第2章2 3-2 5冲击电压及提高间隙击穿电压_56300625

1、 第2章 不同电压形式下空气的绝缘特性1本章核心概念：高场强与高电压、非均匀场、电场分布的调整、雷电与操作冲击电压、50%放电电压、伏秒特性、空气的电气强度、高真空绝缘、SF6绝缘2.1 电场分布的分析与电场调整2.2 持续作用电压下空气的绝缘特性2.3 雷电冲击电压下空气的绝缘特性2.4 操作冲击电压下空气的绝缘特性2.5 提高气体间隙击穿电压的措施图2-11均匀电场中空气间隙的 击穿电压Ub及击穿场强Eb和间隙距离d 的关系2均匀电场中空气的电气强度大致等于30kV/cm(峰值)2.2.1 均匀电场中空气间隙的绝缘特性Ub = 24.22dd + 6.08 d d2.2 持续作用电压下空气

2、的绝缘特性对极不均匀电场的分析，主要看电场是否对称： 以及看电压极性：正极性、负极性、棒-板3图2-12 尖-板及尖-尖空气间隙的 图2-13棒-板空气间隙的直流击穿电压和 直流击穿电压和间隙距离的关系 间隙距离的关系 1正极性；2负极性 2.2.3 极不均匀电场中空气间隙的绝缘特性正棒-板：Eb4.5 kV/cm负棒-板：Eb10 kV/cm2.2 持续作用电压下空气的绝缘特性及棒-板空气间隙的 工频击穿电压和间隙距离的关系 流电压下的间隙穿发生在正半波2.2 持续作用电压下空气的绝缘特性对极不均匀电场的分析，主要看电场是否对称：、棒-板以及看电压极性：正极性、负极性4图2-14：Eb4.0

3、 kV/cm (有效值)5.66 kV/cm (峰值)棒-板：Eb3.7 kV/cm (有效值)5.23 kV/cm (峰值)图2-15及棒-板空气间隙的工频击穿电压和间隙距离的关系1、2、4；3、5棒-板 对极不均匀电场的分析，主要看电场是否对称： 以及看电压极性：正极性、负极性、棒-板5间隙击穿电压随间隙距离增长的饱和现象是交流电压下长间隙击穿的显著特点之一2.2.3 极不均匀电场中空气间隙的绝缘特性长间隙棒板：d = 10m时 Eb210 kV/m (峰值)=150 kV/m (有效值)2.2 持续作用电压下空气的绝缘特性 冲击全波标准波形雷电冲击电压全波波形示意图国家标准及IEC标准规

4、定的标准波形为1.2/50s62.3 雷电冲击电压下空气的绝缘特性 冲击截波标准波形雷电冲击电压截波波形示意图(a)波前截断(b)波尾截断72.3 雷电冲击电压下空气的绝缘特性如何获取U50？放电时延td = 统计时延ts + 形成时延tf均匀/稍不均匀电场以ts为主、时延短，极不均匀电场以tf为主，时延较长82.3 雷电冲击电压下空气的绝缘特性放电时延50%放电电压U50对空气间隙，一般取90%耐受概率的电压为耐受电压图2-22及棒-板空气间隙的雷电冲击50%击穿电压和间隙距离的关系1-1.5/40(+)，d 40cm时Ub = 40+5d； 2-1.5/40(+)，d 40cm时Ub =

5、75+5.56d3-1.5/40(-)，d 40cm时Ub = 110+6d； 4-1.5/40(-)，d 40cm时Ub = 2159 +6.7d2.3 雷电冲击电压下空气的绝缘特性50%放电电压U50 (服从高斯分布) U耐受=U50(1-ns)空气间隙的伏秒特性曲线伏秒特性曲线的获取(虚线为该间隙在工频下的击穿电压)两并联间隙的 伏秒特性曲线示意10由于放电时延的影响，均匀电场v-t特性比较平坦极不均匀场的v-t特性则随时间缩短而明显上翘2.3 雷电冲击电压下空气的绝缘特性放电时延50%放电电压U50 冲击系数 伏秒特性电力系统过渡过程与操作过电压操作过电压的波形操作过电压的幅值与电网电

6、压等级ut112.4.1 操作冲击电压的形成与波形2.4.2 操作冲击放电电压的特点2.4 操作冲击电压下空气的绝缘特性u 1.2/50 s ut 250/2500 s t9波形比较示意： 标准雷电波与标准操作冲击波 U形曲线13因此，长间隙需要进行长波头操作冲击试验，仅用250/2500不行正极性棒-板间隙操作冲击放电电压2.4.2 操作冲击放电电压的特点 U形曲线14因此，长间隙需要进行长波头操作冲击试验，仅用250/2500不行正极性棒-板间隙操作冲击放电电压2.4.2 操作冲击放电电压的特点 极性效应、饱和现象 2.4.2 操作冲击放电电压的特点图2-33 操作冲击电压（500ms /

