高电压-气体间隙击穿强度PPT课件.ppt

关于高电压-气体间隙的击穿强度第一张，PPT共七十九页，创作于2022年6月n 电场情况电场情况均匀电场、稍不均匀电场、极不均匀电场均匀电场、稍不均匀电场、极不均匀电场影响气体间隙击穿电压的主要因素：影响气体间隙击穿电压的主要因素：高电压工程基础n 电压形式电压形式稳态电压（直流电压与交流电压）、雷电冲击电压、操作稳态电压（直流电压与交流电压）、雷电冲击电压、操作冲击电压冲击电压n 大气条件大气条件气压、温度、湿度气压、温度、湿度第二张，PPT共七十九页，创作于2022年6月一、稳态电压下的击穿一、稳态电压下的击穿二、雷电冲击电压下的击穿二、雷电冲击电压下的击穿三、操作冲击电压下的击穿三、操作冲击电压下的击穿四、大气密度和湿度对击穿的影响四、大气密度和湿度对击穿的影响五、提高气体间隙击穿电压的措施五、提高气体间隙击穿电压的措施高电压工程基础第三章第三章 气体间隙的击穿强度气体间隙的击穿强度第三张，PPT共七十九页，创作于2022年6月高电压工程基础稳态电压（持续电压）指直流电压或工频交流电压。稳态电压（持续电压）指直流电压或工频交流电压。3.1 稳态电压下的击穿稳态电压下的击穿特点：特点：电压变化的速度和间隙中放电发展的速度相比极电压变化的速度和间隙中放电发展的速度相比极小，故放电发展所需的时间可以忽略不计，只要作用小，故放电发展所需的时间可以忽略不计，只要作用于间隙的电压达到击穿电压，间隙就会发生击穿。于间隙的电压达到击穿电压，间隙就会发生击穿。第四张，PPT共七十九页，创作于2022年6月高电压工程基础直流电压：直流电压：交流电压：交流电压：直流中所含的脉动分量的脉动系数不大于直流中所含的脉动分量的脉动系数不大于3%。（脉动系数是指脉动幅值与直流电压的平均值之比）（脉动系数是指脉动幅值与直流电压的平均值之比）直流电压的大小指直流电压的平均值。直流电压的大小指直流电压的平均值。波形接近于正弦波，正、负两半波相同，峰值与有波形接近于正弦波，正、负两半波相同，峰值与有效值之比为效值之比为 ，偏差不超过，偏差不超过第五张，PPT共七十九页，创作于2022年6月高电压工程基础1、均匀电场中的击穿、均匀电场中的击穿n因电极布置对称，所以击穿电压无极性效应。因电极布置对称，所以击穿电压无极性效应。n因击穿前间隙各处场强相等，击穿前无电晕发生，起始放因击穿前间隙各处场强相等，击穿前无电晕发生，起始放电电压等于击穿电压。电电压等于击穿电压。n不论何种电压（直流、交流、正负不论何种电压（直流、交流、正负50%冲击电压）作冲击电压）作用，其击穿电压（峰值）都相同，且分散性很小。用，其击穿电压（峰值）都相同，且分散性很小。第六张，PPT共七十九页，创作于2022年6月高电压工程基础1、均匀电场中的击穿、均匀电场中的击穿均匀电场中空气间隙的击穿电压（峰值）可根据下面均匀电场中空气间隙的击穿电压（峰值）可根据下面经验公式求得：经验公式求得：式中式中 d 间隙距离，间隙距离，cm；空气相对密度。空气相对密度。均匀电场中空气均匀电场中空气的击穿场强（峰的击穿场强（峰值）为值）为30kV/cm。第七张，PPT共七十九页，创作于2022年6月高电压工程基础2、稍不均匀电场中的击穿、稍不均匀电场中的击穿稍不均匀电场中各处的场强差异不大，间隙中任何一处若出现自持稍不均匀电场中各处的场强差异不大，间隙中任何一处若出现自持放电，必将立即导致整个间隙的击穿。所以对稍不均匀的电场，任何一处放电，必将立即导致整个间隙的击穿。所以对稍不均匀的电场，任何一处自持放电的条件，就是整个间隙击穿的条件。自持放电的条件，就是整个间隙击穿的条件。n电场不对称时，击穿电压有极性效应，但不显著。电场不对称时，击穿电压有极性效应，但不显著。n击穿前有电晕发生，但不稳定，一出现电晕，立即导致整击穿前有电晕发生，但不稳定，一出现电晕，立即导致整个间隙击穿。个间隙击穿。n间隙距离一般不是很大，放电发展所需时间短。直流击穿电压、间隙距离一般不是很大，放电发展所需时间短。直流击穿电压、工频击穿电压峰值及工频击穿电压峰值及50%冲击击穿电压几乎一致，且分散性不大。冲击击穿电压几乎一致，且分散性不大。第八张，PPT共七十九页，创作于2022年6月高电压工程基础2、稍不均匀电场中的击穿、稍不均匀电场中的击穿稍不均匀电场的击穿电压与电场均匀度关系极大，稍不均匀电场的击穿电压与电场均匀度关系极大，没有能够概括各种电极结构的统一的经验公式。