高电压技术：1.2-气体介质的电气强度课件.ppt

1.2 气体介质的电气强度 实际工程应用中，击穿电压的确定方式如下：根据实际电极布置情况，通过实验来确定参照一些典型电极的击穿电压进行估算，来选择绝缘距离；注意：同一气隙的击穿电压不是固定不变的空气间隙放电电压的影响因素如下：电场情况：电场情况：均匀、稍不均匀、极不均匀均匀、稍不均匀、极不均匀大气条件：大气条件：气压、温度、湿度气压、温度、湿度电压形式：电压形式：持续作用电压：持续作用电压：直流电压、工频交流电压、直流电压、工频交流电压、冲击电压：冲击电压：雷电冲击电压、操作冲击电压雷电冲击电压、操作冲击电压间隙击穿的必要条件间隙击穿的必要条件足够的电压（足够的电压（最低静态击穿电压）最低静态击穿电压）充分的时间充分的时间u 1.2.1 持续作用电压下的击穿u 1.2.2 雷电冲击电压下的击穿u 1.2.3 操作冲击电压下空气的绝缘特性u 1.2.4 大气条件对气体击穿的影响u 1.2.5 提高气体击穿电压的措施本节内容返回1.2.1 持续作用电压下的击穿持续作用电压下的击穿1.均匀电场中的击穿均匀电场中的击穿2.稍不均匀电场中的击穿稍不均匀电场中的击穿3.极不均匀电场中的击穿极不均匀电场中的击穿1、均匀电场中的击穿均匀电场中的击穿间隙长度一般不大；电极布置对称，无击穿的极性效应；间隙中各处电场强度相等，击穿所需时间极短；起始放电电压=气隙击穿电压；直流击穿电压、工频击穿电压峰值，50冲击击穿电压相同；击穿电压的分散性很小。

1.2.1 持续作用电压下的击穿持续作用电压下的击穿击穿概率分布特性：气隙击穿的击穿概率分布特性：气隙击穿的概率分布接近正态分布概率分布接近正态分布空气间隙的击穿电压经验公式：空气间隙的击穿电压经验公式：Ub击穿电压峰值，击穿电压峰值，kVEb 平均击穿场强，平均击穿场强，kV/cm空气的相对密度空气的相对密度 d间隙距离，间隙距离，d 1 10cm 内，内，Eb=30kV/cm2 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特点：间隙距离一般不大，整个间隙的间隙距离一般不大，整个间隙的放电时间很短放电时间很短；电场不对称，有电场不对称，有极性效应极性效应但但不不明显明显；一旦出现局部放电，立即导致整个间隙的完全击一旦出现局部放电，立即导致整个间隙的完全击穿，穿，击穿前击穿前无电晕无电晕；直流击穿电压、工频击穿电压峰值及直流击穿电压、工频击穿电压峰值及5050冲击击冲击击穿电压穿电压几乎一致几乎一致；稍不均匀电场的击穿电压与电场的均匀程度f关系极大 f 取决于电极布置，可用静电场计算或电解槽实验的方法求得但是：没有适用于各种电极结构的统一的经验公式和实验数据通常的做法：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结构进行比较对于某些不太好根据经验公式求的电场结构，也可以用 E030kV/cm进行大致估算，则间隙击穿电压 为图1-12 几种典型电极结构示意图1、同心球 2、球平板 3、球球 4、同轴圆柱 5、圆柱平板 6、圆柱圆柱 7、曲面平面 8、曲面曲面下面给出几种典型的电极结构下面给出几种典型的电极结构:图1-12 几种典型电极结构示意图1、同心球 2、球平板 3、球球 4、同轴圆柱 5、圆柱平板 6、圆柱圆柱 7、曲面平面 8、曲面曲面球板电极(1-40)(1-39)(1-38)(1-37)柱板电极(1-43)(1-44)(1-42)(1-41)平行圆柱电极(1-45)(1-46)(1-47)(1-48)同轴圆柱电极(1-49)(1-50)(1-51)(1-52)同心球电极(1-53)(1-56)(1-55)(1-54)球球电极(1-57)(1-58)(1-59)(1-60)3、极不均匀电场中的击穿极不均匀电场中的击穿 极不均匀场的击穿特性：各处场强相差很大，可能出现各处场强相差很大，可能出现局部自持放电；局部自持放电；有持续局部放电，空间电荷积累导致有持续局部放电，空间电荷积累导致显著的极性效应显著的极性效应电场不均匀程度电场不均匀程度对击穿电压的影响减弱对击穿电压的影响减弱，电极形状对气隙击穿电压影响不大，可用典型电极代电极形状对气隙击穿电压影响不大，可用典型电极代表表,如棒棒，棒板如棒棒，棒板 ；极间距离极间距离对击穿电压的影响增大；对击穿电压的影响增大；在不同性质电压下，在不同性质电压下，b b有明显差别，且分散性大有明显差别，且分散性大（1 1）.直流电压作用下直流电压作用下 直流击穿电压的直流击穿电压的极性效应极性效应非常明显；非常明显；正棒负板，正棒负板，b 5d(kV/cm)负棒正板，负棒正板，b 10d(kV/cm)注意注意:负棒正板比正棒负板先产负棒正板比正棒负板先产生电晕放电生电晕放电,但后发生击穿。

