修改版-氣體間隙擊穿電壓及提高方法課件

高電壓絕緣技術(shù)第三章：氣體間隙擊穿電壓及提高方法高電壓絕緣技術(shù)第三章：氣體間隙擊穿電壓及提高方法

引言：擊穿電壓的影響因素氣體種類：空氣和高介電強(qiáng)度氣體電壓種類：持續(xù)作用電壓（直流、交流）；沖擊電壓（雷電沖擊、操作沖擊）電場分布：當(dāng)間隙距離相同時，電場越均勻擊穿電壓越高氣體狀態(tài)：一般要折算到標(biāo)準(zhǔn)大氣狀態(tài)引言：擊穿電壓的影響因素氣體種類：空氣和高介電強(qiáng)度氣體分散性?。褐绷鳌⒔涣?、50%沖擊擊穿電壓基本相同均勻電場中空氣的電氣強(qiáng)度大致為30kV(峰值)/cm經(jīng)驗公式為：d：間隙距離；：空氣相對密度一、持續(xù)作用電壓下空氣的擊穿電壓

1均勻電場中的擊穿電壓分散性小：直流、交流、50%沖擊擊穿電壓基本相同一、持續(xù)作用一、持續(xù)作用電壓下空氣的擊穿電壓

2稍不均勻電場中的擊穿電壓一般規(guī)律：極性效應(yīng)不明顯；直流、交流、沖擊電壓下?lián)舸╇妷合嗤粨舸╇妷汉碗妶霾痪鶆虺潭扔袠O大關(guān)系，越均勻擊穿電壓越高。一、持續(xù)作用電壓下空氣的擊穿電壓

2稍不均勻電場中的擊球-球間隙和

球-板間隙當(dāng)不均勻程度增加時，不接地電極電場強(qiáng)；由于電暈起始電壓=擊穿電壓，不接地電極為正時擊穿電壓高。球-球間隙和

球-板間隙當(dāng)不均勻程度增加時，不接地電極電場強(qiáng)一、持續(xù)作用電壓下空氣的擊穿電壓

3極不均勻電場中的擊穿電壓一般規(guī)律：間距很大時，電極影響不大，都接近于棒-板間隙；極性效應(yīng)明顯；分散性很大，不同電壓波形下差異明顯。一、持續(xù)作用電壓下空氣的擊穿電壓

3極不均勻電場中的擊1）極性效應(yīng)直流電壓：正棒負(fù)板<棒-棒<負(fù)棒正板。平均擊穿場強(qiáng)：正極性棒-板間隙：4.5kV/cm負(fù)極性棒-板間隙：10kV/cm正極性棒-棒間隙：4.8kV/cm負(fù)極性棒-板間隙：5.0kV/cm（略微不對稱）1）極性效應(yīng)直流電壓：正棒負(fù)板<棒-棒<負(fù)棒正板。平均擊穿場1）極性效應(yīng)交流電壓：棒-板間隙擊穿總是在棒的極性為正、電壓達(dá)到峰值時發(fā)生，擊穿電壓與直流正極性擊穿電壓相近平均擊穿場強(qiáng)：棒-棒間隙：3.8kV(有效值)/cm5.36kV(峰值)/cm棒-板間隙：3.35kV(有效值)/cm4.8kV(峰值)/cm1）極性效應(yīng)交流電壓：棒-板間隙擊穿總是在棒的極性為正、電壓2）飽和現(xiàn)象工頻電壓：長間隙中棒-板間隙的“飽和”現(xiàn)象尤為明顯2）飽和現(xiàn)象工頻電壓：長間隙中棒-板間隙的“飽和”現(xiàn)象尤為明2）飽和現(xiàn)象2）飽和現(xiàn)象a、雷電沖擊電壓波國標(biāo)規(guī)定：二、沖擊電壓作用下氣隙的擊穿特性

