高电压技术3,4
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1、3 气隙的电气强度气隙的电气强度第一节 气隙的击穿时间第二节 气隙的伏秒特性和击穿电压的概率分布第三节 大气条件对气隙击穿电压的影响第四节 较均匀/不均匀电场气隙的击穿电压第五节 提高气隙击穿电压的方法3.1气隙的击穿时间气隙的击穿时间静态击穿电压静态击穿电压U0长时间作用在间隙上能使间隙击穿的最低电压。 击穿时间击穿时间tb从开始加压的瞬时起到气隙完全击穿为止总的时间称为击穿时间。fsbtttt0(1)升压时间t。电压从零升到静态击穿电压U0所需的时间。(2)统计时延ts从电压达到U0的瞬时起到气隙中形成第一个有效电子为止的时间。(3)放电发展时间tf从形成第一个有效电子的瞬时起到气隙完全被
2、击穿为止的时间。(4) t1=ts+tf t1放电时延3.2气隙的伏秒特性气隙的伏秒特性一.电压波形1.直流电压 直流试验电压大都由交流整流而得，其波形必然有一定的脉动，通常所称的电压值是指平均值。直流电压的脉动幅值脉动幅值是最大值与最小值之差的半。纹波系数纹波系数为脉动幅值与平均值之比。国家标准规定被试品上直流试验电压的纹波系数应不大于3。2.工频交流电压 工频交流试验电压应近似为正弦波，正负两半波相同，其峰值与有效值之比应在 以内。频率一般在 4565Hz范围内。07. 02 3.雷电冲击电压为了模拟雷电电压而制定的标准的雷电冲击全波：非周期的双指数波 1.2/50us参数：视在波前时间
3、视在半峰值时间 峰值允许误差%302 . 11sT%20502sT%3截波：模拟雷电冲击波被某处放电而截断的波形参数：视在波前时间 截断时间 截波峰值Uc；截断时间Uj %302 . 11sTsTc524.操作冲击电压：模拟电力系统中的操作过电压波 250/2500us参数：波前时间 半峰值时间 峰值允差 %20250sTp%6025002sT%3二、伏秒特性 1.概念气隙的伏秒特性气隙的伏秒特性在同一波形，不同幅值的冲击电压作用下，气隙上出现的电压最大值和放电时间的关系，称为该气隙的伏秒特性。伏秒特性曲线伏秒特性曲线表示该气隙伏秒特性的曲线，称为伏秒特性曲线。50%冲击击穿电压冲击击穿电压
4、（U50% )指某气隙被击穿的概率为50%的冲击电压峰值。冲击系数冲击系数U50% 与 静态击穿电压Us 之比称为冲击系数 。均匀和稍不均匀电场下冲击击穿电压的分散性很小， 冲击系数 1。极不均匀电场中由于放电时延较长，冲击系数 均大于1。2.伏秒特性曲线的制作 保持一定的冲击电压波形不变，而逐级升高电压保持一定的冲击电压波形不变，而逐级升高电压，以电压为纵坐标，时间为横坐标， 电压较低时，击穿一般发生在波尾电压较低时，击穿一般发生在波尾，取该电压的峰值与击穿时刻，得到相应的点； 电压较高时，击穿一般发生在波头电压较高时，击穿一般发生在波头，取击穿时刻的电压值及该时刻，得到相应的点； 把这些相
5、应的点连成一条曲线，就是该气隙在该电压波形下的“伏秒特性曲线”。 实际上伏秒特性伏秒特性具有统计分散性，是一个以上下包是一个以上下包线为界的带状区线为界的带状区域域。工程上，通常取“50%伏秒特性曲线”来表征一个气隙的冲击击穿特性。3.应用：在保护设备和被保护设备的绝缘配合上具有重要的意义。是防雷设计中实现保护设备和被保护设备的绝缘配合的依据 。举例：如果一个电压同时作用在两个并联的气隙S1和S2上，其中一个气隙先被击穿了，则电压被短接截断，另一个气隙就不会再被击穿了。这个原则如用于保护装置和被保护设备，那就是前者保护了后备。设前者的伏秒特性以S2记之，后者的以S1记之，如图3-2-6情况。三
