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1、 高压电气绝缘与测试高压电气绝缘与测试电气电气0929-0931班班任课教师任课教师 罗旖旎罗旖旎1第五节第五节 雷电冲击电压下空气的击穿电压雷电冲击电压下空气的击穿电压标准冲击电压波形标准冲击电压波形放电时间放电时间伏秒特性伏秒特性雷电冲击雷电冲击50%击穿电压击穿电压2一、标准波形一、标准波形为使实验结果能相互比较，需规定标准波形为使实验结果能相互比较，需规定标准波形（一）标准雷电冲击电压波（一）标准雷电冲击电压波波形由波前时间波形由波前时间T1、半峰值时间、半峰值时间T2确定。确定。T1=1.2ss，允许偏差，允许偏差30%30%；( (波头时间波头时间) )T2=50ss，允许偏差，允
2、许偏差20%20%；( (波长时间波长时间) )标准波形通常表示为标准波形通常表示为1.2/50ss3标准雷电冲击电压波形标准雷电冲击电压波形波前时间波前时间 半峰值时间半峰值时间 标准雷电波标准雷电波的波形：的波形： T1=1.2s30， T2=50s20对于不同极性：对于不同极性：+1.2/50s或或-1.2/50s4（二）标准雷电截波（二）标准雷电截波 用来模拟雷电过电压引起气隙击穿或外绝缘闪络用来模拟雷电过电压引起气隙击穿或外绝缘闪络后出现的截尾冲击波，如图所示。后出现的截尾冲击波，如图所示。T1波前时间波前时间Tc截断时间截断时间IEC和国标规定：和国标规定：T1=1.2s 30%s
3、 30%Tc=25ss5二、击穿时间二、击穿时间完成气隙击穿的三个必备条件：完成气隙击穿的三个必备条件：足够大的电场强度或足够高的足够大的电场强度或足够高的电压电压 ；在气隙中存在能引起在气隙中存在能引起电子崩电子崩并导致并导致流注流注和主放电和主放电的有效电子的有效电子 ；需要有一定的需要有一定的时间时间，让放电得以逐步发展并完成，让放电得以逐步发展并完成击穿。击穿。6完成击穿所需放电时间是很短的（完成击穿所需放电时间是很短的（微秒级微秒级）：）： 直流电压、工频交流等持续作用的电压，满足上直流电压、工频交流等持续作用的电压，满足上述三个条件不成问题；述三个条件不成问题； 当所加电压变化速度
4、很快、作用时间很短的冲击当所加电压变化速度很快、作用时间很短的冲击电压，因有效作用时间短，以微秒计，此时放电电压，因有效作用时间短，以微秒计，此时放电时间就变成一个重要因素。时间就变成一个重要因素。7静态击穿电压静态击穿电压U0：持续电压作用下间隙的击穿电压。（只：持续电压作用下间隙的击穿电压。（只要到达此值，间隙中开始有放电过程。）要到达此值，间隙中开始有放电过程。）击穿时间击穿时间：间隙从开始出现电压到完全击穿所需用的时间，：间隙从开始出现电压到完全击穿所需用的时间，也称为全部放电时间。也称为全部放电时间。后面两个分量之和后面两个分量之和称为放电时延称为放电时延总放电时间：总放电时间：静态
5、静态击穿电压击穿电压 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：从出现第一个有从出现第一个有效自由电子时起，效自由电子时起，到间隙完全被击到间隙完全被击穿为止的时间穿为止的时间升压时间：升压时间：0- Uo 放电时间放电时间t tb b和放电时延和放电时延t t1 1的长短都与所加电压的长短都与所加电压的幅值的幅值U U有关，总的趋势是有关，总的趋势是U U越高，放电过程发展越高，放电过程发展的越快，的越快，t tb b和和t t
6、1 1越短。越短。8三、伏秒特性三、伏秒特性一个间隙要发生击穿，不仅需要足够高的电压，一个间隙要发生击穿，不仅需要足够高的电压，而且还必须有充分的电压作用时间。而且还必须有充分的电压作用时间。对于冲击电压波，气隙的击穿电压与该电压的波对于冲击电压波，气隙的击穿电压与该电压的波形有很大的关系。其击穿电压不能简单地用单一形有很大的关系。其击穿电压不能简单地用单一的击穿电压值表示，而必须用电压峰值和延续时的击穿电压值表示，而必须用电压峰值和延续时间两者共同表示。间两者共同表示。9伏秒特性伏秒特性对某一冲击电压波形，间隙上出现对某一冲击电压波形，间隙上出现的电压最大值和间隙击穿时间的关系曲线的电压最大
