1、第三章 氣隙的電氣強(qiáng)度第一節(jié) 氣隙的擊穿時(shí)間第二節(jié) 氣隙的伏秒特性和擊穿電壓的概率分布第三節(jié) 大氣條件對氣隙擊穿電壓的影響第四節(jié) 較均勻/不均勻電場氣隙的擊穿電壓第五節(jié) 提高氣隙擊穿電壓的方法.3.1 氣隙的擊穿時(shí)間 最低靜態(tài)擊穿電壓U0 擊穿時(shí)間tb 升壓時(shí)間t0 、統(tǒng)計(jì)時(shí)延ts 、放電開展時(shí)間tf 、放電時(shí)延 tl 短間隙(1厘米以下) tfts ，平均統(tǒng)計(jì)時(shí)延 較長的間隙中 tl主要決議于tf間隙上外施電壓添加，放電開展時(shí)間也會(huì)減小 .3.2 氣隙的伏秒特性一. 電壓波形一直流電壓 直流實(shí)驗(yàn)電壓大都由交流整流而得，其波形必然有一定的脈動(dòng)，紋波系數(shù)為脈動(dòng)幅值與平均值之比。國家規(guī)范規(guī)定被試品

2、上直流實(shí)驗(yàn)電壓的紋波系數(shù)應(yīng)不大于3。二工頻交流電壓 工頻交流實(shí)驗(yàn)電壓應(yīng)近似為正弦波，正負(fù)兩半波相同，其峰值與有效值之比應(yīng)在 以內(nèi)。頻率普通在4565Hz范圍內(nèi)。. 三 規(guī)范雷電沖擊電壓波 用來模擬雷電過電壓波，采用非周期性雙指數(shù)波。T1視在波前時(shí)間； T2視在半峰值時(shí)間 ；Um沖擊電壓峰值 國際電工委員會(huì)(IEC)和我國國家規(guī)范規(guī)定為：T1=1.2s 30% ；T2=50s20% 通常寫成1.2/50s。 四 規(guī)范雷電截波用來模擬雷電過電壓引起氣隙擊穿或外絕緣閃落后出現(xiàn)的截尾沖擊波，如圖。IEC規(guī)范和我國國家規(guī)范規(guī)定為：T1=1.2s 30% ；Tc=25s ?？蓪懗?.2/ 25s .0.3

3、0.50.9100T1T2 u / Umt0.900.31 u / Um0T1Tct. 五 規(guī)范操作沖擊電壓波 用來等效模擬電力系統(tǒng)中操作過電壓波，普通也用非周期性雙指數(shù)波。波前時(shí)間Tcr=250s20%；半峰值時(shí)間T2=2500s60% ?？蓪懗?50/2500s沖擊波。當(dāng)在實(shí)驗(yàn)中上述波形不能滿足要求時(shí)，引薦采用100/2500s 和 500/2500s 沖擊波。此外還建議采用一種衰減震蕩波下右圖，第一個(gè)半波的繼續(xù)時(shí)間在20003000s之間，極性相反的第二個(gè)半波的峰值約為第一個(gè)半波峰值的80% 0.510 u / UmTcrT2tu0UmTcrtTcr=1000 1500us規(guī)范操作沖擊電

4、壓波.二、伏秒特性 氣隙的伏秒特性在同一波形，不同幅值的沖擊電壓作用下，氣隙上出現(xiàn)的電壓最大值和放電時(shí)間的關(guān)系，稱為該氣隙的伏秒特性。50%沖擊擊穿電壓 U50% )指某氣隙被擊穿的概率為50%的沖擊電壓峰值。.一伏秒特性曲線的制造堅(jiān)持一定的沖擊電壓波形不變，而逐級升高電壓，以電壓為縱坐標(biāo)，時(shí)間為橫坐標(biāo)電壓較低時(shí)，擊穿普通發(fā)生在波尾，取該電壓的峰值與擊穿時(shí)辰，得到相應(yīng)的點(diǎn)電壓較高時(shí)，擊穿普通發(fā)生在波頭，取擊穿時(shí)辰的電壓值及該時(shí)辰，得到相應(yīng)的點(diǎn)u0t123. 實(shí)踐上伏秒特性具有統(tǒng)計(jì)分散性，是一個(gè)以上下包線為界的帶狀區(qū)域。工程上，通常取“50%伏秒特性曲線來表征一個(gè)氣隙的沖擊擊穿特性。U50%u0