通常没有能够概括各种电极结构的统一的经验公式。通常是对一些典型的电极结构做出一批实验数据，实际的是对一些典型的电极结构做出一批实验数据，实际的电极结构只能从典型电极中选取类似的进行结构估算。电极结构只能从典型电极中选取类似的进行结构估算。电场越均匀，同样间隙距离下的击穿电压越高，电场越均匀，同样间隙距离下的击穿电压越高，其极限就是均匀电场中的击穿电压。其极限就是均匀电场中的击穿电压。第九张，PPT共七十九页，创作于2022年6月高电压工程基础（1）球间隙）球间隙（eg：高压实验室中的测量球隙）：高压实验室中的测量球隙）a.dD/4时，电场不时，电场不均匀程度增大，击均匀程度增大，击穿场强下降，出现穿场强下降，出现极性效应；极性效应；c.球隙测压器的工作范球隙测压器的工作范围围dD/2；否则因放；否则因放电分散性增大，不能电分散性增大，不能保证测量的精度。保证测量的精度。2、稍不均匀电场中的击穿、稍不均匀电场中的击穿第十张，PPT共七十九页，创作于2022年6月高电压工程基础（2）同轴圆柱电极）同轴圆柱电极（eg：高压标准电容器、单芯电缆、：高压标准电容器、单芯电缆、GIS分相母线）分相母线）（1）r/R0.1时，稍不均匀电场，击穿时，稍不均匀电场，击穿前不出现电晕，且由图可见，当前不出现电晕，且由图可见，当r/R 0.33时击穿电压出现极大值（上述电时击穿电压出现极大值（上述电气设备在绝缘设计时尽量将气设备在绝缘设计时尽量将r/R选取选取0.250.4的范围内）。的范围内）。2、稍不均匀电场中的击穿、稍不均匀电场中的击穿第十一张，PPT共七十九页，创作于2022年6月高电压工程基础（3）其他形状的电极布置）其他形状的电极布置 球状电极的电场不均匀系数大球状电极的电场不均匀系数大于相同半径的圆柱电极；于相同半径的圆柱电极；间隙距离增大时，电场不均匀系间隙距离增大时，电场不均匀系数也增大。数也增大。2、稍不均匀电场中的击穿、稍不均匀电场中的击穿第十二张，PPT共七十九页，创作于2022年6月高电压工程基础3、极不均匀电场中的击穿、极不均匀电场中的击穿n由于存在局部强场区，故间隙击穿前有稳定的电由于存在局部强场区，故间隙击穿前有稳定的电晕放电，间隙的起始放电电压小于击穿电压。晕放电，间隙的起始放电电压小于击穿电压。n对电极形状不对称的极不均匀电场，有明显的极性效应。对电极形状不对称的极不均匀电场，有明显的极性效应。n因间隙距离长，放电发展所需时间长，故外加电因间隙距离长，放电发展所需时间长，故外加电压的波形对击穿电压的影响大，击穿电压的分散压的波形对击穿电压的影响大，击穿电压的分散性大。性大。第十三张，PPT共七十九页，创作于2022年6月高电压工程基础电场不均匀程度对击穿电压的影响减弱（由于电场不均匀程度对击穿电压的影响减弱（由于电场已经极不均匀），间隙距离对击穿电压的影响电场已经极不均匀），间隙距离对击穿电压的影响增大。可以选择电场极不均匀的极端情况，棒增大。可以选择电场极不均匀的极端情况，棒板板和棒和棒棒作为典型电极结构，它们的击穿电压具有代表棒作为典型电极结构，它们的击穿电压具有代表性。性。在工程遇到很多极不均匀电场时，可以根据这些在工程遇到很多极不均匀电场时，可以根据这些典型电极的击穿电压数据做简单的估算。典型电极的击穿电压数据做简单的估算。极不均匀电场的击穿电压的特点：极不均匀电场的击穿电压的特点：第十四张，PPT共七十九页，创作于2022年6月高电压工程基础（1）直流电压作用的击穿电压）直流电压作用的击穿电压棒棒板、棒板、棒棒间隙的直流击穿棒间隙的直流击穿电压与间隙距离的关系曲线电压与间隙距离的关系曲线正棒正棒负板间隙的击穿电负板间隙的击穿电压最低，负棒压最低，负棒正板间正板间隙的击穿电压最高，棒隙的击穿电压最高，棒棒间隙的击穿电压介于棒间隙的击穿电压介于两者之间。两者之间。第十五张，PPT共七十九页，创作于2022年6月高电压工程基础（2）工频交流电压作用的击穿电压）工频交流电压作用的击穿电压由于棒由于棒板间隙的击穿总是发生板间隙的击穿总是发生在棒级为正时的半个周期且电压在棒级为正时的半个周期且电压达幅值时，故其击穿电压（峰值）达幅值时，故其击穿电压（峰值）和直流下正棒和直流下正棒负板时的击穿负板时的击穿电压相近。电压相近。在电气设备上，应尽量采用棒在电气设备上，应尽量采用棒-棒类对称型的电极结构，而棒类对称型的电极结构，而避免棒避免棒-板类不对称的电极结构。板类不对称的电极结构。