但后发生击穿都比均匀电场中的击都比均匀电场中的击穿场强小得多（约穿场强小得多（约30kV/cm)棒板和棒棒空气间隙的直流击穿电压 棒棒和棒板空气间隙的工频击穿电压（有效值）d时，时，b接近与接近与d成正比成正比 棒棒，棒棒，b d 棒板，棒板，b d 相差不多相差不多 d时时，b与与d的关系趋向饱和，棒板尤甚的关系趋向饱和，棒板尤甚各种气隙的工频各种气隙的工频b 分散性不大，标准偏差分散性不大，标准偏差 3（2）.工频电压作用下工频电压作用下 击穿总是在棒极为正半波峰击穿总是在棒极为正半波峰值附近发生值附近发生极不均匀电场中极不均匀电场中（1 1）直流电压下（有极性效应）直流电压下（有极性效应）同样间隙距离下不同间隙类型的击穿电压比较：同样间隙距离下不同间隙类型的击穿电压比较：负棒负棒正板正板 棒棒棒棒 正棒正棒负板负板（2 2）工频电压下（有极性效应，击穿电压峰值稍低）工频电压下（有极性效应，击穿电压峰值稍低于直流击穿电压）于直流击穿电压）棒棒板间隙的击穿总是在棒极性为正、电压达峰值板间隙的击穿总是在棒极性为正、电压达峰值时发生1.2.2 雷电冲击电压下的击穿雷电冲击电压下的击穿一种持续时间极短的脉冲电压一种持续时间极短的脉冲电压1.雷电冲击电压标准波形雷电冲击电压标准波形2.冲击放电时延冲击放电时延3.雷电冲击雷电冲击50击穿电压击穿电压4.伏秒特性伏秒特性1、雷电概述雷电概述 按雷电发展的方向可分为：雷电能对地面设备造成危害的主要是云地闪。

下行雷 在雷云中产生并向大地发展；上行雷 由接地物体顶部激发，并向雷云方向发展雷电的极性：从雷云流入大地的电荷的符号决定，90%是负极性雷1）、）、分类分类通常可分为3个主要阶段：先导过程主放电过程余光放电过程（2）下行负极性雷下行负极性雷通常通常“云云地地”之间的线状之间的线状雷电在开始时往往是一微弱雷电在开始时往往是一微弱发光的通道从雷云向地面伸发光的通道从雷云向地面伸展，它以展，它以逐级推进逐级推进的方式向的方式向下发展，这种预放电称为逐下发展，这种预放电称为逐级引路或级引路或先导放电先导放电当先导放电接近地面时，地当先导放电接近地面时，地面上一些高耸的物体因周围面上一些高耸的物体因周围电场强度达到了能使空气电电场强度达到了能使空气电离程度，会发出向上的迎面离程度，会发出向上的迎面先导，当它与下行先导相遇先导，当它与下行先导相遇时，就出现了强烈的电荷中时，就出现了强烈的电荷中和过程，出现极大的电流，和过程，出现极大的电流，这就是雷电的这就是雷电的主放电阶段主放电阶段，伴随着雷鸣和闪光伴随着雷鸣和闪光余光放电：主放电完成后，云中的剩余电荷沿着雷电通道继续流向大地，这时在展开照片上看到的是一片模糊发光的部分，相应的电流是逐渐衰减的，约为 A，延续时间约为几毫秒。