5、t2313-U0%2-U50%1-U100%.二伏秒特性的用途間隙伏秒特性的外形決議于電極間電場分布伏秒特性對于比較不同設(shè)備絕緣的沖擊擊穿特性具有重要意義 3-2-6 對1 起維護(hù)作用 3-2-7在高幅值沖擊電壓作用下，不起維護(hù)作用.三. 氣隙擊穿電壓的概率分布 氣隙擊穿的幾率分布接近正態(tài)分布，通?？梢杂肬50%和變異系數(shù)Z來表示。100%的耐受電壓是很難測的要做無窮次的實(shí)驗(yàn)，實(shí)踐中常用很高耐受幾率(例如99以上)的電壓作為耐受電壓。. 由于大氣的壓力、溫度、濕度等條件會(huì)影響空氣的密度、電子自在行程長度、碰撞電離及附著過程，影響氣隙的擊穿電壓Ub。 一、 我國的國家規(guī)范所規(guī)定的規(guī)范大氣條件為：

6、 壓力 p0 =101.3kpa； 溫度 t0 =20 或 T0 = 293K； 絕對濕度 hc =11g / m3 。3.3大氣條件對氣隙擊穿電壓的影響 .二、大氣條件對擊穿電壓影響 氣隙的擊穿電壓隨大氣密度或濕度的添加而升高 緣由： 大氣密度升高而擊穿電壓升高：隨著空氣密度的增大，氣體中自在電子的平均自在程縮短了，不易呵斥撞擊電離。 濕度的添加而擊穿電壓升高：水蒸汽是電負(fù)性氣體，易俘獲自在電子構(gòu)成負(fù)離子，使自在電子的數(shù)量減少，妨礙了電離的開展。.式中: U 實(shí)踐實(shí)驗(yàn)條件下的氣隙擊穿電壓 U0 規(guī)范大氣條件下的氣隙擊穿電壓 Kd空氣密度校正因數(shù) Kh濕度校正因數(shù). 一、對空氣密度的校正. 在

7、均勻和稍不均勻電場中，放電開場時(shí)，整個(gè)氣隙的電場強(qiáng)度都很大，電子運(yùn)動(dòng)速度較快，不易被水分子俘獲，因此濕度影響不太明顯 在極不均勻電場中，濕度影響就很明顯了，可用下面的濕度校正因數(shù)來校正 Kh = KW 指數(shù)W之值取決于電極外形、氣隙長度、電壓類型及其極性。詳細(xì)值亦可參考有關(guān)國家規(guī)范 二、對濕度的校正. 我國國家規(guī)范規(guī)定：對于安裝在海拔高于1000m 、但不超越4000m 處的電力設(shè)備外絕緣，在 1000m以下實(shí)驗(yàn)時(shí)其實(shí)驗(yàn)電壓U 應(yīng)為平原地域外絕緣的耐受電壓Up 乘以海拔校正因數(shù)Kn ， U = Ka Up式中 H安裝點(diǎn)的海拔高度，m。 三、對海拔的校正.3.4 較均勻電場氣隙的擊穿電壓均勻電場