棒棒和棒板空气间隙的工频棒棒和棒板空气间隙的工频击穿电压（有效值）击穿电压（有效值）第十六张，PPT共七十九页，创作于2022年6月高电压工程基础1、均匀电场的击穿特点、均匀电场的击穿特点击穿前无电晕、无极性效应、各种电压作用时其击穿电压（峰值）都击穿前无电晕、无极性效应、各种电压作用时其击穿电压（峰值）都相同。相同。2、稍不均匀电场的击穿特点、稍不均匀电场的击穿特点击穿前无稳定电晕、极性效应不明显、各种电压作用下的击穿电击穿前无稳定电晕、极性效应不明显、各种电压作用下的击穿电压几乎一致。压几乎一致。3、极不均匀电场的击穿特点、极不均匀电场的击穿特点击穿前有稳定的电晕、有明显的极性效应、各种电压波形对击穿击穿前有稳定的电晕、有明显的极性效应、各种电压波形对击穿电压影响很大。电压影响很大。小小 结：结：第十七张，PPT共七十九页，创作于2022年6月高电压工程基础3.2 雷电冲击电压下的击穿雷电冲击电压下的击穿1、冲击电压的标准波形、冲击电压的标准波形标准雷电波标准雷电波的波形：的波形：T1=1.2s30，T2=50s20对于不同极性：对于不同极性：+1.2/50s或或-1.2/50s操作冲击波操作冲击波的波形：的波形：T1=250s20，T2=2500s60对于不同极性：对于不同极性：+250/2500s或或-250/2500s 波前时间 半峰值时间 第十八张，PPT共七十九页，创作于2022年6月高电压工程基础n足够大的电场强度或足够高的电压足够大的电场强度或足够高的电压n在气隙中存在能引起电子崩并导致流注和主放电的有效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电子n需要一定的时间，让放电得以逐步发展并完成击穿需要一定的时间，让放电得以逐步发展并完成击穿完成气隙击穿的三个必备条件：完成气隙击穿的三个必备条件：2、放电时延、放电时延第十九张，PPT共七十九页，创作于2022年6月高电压工程基础n直流电压、工频交流等持续作用的电压，可以满足上述三直流电压、工频交流等持续作用的电压，可以满足上述三个条件；个条件；n当所加电压为变化速度很快，作用时间很短的冲击电压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（以微秒计），此时放电时间就时，因有效作用时间短（以微秒计），此时放电时间就变成一个重要因素。变成一个重要因素。完成击穿所需放电时间很短的（微秒级）：完成击穿所需放电时间很短的（微秒级）：静态击穿电压静态击穿电压：稳态电压作用在间隙上能使间隙击穿的：稳态电压作用在间隙上能使间隙击穿的最低电压。最低电压。击穿时间击穿时间：间隙从开始加压的瞬时到完全击穿所需的时：间隙从开始加压的瞬时到完全击穿所需的时间，也称为全部放电时间。间，也称为全部放电时间。第二十张，PPT共七十九页，创作于2022年6月高电压工程基础升压时间t1：电压从零升到静态击穿电压所需的时间 统计时延ts：从外施电压达到Uo时起，到出现一个能引起击穿的初始电子崩所需的第一个有效电子为止，所需的时间。放电形成时延tf：从出现第一个有效自由电子时起，到放电过程完成所需时间，即电子崩的形成和发展到流注等所需的时间击穿时间：击穿时间：td=t1+ts+tf 放电时延：放电时延：tl=ts+tf第二十一张，PPT共七十九页，创作于2022年6月高电压工程基础电场较均匀时电场较均匀时，由于平均场强很高，放电发展速度快，由于平均场强很高，放电发展速度快，放电时延近似等于统计时延放电时延近似等于统计时延。对于。对于极不均匀电场极不均匀电场，由于局，由于局部场强高（出现有效电子的概率增加），而平均场强较部场强高（出现有效电子的概率增加），而平均场强较低（放电发展速度慢），低（放电发展速度慢），放电时延主要取决于放电形成时放电时延主要取决于放电形成时延延。放电时延还与外加电压大小有关，总的趋势是总电压越高，放电时延还与外加电压大小有关，总的趋势是总电压越高，放电过程发展的越快，放电时延越短。放电过程发展的越快，放电时延越短。放电时延与电场均匀度有关：放电时延与电场均匀度有关：第二十二张，PPT共七十九页，创作于2022年6月高电压工程基础放电时延服从统计规律，因此冲击击穿电压具有一定的分散放电时延服从统计规律，因此冲击击穿电压具有一定的分散性。工程上常用性。工程上常用50%冲击击穿电压冲击击穿电压U50%表示间隙的冲击击穿表示间隙的冲击击穿特性。特性。