1、沖擊電壓波形a、雷電沖擊電壓波二、沖擊電壓作用下氣隙的擊穿特性

1、沖擊b、操作沖擊電壓波國標(biāo)規(guī)定：二、沖擊電壓作用下氣隙的擊穿特性

1、沖擊電壓波形b、操作沖擊電壓波國標(biāo)規(guī)定：二、沖擊電壓作用下氣隙的擊穿特性統(tǒng)計時延：從電壓達(dá)到的瞬時起到氣隙出現(xiàn)第一個有效電子止放電發(fā)展時間：從形成第一個有效電子的瞬時起到到氣息完全擊穿止升壓時間：電壓從零升到靜態(tài)擊穿電壓的時間二、沖擊電壓作用下氣隙的擊穿特性

2、放電時延放電時延特點(diǎn)：a、小間隙、均勻場：短，占主要部分b、大間隙、極不均勻場：長，占主要部分C、隨著沖擊電壓幅值的不斷升高，將越來越短間隙中出現(xiàn)一個能引起電離過程并最終導(dǎo)致?lián)舸┑碾娮臃Q為有效電子統(tǒng)計時延服從統(tǒng)計規(guī)律的原因：1）、有效電子的出現(xiàn)具有統(tǒng)計特性，有些自由電子被中和，有些可能擴(kuò)散到間隙外。2）、有些電子雖然也引起電離過程，但由于各種不利因素的巧合，電離可能中途衰亡而終止統(tǒng)計時延：從電壓達(dá)到的瞬時起到氣隙出現(xiàn)第

同一個氣隙，在峰值較低但延續(xù)時間較長的沖擊電壓作用下可能擊穿，而在峰值較高但延續(xù)時間較短的沖擊電壓作用下可能反而不擊穿，因此：氣隙的耐電性能要用沖擊電壓峰值和擊穿時間兩者共同來表示二、沖擊電壓作用下氣隙的擊穿特性

3、伏秒特性同一個氣隙，在峰值較低但延續(xù)時間較長的沖擊電兩者配合，S2可以保護(hù)S1兩者不能配合，不能互相保護(hù)二、沖擊電壓作用下氣隙的擊穿特性

4、伏秒特性的應(yīng)用兩者配合，S2可以保護(hù)S1兩者不能配合，不能互相保護(hù)二、沖擊二、沖擊電壓作用下氣隙的擊穿特性

5、雷電沖擊均勻電場和稍不均勻電場：50%擊穿電壓接近持續(xù)電壓下的數(shù)值極不均勻電場：明顯的極性效應(yīng)，在短距離內(nèi)擊穿電壓與距離成正比二、沖擊電壓作用下氣隙的擊穿特性

5、雷電沖擊均勻電場和稍不二、沖擊電壓作用下氣隙的擊穿特性

6、操作沖擊均勻電場和稍不均勻電場：50%擊穿電壓接近持續(xù)電壓下的數(shù)值極不均勻電場：明顯的極性效應(yīng)；接地物體靠近間隙會降低其正極性擊穿電壓（臨近效應(yīng)）；電極形狀影響較大；電壓波形影響很大；分散性大；“飽和”現(xiàn)象明顯正棒-負(fù)板50%擊穿電壓估算二、沖擊電壓作用下氣隙的擊穿特性

6、操作沖擊均勻電場和稍不

擊穿電壓的統(tǒng)計概率：和相對標(biāo)準(zhǔn)偏差相對標(biāo)準(zhǔn)偏差：工頻：雷電沖擊：操作沖擊：（分散性越來越大）100%耐受電壓很難找到σσU16%U50%U84%P(%)U擊1008450160不擊穿擊穿氣隙擊穿電壓的正態(tài)分布三、擊穿電壓的統(tǒng)計概率擊穿電壓的統(tǒng)計概率：和相對標(biāo)準(zhǔn)偏差相對標(biāo)1、大氣狀態(tài)(氣溫、氣壓、濕度等因素)對氣隙擊穿電壓的影響a、空氣密度的影響：氣隙擊穿電壓與密度成正比b、空氣濕度的影響：氣隙擊穿電壓與濕度成正比實(shí)際狀態(tài)氣隙的擊穿電壓U和其在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的擊穿電壓U0有如下?lián)Q算關(guān)系：

