1、氣體介質(zhì)的電氣強度,主要內(nèi)容,空氣間隙的放電時間 沖擊電壓波形的標準化 伏秒特性和擊穿電壓的概率分布 均勻與稍不均勻電場間隙的擊穿特性 大氣條件對間隙擊穿特性的影響 提高氣體介質(zhì)電氣強度的方法,影響空氣間隙放電電壓的因素主要有： 電場情況：均勻、稍不均勻、極不均勻 電壓形式：直流電壓、交流電壓、雷電沖擊電壓 、操作沖擊電壓 大氣條件：氣壓、溫度、濕度,一、空氣間隙的放電時間,最低靜態(tài)擊穿電壓U0 擊穿時間tb 升壓時間t0 、統(tǒng)計時延ts 、放電發(fā)展時間tf 、放電時延 tl 短間隙(1厘米以下) tfts ，平均統(tǒng)計時延 較長的間隙中 tl主要決定于tf 間隙上外施電壓增加，放電發(fā)展時間也會

2、減小,持續(xù)作用電壓 直流電壓、工頻電壓 與電壓的變化速度相比，放電發(fā)展所需時間可以忽略不計 。當氣體狀態(tài)不變時，一定距離的間隙的擊穿電壓具有確定的數(shù)值，當間隙上的電壓升高達到擊穿電壓時，間隙擊穿 非持續(xù)作用電壓 操作過電壓、雷電過電壓 持續(xù)時間極短（以微秒計），放電發(fā)展所需時間不能忽略不計，間隙的擊穿特性具有新的特點,二、沖擊電壓波形的標準化,雷電沖擊電壓標準波形 Tl1.2s（30%） T250s（20%）,二、沖擊電壓波形的標準化,雷電沖擊截波電壓標準波形 Tl1.2s（30%） T225s,操作沖擊電壓標準波形,推薦波形為2502500 s 波前時間允差（30%） 半峰值時間允差（60%

3、）,二、沖擊電壓波形的標準化,三、伏秒特性和擊穿電壓的概率分布,50%沖擊擊穿電壓 擊穿電壓的分散性 求50%沖擊擊穿電壓的方法 沖擊系數(shù) 空氣間隙的伏秒特性,伏秒特性,以斜角波電壓為例來說明考慮放電時延的必要性 在間隙上緩慢地施加直流電壓，達到靜態(tài)擊穿電壓U0后，間隙中開始發(fā)展起擊穿過程。但擊穿需一定時間 = tl，在此時間內(nèi)電壓 上升 擊穿完成時間隙上的電壓 應為U0+U,伏秒特性的制訂方法 工程上用間隙上出現(xiàn)的電壓最大值和放電時間的關(guān)系來表征間隙在沖擊電壓下的擊穿特性 伏秒特性用實驗方法求取 放電時間具有分散性，實際上伏秒特性是以上、下包線為界的一個帶狀區(qū)域,伏秒特性的用途,間隙伏秒特性

4、的形狀決定于電極間電場分布 伏秒特性對于比較不同設備絕緣的沖擊擊穿特性具有重要意義,對1 起保護作用,在高幅值沖擊電壓作用下， 不起保護作用,四、均勻與稍不均勻電場間隙的擊穿特性,均勻電場中的擊穿電壓 1. 直流、工頻擊穿電壓（峰值）以及50沖擊擊穿電壓都相同。擊穿電壓的分散性較小,2. 均勻電場中空氣的擊穿電壓(峰值)，相應的經(jīng)驗公式為 式中 d 間隙距離，（cm） 空氣相對密度 當d不過于小時（d 1cm），均勻電場中空氣的電氣強度（峰值）大致等于30kV/cm,稍不均勻電場中的擊穿電壓 1. 不能形成穩(wěn)定的電暈放電 2. 電場不對稱時，極性效應不很明顯 3. 直流、工頻下的擊穿電壓(幅值