3、50击穿电压及冲击系数击穿电压及冲击系数U50%间隙被击穿的概率为间隙被击穿的概率为50%的冲击电压峰值。的冲击电压峰值。冲击击穿电压的放电概冲击击穿电压的放电概率一般认为服从高斯分率一般认为服从高斯分布：布：第二十三张，PPT共七十九页，创作于2022年6月高电压工程基础n确定间隙的确定间隙的U50%的方法的方法:保持标准波形不变，逐级升高电压幅值，每级电压值加保持标准波形不变，逐级升高电压幅值，每级电压值加10次，直到每次，直到每10次中有次中有4-6次击穿，则此电压可作为该间隙次击穿，则此电压可作为该间隙大致的大致的U50%。每级加压次数越多，所得的。每级加压次数越多，所得的U50%越准确。越准确。U50%与静态击穿电压与静态击穿电压U0的比值称为冲击系数的比值称为冲击系数。n均匀和稍不均匀电场下，均匀和稍不均匀电场下，1；n极不均匀电场中，极不均匀电场中，1，冲击击穿电压的分散性也较大。，冲击击穿电压的分散性也较大。第二十四张，PPT共七十九页，创作于2022年6月高电压工程基础因为因为U50%只是在一定波形下对应于某个固定击穿时间的只是在一定波形下对应于某个固定击穿时间的击穿电压击穿电压，所以它不能代表任何击穿时间下间隙的击穿电压。，所以它不能代表任何击穿时间下间隙的击穿电压。即即U50%不能全面反映间隙的冲击击穿特性。同一间隙在不不能全面反映间隙的冲击击穿特性。同一间隙在不同波形的冲击电压作用下，其同波形的冲击电压作用下，其U50%是不同的，如无特别是不同的，如无特别说明，一般指用标准波形做出的。说明，一般指用标准波形做出的。第二十五张，PPT共七十九页，创作于2022年6月高电压工程基础图为标准雷电冲击电压下图为标准雷电冲击电压下棒棒板及棒板及棒棒间隙的棒间隙的U50%和距离的关系。和距离的关系。1.正棒正棒-板板 2.正棒正棒-棒棒(接地接地)3.负棒负棒-棒棒(接地接地)4.负棒负棒-板板棒棒板间隙具有明显的极性板间隙具有明显的极性效应，棒效应，棒棒间隙也具有不棒间隙也具有不大的极性效应。这是由于大的极性效应。这是由于大地的影响，使不接地的大地的影响，使不接地的棒极附近电场增强的缘故。棒极附近电场增强的缘故。U50%与间隙距离间保持良与间隙距离间保持良好的线性关系。好的线性关系。第二十六张，PPT共七十九页，创作于2022年6月高电压工程基础一个间隙要发生击穿，不仅需要足够高的电压，而且一个间隙要发生击穿，不仅需要足够高的电压，而且还必须有充分的电压作用时间。还必须有充分的电压作用时间。4、伏秒特性、伏秒特性对于冲击电压波，气隙的击穿电压与该电压的波形有很大对于冲击电压波，气隙的击穿电压与该电压的波形有很大的关系。其击穿电压不能简单地用单一的击穿电压值表示，而的关系。其击穿电压不能简单地用单一的击穿电压值表示，而必须用电压峰值和延续时间两者共同表示。必须用电压峰值和延续时间两者共同表示。同一个气隙，冲击电压的峰值较低但延续时间较长，同一个气隙，冲击电压的峰值较低但延续时间较长，在此电压作用下，可能被击穿；冲击电压的峰值较高但持在此电压作用下，可能被击穿；冲击电压的峰值较高但持续时间较短，可能反而不被击穿。续时间较短，可能反而不被击穿。第二十七张，PPT共七十九页，创作于2022年6月高电压工程基础伏秒特性伏秒特性对某一冲击电压波形，间隙上出现的电压最大对某一冲击电压波形，间隙上出现的电压最大值和间隙击穿时间的关系曲线。值和间隙击穿时间的关系曲线。用实验确定间隙伏秒特性的方法用实验确定间隙伏秒特性的方法：保持冲击电压的波形：保持冲击电压的波形不变（不变（T1/T2一定），逐渐升高电压使间隙发生击穿，并根一定），逐渐升高电压使间隙发生击穿，并根据示波图记录击穿电压据示波图记录击穿电压U与击穿时间与击穿时间t。击穿发生在波前或峰值，取此刻值击穿发生在波尾，取峰值未击穿100%伏秒特性0%伏秒特性50%伏秒特性点：点：50%冲击击穿电压放放电电时时延延具具有有分分散散性性第二十八张，PPT共七十九页，创作于2022年6月高电压工程基础伏秒特性的形状与间隙中电场的均匀程度有关。伏秒特性的形状与间隙中电场的均匀程度有关。对于均匀或稍不均匀电场因平均场强高，放电时延短，对于均匀或稍不均匀电场因平均场强高，放电时延短，故曲线比较平坦，且分散性较小。故曲线比较平坦，且分散性较小。对于极不均匀电场平均击穿场强较低，放电时延较长，对于极不均匀电场平均击穿场强较低，放电时延较长，其伏秒特性随放电时间的减少有明显上翘，且分散性其伏秒特性随放电时间的减少有明显上翘，且分散性较大。