—空氣密度修正系數(shù)；—濕度修正系數(shù)四、擊穿電壓的修正1、大氣狀態(tài)(氣溫、氣壓、濕度等因素)—空五、提高氣體間隙擊穿電壓的措施

1改進(jìn)電極形狀以改善電場分布五、提高氣體間隙擊穿電壓的措施

1改進(jìn)電極形狀以改善電五、提高氣體間隙擊穿電壓的措施

2利用空間電荷改善電場分布“細(xì)線效應(yīng)”：在一定距離內(nèi)，采用細(xì)線，利用均勻的電暈層改善電場；不存在沖擊電壓中五、提高氣體間隙擊穿電壓的措施

2利用空間電荷改善電場分五、提高氣體間隙擊穿電壓的措施

3極不均勻場中屏障的作用-直流電場在屏障上積累的離子改變了電場五、提高氣體間隙擊穿電壓的措施

3極不均勻場中屏障的作五、提高氣體間隙擊穿電壓的措施

3極不均勻場中屏障的作用-交流電場、沖擊電場提高了擊穿電壓屏障對均勻電場無作用五、提高氣體間隙擊穿電壓的措施

3極不均勻場中屏障的作用五、提高氣體間隙擊穿電壓的措施

4高氣壓的采用-均勻電場中空氣壓力提高到1~1.5MP時，其介電強(qiáng)度與變壓器油、電瓷接近1）總體趨勢：壓力增大時擊穿電壓增大2）壓力大于1MP時，擊穿電壓偏離巴申定律3）電極表面狀況有影響=》老煉4）陰極強(qiáng)場放射有影響（因為場強(qiáng)很高）5）隨著氣壓增加，擊穿電壓上升減緩：電極表面電離或熱電離為主五、提高氣體間隙擊穿電壓的措施

4高氣壓的采用-均勻電五、提高氣體間隙擊穿電壓的措施

4高氣壓的采用-不均勻電場中總體趨勢：壓力增大時擊穿電壓增大電場不均勻程度增加，擊穿電壓將劇烈下降極不均勻電場中正極性下?lián)舸╇妷撼霈F(xiàn)極大值：壓力增加到一定程度，正離子不易擴(kuò)散，劇烈加強(qiáng)了前方電場濕度增加時，擊穿電壓明顯下降五、提高氣體間隙擊穿電壓的措施

4高氣壓的采用-不均勻電場中五、提高氣體間隙擊穿電壓的措施

4高氣壓的采用-注意事項盡可能改進(jìn)電極形狀，改善電場分布電極應(yīng)仔細(xì)加工，拋光、鍍鉻氣體要長時間凈化除塵除水選擇正確氣壓五、提高氣體間隙擊穿電壓的措施

4高氣壓的采用-注意事項五、提高氣體間隙擊穿電壓的措施

5高介電強(qiáng)度氣體的采用采用SF6等電負(fù)性氣體：電子容易被俘獲形成負(fù)離子氣體分子量大、體積大，使電子平均自由程減小電子與這些氣體分子相遇時，使氣體分子產(chǎn)生極化而消耗了電子的能量五、提高氣體間隙擊穿電壓的措施

5高介電強(qiáng)度氣體的采用采五、提高氣體間隙擊穿電壓的措施

6高真空的采用通過削弱間隙中的碰撞電離達(dá)到增高擊穿電壓的目的剩余壓力低于10-4（133Pa）時擊穿場強(qiáng)很高真空擊穿理論：場致發(fā)射印發(fā)擊穿；微粒引發(fā)擊穿五、提高氣體間隙擊穿電壓的措施

6高真空的采用通過削弱高電壓絕緣技術(shù)第三章：氣體間隙擊穿電壓及提高方法高電壓絕緣技術(shù)第三章：氣體間隙擊穿電壓及提高方法

引言：擊穿電壓的影響因素氣體種類：空氣和高介電強(qiáng)度氣體電壓種類：持續(xù)作用電壓（直流、交流）；沖擊電壓（雷電沖擊、操作沖擊）電場分布：當(dāng)間隙距離相同時，電場越均勻擊穿電壓越高氣體狀態(tài)：一般要折算到標(biāo)準(zhǔn)大氣狀態(tài)引言：擊穿電壓的影響因素氣體種類：空氣和高介電強(qiáng)度氣體分散性?。褐绷鳌⒔涣?、50%沖擊擊穿電壓基本相同均勻電場中空氣的電氣強(qiáng)度大致為30kV(峰值)/cm經(jīng)驗公式為：d：間隙距離；：空氣相對密度一、持續(xù)作用電壓下空氣的擊穿電壓

