不均匀场气体的击穿参考幻灯片

1、1,本次课程的目的要求,1、能说明极不均匀场中放电特点,2、能表述极性效应的具体内容及原因，会分析空间电荷对电场的影响,3、能表述冲击波及冲击放电的特点,4、能说明伏秒特性曲线的应用,5、能说明U50、冲击系数 的含义,2,1.3 极不均匀场中气体的击穿过程,放电特点,1、电晕放电,2、极性效应,一、电晕放电,1、定义：电场极不均匀时，在大曲率电极附近空间局部场强首先达到引起强烈游离的数值，使其附近很薄一层空气中形成自持放电，产生薄薄的淡紫色发光层。该放电仅局限在大曲率电极周围很小范围内，而整个气隙尚未击穿，这种现象即为电晕放电,刚开始出现电晕时的电压称为电晕起始电压或起晕电压,3,电晕放电的

2、起始电压一般用经验公式来推算，流传最广的是皮克公式，电晕起始场强近似为,2、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,危害： 电晕放电引起光、声、热等效应使空气发生化学反应，不但消耗能量，还产生臭氧和氧化氮等有害气体，腐蚀金具和有机绝缘物。坏天气要比好天气时的电晕损耗大得多。 电晕放电中，由于电子崩和流注不断消失、出现造成的放电脉冲会产生高频电磁波，对无线电和广播产生干扰。 电晕放电还会产生可闻噪声,4,有利方面： 降低输电线上的雷电或操作冲击波的幅值和波前陡度。 电晕放电还在除尘器、静电喷涂装置、臭氧发生器等工业设施中得到广泛应用。 某

3、些场合可改善电场分布,消除方法：改进电极形状，减小电极曲率；如电极采用 大尺寸球面， 超高压线路采用扩径导线等,二、极性效应,1、定义：电极形状不对称的极不均匀场中，大曲率电极极性不同时，间隙的击穿电压和起晕电压各不相同。 即：Ub-|+Ub+,5,2、分析： 下面以电场极不均匀的“棒板”气隙为例，从流注的概念 出发，说明放电的发展过程和极性效应,a) 正尖负板,电子崩头部的电子到达棒极后即将被中和，留在棒极附近的为正空间电荷。这些正离子向阴极移动速度很慢而暂留在棒极附近。它们削弱了棒极附近的电场，棒极附近难以形成流注，自持放电难以实现，故起晕电压较高。而它们同时加强了朝向极板的电场，促进放电

4、向前发展，故放电电压较低,6,a) 负尖正板,电子崩将由棒极表面出发向极板发展，崩头的电子在离开强场（电晕）区后，不再引起碰撞游离，但仍继续往板极运动，并大多形成负离子，负空间电荷浓度小，对电场影响不大。留在棒极附近是大批正离子，它们将加强棒极表面附近的电场，容易形成自持放电，所以其起晕电压较低。间隙深处的电场被消弱，使流注不易向前发展，间隙的击穿电压要比正极性时高得多,7,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,三、极不均匀场放电特点,无论尖极极性如何，放电总是从尖极开始 尖极附近总

5、是留下空间电荷 存在极性效应：Ub-|+Ub+,8,1.4 雷电冲击电压下气体的击穿,一、冲击波形及特点,冲击波： 雷电冲击 操作冲击,标准雷电波,IEC和国标规定： T1=1.2s30 T2=50s20% 一般写为1.20/50,特点,高幅值、高陡度、短时间,标准雷电冲击电压波,T1视在波前时间 T2视在半峰值时间,9,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所出现的 截尾冲击波,T1波前时间 Tc截断时间,二、冲击放电特点,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。 需要有一定的时间，让放电得以逐步发展并完成击穿,1、完成气

6、隙击穿的三个必备条件,10,总放电时间 tb=t0tstf,2、放电时间的组成,t1tstf 称为放电时延,t0气隙在持续电压下的击穿电压为Us，为所加电压从0上升到Us的时间,完成击穿所需放电时间很短（微秒级,直流电压、工频交流等持续作用的电压，满足上述三个条件不成问题； 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，放电时间就变成一个重要因素,11,ts从电压达到U0瞬时起到气隙中出现第一个有效电子为止的时间称为统计时延,tf出现有效电子后，引起碰撞游离，形成电子崩，发展到流注和主放电，最后完成气隙击穿需要的时间，称为放电形成时延,短气隙中（1cm以下），特别是电场

7、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,冲击放电特点,具有放电时延；UbU0,12,三、伏秒特性,对雷电冲击电压来说，电压变化速度极快，在电压达到静态击穿电压后的放电时延内，电压变化较大，击穿电压高于静态击穿电压；且击穿电压随时间而变,当击穿过程中加在间隙上的电压随时间变化时，击穿电压指间隙上的最高电压,对持续电压来说，电压变化比放电发展的速度慢得多，电压达到静态击穿电压后，可认为电压基本不变，所以击穿电压 就等于静态击穿电压,

8、13,冲击击穿特性最好用电压和时间两个参量来表示，这种在“电压时间”坐标平面上形成的曲线，通常称为伏秒特性曲线，它表示对某一冲击电压波形，该气隙的冲击击穿电压与击穿时间的关系,1、伏秒特性及伏秒特性曲线,它可全面反映间隙在冲击电压下的击穿特性,2、伏秒特性曲线的测定,14,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发生在波尾；当电压较高时，击穿百分比将达100，放电时延大大缩短，击穿一般发生在波前。 当击穿发生在波前时，U与t均取击穿时的值；当击穿发生在波尾时，U取波峰值，t取击穿时间值,15,实际的伏秒特性曲线如

9、下图所示，是以上、下包络线为界 的带状区域,3、伏秒特性与电场的关系,随着时间的延伸，一切气隙的伏秒特性都趋于平坦，但特性曲线变平的时间却与气隙的电场形式有较大关系,极不均匀电场：平均击穿场 强低，放电时延长，曲线上翘,均匀、稍不均匀电场：无弱场强区，平均击穿场强高，放电时延短， 曲线平坦,电场越均匀，“V-S”越平,16,4、伏秒特性的应用,电气设备的绝缘配合,要求 曲线尽量相似 力求平坦,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,17,四、雷电冲击50击穿电压,伏秒特性虽能全面反映间隙在冲击电压下的击穿特性， 但求取繁琐,在工程实际中常采用50冲击击穿电压（U50%）来表征气隙的基本冲击击穿特性,定义,在多次施加某一波形和峰值一定的冲击电压时， 间隙被击穿概率为50时的击穿电压,实际中，施加10次电