哈工大高电压技术 气隙的击穿特性

气隙击穿特性的影响因素：气体种类：空气和高介电强度气体（SF6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：电极形状、间隙距离、电压极性；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第三节空气间隙在各种电压下的击穿特性一、持续作用电压下气隙的击穿特性1、均匀电场中的击穿电压：a、分散性小直流、工频交流电压作用下（也包括冲击电压），击穿电压基本相同b、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2、稍不均匀电场中的击穿电压a、与均匀电场相似，分散性很小直流、工频交流（也包括冲击电压）作用下，击穿电压基本相同

b、不同于极不均匀电场，一旦出现自持放电，立即导致气隙击穿，而不发生电晕现象c、稍不均匀电场不对称时，虽有极性效应，但不明显d、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a、当d<D/4时，电场相当均匀，其击穿特性与均匀电场相似，直流、工频交流（也包括冲击电压）作用下的击穿电压大致相同；b、当d>D/4时，电场不均匀度增大，击穿电场的分散性增大直径为D的球隙的击穿电压Ud与气隙距离d的关系3、极不均匀电场的击穿电压按电极的对称程度，主要有两种典型的极不均匀电场气隙：a、“棒—棒”气隙（“尖—尖”气隙）b、“棒—板”气隙（“尖—板”气隙）不同电压波形作用下，差异明显，分散性大；在直流电压下，极性效应明显，而在工频交流电压下“饱和”现象明显。3、极不均匀电场的击穿电压显著特征：极性效应平均击穿场强：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-棒间隙：5.0kV/cm（略微不对称）a、直流电压下的击穿电压b、交流电场下的击穿电压特点：1、棒-板间隙击穿总是在棒的极性为正、电压达到峰值时发生，击穿电压与直流电压下正极性击穿电压相近2、除起始部分外，击穿电压与距离近似成直线关系，但大间隙下击穿电压有饱和趋势3、平均击穿场强棒-棒间隙：3.8kV(有效值)/cm棒-板间隙：3.35kV(有效值)/cm显著特征：“饱和”特性二、冲击电压作用下气隙的击穿特性1、冲击电压波形a、雷电冲击电压波OC为视在波前OF为视在波前时间OG为视在半峰值时间（也称为波长时间）国标规定：b、操作冲击电压波国标规定：2、放电时延冲击电压的特点：变化速度快、作用时间短，其有效作用时间是以微秒计的。对气隙施加冲击电压使气隙击穿，需要有两个条件：（1）需要足够幅值的电压，引起电子崩并导致流注和主放电的有效电子；（2）需要电压作用一定的时间，使放电得以发展以致击穿。2、放电时延统计时延：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放电时延特点：a、小间隙、均匀场：短，占主要部分b、大间隙、极不均匀场：长，占主要部分c、随着冲击电压幅值的不断升高，将越来越短有效电子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3、50%冲击击穿电压（U50%）工程上常采用50%冲击击穿电压（U50%）来描述气隙的冲击击穿特性。

50%冲击击穿电压（U50%）：在多次施加同一电压时，导致其中半数气隙击穿的这一电压值。在均匀和稍不均匀电场中，气隙的U50%与静态击穿电压Us相差不大，其冲击系数（U50%与Us之比）接近1；而在极不均匀电场中，由于放电时延较长，其冲击系数均大于1。4、气隙的伏秒特性同一个气隙，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。因此该气隙耐电性能要用冲击电压值和击穿时间两者共同来表示。伏秒特性的应用1—下包线；2—上包线；3—50%伏秒特性a、极不均匀电场（大间隙）平均击穿场强较低，放电时延较长，只有大大提高电压，才能缩短放电时延。伏秒特性曲线A向左上角上翘b、稍不均匀电场（小间隙）间隙各处场强相差不大，一但出现电离，很快贯穿整个间隙，放电时延短。伏秒特性曲线B只能在很小的时间内向上翘4.1、不同电场气隙伏秒特性比较4.2、伏秒特性的应用两者配合，S2可以保护S1两者不能配合，不能互相保护S1被保护设备的伏秒特性S2保护间隙的伏秒特性