1均勻電場中的擊穿電壓分散性小：直流、交流、50%沖擊擊穿電壓基本相同一、持續(xù)作用一、持續(xù)作用電壓下空氣的擊穿電壓

2稍不均勻電場中的擊穿電壓一般規(guī)律：極性效應(yīng)不明顯；直流、交流、沖擊電壓下?lián)舸╇妷合嗤?；擊穿電壓和電場不均勻程度有極大關(guān)系，越均勻擊穿電壓越高。一、持續(xù)作用電壓下空氣的擊穿電壓

2稍不均勻電場中的擊球-球間隙和

球-板間隙當(dāng)不均勻程度增加時，不接地電極電場強(qiáng)；由于電暈起始電壓=擊穿電壓，不接地電極為正時擊穿電壓高。球-球間隙和

球-板間隙當(dāng)不均勻程度增加時，不接地電極電場強(qiáng)一、持續(xù)作用電壓下空氣的擊穿電壓

3極不均勻電場中的擊穿電壓一般規(guī)律：間距很大時，電極影響不大，都接近于棒-板間隙；極性效應(yīng)明顯；分散性很大，不同電壓波形下差異明顯。一、持續(xù)作用電壓下空氣的擊穿電壓

3極不均勻電場中的擊1）極性效應(yīng)直流電壓：正棒負(fù)板<棒-棒<負(fù)棒正板。平均擊穿場強(qiáng)：正極性棒-板間隙：4.5kV/cm負(fù)極性棒-板間隙：10kV/cm正極性棒-棒間隙：4.8kV/cm負(fù)極性棒-板間隙：5.0kV/cm（略微不對稱）1）極性效應(yīng)直流電壓：正棒負(fù)板<棒-棒<負(fù)棒正板。平均擊穿場1）極性效應(yīng)交流電壓：棒-板間隙擊穿總是在棒的極性為正、電壓達(dá)到峰值時發(fā)生，擊穿電壓與直流正極性擊穿電壓相近平均擊穿場強(qiáng)：棒-棒間隙：3.8kV(有效值)/cm5.36kV(峰值)/cm棒-板間隙：3.35kV(有效值)/cm4.8kV(峰值)/cm1）極性效應(yīng)交流電壓：棒-板間隙擊穿總是在棒的極性為正、電壓2）飽和現(xiàn)象工頻電壓：長間隙中棒-板間隙的“飽和”現(xiàn)象尤為明顯2）飽和現(xiàn)象工頻電壓：長間隙中棒-板間隙的“飽和”現(xiàn)象尤為明2）飽和現(xiàn)象2）飽和現(xiàn)象a、雷電沖擊電壓波國標(biāo)規(guī)定：二、沖擊電壓作用下氣隙的擊穿特性

1、沖擊電壓波形a、雷電沖擊電壓波二、沖擊電壓作用下氣隙的擊穿特性

1、沖擊b、操作沖擊電壓波國標(biāo)規(guī)定：二、沖擊電壓作用下氣隙的擊穿特性

1、沖擊電壓波形b、操作沖擊電壓波國標(biāo)規(guī)定：二、沖擊電壓作用下氣隙的擊穿特性統(tǒng)計時延：從電壓達(dá)到的瞬時起到氣隙出現(xiàn)第一個有效電子止放電發(fā)展時間：從形成第一個有效電子的瞬時起到到氣息完全擊穿止升壓時間：電壓從零升到靜態(tài)擊穿電壓的時間二、沖擊電壓作用下氣隙的擊穿特性

2、放電時延放電時延特點(diǎn)：a、小間隙、均勻場：短，占主要部分b、大間隙、極不均勻場：長，占主要部分C、隨著沖擊電壓幅值的不斷升高，將越來越短間隙中出現(xiàn)一個能引起電離過程并最終導(dǎo)致?lián)舸┑碾娮臃Q為有效電子統(tǒng)計時延服從統(tǒng)計規(guī)律的原因：1）、有效電子的出現(xiàn)具有統(tǒng)計特性，有些自由電子被中和，有些可能擴(kuò)散到間隙外。2）、有些電子雖然也引起電離過程，但由于各種不利因素的巧合，電離可能中途衰亡而終止統(tǒng)計時延：從電壓達(dá)到的瞬時起到氣隙出現(xiàn)第

