雷電沖擊電壓下氣體的擊穿電壓

【學習任務】了解標準沖擊電壓波形的特點，理解沖擊電壓作用下氣體間隙擊穿過程，理解50%沖擊擊穿電壓概念，理解伏秒特性曲線的意義及其在工程中的應用。電壓波形不同性質(zhì)、不同波形的電壓，氣隙的擊穿電壓不同。為了便于比較因此需統(tǒng)一波形。我國標準波形與IEC規(guī)定的標準波形一致。1.直流電壓直流都是利用交流電壓整流而來，故對其脈動系數(shù)要求不大于3％。2.工頻交流電壓應近似正弦波，峰值與均方根值（有效值）之比應小于，頻率

在45－65Hz范圍

3.雷電沖擊電壓4.操作沖擊電壓持續(xù)作用電壓脈沖性質(zhì)電壓電力系統(tǒng)中沖擊電壓是指作用時間短暫的電壓，它包括雷電沖擊電壓和操作沖擊電壓。雷電沖擊電壓是由雷云放電引起的，其持續(xù)時間極短，只有約幾個微秒到幾十個微秒，與擊穿所需的時間相當；操作沖擊電壓是指當電力系統(tǒng)在操作或發(fā)生事故時，因狀態(tài)發(fā)生突然變化引起電感—電容回路的振蕩產(chǎn)生的過電壓，其作用時間介于雷電沖擊電壓與工頻電壓之間。由于沖擊電壓的作用時間短暫，故空氣間隙在沖擊電壓作用下的擊穿具有與持續(xù)電壓作用下不同的特點。（一）、標準沖擊電壓波形為了檢驗絕緣耐受沖擊電壓的能力，在實驗室中可以利用沖擊電壓發(fā)生器（圖1-28）產(chǎn)生沖擊電壓，以模擬實際產(chǎn)生的過電壓。為了使得到的結果可以互相比較，需規(guī)定標準波形。模仿雷電及操作過電壓等沖擊電壓的電源裝置，主要用于絕緣沖擊耐壓及介質(zhì)沖擊擊穿、放電等試驗。沖擊電壓發(fā)生器一、雷電沖擊電壓下空氣的擊穿電壓我國7200kV沖擊電壓發(fā)生器輸出操作沖擊電壓擊穿25m空氣間隙。（一）、標準沖擊電壓波形我國國家標準規(guī)定的雷電沖擊電壓標準波形的參數(shù)為T1=（1.2±30%）μs，T2=（50±20%）μs

。沖擊電壓波形由波前時間T1及半峰值時間T2來確定。T1為電壓零點至電壓峰值的時間；T2為電壓零點至電壓下降為峰值一半的時間。沖擊電壓除了T1和T2外，還應指出其極性（不接地電極相對于地的極性）。如標準雷電沖擊電壓波形通?？捎梅枴?.2/50μs表示。（一）、標準沖擊電壓波形每個氣體間隙都有它的靜態(tài)擊穿電壓，即長時間作用在間隙上能使間隙擊穿的最低電壓。當對靜態(tài)擊穿電壓為U0的間隙施加沖擊電壓時，經(jīng)t0時間，電壓上升至U0，但間隙并不立刻擊穿，而需經(jīng)過t1時間后才能完成擊穿，即間隙的擊穿不僅需要足夠的電壓，還需要足夠的時間。（二）、放電時延升壓時間t0：電壓從零升高到靜態(tài)擊穿電壓U0所需的時間。統(tǒng)計時延ts：從電壓升到U0的時刻起到間隙中形成第一個有效電子的時間。具有分散性。放電形成時延tf：從形成第一個有效電子的時刻起到間隙完全被擊穿的時間。擊穿時間:從開始加壓的瞬時起到間隙完全擊穿為止的時間tb=t0+ts+tf放電時延:t1=ts+tf

在電場比較均勻時，放電發(fā)展速度快，放電形成時延較短；在電場極不均勻時，放電發(fā)展到弱電場區(qū)后速度較慢，放電形成時延較長。（二）、放電時延間隙距離越短，電場越均勻，tf越小，ts>>tf

，放電時延主要取決于統(tǒng)計時延ts

提高外施電壓人工光源照射較長的間隙，不均勻電場，局部場強很高，出現(xiàn)有效電子的概率增加，統(tǒng)計時延較小。放電時延主要取決于放電形成時延tf，且電場越不均勻則tf越長，提高外施電壓（二）、放電時延若放電時延t1

＞T時，間隙不擊穿

若放電時延t1

＜T時，間隙擊穿

沖擊電壓作用下間隙擊穿條件：（三）、50%沖擊擊穿電壓T：電壓超過U0所持續(xù)的時間由于放電時延t1具有分散性，在間隙上多次施加同一電壓，有時擊穿，有時不擊穿。沖擊電壓幅值越大，T越大，擊穿概率越大。工程上采用了擊穿概率為50%的沖擊電壓來表示絕緣耐受沖擊電壓的大小。用U50%表示。

實際中只要保持波形不變，調(diào)整沖擊電壓峰值至10次電壓中有4～6次發(fā)生擊穿，此電壓峰值就可作為50%沖擊擊穿電壓。50%沖擊擊穿電壓12沖擊系數(shù)β：表示50%沖擊電壓與靜態(tài)擊穿電壓的比值。均勻電場、稍不均勻電場：

β＝1極不均勻電場：β＞1課堂討論：兩個U50%不同的間隙并聯(lián)，是否在任意波形的雷電沖擊電壓作用下，U50%小的間隙總是先擊穿？

答：不是。由于U50%是一個與擊穿概率有關的電壓，它并不能保證間隙每次都100%被擊穿。因此，上述說法是不準確的。（四）、伏秒特性沖擊電壓作用于氣隙擊穿取決于兩個因素作用U作用時間tbUtbUtb同樣擊穿因此要表達沖擊擊穿特性必須用兩者來表達工程上用氣隙上出現(xiàn)的電壓最大值與放電時間的關系來表征氣隙在沖擊電壓下的擊穿特性氣隙的伏秒特性伏秒特性曲線的繪制保持沖擊電壓波形不變，逐級升高電壓使氣隙發(fā)生擊穿，記錄擊穿電壓波形，讀取擊穿電壓值U與擊穿時間t。當擊穿發(fā)生在波前時，U與t均取擊穿時的值；當擊穿發(fā)生在波尾時，U取波峰值，t取擊穿值（四）、伏秒特性由于放電時間具有分散性，所以在每級電壓下可得到一系列放電時間。實際上伏秒特性是以上、下包線為界的一個帶狀區(qū)域u0t上包絡線下包絡線（四）、伏秒特性間隙伏秒特性的形狀取決于電極間電場的分布。極不均勻：平均擊穿場強低，放電時延長，曲線上翹；稍不均勻：平均擊穿場強高，放電時延短，曲線平坦。圖1-34極不均勻電場S1和均勻電場S2的伏秒特性伏秒特性曲線的應用四、伏秒特性變電站用避雷器保護電氣設備（變壓器）時就需對避雷器的伏秒特性和變壓器伏秒特性進行合理配合伏秒特性曲線的應用：—用在過電壓保護配合方面如果一個電壓同時作用在兩個并聯(lián)的絕緣結構上，其中一個絕緣結構先擊穿，則電壓被截斷短接，另一個就不會再被擊穿，稱前者保護了后者。t2＜t1，說明避雷器先擊穿，過電壓能量通過避雷器泄放掉，從而保護了變壓器。t1＜t2，說明變壓器先擊穿，避雷器沒有起到保護作用。要求避雷器的伏