较大。第二十九张，PPT共七十九页，创作于2022年6月高电压工程基础绝缘的绝缘的伏秒特性伏秒特性避雷器的避雷器的伏秒特性伏秒特性伏秒特性曲线主要用来比较不同设备绝缘的冲击击穿特性。伏秒特性曲线主要用来比较不同设备绝缘的冲击击穿特性。如果一个电压同时作用在两个并联的气体间隙如果一个电压同时作用在两个并联的气体间隙S1和和S2上，其中一个气上，其中一个气隙先击穿，则电压波被短接截断，另一个就不会再击穿。隙先击穿，则电压波被短接截断，另一个就不会再击穿。S2始终处于始终处于S1的下方，在的下方，在任何电压波形下，任何电压波形下，S2都比都比S1的先被击穿。的先被击穿。这个原则如用于保护装置这个原则如用于保护装置和被保护设备，则就是和被保护设备，则就是 S2保护了保护了S1。第三十张，PPT共七十九页，创作于2022年6月高电压工程基础绝缘的绝缘的伏秒特性伏秒特性避雷器的避雷器的伏秒特性伏秒特性若两间隙伏秒特性曲线相交，若两间隙伏秒特性曲线相交，则在时延较短的区域则在时延较短的区域S1先被先被击穿，在时延较长的区域击穿，在时延较长的区域S2先被击穿，在两曲线交叉区先被击穿，在两曲线交叉区域，可能是域，可能是S1先被击穿，也先被击穿，也可能是可能是S2先被击穿。因此先被击穿。因此S2不能可靠保护不能可靠保护S1。第三十一张，PPT共七十九页，创作于2022年6月高电压工程基础1、放电时间的组成为：、放电时间的组成为：td=t1+ts+tf 2、标准雷电冲击电压波形：、标准雷电冲击电压波形：1.2/50s3、冲击电压下气隙的击穿特性、冲击电压下气隙的击穿特性（1）采用击穿百分比为）采用击穿百分比为50%时的电压来表征气隙的冲击击穿特性；时的电压来表征气隙的冲击击穿特性；（2）伏秒特性表征气隙的冲击击穿电压与放电时间的关系。）伏秒特性表征气隙的冲击击穿电压与放电时间的关系。小小 结：结：第三十二张，PPT共七十九页，创作于2022年6月高电压工程基础3.3 操作冲击电压下的击穿操作冲击电压下的击穿电力系统的输电线及电气设备具有电力系统的输电线及电气设备具有电感和电容性电感和电容性，由于系统运行状，由于系统运行状态的突变，导致电感和电容元件间的电磁能转换，引起振荡性的过渡过态的突变，导致电感和电容元件间的电磁能转换，引起振荡性的过渡过程。该过程会在某些电气设备和电网上造成很高的电压，远远超过正常程。该过程会在某些电气设备和电网上造成很高的电压，远远超过正常运行的电压，称为运行的电压，称为操作过电压操作过电压。操作过电压的幅值、波形与电力系统的电压等级有关。过渡过程操作过电压的幅值、波形与电力系统的电压等级有关。过渡过程的振荡基值等于系统运行电压，电压等级越高，操作过电压幅值也越高。的振荡基值等于系统运行电压，电压等级越高，操作过电压幅值也越高。这与雷电过电压不同，后者取决于接地电阻，与系统电压等这与雷电过电压不同，后者取决于接地电阻，与系统电压等级无关。级无关。第三十三张，PPT共七十九页，创作于2022年6月高电压工程基础直到直到20世纪世纪50年代，各国还认为操作过电压下的空气间隙及绝年代，各国还认为操作过电压下的空气间隙及绝缘子的闪络电压缘子的闪络电压=操作冲击系数操作冲击系数工频放电电压，且波形的影响可忽工频放电电压，且波形的影响可忽略。略。n220kV及以下电压等级电力系统：操作冲击系数及以下电压等级电力系统：操作冲击系数=1.1n220kV以上电压等级的电力系统：操作冲击系数以上电压等级的电力系统：操作冲击系数=1随着电力系统电压等级的提高，操作冲击下的绝缘问题越来随着电力系统电压等级的提高，操作冲击下的绝缘问题越来越突出。近几年来研究发现，操作冲击电压下的气体绝缘放电特越突出。近几年来研究发现，操作冲击电压下的气体绝缘放电特性有许多新的特点，应根据操作冲击电压波形下的放电电压进行性有许多新的特点，应根据操作冲击电压波形下的放电电压进行设计。设计。第三十四张，PPT共七十九页，创作于2022年6月高电压工程基础操作过电压波形随电压等级、系统参数、设备性能、操作性操作过电压波形随电压等级、系统参数、设备性能、操作性质、操作时机等因素而有很大的变化。为了模拟操作过电压，需质、操作时机等因素而有很大的变化。为了模拟操作过电压，需要规定标准波形。要规定标准波形。