5、)以及50沖擊擊穿電壓都相同，擊穿電壓的分散性也不大 4. 擊穿電壓和電場均勻程度關(guān)系極大，電場越均勻，同樣間隙距離下的擊穿電壓就越高 球球間隙，球板間隙，同軸圓柱間隙,球球間隙,當dD/4，電場相當均勻，直流電壓、工頻電壓及沖擊電壓作用下，擊穿電壓都相同 當dD/4，大地對電場的畸變作用使間隙電場分布不對稱，Ub有極性效應 電場最強的電極為負極性時的擊穿電壓略低于正極性時的數(shù)值 同一間隙距離下，球電極直徑越大，由于電場均勻程度增加，擊穿電壓也越高,影響擊穿電壓的主要因素是間隙距離 選擇電場極不均勻的極端情況典型電極來研究 棒(尖)板 ：電場分布不對稱 棒(尖)棒(尖) ：電場分布對稱 根據(jù)典

6、型電極的擊穿電壓數(shù)據(jù)來估計絕緣距離 直流、工頻及沖擊擊穿電壓間的差別比較明顯，分散性較大，且極性效應顯著,五、極不均勻電場間隙的擊穿特性,1. 直流電壓下的擊穿電壓,極性效應：尖尖電極間的擊穿電壓介于極性不同的尖板電極之間 棒板間隙：棒具有正極性時，平均擊穿場強約為4.5kV/cm；棒具有負極性時約為l0kV/cm 棒棒間隙的平均擊穿場強約為4.85.0kV/cm,2. 工頻電壓下的擊穿電壓,擊穿在棒的極性為正、電壓達到幅值時發(fā)生 除了起始部分外，擊穿電壓和距離近似直線關(guān)系 棒棒間隙的平均擊穿場強約為5.36kV/cm(幅值)，棒板間隙的約為4.8kV/cm(幅值) “飽和現(xiàn)象” ：距離加大，

7、平均擊穿場強明顯降低，棒板間隙尤為嚴重 d1m， 5 kV/cm dlm，2 kV/cm,雷電,在圖所示范 圍內(nèi)擊穿電壓和間隙距離呈直線關(guān)系,由于放電時延較長，通常沖擊系數(shù)大于l，擊穿電壓的分散性也大一些，其標準偏差可取為3% 棒板間隙有明顯的極性效應，棒棒間隙也有不大的極性效應,操作,極不均勻電場中的操作擊穿有許多特點,特點,極性效應 極不均勻電場中同樣有極性效應。正極性下50擊穿電壓比負極性下低，所以也更危險 電場分布的影響 “鄰近效應” ：接地物體靠近放電間隙會顯著降低其正極性擊穿電壓，但能多少提高一些負極性擊穿電壓 電極形狀對間隙的擊穿電壓也有很大影響,3.波形的影響,在一定的波前時間

8、范圍內(nèi)，U50 甚至會比工頻擊穿電壓低 ，呈現(xiàn)出 “形曲線” 對應于極小值的波前時間隨著間隙距離加大而增加，對7m以下的間隙，大致在50200s之間 放電時延和空間電荷(形成及遷移)這兩類不同因素的影響所造成的,分散性大 對于波前時間在數(shù)十到數(shù)百微秒的操作沖擊電壓，極不均勻電場間隙50擊穿電壓的標準偏差約為5；波前時間超過1000s以后，可達8左右（工頻及雷電沖擊電壓下均約為3） “飽和”現(xiàn)象 和工頻電壓下類似，極不均勻電場中操作沖擊50擊穿電壓和間隙距離的關(guān)系具有明顯的“飽和”特征（雷電沖擊50擊穿電壓和距離大致呈線性關(guān)系 ）,六、大氣條件對間隙擊穿特性的影響,空氣密度 濕度 海拔高度,五、

9、提高氣體間隙擊穿電壓的措施,兩個途徑： 一、改善電場分布，使之盡量均勻 改進電極形狀 利用空間電荷畸變電場的作用 二、利用其它方法來削弱氣體中的電離過程,(一）改進電極形狀以改善電場分布,增大電極曲率半徑 減小表面場強。如變壓器套管端部加球形屏蔽罩；采用擴徑導線等 改善電極邊緣 電極邊緣做成弧形；盡量使其與某等位面相近 使電極具有最佳外形 如穿墻高壓引線上加金屬扁球；墑洞邊緣做成近似垂接線旋轉(zhuǎn)體,（二）利用空間電荷畸變電場的作用,極不均勻電場中擊穿前發(fā)生電暈放電，利用放電產(chǎn)生的空間電荷改善電場分布，提高擊穿電壓 直徑D20mm及16mm時，擊穿電壓曲線的直線部分和尖一板間隙相近 導線直徑減為3

