第3章_气体间隙的击穿强度课件.ppt

* * 《高电压工程基础》 施围 邱毓昌 张乔根 编著 刘青（西安科技大学） 制作 高电压工程基础 第3章 气体间隙的击穿强度 3.1 稳态电压下的击穿 3.2 雷电冲击电压下的击穿 3.3 操作冲击电压下的击穿 3.4 大气密度和湿度对击穿的影响 3.5 SF6气体间隙中的击穿 3.6 提高气体间隙击穿电压的措施 高电压工程基础 3.1 稳态电压下的击穿 均匀电场中的击穿 eg：高压静电电压表的电极布置 特点： （1）均匀电场中电极布置对称，击穿无极性效应； （2）均匀场间隙中各处电场强度相等，击穿所需时间极短，其直流击穿电压、工频击穿电压峰值、50%冲击击穿电压相同； （3）击穿电压的分散性很小。 高电压工程基础 稍不均匀电场中的击穿 （1）球间隙 （eg：高压实验室中的测量球隙 其中D-球直径；d-间隙距离） dD/4时，电场均匀，直流、交流和冲击电压击穿电压相同； dD/4时，电场不均匀程度增大，击穿场强下降，出现极性效应； 球隙测压器的工作范围d≤D/2；否则因放电分散性增大，不能保证测量的精度。 高电压工程基础 （2）同轴圆柱电极 （eg：高压标准电容器、单芯电缆、GIS分相母线） （1）r/R0.1时，极不均匀电场，击穿前先出现电晕，且Uc的值很低，因此上述电气设备均不设计在这一r/R范围内。 （2）r/R 0.1时，稍不均匀电场，击穿前不出现电晕，且由图可见，当r/R ≈0.33时击穿电压出现极大值如图中A点（因此，上述电气设备在绝缘设计时尽量将r/R选取0.25~0.4的范围内）。 A 高电压工程基础 （3）其他形状的电极布置 球状电极的电场不均匀系数大于相同半径的圆柱电极； 间隙距离增大时，电场不均匀系数也增大。 高电压工程基础 极不均匀电场中的击穿 不对称布置的极不均匀场间隙的极性效应很明显，而且其击穿的极性效应与稍不均匀场间隙相反。 尖－板和尖－尖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） 高电压工程基础 3.2 雷电冲击电压下的击穿 冲击电压的标准波形 标准雷电波的波形： T1=1.2μs±30％， T2=50μs±20％ 对于不同极性：+1.2/50μs或-1.2/50μs 操作冲击波的波形： T1=250μs±20％， T2=2500μs±60％ 对于不同极性：+250/2500μs或-250/2500μs 波前时间 半峰值时间 高电压工程基础 放电时延 临界 击穿电压 统计时延：从外施电压达Uo时起，到出现一个能引起击穿的初始电子崩所需的第一个有效电子所需时间 放电形成时延：从出现第一个有效自由电子时起，到放电过程完成所需时间，即电子崩的形成和发展到流注等所需的时间 短间隙（特别是较均匀电场）：全部放电时延，基本上为统计时延 长间隙：全部放电时延，基本上为放电形成时延 有效自由电子：气隙中出现的第一个自由电子并不能成为有效电子，原因： 1、可能被中性质点俘获，形成负离子，失去电离活性； 2、可能扩散到间隙意外，不能参加电离； 3、即使已经引起电离，但是电离过程可能中途衰亡 临界击穿电压：（静态击穿电压）：长时间作用在电极上能够使间隙击穿的最小电压 所以，欲使间隙击穿，外加电压不能小于该静态击穿电压，但是对冲击电压来说，这只是必要条件，而不是充分条件 高电压工程基础 50％击穿电压及冲击系数 50％击穿电压 多次施加电压时有半数会 导致击穿的电压值Ub50 。 2. 冲击系数 同一间隙的50％冲击击穿 电压与稳态击穿电压Uss之比 。 高电压工程基础 伏－秒特性 伏－秒特性：在同一冲击电压波形下，击穿电压值与放电时延（或电压作用时间）有关的特性。 用实验确定间隙伏－秒特性的方法：保持冲击电压的波形不变，逐渐升高电压使间隙发生击穿，并根据示波图记录击穿电压U与击穿时间t。 击穿发生在波前或峰值，取击穿时的电压值和该时刻 击穿发生在波尾，取峰值电压和该时刻 未击穿 100%伏秒特性 0%伏秒特性 50%伏秒特性 50%冲击击穿电压只是50%伏秒特性曲线上的一个点 高电压工程基础 电气设备绝缘的伏－秒特性和避雷器的伏－秒特性 （a）正确配合 （b）不正确配合 绝缘的 伏－秒特性 避雷器的 伏－秒特性 如果一个电压同时作用在两个并联的气隙1和2上，其中某一个气隙先击穿，则电压被短接截断，另一个气隙就不会再被击穿了 高电压工程基础 3.3 操作冲击电压下的击穿 操作冲击电压下击穿的U形曲线 （1）长空气间隙的操作冲击击穿通常发生在波前部分，因而其击穿电压仅与波前时间有关。 （2）当波前时间tf为100～300μs时，击