1、氣隙的擊穿特性,不同性質(zhì)電壓作用下氣隙的擊穿特性 不同氣體種類和狀態(tài)氣隙的擊穿特性,不同性質(zhì)電壓作用下氣隙的擊穿特性,電壓種類,持續(xù)電壓：直流、交流,沖擊電壓：雷電沖擊、操作沖擊,電場(chǎng)分布情況：電極形狀、間隙距離、電壓極性,1、均勻電場(chǎng)中的擊穿電壓： a、分散性小 直流、交流、50%沖擊擊穿電壓基本相同 b、均勻電場(chǎng)中空氣的電氣強(qiáng)度大致為 30kV(峰值)/cm 經(jīng)驗(yàn)公式為： d：間隙距離； ：空氣相對(duì)密度,一、持續(xù)作用電壓下氣隙的擊穿特性,2、稍不均勻電場(chǎng)中的擊穿電壓,a、與均勻電場(chǎng)相似，分散性很小 不同電壓波形作用下，擊穿電壓（峰值、 U擊50% ）基本相同 b、不同于極不均勻電場(chǎng)，直到擊

2、穿為止不發(fā)生電暈 C、稍不均勻電場(chǎng)不對(duì)稱時(shí)，雖有極性效應(yīng)，但不明顯 見(jiàn)397、398頁(yè)的擊穿電壓表 （注意：當(dāng)球間距離大于0.5D時(shí)，不是線性關(guān)系）,3、極不均勻電場(chǎng)的擊穿電壓,a、直流電壓下的擊穿電壓 顯著特征：極性效應(yīng) 平均擊穿場(chǎng)強(qiáng)： 正極性棒-板間隙：4.5kV/cm 負(fù)極性棒-板間隙：10kV/cm 正極性棒-棒間隙：4.8kV/cm 負(fù)極性棒-板間隙：5.0kV/cm （略微不對(duì)稱）,b、交流電場(chǎng)下的擊穿電壓,特點(diǎn)： 1、棒-板間隙擊穿總是在棒的極性為正、電壓達(dá)到峰值時(shí)發(fā)生，擊穿電壓與直流正極性擊穿電壓相近 2、除起始部分外，擊穿電壓與距離近似成直線關(guān)系，但大間隙下?lián)舸╇妷河酗柡挖厔?shì)

3、 3、平均擊穿場(chǎng)強(qiáng) 棒-棒間隙：3.8kV(有效值)/cm 5.36kV(峰值)/cm 棒-板間隙：3.35kV(有效值)/cm 4.8kV(峰值)/cm,顯著特征：飽和特性,二、沖擊電壓作用下氣隙的擊穿特性,1、沖擊電壓波形 a、雷電沖擊電壓波 OC為視在播前 OF為視在播前時(shí)間 OG為視在半峰值時(shí)間 （也稱為波尾時(shí)間） 國(guó)標(biāo)規(guī)定：,b、操作沖擊電壓波,國(guó)標(biāo)規(guī)定：,2.放電時(shí)延,統(tǒng)計(jì)時(shí)延 ：從電壓達(dá)到 的瞬時(shí)起到氣隙出現(xiàn)第一個(gè)有效電子止 放電發(fā)展時(shí)間 ：從形成第一個(gè)有效電子的瞬時(shí)起到到氣息完全擊穿止 升壓時(shí)間 ：電壓從零升到靜態(tài)擊穿電壓 的時(shí)間,間隙中出現(xiàn)一個(gè)能引起電離過(guò)程并最終導(dǎo)致?lián)舸┑碾?/p>

