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1、气隙的击穿特性（一）,主要内容,气隙的击穿时间 伏秒特性 持续作用电压下空气的击穿电压 雷电冲击电压下空气的击穿电压 操作冲击电压下空气的击穿电压 提高气体间隙击穿电压的措施,影响空气间隙放电电压的因素主要有： 电场情况：均匀、稍不均匀、极不均匀 电压形式：直流电压、交流电压、雷电冲击电压、操作冲击电压 大气条件：气压、温度、湿度,一、气隙的击穿时间,最低静态击穿电压U0 击穿时间tb 升压时间t0 、统计时延ts 、放电发展时间tf 、放电时延 tl 短间隙(1厘米以下)tf 1cm），均匀电场中空气的电气强度（峰值）大致等于30kV/cm,稍不均匀电场中的击穿电压1. 不能形成稳定的电晕放
2、电2. 电场不对称时，极性效应不很明显 3. 直流、工频下的击穿电压(幅值)以及50冲击击穿电压都相同，击穿电压的分散性也不大4. 击穿电压和电场均匀程度关系极大，电场越均匀，同样间隙距离下的击穿电压就越高 球球间隙，球板间隙，同轴圆柱间隙,球球间隙,当dD/4，电场相当均匀，直流电压、工频电压及冲击电压作用下，击穿电压都相同 当dD/4，大地对电场的畸变作用使间隙电场分布不对称，Ub有极性效应 电场最强的电极为负极性时的击穿电压略低于正极性时的数值 同一间隙距离下，球电极直径越大，由于电场均匀程度增加，击穿电压也越高,击穿电压的估算,根据起始场强经验公式估算击穿电压d :极间距离；：不均匀系
3、数，决定于电极布置，可根据静电场计算或电解槽等实验方法求得 Emax达到临界值E030kV/cm (幅值) ，间隙击穿0 实际上和电极布置有关,影响击穿电压的主要因素是间隙距离 选择电场极不均匀的极端情况典型电极来研究棒(尖)板 ：电场分布不对称 棒(尖)棒(尖) ：电场分布对称 根据典型电极的击穿电压数据来估计绝缘距离 直流、工频及冲击击穿电压间的差别比较明显，分散性较大，且极性效应显著,1. 直流电压下的击穿电压,极性效应：尖尖电极间的击穿电压介于极性不同的尖板电极之间棒板间隙：棒具有正极性时，平均击穿场强约为4.5kV/cm；棒具有负极性时约为l0kV/cm 棒棒间隙的平均击穿场强约为4
4、.85.0kV/cm,2. 工频电压下的击穿电压,击穿在棒的极性为正、电压达到幅值时发生 除了起始部分外，击穿电压和距离近似直线关系 棒棒间隙的平均击穿场强约为5.36kV/cm(幅值)，棒板间隙的约为4.8kV/cm(幅值) “饱和现象” ：距离加大，平均击穿场强明显降低，棒板间隙尤为严重d1m， 5 kV/cmdlm，2 kV/cm,三、雷电冲击电压下空气的击穿电压 及伏秒特性,1. 雷电流是冲击波形的，故由雷闪放电引起的高电压也具有冲击波形 2. 雷电冲击电压标准波形Tl1.2s（30%）T250s（20%）,3. 雷电冲击50击穿电压 在多次施加电压时，其中半数导致击穿的电压，工程上以
5、此来反映间隙的耐受冲击电压的特性,均匀电场和稍不均匀电场下的击穿电压 击穿电压分散性小，其雷电冲击50击穿电压和静态击穿电压(即持续作用电压下的击穿电压)相差很小 冲击系数1,极不均匀电场中的击穿电压,在图所示范 围内击穿电压和间隙距离呈直线关系,由于放电时延较长，通常冲击系数大于l，击穿电压的分散性也大一些，其标准偏差可取为3% 棒板间隙有明显的极性效应，棒棒间隙也有不大的极性效应,四、操作冲击电压下空气的击穿电压,1. 操作冲击电压推荐波形,非周期性指数衰减波 推荐操作冲击电压的标准波形为2502500微秒,2. 操作冲击50击穿电压,均匀电场和稍不均匀电场中的击穿电压 气体间隙的操作冲击
6、50击穿电压和雷电冲击50击穿电压以及工频击穿电压（幅值）相同 击穿电压的分散性也较小，击穿同样发生在幅值,极不均匀电场中的击穿电压,极不均匀电场中的操作击穿有许多特点,特点,极性效应 极不均匀电场中同样有极性效应。正极性下50击穿电压比负极性下低，所以也更危险 电场分布的影响 “邻近效应” ：接地物体靠近放电间隙会显著降低其正极性击穿电压，但能多少提高一些负极性击穿电压 电极形状对间隙的击穿电压也有很大影响,3.波形的影响,在一定的波前时间范围内，U50 甚至会比工频击穿电压低 ，呈现出 “形曲线” 对应于极小值的波前时间随着间隙距离加大而增加，对7m以下的间隙，大致在50200s之间 放电
