高电压技术气隙的击穿特性

1、气隙的击穿特性,不同性质电压作用下气隙的击穿特性 不同气体种类和状态气隙的击穿特性,不同性质电压作用下气隙的击穿特性,电压种类,持续电压：直流、交流,冲击电压：雷电冲击、操作冲击,电场分布情况：电极形状、间隙距离、电压极性,1、均匀电场中的击穿电压： a、分散性小 直流、交流、50%冲击击穿电压基本相同 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,一、持续作用电压下气隙的击穿特性,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 不同电压波形作用下，击穿电压（峰值、 U击50% ）基本相同 b、不同于极不均匀电场，直到击

2、穿为止不发生电晕 C、稍不均匀电场不对称时，虽有极性效应，但不明显 见397、398页的击穿电压表 （注意：当球间距离大于0.5D时，不是线性关系）,3、极不均匀电场的击穿电压,a、直流电压下的击穿电压 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-板间隙：5.0kV/cm （略微不对称）,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、 3、平均击穿场强 棒-棒间隙：3.8kV(有效值)/cm 5.36kV(峰值)/cm 棒-板间隙：3.35kV(有效值)/cm 4.8kV(峰值)/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为视在播前 OF为视在播前时间 OG为视在半峰值时间 （也称为波尾时间） 国标规定：,b、操作冲击电压波,国标规定：,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,间隙中出现一个能引起电离过程并最终导致击穿的电

4、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、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，因此该气息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,1）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。 S向左上角上翘 2）较均匀电场（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

5、隙，放电时延短。 S只能在很小的时间内向上翘,4、不同电场气隙伏秒特性比较,5、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,三、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,四、不同气体状态和种类气隙的击穿特性,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,2、 高强度

6、气体,其电气强度是空气耐电强度的2.32.5倍,其原因为： 1、分子量大（为146），密度大（相同条件下，是空气的5倍），属重气体。 2、具有负电性，易俘获电子，减少了引起电离的电子数。 SF6绝缘的全封闭组合电器：,除变压器外变电站所有设备被封闭在金属容器内，里边充有34个大气压的SF6气体，大大缩小了高压电气设备所需的空间。 目前也出现气体绝缘变压器。,五、提高气隙击穿电压的方法,1、改进电极形状以改善电场分布 增大电极曲率半径来减小表面场强。如变压器套管端部加球形屏蔽罩；采用扩径导线（截面相同，半径增大）等。 改善电极边缘以消除边缘效应。电极边缘做成弧形，或尽量使其与某等位面相近。 使电

7、圾具有最佳外形以此改善其电场分布。如穿墙高压引线上加金属扁球，墙洞边缘做成近似垂接线旋转体。,、利用空间电荷以改善电场分布,a、工频电压下的细线效应,导线直径很小时，导线周围容易形成比较均匀的电晕层，使电场分布改善了，从而提高了击穿电压。 但实验表明，雷电冲击电压下就没有细线效应了。在击穿电压曲线的直线部分，不同直径导线板间隙的击穿电压都接近于尖板间隙的数值。这主要是由于雷电冲击电压作用时间太短，来不及形成充分的空间电荷层之故。,b、极间障的采用,、增高气压（巴申定律的应用）,提高气压可以减小电子的平均自由行程，削弱电离过程，从而提高气体的电气强度。 例如，大气压力下空气的电气强度仅约为变压器

8、油的1518，而提高压力至1一1.5MPa后，空气的电气强度就和一般的液、固态绝缘材料如变压器油、电瓷、云母等的电气强度相接近了。 压缩空气绝缘及其它压缩气体绝缘近年来在一些电气设备(如高压空气断路器、高压标准电容器等)中已得到采用。采用压缩气体的缺点是对设备容器的机械强度及密封等方面的要求提高了，从而增加了制造成本。,、高真空的采用（巴申定律的应用）,采用高度真空和提高气压类似，也可削弱间隙中的碰撞电离过程从而显著增高间隙的击穿电压。 间隙距离较小时，间隙的击穿和阴极的强场放射密切有关(击穿前电场已很强，足以引起强场放射了)。由于强场放射造成很大的电流密度，导致电极局部过热，释放气体，金属气

9、化，破坏了真空，从而引起击穿。 间隙距离较大时，击穿是由所谓全电压效应引起的。随着间隙距离及击穿电压的增加，电子从阴极到阳极经过了巨大的电位差，积聚了极大的动能。高能电子轰击阳极时能使阳极释放出正离子及辐射出光子。正离子及光子达到阴极后又将加强阴极的表面电离。在此反复过程中产生越来越大的电子沉，使电极局部气化，导致间隙击穿，这就是全电压效应。由于全电压效应，所以真空中随着距离加大，平均击穿场强越来越低。电极表面上附有不牢固的微小质点对真空间隙的击穿电压也有很大影响。这些质点脱离电极后，又被电场加速，撞击对面电极，使电极局部气化，导致真空间隙击穿。,真空间隙的击穿电压和电极材料、电极表面的光洁度

10、及清洁度(包括吸附气体的多少及种类)等多种因素有关，分散性很大，因而也可利用上述击穿处理法来提高间欧的击穿电压。 在电力设备中目前还很少采用高真空。因为在电力设备的绝缘结构中，总还得采用各种固态、液态绝缘材料，在真空中这些绝缘材料会逐渐释出气体，使真空无法保持。所以只是在一些特殊场合(如真空断路器一真空不只是绝缘性能好，而且还具有很好的灭弧能力)才采用高真空作绝缘。,、高强度气体的采用,、这些气体具有很强的电负性，气体分子容易和电子结合成为负离子，从而削弱了电子的碰撞电离能力，同时又加强了复合过程。 2、这些气体的分子量都比较大，分子直径较大，使得电子在其中的自由行程缩短，不易积聚能量，从而减少了其碰撞电离能力。 电子和这些气体的分子相遇时，还易于引起分子发生极化等过程，增加能量损失，从而减弱其碰撞电离能力。,对高电气强度气体的要求： 1液化温度要低，采用高电气强度气体时，常常同时提高压力，以便更大程度的提高间隙的击