7、值和间隙击穿时间的关系曲线。用实。用实验的方法求取。验的方法求取。保持一定波形（保持一定波形（T1/T2T1/T2一定），一定），逐渐升高电压，从示波图求取。逐渐升高电压，从示波图求取。击穿发生在波前或击穿发生在波前或峰值，取此刻值峰值，取此刻值击穿发生在波击穿发生在波尾，取峰值尾，取峰值10由于放电时延具有分散性，由于放电时延具有分散性，实际的伏秒特性曲线如图实际的伏秒特性曲线如图所示，是一个以上、下包所示，是一个以上、下包络线为界得带状区域。络线为界得带状区域。1上包络线上包络线2下包络线下包络线11 伏秒特性的形状与间隙中电伏秒特性的形状与间隙中电场的均匀程度有关场的均匀程度有关对均匀或
8、稍不均匀电场因平对均匀或稍不均匀电场因平均场强高，放电时延短，故均场强高，放电时延短，故曲线比较平坦曲线比较平坦（例如（例如1s1s处）处），且分散性也较小。，且分散性也较小。对极不均匀电场因平均场强对极不均匀电场因平均场强低，放电时延长，故曲线较低，放电时延长，故曲线较陡峭，且分散性也较大陡峭，且分散性也较大1均匀电场或稍不均匀电场均匀电场或稍不均匀电场2极不均匀电场极不均匀电场12伏秒特性曲线主要用于比较不同设备绝缘的冲击伏秒特性曲线主要用于比较不同设备绝缘的冲击特性。特性。如果一个电压同时作用在两个并联的气体间隙如果一个电压同时作用在两个并联的气体间隙S1S1和和S2S2上，其中一个间隙
9、先击穿，则电压波被短接上，其中一个间隙先击穿，则电压波被短接截断，另一个就不会再击穿了。截断，另一个就不会再击穿了。避雷器避雷器电气设备电气设备13绝缘配合的要求：绝缘配合的要求： S2 S2始终处于始终处于S1S1的下方，在任何电压波形下，的下方，在任何电压波形下，S2S2都都比比S1S1先被击穿。先被击穿。u保护设备绝缘的伏秒特性曲线应平坦一些，即采保护设备绝缘的伏秒特性曲线应平坦一些，即采用电场比较均匀的绝缘结构。用电场比较均匀的绝缘结构。14若两间隙伏秒特性曲线相交：若两间隙伏秒特性曲线相交：交点左边在时延较短的区交点左边在时延较短的区域域S1先被击穿。先被击穿。交点右边在时延较长的区
10、交点右边在时延较长的区域域S2先被击穿。先被击穿。在两曲线交叉区域，可能在两曲线交叉区域，可能是是S1先被击穿，也可能是先被击穿，也可能是S2先被击穿。先被击穿。 则则S2S2不能可靠保护不能可靠保护S1S1。15四、雷电冲击四、雷电冲击50%击穿电压击穿电压间隙的伏秒特性虽能全面反映冲击击穿特性，但间隙的伏秒特性虽能全面反映冲击击穿特性，但求取较繁琐。在工程实际中常用求取较繁琐。在工程实际中常用5050冲击电压（冲击电压（ U U50%50% ）来表示间隙的冲击击穿特性。）来表示间隙的冲击击穿特性。U U50%50% 间隙被击穿的概率为间隙被击穿的概率为50%50%的冲击电压峰值。的冲击电压
11、峰值。实际中，施加实际中，施加1010次电压中有次电压中有4-64-6次击穿了，这一电次击穿了，这一电压即可认为是压即可认为是5050冲击击穿电压。冲击击穿电压。16U U50%50%与与U U0 0静态击穿电压的比值称为静态击穿电压的比值称为冲击系数冲击系数，均匀和稍不均匀电场下，均匀和稍不均匀电场下， 1; 1; 极不均匀电场中极不均匀电场中, 1, 1，冲击击穿电压的分散性，冲击击穿电压的分散性也较大，其标准偏差可取也较大，其标准偏差可取3 3。 因因U U50%50%只是在一定波形下对应于某个固定击穿时只是在一定波形下对应于某个固定击穿时间的击穿电压，所以它不能代表任何击穿时间下间的击
12、穿电压，所以它不能代表任何击穿时间下间隙的击穿电压。即间隙的击穿电压。即U U50%50%不能全面反映间隙的冲击不能全面反映间隙的冲击击穿特性。击穿特性。17图为标准雷电冲击压下图为标准雷电冲击压下下棒下棒板及棒板及棒棒间隙棒间隙的的U U50%50%和距离的关系。和距离的关系。棒棒板间隙具有明显的板间隙具有明显的极性效应，棒极性效应，棒棒间隙棒间隙也具有弱极性效应。这也具有弱极性效应。这是由于大地的影响，使是由于大地的影响，使不接地的棒极附近电场不接地的棒极附近电场增强的缘故。增强的缘故。18当间隙距离更大时，实当间隙距离更大时，实验数据如图所示。与间验数据如图所示。与间隙距离间仍保持良好的隙距离间仍保持良好的线型关系。线型关系。19小小 结结1 1、放电时间的组成为：、放电时间的组成为：t tb b= =t t0 0+ +t ts s+ +t tf f 2 2、冲击电压波形的标准化、冲击电压波形的标准化标准雷电冲击电压波标准雷电冲击电压波 标准雷电截波标准雷电截波 3 3、冲击电压下气隙的击穿特性、冲击电压下气隙的击穿特性 采用击穿百分比为采用击穿百分比为5050时的电压来表征气隙时的电压来表征气隙的冲击击穿特性；的冲击击穿特性；伏秒特性表征气隙的冲击击穿电压与放电时伏秒特性表征气隙的冲击击穿电压与放电时间的关系。间的关系。20
