著高气压下应尽可能改进电极形状，改善电场分布，电极应仔细加工光洁，气体要过滤（滤去尘埃和水份）处理,102,7.2.2高真空的采用,在高真空中，电子的平均自由行程远大于极间距离，使碰撞电