6、.气隙击穿电压的概率分布 不论是在何种电压作用下，气隙的击穿电压都有一定的分散性，即“击穿概率分布特性”。研究表明，气隙击穿的几率分布接近正态分布，通常可以用U50%和变异系数Z来表示。 用作绝缘的气隙，人们所关心的不仅是其U50%击穿电压，更重要的是其耐受电压耐受电压即能确保耐受而不被击穿的电压。100%的耐受电压是很难测的（要做无穷次的实验），工程实际中常用对应于很高耐受几率(例如99以上)的电压作为耐受电压。3.3大气条件对气隙击穿电压的影响大气条件对气隙击穿电压的影响 一、标准大气条件一、标准大气条件 压强 P。=101.3KPa 温度 湿度C00203011mgh 二、影响 1.气隙
7、的击穿电压随着大气密度气隙的击穿电压随着大气密度 或湿度的增加而升高或湿度的增加而升高。原因：大气密度升高而击穿电压升高：随着空气密度的增大，气体中自由 电子的平均自由程缩短了，不易造成撞击电离。 湿度的增加而击穿电压升高：水蒸汽是电负性气体，易俘获自由电子形成负离子，使自由电子的数量减少，阻碍了电离的发展。TP9 .22.国标GB/T16927.11997提出了大气校正因数Kt， (1)(2)式中U0为标准大气条件下，外绝缘破坏性放电电压值。 Kd为空气密度校正因数。 Kh为空气湿度校正因数。(关于Kd和Kh值的求取教材有详细的说明)tKU放电hdtKKUKUU003.4电场在不同电压下的击
8、穿电压电场在不同电压下的击穿电压一、较均匀电场气隙的击穿电压1. 在均匀电场中，电场是对称的，故击穿电压与电压极性无关，由于间隙各处的场强大致相等，不可能出现持续的局部放电，故起始放电电压就等于气隙的击穿电压。不同电压波形作用下，击穿电压实际上相同，且分散性很小，对于空气，可以用以下的经验公式表示： KV（peak）式中 空气的相对密度 S 气隙的距离，cmSSUb53. 64 .242.稍不均匀电场稍不均匀电场的结构形式有多种多样，常遇到的较典型的电场结构形式有；球球、球板、圆柱板、两同轴圆筒、两平行圆柱、两垂直圆柱等。对这些较简单的、有规则的、较典型的电场，有相应的计算击穿电压的经验公式或
9、曲线，可参阅有关的手册和资料。3.影响稍不均匀电场间隙击穿电压的因素： 电场结构、大气条件、还有邻近效应和照射效应。二、不均匀电场气隙的击穿电压 不均匀电场的特征：各处场强差别很大，在所加电压小于整个间隙击穿电压时，可能出现局部的持续的放电。由于持续的局部放电的存在，空间电荷的积累对击穿电压的影响很大，导致显著的极性效应。 对很不均匀电场，只要宏观上保持原有的电场布局和气隙最小距离不变，则电极的具体形状、尺寸和结构的改变，对击穿电压的影响不大。 预先对几种典型的电场的气隙，如棒棒或线线、棒板或线板作出击穿电压和气隙距离的关系曲线，在工程上遇到的各种不均匀电场，其击穿电压可以参照与接近的典型气隙
10、的击穿电压来估计。(一)直流电压作用下总结：负板正棒棒棒正板负棒UUU（二）工频电压作用下:表示中等距离空气间隙的工频击穿电压曲线图3-5-2 棒-棒和棒-板空气间隙的 工频击穿电压与间隙距离的关系击穿总是发击穿总是发生在棒极为生在棒极为正半波时。正半波时。结论结论:气隙较大时（气隙较大时（S大于大于2.5m），击穿电压与距离关系出现了明显），击穿电压与距离关系出现了明显的饱和趋向，特别是棒的饱和趋向，特别是棒板气隙，其饱和趋向更明显。板气隙，其饱和趋向更明显。（三）雷电冲击电压作用下实验表明，导线平板气隙的U50%与棒板气隙的十分接近（不论正/负极性），在缺乏线板击穿电压的具体数据的时候，可
11、以用棒板的击穿数据来估计。(图3-5-4)另外，棒棒和棒板的击穿电压曲线是各种不均匀电场气隙击穿电压曲线的上下包络线，这点对设计很有用。图图3-5-4 气隙的冲击击穿电压与距离的关系气隙的冲击击穿电压与距离的关系（四）操作冲击电压作用下1.波形的影响：一般均指“正极性”情况。图3-5-8 不同性质电压作用下棒板气隙 的击穿电压与气隙距离的关系2.饱和现象：长气隙在操作电压作用下呈现显著的“饱和现象”。图图3-5-9棒棒棒和棒棒和棒-板间隙的操作冲击击穿电压板间隙的操作冲击击穿电压3.分散性大 （五）叠加性电压作用下 工程实际中，作用在气隙上的电压常常是由不同性质电压叠加的，而不是单一性质的。注