7、时延和空间电荷(形成及迁移)这两类不同因素的影响所造成的,分散性大 对于波前时间在数十到数百微秒的操作冲击电压，极不均匀电场间隙50击穿电压的标准偏差约为5；波前时间超过1000s以后，可达8左右（工频及雷电冲击电压下均约为3） “饱和”现象 和工频电压下类似，极不均匀电场中操作冲击50击穿电压和间隙距离的关系具有明显的“饱和”特征（雷电冲击50击穿电压和距离大致呈线性关系 ）,50击穿电压极小值的经验公式 式中 d 间隙距离，m 上式对于 20m的长间隙和试验结果很好地符合,五、提高气体间隙击穿电压的措施,两个途径：一、改善电场分布，使之尽量均匀改进电极形状利用空间电荷畸变电场的作用 二、利
8、用其它方法来削弱气体中的电离过程,(一）改进电极形状以改善电场分布,增大电极曲率半径 减小表面场强。如变压器套管端部加球形屏蔽罩；采用扩径导线等 改善电极边缘 电极边缘做成弧形；尽量使其与某等位面相近 使电极具有最佳外形 如穿墙高压引线上加金属扁球；墒洞边缘做成近似垂接线旋转体,（二）利用空间电荷畸变电场的作用,极不均匀电场中击穿前发生电晕放电，利用放电产生的空间电荷改善电场分布，提高击穿电压 直径D20mm及16mm时，击穿电压曲线的直线部分和尖一板间隙相近 导线直径减为3mm以至0.5mm时，击穿电压曲线的直线部分陡度大为增加，曲线逐渐与均匀电场中的相近 “细线效应”,（三）极不均匀电场中
9、屏障的采用,在电场极不均匀的空气间隙中，放入薄片固体绝缘材料（例如纸或纸板），在一定条件下，可以显著提高间隙的击穿电压 原理是屏障积聚空间电荷，改善电场分布 随着屏障位置不同，击穿电压发生了很大的变化，尖电极的极性不同，屏障的影响也有别,尖电极为正极性 屏障离尖电极过近，屏障效应将随之而减弱 尖电极为负极性 屏障离开尖电极一定距离，设置屏障反而将降低间隙的击穿电压 屏障离尖电极过近，仍有相当的屏降效应,工频电压下屏障的作用设置屏障可以显著提高间隙的击穿电压。 雷电冲击电压下屏障的作用尖电极具有正极性时，设置屏障可显著提高间隙的击穿电压负极性时设置屏障后，间隙的击穿电压和没有屏障时相差不多,（四
10、）高气压的采用,减小电子的平均自由行程，削弱电离过程 例：大气压力下空气的电气强度仅约为变压器油的1/51/8，提高压力至11.5MPa，空气的电气强度和一般的液、固态绝缘材料如变压器油、电瓷、云母等的电气强度相接近 压缩空气绝缘及其它压缩气体绝缘在一些电气设备中已得到采用 如：高压空气断路器、高压标准电容器等,均匀电场中的击穿电压,在一定的压力范围内，击穿场强的提高遵循巴申定律，并且击穿场强大致和气压成正比 大约从1MPa开始，实验结果和巴申定律的分歧就逐渐明显了,不均匀电场中的击穿电压 不均匀电场中提高气压后，间隙的击穿电压也将高于大气压强下的数值 在高气压下，电场均匀程度对击穿电压的影响
11、比在大气压力下要显著得多，电场均匀程度下降，击穿电压将剧烈降低,（五）高真空的采用,削弱间隙中的碰撞电离过程，从而显著增高间隙的击穿电压 高真空中击穿机理发生了改变,距离较小时，间隙的击穿和阴极的强场放射密切有关 分散性很大：电极材料、电极表面的光洁度及清洁度,含卤族元素的气体化合物，如六氟化硫（SF6）、氟利昂（CCl2F2）等，其电气强度比空气的要高很多。称为高电气强度气体,（六）高电气强度气体的采用,卤化物气体电气强度高的原因 1由于含有卤族元素，气体具有很强的电负性，气体分子容易和电子结合成为负离子，削弱电子的碰撞电离能力，同时又加强复合过程气体的分子量比较大，分子直径较大，电子在其中
12、的自由行程缩短，不易积聚能量，从而减少其碰撞电离能力电子和这些气体的分子相遇时，还易于引起分子发生极化等过程，增加能量损失，从而减弱其碰撞电离能力,对高电气强度气体的要求1液化温度要低，采用高电气强度气体时，常常同时提高压力，以便更大程度的提高间隙的击穿电压，缩小设备的体积和重量。所以这些气体的液化温度要低，以便在较低的运行温度下，还能施加相当的压力2应具有良好的化学稳定性，不易腐蚀设备中的其它材料，无毒，不会爆炸，不易燃烧，即使在放电过程中也不易分解等3经济上应当合理，价格便宜，能大量供应,目前工程上已得到采用的是六氟化硫（SF6）。SF6除了其电气强度很高以外，还具有优良的灭弧性能，很适合用于高压断路器中 SF6已不仅用来制作单台电气设备（如SF6断路器、避雷器、电容器等），而且发展成了各种组合设备，即将整套送变电设备组成一体，密封后充以SF6气体，如全封闭组合电器、气体绝缘变电所、充气输电管道等。这些SF6组合设备具有很多优点，如可大大节省占地面积、简化运行维护等等,谢谢!,作 业,