4、子稱為有效電子 統(tǒng)計(jì)時(shí)延服從統(tǒng)計(jì)規(guī)律的原因： 1）、有效電子的出現(xiàn)具有統(tǒng)計(jì)特性，有些自由電子被中和，有些可能擴(kuò)散到間隙外。 2）、有些電子雖然也引起電離過(guò)程，但由于各種不利因素的巧合，電離可能中途衰亡而終止,3、氣隙的伏秒特性,同一個(gè)氣隙，在峰值較低但延續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)的沖擊電壓作用下可能擊穿，而在峰值較高但延續(xù)時(shí)間較短的沖擊電壓作用下可能反而不擊穿，因此該氣息的耐電性能要用沖擊電壓峰值和擊穿時(shí)間兩者共同來(lái)表示,1）極不均勻電場(chǎng)（大間隙） 平均擊穿場(chǎng)強(qiáng)較低，放電時(shí)延較長(zhǎng)，只有大大提高電壓，才能縮短放電時(shí)延。 S向左上角上翹 2）較均勻電場(chǎng)（小間隙） 間隙各處場(chǎng)強(qiáng)相差不大，一但出現(xiàn)電離，很快貫穿整個(gè)間

5、隙，放電時(shí)延短。 S只能在很小的時(shí)間內(nèi)向上翹,4、不同電場(chǎng)氣隙伏秒特性比較,5、伏秒特性的應(yīng)用,兩者配合，S2可以保護(hù)S1,兩者不能配合，不能互相保護(hù),三、擊穿電壓的統(tǒng)計(jì)概率： 和相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差,相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差：,工頻： 雷電沖擊： 操作沖擊： （分散性越來(lái)越大）,，100%耐受電壓很難找到,四、不同氣體狀態(tài)和種類氣隙的擊穿特性,1、大氣狀態(tài)(氣溫、氣壓、濕度等因素) 對(duì)氣隙擊穿電壓的影響 a、空氣密度的影響：氣隙擊穿電壓與密度成正比 b、空氣濕度的影響：氣隙擊穿電壓與濕度成正比 實(shí)際狀態(tài)氣隙的擊穿電壓U和其在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的擊穿電壓U0有如下?lián)Q算關(guān)系：,空氣密度修正系數(shù)； 濕度修正系數(shù),2、 高強(qiáng)度

6、氣體,其電氣強(qiáng)度是空氣耐電強(qiáng)度的2.32.5倍,其原因?yàn)椋?1、分子量大（為146），密度大（相同條件下，是空氣的5倍），屬重氣體。 2、具有負(fù)電性，易俘獲電子，減少了引起電離的電子數(shù)。 SF6絕緣的全封閉組合電器：,除變壓器外變電站所有設(shè)備被封閉在金屬容器內(nèi)，里邊充有34個(gè)大氣壓的SF6氣體，大大縮小了高壓電氣設(shè)備所需的空間。 目前也出現(xiàn)氣體絕緣變壓器。,五、提高氣隙擊穿電壓的方法,1、改進(jìn)電極形狀以改善電場(chǎng)分布 增大電極曲率半徑來(lái)減小表面場(chǎng)強(qiáng)。如變壓器套管端部加球形屏蔽罩；采用擴(kuò)徑導(dǎo)線（截面相同，半徑增大）等。 改善電極邊緣以消除邊緣效應(yīng)。電極邊緣做成弧形，或盡量使其與某等位面相近。 使電

7、圾具有最佳外形以此改善其電場(chǎng)分布。如穿墻高壓引線上加金屬扁球，墻洞邊緣做成近似垂接線旋轉(zhuǎn)體。,、利用空間電荷以改善電場(chǎng)分布,a、工頻電壓下的細(xì)線效應(yīng),導(dǎo)線直徑很小時(shí)，導(dǎo)線周圍容易形成比較均勻的電暈層，使電場(chǎng)分布改善了，從而提高了擊穿電壓。 但實(shí)驗(yàn)表明，雷電沖擊電壓下就沒(méi)有細(xì)線效應(yīng)了。在擊穿電壓曲線的直線部分，不同直徑導(dǎo)線板間隙的擊穿電壓都接近于尖板間隙的數(shù)值。這主要是由于雷電沖擊電壓作用時(shí)間太短，來(lái)不及形成充分的空間電荷層之故。,b、極間障的采用,、增高氣壓（巴申定律的應(yīng)用）,提高氣壓可以減小電子的平均自由行程，削弱電離過(guò)程，從而提高氣體的電氣強(qiáng)度。 例如，大氣壓力下空氣的電氣強(qiáng)度僅約為變壓器