8、特點(diǎn)： 起始放電電壓就等于氣隙的擊穿電壓， 擊穿電壓與電壓極性無關(guān) 空氣的擊穿電壓(峰值) 的閱歷公式為 式中 S 間隙間隔cm 空氣相對密度電氣強(qiáng)度峰值大致等于30kV/cm .2. 稍不均勻電場中的擊穿電壓不能構(gòu)成穩(wěn)定的電暈放電電場不對稱時(shí)，極性效應(yīng)不很明顯 直流、工頻下的擊穿電壓(幅值)以及50沖擊擊穿電壓都一樣，擊穿電壓的分散性也不大擊穿電壓和電場均勻程度關(guān)系極大，電場越均勻，同樣間隙間隔下的擊穿電壓就越高 球球間隙，球板間隙，同軸圓柱間隙 .影響擊穿電壓的主要要素是間隙間隔選擇電場極不均勻的極端情況典型電極來研討 棒(尖)板 ：電場分布不均勻、不對稱 棒(尖)棒(尖) ：電場分布不均

9、勻、對稱 直流、工頻及沖擊擊穿電壓間的差別比較明顯，分散性較大，且極性效應(yīng)顯著 工程上，擊穿電壓可以參照與接近的典型氣隙的擊穿電壓來估計(jì)3.5 不均勻電場氣隙的擊穿電壓.1. 直流電壓下的擊穿電壓棒板間隙：棒具有正極性時(shí)，平均擊穿場強(qiáng)約為4.5kV/cm；棒具有負(fù)極性時(shí)約為l0kV/cm棒棒間隙的平均擊穿場強(qiáng)約為5.4kV/cm極性效應(yīng)：.2. 工頻電壓下的擊穿電壓 擊穿在棒的極性為正、電壓到達(dá)幅值時(shí)發(fā)生 除了起始部分外，擊穿電壓和間隔近似直線關(guān)系 棒棒3.8kV/cm，棒板低：極性效應(yīng)“飽和景象 ：間隔加大，平均擊穿場強(qiáng)明顯降低，棒板間隙尤為嚴(yán)重 d1m， 5 kV/cm dlm，2 kV/

10、cm圖3-5-2 棒棒和棒和板空氣間隙的 工頻擊穿電壓與間隙間隔的關(guān)系.結(jié)論:氣隙較大時(shí)S大于2.5m，擊穿電壓與間隔關(guān)系出現(xiàn)了明顯的飽和趨向，特別是棒板氣隙，其飽和趨向更明顯。.圖3-5-4 氣隙的沖擊擊穿電壓與間隔的關(guān)系3雷電沖擊電壓下.4 .操作沖擊電壓下極不均勻電場中的操作擊穿有許多特點(diǎn).特點(diǎn)極性效應(yīng) 極不均勻電場中同樣有極性效應(yīng)。正極性下50擊穿電壓比負(fù)極性下低，所以也更危險(xiǎn) 電場分布的影響 “臨近效應(yīng) ：接地物體接近放電間隙會(huì)顯著降低其正極性擊穿電壓，但能多少提高一些負(fù)極性擊穿電壓 電極外形對間隙的擊穿電壓也有很大影響 .3.波形的影響 在一定的波前時(shí)間范圍內(nèi)，U50 甚至?xí)裙ゎl

11、擊穿電壓低 ，呈現(xiàn)出 “形曲線 對應(yīng)于極小值的波前時(shí)間隨著間隙間隔加大而添加，對7m以下的間隙，大致在50200s之間放電時(shí)延和空間電荷(構(gòu)成及遷移)這兩類不同要素的影響所呵斥的 .分散性大 對于波前時(shí)間在數(shù)十到數(shù)百微秒的操作沖擊電壓，極不均勻電場間隙50擊穿電壓的規(guī)范偏向約為5；波前時(shí)間超越1000s以后，可達(dá)8左右工頻及雷電沖擊電壓下均約為3 “飽和景象 和工頻電壓下類似，極不均勻電場中操作沖擊50擊穿電壓和間隙間隔的關(guān)系具有明顯的“飽和特征雷電沖擊50擊穿電壓和間隔大致呈線性關(guān)系 .50擊穿電壓極小值的閱歷公式 式中 d 間隙間隔，m上式對于2 20m的長間隙和實(shí)驗(yàn)結(jié)果很好地符合.3.6