7、5000 ms）作用下棒-板及空气间隙的50%击穿电压和间隙距离的关系 1棒-板，负极性；2，负极性；3，正极性；4棒-板，1正5极性 2.4.2 操作冲击放电电压的特点 极性效应、饱和现象棒-板、间隙操作冲击放电电压曲线16 2.4.2 操作冲击放电电压的特点 饱和现象图2-34正极性操作冲击放电电压曲线正棒板间隙 1280/5=256kV/m1860/10=186kV/m2220/15=148kV/m17 饱和现象、分散性大 2.4.2 操作冲击放电电压的特点导线杆塔正极性操作冲击放电电压曲线1200/4=300kV/m,1500/6=250kV/m,1800/9=200kV/m18 雷电

8、冲击放电几乎都走最短空气距离的路径典型雷电冲击放电路径19 操作冲击则放电路径变化多，U50分散性大典型操作冲击放电路径120 操作冲击则放电路径变化多，U50分散性大典型操作冲击放电路径221 操作冲击则放电路径变化多，U50分散性大典型操作冲击放电路径32223 4850kV操作冲击放电24导线-塔身正极性操作冲击放电电压曲线1000/3333kV/m,1480/6247kV/m对极不均匀电场的分析，主要看电场是否对称： 以及看电压极性：正极性、负极性、棒-板25极不均匀场空气间隙的电气强度 雷电冲击： 正棒-板:500kV/m操作冲击： 负棒-板:750kV/m正棒-板:400kV/m(

9、2m) 负棒-板:900kV/m(2m)195kV/m(8-10m) 长间隙正棒板:直流电压： 正棒-板:4.5kV/cm，负棒-板:10kV/cm间隙：4.85.0kV/cm 较长交流电压： 棒-板:5.23kV/cm(峰) :5.66kV/cm(峰) 长间隙棒-板:210kV/m(峰) 2627极不均匀场与稍不均匀场空气间隙电气强度的比较在极不均匀场中，电场的不均匀性已经很严重，电场不均匀系数对间隙击穿电压的影响已经相对不大了。这时对间隙击穿电压影响最大的是电场是否对称、电压极性、以及间隙距离。在稍不均匀中，电场不均匀系数的变化对电场不均匀程度的影响很大，从而间隙击穿电压的影响也很大。这时

10、对间隙击穿电压影响最大的是电场不均匀系数和间隙距离。在给定间隙距离下提高间隙击穿电压的措施，主要就是降低电场不均匀程度。282.5.1 改进电极形状改善电场结构，抑制放电发展对稍不均匀场：增大电极曲率半径，提高电场均匀程度，提高间隙击穿电压；对极不均匀场：改变电极形状，尽量避免不对称电场，提高击穿电压；或增大电极曲率半径，提高电晕起始电压，对击穿电压影响不大对需要降低放电电压、增加放电效果的则反之。2.5 提高气体间隙击穿电压的措施加大高场强电极的曲率半径2930用特斯拉变压器进行的放演（希望得到尽可能长的放电火花）31用特斯拉变压器进行的放演（希望得到尽可能长的放电火花）32希望得到尽可能长

11、的放电火花巴黎时装秀上，开场身着金属网衣（法拉第笼）的模特与模拟闪电（特斯拉线圈）起舞身穿防护服的小提琴演奏者33澳大利亚彼得特伦用50万伏电压，创造出现代版思考者： 陷入沉思状态的“思考者”释放出智慧火花34 2.5.2 利用空间电荷 D=30 导线-平板空气间隙的工频击穿电压与间隙距离导线-平板空气间隙的雷电冲击击穿电压与间隙距离352.5 提高气体间隙击穿电压的措施 2.5.3 极不均匀场中屏蔽的采用屏障对正尖-板空气间隙直流击穿电压的影响(实线-负极性；虚线-正极性)屏障对正尖-板间隙中电场分布的影响362.5 提高气体间隙击穿电压的措施均匀电场中不同间隙距离下空气的击穿电压和pd的关

