哈工大高電壓技術(shù) 氣隙的擊穿特性

氣隙擊穿特性的影響因素：氣體種類：空氣和高介電強(qiáng)度氣體（SF6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：電極形狀、間隙距離、電壓極性；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)第三節(jié)空氣間隙在各種電壓下的擊穿特性一、持續(xù)作用電壓下氣隙的擊穿特性1、均勻電場中的擊穿電壓：a、分散性小直流、工頻交流電壓作用下（也包括沖擊電壓），擊穿電壓基本相同b、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2、稍不均勻電場中的擊穿電壓a、與均勻電場相似，分散性很小直流、工頻交流（也包括沖擊電壓）作用下，擊穿電壓基本相同

b、不同于極不均勻電場，一旦出現(xiàn)自持放電，立即導(dǎo)致氣隙擊穿，而不發(fā)生電暈現(xiàn)象c、稍不均勻電場不對稱時，雖有極性效應(yīng)，但不明顯d、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a、當(dāng)d<D/4時，電場相當(dāng)均勻，其擊穿特性與均勻電場相似，直流、工頻交流（也包括沖擊電壓）作用下的擊穿電壓大致相同；b、當(dāng)d>D/4時，電場不均勻度增大，擊穿電場的分散性增大直徑為D的球隙的擊穿電壓Ud與氣隙距離d的關(guān)系3、極不均勻電場的擊穿電壓按電極的對稱程度，主要有兩種典型的極不均勻電場氣隙：a、“棒—棒”氣隙（“尖—尖”氣隙）b、“棒—板”氣隙（“尖—板”氣隙）不同電壓波形作用下，差異明顯，分散性大；在直流電壓下，極性效應(yīng)明顯，而在工頻交流電壓下“飽和”現(xiàn)象明顯。3、極不均勻電場的擊穿電壓顯著特征：極性效應(yīng)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-棒間隙：5.0kV/cm（略微不對稱）a、直流電壓下的擊穿電壓b、交流電場下的擊穿電壓特點：1、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，擊穿電壓與直流電壓下正極性擊穿電壓相近2、除起始部分外，擊穿電壓與距離近似成直線關(guān)系，但大間隙下?lián)舸╇妷河酗柡挖厔?、平均擊穿場強(qiáng)棒-棒間隙：3.8kV(有效值)/cm棒-板間隙：3.35kV(有效值)/cm顯著特征：“飽和”特性二、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OC為視在波前OF為視在波前時間OG為視在半峰值時間（也稱為波長時間）國標(biāo)規(guī)定：b、操作沖擊電壓波國標(biāo)規(guī)定：2、放電時延沖擊電壓的特點：變化速度快、作用時間短，其有效作用時間是以微秒計的。對氣隙施加沖擊電壓使氣隙擊穿，需要有兩個條件：（1）需要足夠幅值的電壓，引起電子崩并導(dǎo)致流注和主放電的有效電子；（2）需要電壓作用一定的時間，使放電得以發(fā)展以致?lián)舸?、放電時延統(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)擊穿電壓的時間放電時延特點：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，將越來越短有效電子間隙中出現(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3、50%沖擊擊穿電壓（U50%）工程上常采用50%沖擊擊穿電壓（U50%）來描述氣隙的沖擊擊穿特性。

50%沖擊擊穿電壓（U50%）：在多次施加同一電壓時，導(dǎo)致其中半數(shù)氣隙擊穿的這一電壓值。在均勻和稍不均勻電場中，氣隙的U50%與靜態(tài)擊穿電壓Us相差不大，其沖擊系數(shù)（U50%與Us之比）接近1；而在極不均勻電場中，由于放電時延較長，其沖擊系數(shù)均大于1。4、氣隙的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。因此該氣隙耐電性能要用沖擊電壓值和擊穿時間兩者共同來表示。伏秒特性的應(yīng)用1—下包線；2—上包線；3—50%伏秒特性a、極不均勻電場（大間隙）平均擊穿場強(qiáng)較低，放電時延較長，只有大大提高電壓，才能縮短放電時延。伏秒特性曲線A向左上角上翹b、稍不均勻電場（小間隙）間隙各處場強(qiáng)相差不大，一但出現(xiàn)電離，很快貫穿整個間隙，放電時延短。伏秒特性曲線B只能在很小的時間內(nèi)向上翹4.1、不同電場氣隙伏秒特性比較4.2、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)S1被保護(hù)設(shè)備的伏秒特性S2保護(hù)間隙的伏秒特性