12、 提高氣體間隙擊穿電壓的措施兩個(gè)途徑： 一、改善電場分布，使之盡量均勻 改良電極外形 利用空間電荷畸變電場的作用 二、利用其它方法來減弱氣體中的電離過程 .(一改善電場分布 增大電極曲率半徑簡稱屏蔽 減小外表場強(qiáng)。如變壓器套管端部加球形屏蔽罩；采用擴(kuò)徑導(dǎo)線等改善電極邊緣 電極邊緣做成弧形使電極具有最正確外形 如穿墻高壓引線上加金屬扁球.二 高真空的采用減弱間隙中的碰撞電離過程，從而顯著增高間隙的擊穿電壓 高真空中擊穿機(jī)理發(fā)生了改動(dòng)：撞擊電離的機(jī)制不起主要作用，而擊穿與強(qiáng)場發(fā)射有關(guān)運(yùn)用：真空斷路器中用作絕緣和滅弧。.三高氣壓的采用 減小電子的平均自在行程，減弱電離過程例：大氣壓力下空氣的電氣強(qiáng)度

13、僅約為變壓器油的1/51/8，提高壓力至11.5MPa，空氣的電氣強(qiáng)度和普通的液、固態(tài)絕緣資料如變壓器油、電瓷、云母等的電氣強(qiáng)度相接近 緊縮空氣絕緣及其它緊縮氣體絕緣在一些電氣設(shè)備中已得到采用如：高壓空氣斷路器、高壓規(guī)范電容器等.均勻電場中的擊穿電壓在一定的壓力范圍內(nèi)，擊穿場強(qiáng)的提高遵照巴申定律，并且擊穿場強(qiáng)大致和氣壓成正比 大約從1MPa開場，實(shí)驗(yàn)結(jié)果和巴申定律的分歧就逐漸明顯了 .不均勻電場中的擊穿電壓不均勻電場中提高氣壓后，間隙的擊穿電壓也將高于大氣壓強(qiáng)下的數(shù)值在高氣壓下，電場均勻程度對擊穿電壓的影響比在大氣壓力下要顯著得多，電場均勻程度下降，擊穿電壓將猛烈降低.含鹵族元素的氣體化合物，

14、如六氟化硫SF6、氟利昂CCl2F2等，其電氣強(qiáng)度比空氣的要高很多。稱為高電氣強(qiáng)度氣體 四高電氣強(qiáng)度氣體的采用. 鹵化物氣體電氣強(qiáng)度高的緣由 1由于含有鹵族元素，氣體具有很強(qiáng)的電負(fù)性，氣體分子容易和電子結(jié)合成為負(fù)離子，減弱電子的碰撞電離才干，同時(shí)又加強(qiáng)復(fù)合過程氣體的分子量比較大，分子直徑較大，電子在其中的自在行程縮短，不易積聚能量，從而減少其碰撞電離才干電子和這些氣體的分子相遇時(shí)，還易于引起分子發(fā)生極化等過程，添加能量損失，從而減弱其碰撞電離才干.對高電氣強(qiáng)度氣體的要求1液化溫度要低，采用高電氣強(qiáng)度氣體時(shí)，經(jīng)常同時(shí)提高壓力，以便更大程度的提高間隙的擊穿電壓，減少設(shè)備的體積和分量。所以這些氣體的液化溫度要低，以便在較低的運(yùn)轉(zhuǎn)溫度下，還能施加相當(dāng)?shù)膲毫?應(yīng)具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性，不易腐蝕設(shè)備中的其它資料，無毒，不會(huì)爆炸，不易熄滅，即使在放電過程中也不易分解等3經(jīng)濟(jì)上該當(dāng)合理，價(jià)錢廉價(jià)，能大量供應(yīng) .五 SF6氣體的運(yùn)用目前工程上已得到采用的是六氟化硫SF6。