同一個氣隙，在峰值較低但延續(xù)時間較長的沖擊電壓作用下可能擊穿，而在峰值較高但延續(xù)時間較短的沖擊電壓作用下可能反而不擊穿，因此：氣隙的耐電性能要用沖擊電壓峰值和擊穿時間兩者共同來表示二、沖擊電壓作用下氣隙的擊穿特性

3、伏秒特性同一個氣隙，在峰值較低但延續(xù)時間較長的沖擊電兩者配合，S2可以保護(hù)S1兩者不能配合，不能互相保護(hù)二、沖擊電壓作用下氣隙的擊穿特性

4、伏秒特性的應(yīng)用兩者配合，S2可以保護(hù)S1兩者不能配合，不能互相保護(hù)二、沖擊二、沖擊電壓作用下氣隙的擊穿特性

5、雷電沖擊均勻電場和稍不均勻電場：50%擊穿電壓接近持續(xù)電壓下的數(shù)值極不均勻電場：明顯的極性效應(yīng)，在短距離內(nèi)擊穿電壓與距離成正比二、沖擊電壓作用下氣隙的擊穿特性

5、雷電沖擊均勻電場和稍不二、沖擊電壓作用下氣隙的擊穿特性

6、操作沖擊均勻電場和稍不均勻電場：50%擊穿電壓接近持續(xù)電壓下的數(shù)值極不均勻電場：明顯的極性效應(yīng)；接地物體靠近間隙會降低其正極性擊穿電壓（臨近效應(yīng)）；電極形狀影響較大；電壓波形影響很大；分散性大；“飽和”現(xiàn)象明顯正棒-負(fù)板50%擊穿電壓估算二、沖擊電壓作用下氣隙的擊穿特性

6、操作沖擊均勻電場和稍不

擊穿電壓的統(tǒng)計概率：和相對標(biāo)準(zhǔn)偏差相對標(biāo)準(zhǔn)偏差：工頻：雷電沖擊：操作沖擊：（分散性越來越大）100%耐受電壓很難找到σσU16%U50%U84%P(%)U擊1008450160不擊穿擊穿氣隙擊穿電壓的正態(tài)分布三、擊穿電壓的統(tǒng)計概率擊穿電壓的統(tǒng)計概率：和相對標(biāo)準(zhǔn)偏差相對標(biāo)1、大氣狀態(tài)(氣溫、氣壓、濕度等因素)對氣隙擊穿電壓的影響a、空氣密度的影響：氣隙擊穿電壓與密度成正比b、空氣濕度的影響：氣隙擊穿電壓與濕度成正比實(shí)際狀態(tài)氣隙的擊穿電壓U和其在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的擊穿電壓U0有如下?lián)Q算關(guān)系：

—空氣密度修正系數(shù)；—濕度修正系數(shù)四、擊穿電壓的修正1、大氣狀態(tài)(氣溫、氣壓、濕度等因素)—空五、提高氣體間隙擊穿電壓的措施

1改進(jìn)電極形狀以改善電場分布五、提高氣體間隙擊穿電壓的措施

1改進(jìn)電極形狀以改善電五、提高氣體間隙擊穿電壓的措施

2利用空間電荷改善電場分布“細(xì)線效應(yīng)”：在一定距離內(nèi)，采用細(xì)線，利用均勻的電暈層改善電場；不存在沖擊電壓中五、提高氣體間隙擊穿電壓的措施

2利用空間電荷改善電場分五、提高氣體間隙擊穿電壓的措施

3極不均勻場中屏障的作用-直流電場在屏障上積累的離子改變了電場五、提高氣體間隙擊穿電壓的措施

3極不均勻場中屏障的作五、提高氣體間隙擊穿電壓的措施

3極不均勻場中屏障的作用-交流電場、沖擊電場提高了擊穿電壓屏障對均勻電場無作用五、提高氣體間隙擊穿電壓的措施

3極不均勻場中屏障的作用五、提高氣體間隙擊穿電壓的措施

4高氣壓