12、系真空中直流电压下，球-板间隙的击穿电压及击穿场强和间隙距离的关系372.5.6 高真空的采用2.5.5 高气压的采用2.5 提高气体间隙击穿电压的措施382.5.7 高电气强度气体（SF6）的采用392.5.7 高电气强度气体（SF6）的采用a = a- SF6的a/p与E/p关系SF6的间隙击穿电压与pd的关系40电子附着系数：一个电子在电场方向单位长度行程内可能被吸附的次数pd 乘积相同的不同间隙，在气体压力较大时击穿电压不再相同，会偏离巴申曲线2.5.7 高电气强度气体（SF6）的采用41 SF6的气体状态参数SF6气体电气性能优异，已广泛应用于各类高电压设备。但价格高、尤其是GWP值

13、高达22800，是禁止排放的六种温室气体中最高的。在中等压力下，SF6气体可 以被液化，便于贮藏和运输。高电压设备制造时充入的SF6越多，密度和压力越大， 设备能够保持绝缘性能的最低环境温度反而越高。SF6的使用压力不宜过高2.5.7 高电气强度气体（SF6）的采用 SF6的混合气体与替代气体图2-46 稍不均匀场中SF6含量改变时SF6混合气体击穿电压的变化工频击穿电压(a)(b) 操作冲击(-250/2500s)击穿电压(c) 雷电冲击(-1.2/50s)击穿电压 - N2-SF6；- 空气-SF6；- CO2-SF6422.5.7 高电气强度气体（SF6）的采用6的混合气体与替代气体 S

14、F6混合气体：采用小比例SF6与其他气体混合，尽量减少SF6SF6-N2混合气体的a/p与E/p的关系SF6 含 量 ： 1-0；2-10；3-25；4-50；5-100 SF6-N2混合气体的(E/p)cr与SF6含量的关系43的用量 SF2.5.7 高电气强度气体（SF6）的采用 SF6的混合气体与替代气体SF6替代气体：完全不用SF6，而是采用GWP值比SF6低很多的其他人工合成气体。希望具有低GWP值、高电气强度、高导热性、低液化温度、低毒性、良好的灭弧性能，如：八氟环丁烷(c-C4F8)、八氟丙烷(C3F8)、六氟乙烷(C2F6)、三氟碘甲烷(CF3I)、fluoronitriles

15、混合气体工频击穿电压Ub与气体中C4F8或SF6含量x的关系 C4F8N2； SF6N2Fluoronitrile与SF6在不同气压下电气强度的比较44 雷电冲击极性效应、放电时延、U50、伏秒特性、分散性、U形曲线、操作冲击及交流的长间隙饱和 操作冲击 交流 直流稍不均匀场极不均匀场 均匀场流注与先导、电晕、稍不均匀场的典型电极、极不均匀场的对称与不对称电场均匀性45影响间隙放电的三类因素电压形式 第3章 高压外绝缘及沿面放电46本章核心概念：大气条件修正、高压绝缘子、外绝缘、沿面放电、滑闪放电、污秽放电、憎水性迁移、硅橡胶有机外绝缘3.1 大气条件对空气间隙放电的影响3.2 高压外绝缘及高

16、压绝缘子3.3 绝缘子的沿面放电3.4 绝缘子的雨中放电3.5 绝缘子的污秽放电3.1大气条件对空气间隙放电的影响(GB/T 16927.1-2011)“g参数法”(海拔不超过2000m)3.1.1大气状态对放电电压的影响标准参考大气条件：t0 = 20，p0 = 101.3 kPa，h0 = 11g/m3标准程序U0U / Kt （试验条件下的U换算到标准条件的U0)逆程序UU0Kt （标准条件下规定的U0换算到试验条件下的U)Ktk1* k2空气密度修正因数k1= dm湿度修正因数k2= k w需要求出d、k、m、w才能进行修正47 干湿球温度计温度与空气相对湿度、绝对湿度的关系48绝对空

17、气湿度/(g/m3)相对空气湿度RH /%环境温度(干球温度) /C49从记录的环境温度t、气压p、绝对湿度h，求出d、k，得到参数g， gU50 / (500Ld k)，再从参数g求出m、w ，得到k1= d m 、k2= k w 例：某6m棒-板间隙，夏日t干 = 29，t湿 = 24，p = 99.8 kPa，及冬日t干 = 10，t湿 = 5，p = 102.7kPa，预估其正极性操作U50(夏)和U50(冬)。 解：查图2-33，6m棒-板间隙，标准参考大气条件正极性操作U50=1500kV。在所给夏日条件下，=0.956，查图3-2得h =19g/m3。从而h/= 19.9，由式(3-5)，得k =1.089。再由式(3-5)，得g = 1500/(50060.9561.089) = 0.48，由表3-1得m =w =0.168。m于是空气密度校正因数k1 = = 0.9560.168 =