10、mm以至0.5mm時，擊穿電壓曲線的直線部分陡度大為增加，曲線逐漸與均勻電場中的相近 “細線效應”,（三）極不均勻電場中屏障的采用,在電場極不均勻的空氣間隙中，放入薄片固體絕緣材料（例如紙或紙板），在一定條件下，可以顯著提高間隙的擊穿電壓 原理是屏障積聚空間電荷，改善電場分布 隨著屏障位置不同，擊穿電壓發(fā)生了很大的變化，尖電極的極性不同，屏障的影響也有別,尖電極為正極性 屏障離尖電極過近，屏障效應將隨之而減弱 尖電極為負極性 屏障離開尖電極一定距離，設置屏障反而將降低間隙的擊穿電壓 屏障離尖電極過近，仍有相當?shù)钠两敌?工頻電壓下屏障的作用 設置屏障可以顯著提高間隙的擊穿電壓。 雷電沖擊電壓下

11、屏障的作用 尖電極具有正極性時，設置屏障可顯著提高間隙的擊穿電壓 負極性時設置屏障后，間隙的擊穿電壓和沒有屏障時相差不多,（四）高氣壓的采用,減小電子的平均自由行程，削弱電離過程 例：大氣壓力下空氣的電氣強度僅約為變壓器油的1/51/8，提高壓力至11.5MPa，空氣的電氣強度和一般的液、固態(tài)絕緣材料如變壓器油、電瓷、云母等的電氣強度相接近 壓縮空氣絕緣及其它壓縮氣體絕緣在一些電氣設備中已得到采用 如：高壓空氣斷路器、高壓標準電容器等,均勻電場中的擊穿電壓,在一定的壓力范圍內(nèi)，擊穿場強的提高遵循巴申定律，并且擊穿場強大致和氣壓成正比 大約從1MPa開始，實驗結(jié)果和巴申定律的分歧就逐漸明顯了,不

12、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，擊穿電壓將劇烈降低,（五）高真空的采用,削弱間隙中的碰撞電離過程，從而顯著增高間隙的擊穿電壓 高真空中擊穿機理發(fā)生了改變,距離較小時，間隙的擊穿和陰極的強場放射密切有關(guān) 分散性很大：電極材料、電極表面的光潔度及清潔度,含鹵族元素的氣體化合物，如六氟化硫（SF6）、氟利昂（CCl2F2）等，其電氣強度比空氣的要高很多。稱為高電氣強度氣體,（六）高電氣強度氣體的采用,鹵化物氣體電氣強度高的原因 1由于含有鹵族元素，氣體具有很強的電

13、負性，氣體分子容易和電子結(jié)合成為負離子，削弱電子的碰撞電離能力，同時又加強復合過程 氣體的分子量比較大，分子直徑較大，電子在其中的自由行程縮短，不易積聚能量，從而減少其碰撞電離能力 電子和這些氣體的分子相遇時，還易于引起分子發(fā)生極化等過程，增加能量損失，從而減弱其碰撞電離能力,對高電氣強度氣體的要求 1液化溫度要低，采用高電氣強度氣體時，常常同時提高壓力，以便更大程度的提高間隙的擊穿電壓，縮小設備的體積和重量。所以這些氣體的液化溫度要低，以便在較低的運行溫度下，還能施加相當?shù)膲毫?2應具有良好的化學穩(wěn)定性，不易腐蝕設備中的其它材料，無毒，不會爆炸，不易燃燒，即使在放電過程中也不易分解等 3經(jīng)濟上應當合理，價格便宜，能大量供應,目前工程上已得到采用的是六氟化硫（SF6）。SF6除了其電氣強度很高