1、操作冲击电压的标准波形、操作冲击电压的标准波形IEC标准：标准：T1/T2=250(20)/2500(60)s附加推荐：附加推荐：100/2500s 或或 500/2500s 另外建议一种衰减振荡波：第一个另外建议一种衰减振荡波：第一个半波的持续时间在半波的持续时间在20003000s，反，反极性的第二个半波的峰值约为第一个极性的第二个半波的峰值约为第一个峰值的峰值的80%。第三十五张，PPT共七十九页，创作于2022年6月高电压工程基础操作冲击电压的作用时间：介于工频电压与雷电冲击电压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。之间。在均匀场和稍不均匀场中在均匀场和稍不均匀场中,操作冲击操作冲击U50%、雷电冲击、雷电冲击U50%、直流、直流放电电压和工频放电电压等幅值几乎相同，分散性不大，击穿发生在放电电压和工频放电电压等幅值几乎相同，分散性不大，击穿发生在峰值附近。峰值附近。在极不均匀场中在极不均匀场中,操作冲击表现出许多新的特点：操作冲击表现出许多新的特点：U形曲线；极性效应；饱和现象；分散性大。形曲线；极性效应；饱和现象；分散性大。2、操作冲击、操作冲击50击穿电压的特点击穿电压的特点第三十六张，PPT共七十九页，创作于2022年6月高电压工程基础棒棒-板气隙的操作冲板气隙的操作冲击击穿电压击击穿电压（1）U形曲线形曲线曲线呈曲线呈U形，波前时间在某一区域形，波前时间在某一区域内，气隙的内，气隙的50%击穿电压具有极小值，称击穿电压具有极小值，称为为临界击穿电压临界击穿电压，与此相应波前时间称为，与此相应波前时间称为临界波前时间临界波前时间。间隙距离。间隙距离d增大时，临增大时，临界波前时间随之增大。界波前时间随之增大。d7m的间隙，临的间隙，临界波前时间约界波前时间约100300s范围内。范围内。间隙距离间隙距离d越大，放电发展所需的时延越大，放电发展所需的时延越大，因此相应的临界波前时间就越大。越大，因此相应的临界波前时间就越大。第三十七张，PPT共七十九页，创作于2022年6月高电压工程基础棒棒-板气隙的操作冲板气隙的操作冲击击穿电压击击穿电压（1）U形曲线形曲线nU形曲线左半支的上升特征形曲线左半支的上升特征当波前时间从临界值减小，则放电发展时间当波前时间从临界值减小，则放电发展时间缩短，放电时延减小，要求有更高的击穿缩短，放电时延减小，要求有更高的击穿电压才能实现击穿。电压才能实现击穿。nU形曲线右半支的上升特征形曲线右半支的上升特征当波前时间从临界值增大，留给放电发展的当波前时间从临界值增大，留给放电发展的时间足够长，再增大放电时间，对放电发时间足够长，再增大放电时间，对放电发展没有意义；展没有意义；另一方面，起晕棒极附近电离处的与棒极同另一方面，起晕棒极附近电离处的与棒极同极性的空间电荷，能有足够的时间被驱赶极性的空间电荷，能有足够的时间被驱赶到更远处，造成附加电场减弱，则不利于到更远处，造成附加电场减弱，则不利于放电的进一步发展，从而要求更高的击穿放电的进一步发展，从而要求更高的击穿电压才能击穿。电压才能击穿。第三十八张，PPT共七十九页，创作于2022年6月高电压工程基础棒棒-板气隙的操作板气隙的操作冲击击穿电压冲击击穿电压（1）U形曲线形曲线n棒棒-板间隙在某种波前的操作波作用下的击板间隙在某种波前的操作波作用下的击穿电压甚至比工频电压还低很多。其他结穿电压甚至比工频电压还低很多。其他结构的间隙也有这种情况，但程度较轻。原构的间隙也有这种情况，但程度较轻。原因因:工频四分之一周波相当于波前时间工频四分之一周波相当于波前时间5000s，位于位于U形曲线的右半支。因此，其击穿电形曲线的右半支。因此，其击穿电压反而比临界波前操作冲击击穿高。压反而比临界波前操作冲击击穿高。这一点值得特别注意，对工程中各个气隙尺这一点值得特别注意，对工程中各个气隙尺寸的选定有极其重要的影响。寸的选定有极其重要的影响。第三十九张，PPT共七十九页，创作于2022年6月高电压工程基础（1）U形曲线形曲线在各种不同的不均匀电场结构中，正极性操作冲击的在各种不同的不均匀电场结构中，正极性操作冲击的50%击穿电压都比负极性的低，所以更危险。击穿电压都比负极性的低，所以更危险。正棒正棒-负板空气间隙负板空气间隙U形曲线中，形曲线中，50%击穿电压极小值击穿电压极小值Umin(kV)可用经验公式计算：可用经验公式计算：式中式中 d间隙距离，间隙距离，m。