上述3个阶段组成下行负雷的第一个分量余光放电：主放电完成后，云中的剩余电荷沿着雷电通道继续流向大地，这时在展开照片上看到的是一片模糊发光的部分，相应的电流是逐渐衰减的，约为 A，延续时间约为几毫秒由于云中往往有几个电荷中心，可能引起沿第一次产生由于云中往往有几个电荷中心，可能引起沿第一次产生的放电通道的多次主放电，最多测量到的放电通道的多次主放电，最多测量到4242次，但第一次次，但第一次冲击放电电流幅值为最高，一般以后的放电先导连续发冲击放电电流幅值为最高，一般以后的放电先导连续发展（无停顿），主放电电流不超过展（无停顿），主放电电流不超过30kA30kAl 通常，雷电放电并未结束，随后还有通常，雷电放电并未结束，随后还有几个几个(甚至十几个甚至十几个)后续分量后续分量每个后续分量也是由重新使雷电通道充电的每个后续分量也是由重新使雷电通道充电的先先导阶段导阶段、使通道放电的、使通道放电的主放电阶段主放电阶段和和余光放电阶段余光放电阶段组成l最多测量到最多测量到4242次，但第一次冲击放电电流幅值为最高，次，但第一次冲击放电电流幅值为最高，一般以后的放电先导连续发展（无停顿），主放电电流不一般以后的放电先导连续发展（无停顿），主放电电流不超过超过30kA30kAl各分量中的最大电流和电流增长最大陡度是造成被击物各分量中的最大电流和电流增长最大陡度是造成被击物体上的体上的过电压过电压、电动力电动力、电磁脉冲电磁脉冲和和爆破力爆破力的主要因素。

的主要因素l在余光阶段中流过较长时间的电流则是造成雷电热效应在余光阶段中流过较长时间的电流则是造成雷电热效应的重要因素的重要因素图1-13 标准雷电冲击电压波形波前时间 半峰值时间 -冲击电压峰值 图1-13表示雷电冲击电压的标准波形和确定其波前和波长时间的方法(波长指冲击波衰减至半峰值的时间)2、雷电冲击电压的标准波形雷电冲击电压的标准波形 冲击电压的标准波形冲击电压的标准波形波前时间 半峰值时间 图1-13 标准雷电冲击电压波形波前时间 半峰值时间 冲击电压峰值 图中O为原点，P点为波峰国际上都用图示的方法求得名义零点 （即图中虚线所示，连接P点与0.3倍峰值点作虚线交横轴、于 点）标准雷电冲击电压波形定义标准雷电冲击电压波形定义000.50.30.91波前时间：波前时间：半峰值时间半峰值时间（或波长时间）（或波长时间）目前国际上大多数国家对于标准雷电波的波形规定是：对于不同极性的标准雷电波形可表示为+或-1-4雷电冲击电压的标准波形的波前和波长时间是如何确定的？答：图1-13表示雷电冲击电压的标准波形和确定其波前和波长时间的方法(波长指冲击波衰减至半峰值的时间)图中O为原点，P点为波峰。

国际上都用图示的方法求得名义零点图中虚线所示，连接P点与0.3倍峰值点作虚线交横轴于点，这样波前时间、和波长都从算起目前国际上大多数国家对于标准雷电波的波形规定是：，2、放电延时放电延时气隙击穿的时间气隙击穿的时间完成气隙击穿的三个必备条件：最低静态击穿电压；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；需要有一定的时间，让放电得以逐步发展并完成击穿图图1-14 冲击击穿所需时间的示意图冲击击穿所需时间的示意图总放电时间总放电时间临界临界击穿电压击穿电压 统计时延：统计时延：从外施电从外施电压达压达Uo时起，到出现时起，到出现一个能引起击穿的初一个能引起击穿的初始电子崩所需的第一始电子崩所需的第一个有效电子所需时间个有效电子所需时间放电形成时延：放电形成时延：从出从出现第一个有效自由电现第一个有效自由电子时起，到放电过程子时起，到放电过程完成所需时间，即电完成所需时间，即电子崩的形成和发展到子崩的形成和发展到流注等所需的时间流注等所需的时间升压时间升压时间 放电时延放电时延 U50%与静态击穿电压 的比值称为冲击系数：均匀和稍不均匀电场下，;极不均匀电场中,，冲击击穿电压的分散性也较大，其标准偏差可取3。

1-64)50击穿电压击穿电压 多次施加电压时有半数会多次施加电压时有半数会导致击穿的电压值导致击穿的电压值Ub50冲击系数冲击系数 同一间隙的同一间隙的50冲击击穿冲击击穿电压与稳态击穿电压电压与稳态击穿电压U0之比之比3 3、5050击穿电压击穿电压冲击系数冲击系数均匀和稍不均匀电场下，均匀和稍不均。