8、油的1518，而提高壓力至1一1.5MPa后，空氣的電氣強(qiáng)度就和一般的液、固態(tài)絕緣材料如變壓器油、電瓷、云母等的電氣強(qiáng)度相接近了。 壓縮空氣絕緣及其它壓縮氣體絕緣近年來(lái)在一些電氣設(shè)備(如高壓空氣斷路器、高壓標(biāo)準(zhǔn)電容器等)中已得到采用。采用壓縮氣體的缺點(diǎn)是對(duì)設(shè)備容器的機(jī)械強(qiáng)度及密封等方面的要求提高了，從而增加了制造成本。,、高真空的采用（巴申定律的應(yīng)用）,采用高度真空和提高氣壓類似，也可削弱間隙中的碰撞電離過(guò)程從而顯著增高間隙的擊穿電壓。 間隙距離較小時(shí)，間隙的擊穿和陰極的強(qiáng)場(chǎng)放射密切有關(guān)(擊穿前電場(chǎng)已很強(qiáng)，足以引起強(qiáng)場(chǎng)放射了)。由于強(qiáng)場(chǎng)放射造成很大的電流密度，導(dǎo)致電極局部過(guò)熱，釋放氣體，金屬氣

9、化，破壞了真空，從而引起擊穿。 間隙距離較大時(shí)，擊穿是由所謂全電壓效應(yīng)引起的。隨著間隙距離及擊穿電壓的增加，電子從陰極到陽(yáng)極經(jīng)過(guò)了巨大的電位差，積聚了極大的動(dòng)能。高能電子轟擊陽(yáng)極時(shí)能使陽(yáng)極釋放出正離子及輻射出光子。正離子及光子達(dá)到陰極后又將加強(qiáng)陰極的表面電離。在此反復(fù)過(guò)程中產(chǎn)生越來(lái)越大的電子沉，使電極局部氣化，導(dǎo)致間隙擊穿，這就是全電壓效應(yīng)。由于全電壓效應(yīng)，所以真空中隨著距離加大，平均擊穿場(chǎng)強(qiáng)越來(lái)越低。電極表面上附有不牢固的微小質(zhì)點(diǎn)對(duì)真空間隙的擊穿電壓也有很大影響。這些質(zhì)點(diǎn)脫離電極后，又被電場(chǎng)加速，撞擊對(duì)面電極，使電極局部氣化，導(dǎo)致真空間隙擊穿。,真空間隙的擊穿電壓和電極材料、電極表面的光潔度

10、及清潔度(包括吸附氣體的多少及種類)等多種因素有關(guān)，分散性很大，因而也可利用上述擊穿處理法來(lái)提高間歐的擊穿電壓。 在電力設(shè)備中目前還很少采用高真空。因?yàn)樵陔娏υO(shè)備的絕緣結(jié)構(gòu)中，總還得采用各種固態(tài)、液態(tài)絕緣材料，在真空中這些絕緣材料會(huì)逐漸釋出氣體，使真空無(wú)法保持。所以只是在一些特殊場(chǎng)合(如真空斷路器一真空不只是絕緣性能好，而且還具有很好的滅弧能力)才采用高真空作絕緣。,、高強(qiáng)度氣體的采用,、這些氣體具有很強(qiáng)的電負(fù)性，氣體分子容易和電子結(jié)合成為負(fù)離子，從而削弱了電子的碰撞電離能力，同時(shí)又加強(qiáng)了復(fù)合過(guò)程。 2、這些氣體的分子量都比較大，分子直徑較大，使得電子在其中的自由行程縮短，不易積聚能量，從而減少了其碰撞電離能力。 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(guò)程，增加能量損失，從而減弱其碰撞電離能力。,對(duì)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)，常常同時(shí)提高壓力，以便更大程度的提高間隙的擊