第四十张，PPT共七十九页，创作于2022年6月高电压工程基础（2）极性效应）极性效应第四十一张，PPT共七十九页，创作于2022年6月高电压工程基础在操作冲击电压作用下，长间隙的击穿电压呈现出显著的饱和现象，在操作冲击电压作用下，长间隙的击穿电压呈现出显著的饱和现象，特别是棒特别是棒-板型间隙饱和程度尤为明显。这一点与工频击穿电压的规律类似。板型间隙饱和程度尤为明显。这一点与工频击穿电压的规律类似。而雷电过电压下的饱和现象却不明显。而雷电过电压下的饱和现象却不明显。（3）饱和现象）饱和现象第四十二张，PPT共七十九页，创作于2022年6月高电压工程基础击穿电压的分散性可用相对标准差击穿电压的分散性可用相对标准差表示表示（4）击穿电压的分散性大）击穿电压的分散性大极不均匀电场的空气间隙，在波前时间为数十微极不均匀电场的空气间隙，在波前时间为数十微秒至数百微秒的操作冲击电压作用下，秒至数百微秒的操作冲击电压作用下，约为约为5%，而，而在雷电冲击电压下，在雷电冲击电压下，约为约为3%，工频电压作用下，工频电压作用下，分散性更小，分散性更小，2%。第四十三张，PPT共七十九页，创作于2022年6月高电压工程基础1、标准操作冲击电压波形为非周期性指数衰减波形。、标准操作冲击电压波形为非周期性指数衰减波形。2、标准操作冲击电压的波形对、标准操作冲击电压的波形对U50%影响很大。影响很大。3、极性效应更显著。、极性效应更显著。4、击穿电压的分散性大。、击穿电压的分散性大。小小 结：结：第四十四张，PPT共七十九页，创作于2022年6月高电压工程基础3.4 大气密度和湿度对击穿的影响大气密度和湿度对击穿的影响n温度温度 t020n压力压力 p0101.3kPan绝对湿度绝对湿度 h011g/m31、标准大气条件、标准大气条件空气间隙中气体的状态，如温度、湿度和气压等因素，空气间隙中气体的状态，如温度、湿度和气压等因素，都会影响空气的电离发展，从而影响间隙的击穿电压或放电都会影响空气的电离发展，从而影响间隙的击穿电压或放电电压。电压。第四十五张，PPT共七十九页，创作于2022年6月高电压工程基础2、大气条件的校正、大气条件的校正空气密度增大时，空气中自由电子的平均自由行程空气密度增大时，空气中自由电子的平均自由行程缩短，不易造成碰撞电离，所以空气间隙的击穿电压升高。缩短，不易造成碰撞电离，所以空气间隙的击穿电压升高。空气的湿度增加时，由于水蒸气是电负性气体，空气的湿度增加时，由于水蒸气是电负性气体，易俘获自由电子形成负离子，使电离减弱，所以空气易俘获自由电子形成负离子，使电离减弱，所以空气间隙的击穿电压升高。间隙的击穿电压升高。在均匀电场中，湿度的影响很小，击穿前各处的场在均匀电场中，湿度的影响很小，击穿前各处的场强都很高，即各处电子运动速度很高，不易被水分子俘获强都很高，即各处电子运动速度很高，不易被水分子俘获形成负离子。形成负离子。在湿度较大时，绝缘子的闪络电压可能出现随湿在湿度较大时，绝缘子的闪络电压可能出现随湿度增加而降低的情况。度增加而降低的情况。第四十六张，PPT共七十九页，创作于2022年6月高电压工程基础2、大气条件的校正、大气条件的校正试验时的放电电压试验时的放电电压U与标准大气条件下的放电电压与标准大气条件下的放电电压U0间的换算关系为：间的换算关系为：（1）放电电压的校正）放电电压的校正Kt 大气校正因数大气校正因数K1 空气密度校正因数空气密度校正因数K2 空气湿度校正因数空气湿度校正因数第四十七张，PPT共七十九页，创作于2022年6月高电压工程基础（1）空气密度校正因数）空气密度校正因数K1t 试验条件下的温度，试验条件下的温度，p 试验条件下的压力，试验条件下的压力，kPa 相对空气密度。相对空气密度。第四十八张，PPT共七十九页，创作于2022年6月高电压工程基础（2）湿度校正因数）湿度校正因数K2K 取决于试验电压的种取决于试验电压的种类，且为绝对湿度类，且为绝对湿度h与相与相对空气密度对空气密度的比率的比率h/的的函数。函数。第四十九张，PPT共七十九页，创作于2022年6月高电压工程基础（3）指数）指数m和和WUB 实际大气条件下实际大气条件下50%放电电压的测量值或估算值，放电电压的测量值或估算值，kV；L 试品最小放电路径，试品最小放电路径，m；、K 实际的空气相对密度和湿度校正因数式中参数。实际的空气相对密度和湿度校正因数式中参数。第五十张，PPT共七十九页，创作于2022年6月高电压工程基础例：某距离例：某距离4m的棒的棒-板间隙，在夏季某日气压板间隙，在夏季某日气压 P=99.8kP，环境温度，环境温度t=30 ，空气绝对湿度，空气绝对湿度h=20g/m3的大气条件下，问正极性的大气条件下，问正极性50%操作冲击操作冲击击穿电压为多少？击穿电压为多少？第五十一张，PPT共七十九页，创作于2022年6月高电压工程基础解：由实验曲线查得：距离为解：由实验曲线查得：距离为4m长的棒长的棒-板间隙在标准大气板间隙在标准大气压状态下的正极性压状态下的正极性50%操作冲击击穿电压为操作冲击击穿电压为U50标标=1300kV查曲线得：查曲线得：K=1.1第五十二张，PPT共七十九页，创作于2022年6月高电压工程基础查曲线得：查曲线得：m=W=0.34第五十三张，PPT共七十九页，创作于2022年6月高电压工程基础3、海拔高度对放电电压的影响、海拔高度对放电电压的影响高海拔地区由于气压下降，空气相对密度下降，因高海拔地区由于气压下降，空气相对密度下降，因此空气间隙的放电电压也随之下降。此空气间隙的放电电压也随之下降。n在海拔在海拔1000-4000m的范围内，海拔每升高的范围内，海拔每升高100m，空气的绝缘强，空气的绝缘强度约下降度约下降1%。(即绝缘能力变弱即绝缘能力变弱)n国家标准规定，对拟用于高海拔地区国家标准规定，对拟用于高海拔地区(海拔海拔1000-4000m)的外绝缘的外绝缘设备，在非高海拔地区设备，在非高海拔地区(海拔海拔1000m以下以下)进行试验时，其试验电进行试验时，其试验电压校正如下：压校正如下：U0 标准大气条件下的试验电压，标准大气条件下的试验电压，kV；KA 海拔校正因数，海拔校正因数，kV；H 设备使用处海拔高度，设备使用处海拔高度，m；第五十四张，PPT共七十九页，创作于2022年6月高电压工程基础小小 结：结：气体的放电电压与大气状态有关，气体的相对密气体的放电电压与大气状态有关，气体的相对密度增大时，气体的放电电压也随之增大。空气的湿度度增大时，气体的放电电压也随之增大。空气的湿度增大时，气体的放电电压也增大，但均匀和稍不均匀增大时，气体的放电电压也增大，但均匀和稍不均匀电场下增加不明显。沿面闪络电压降低。电场下增加不明显。沿面闪络电压降低。海拔高度增加时，气体的放电电压下降。海拔高度增加时，气体的放电电压下降。第五十五张，PPT共七十九页，创作于2022年6月高电压工程基础3.5 提高气隙击穿电压的措施提高气隙击穿电压的措施n改进电极的形状改进电极的形状n利用空间电荷改善电场的分布利用空间电荷改善电场的分布n极不均匀电场中屏障的采用极不均匀电场中屏障的采用 n高气压的采用高气压的采用n强电负性气体强电负性气体(SF6)的应用的应用n高真空的采用高真空的采用第五十六张，PPT共七十九页，创作于2022年6月高电压工程基础（1）改善电场分布）改善电场分布（2）削弱气体中的电离过程）削弱气体中的电离过程高压电气设备中经常遇到气体绝缘间隙。为了减高压电气设备中经常遇到气体绝缘间隙。为了减少设备尺寸，一般希望间隙的绝缘距离尽可能小。因少设备尺寸，一般希望间隙的绝缘距离尽可能小。因此，必须采取措施，以提高气体间隙的击穿电压。此，必须采取措施，以提高气体间隙的击穿电压。提高气体间隙的平均击穿场强有两个途径：提高气体间隙的平均击穿场强有两个途径：第五十七张，PPT共七十九页，创作于2022年6月高电压工程基础1、改进电极形状以改善电场分布、改进电极形状以改善电场分布n增大电极曲率半径增大电极曲率半径如变压器套管端部加球形屏蔽罩、采用扩径导线等（截如变压器套管端部加球形屏蔽罩、采用扩径导线等（截面相同，半径增大）。面相同，半径增大）。第五十八张，PPT共七十九页，创作于2022年6月高电压工程基础1、改进电极形状以改善电场分布、改进电极形状以改善电场分布n改善电极边缘改善电极边缘电极边缘做成弧形，以消除边缘效应，同时电极表面尽量电极边缘做成弧形，以消除边缘效应，同时电极表面尽量避免毛刺、棱角以消除电场局部增强的现象。避免毛刺、棱角以消除电场局部增强的现象。第五十九张，PPT共七十九页，创作于2022年6月高电压工程基础1、改进电极形状以改善电场分布、改进电极形状以改善电场分布n使电极具有最佳外形使电极具有最佳外形如穿墙高压引线上加金属扁球，墙洞边缘做成近似垂链如穿墙高压引线上加金属扁球，墙洞边缘做成近似垂链线旋转体。线旋转体。第六十张，PPT共七十九页，创作于2022年6月高电压工程基础2、利用空间电荷对原电场的畸变作用、利用空间电荷对原电场的畸变作用