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1、 高电压技术关于气隙的电气强度关于气隙的电气强度第1页，讲稿共56张，创作于星期二 高电压技术3.1 气隙的击穿时间 静态击穿电压静态击穿电压1.1.瞬时变化的电压加在气隙上时，气隙的击穿电瞬时变化的电压加在气隙上时，气隙的击穿电 压将不再是静态击穿电压值。压将不再是静态击穿电压值。2.2.不同波形的电压的电压作用时，击穿时间和击不同波形的电压的电压作用时，击穿时间和击 穿电压都将不同。穿电压都将不同。长时间作用在气隙上使气隙击穿的最低电压长时间作用在气隙上使气隙击穿的最低电压第2页，讲稿共56张，创作于星期二 高电压技术3.1 气隙的击穿时间 U0:静态击穿电压静态击穿电压 tb :击穿时间
2、击穿时间tl :放电时延放电时延第3页，讲稿共56张，创作于星期二 高电压技术U U0 0:静态击穿电压静态击穿电压 ts 和和tf 的统计性的统计性短间隙：短间隙：t tf f t ts s ，统计时延为主统计时延为主 长间隙长间隙(很不均匀电场很不均匀电场)：t ts s t tf f，放放电电发发展展时时间间为为主主 3.1 气隙的击穿时间 出出现现有有效效电电子子放电形放电形成时延成时延第4页，讲稿共56张，创作于星期二 高电压技术3.2 气隙的伏秒特性和击穿电压的概率分布 雷电冲击电压标准波形雷电冲击电压标准波形 Tl1.2 s（30%）T250 s（20%）雷电冲击电压标准波形雷电
3、冲击电压标准波形第5页，讲稿共56张，创作于星期二 高电压技术3.2 气隙的伏秒特性和击穿电压的概率分布 T11.2 s（30%）T225 s雷电冲击截波电压标准波形雷电冲击截波电压标准波形第6页，讲稿共56张，创作于星期二 高电压技术操作冲击电压标准波形操作冲击电压标准波形 推荐波形为推荐波形为2502500 s波前时间允差（波前时间允差（30%）半峰值时间允差（半峰值时间允差（60%）3.2 气隙的伏秒特性和击穿电压的概率分布 第7页，讲稿共56张，创作于星期二 高电压技术3.2 气隙的伏秒特性和击穿电压的概率分布 瞬时变化的电压加在气隙上时，气隙的击穿电压将不再是静态击瞬时变化的电压加在
4、气隙上时，气隙的击穿电压将不再是静态击穿电压值，与其波形有很大的关系穿电压值，与其波形有很大的关系.同一个气隙，冲击电压的峰值较低但延续时间较长，在此同一个气隙，冲击电压的峰值较低但延续时间较长，在此电压作用下，可能被击穿；冲击电压的峰值较高但持续时电压作用下，可能被击穿；冲击电压的峰值较高但持续时间较短，可能反而不被击穿。间较短，可能反而不被击穿。对于冲击电压波，气隙的击穿电压与该电压的波形有很大的关系。其击穿电压不能对于冲击电压波，气隙的击穿电压与该电压的波形有很大的关系。其击穿电压不能简单地用单一的击穿电压值表示，而必须用电压峰值和延续时间两者共同表示。简单地用单一的击穿电压值表示，而必
5、须用电压峰值和延续时间两者共同表示。第8页，讲稿共56张，创作于星期二 高电压技术3.2 气隙的伏秒特性和击穿电压的概率分布 u0t123 伏伏秒秒特特性性的的实实验验求求取取方方法法第9页，讲稿共56张，创作于星期二 高电压技术3.2 气隙的伏秒特性和击穿电压的概率分布 伏伏秒秒特特性性的的实实验验求求取取方方法法伏秒特性的形状决定于电极间气隙的电场分布伏秒特性的形状决定于电极间气隙的电场分布 50击穿电压击穿电压第10页，讲稿共56张，创作于星期二 高电压技术3.2 气隙的伏秒特性和击穿电压的概率分布 伏伏秒秒特特性性曲曲线线的的工工程程应应用用第11页，讲稿共56张，创作于星期二 高电压
6、技术3.2 气隙的伏秒特性和击穿电压的概率分布 伏伏秒秒特特性性曲曲线线的的工工程程应应用用第12页，讲稿共56张，创作于星期二 高电压技术3.3 大气条件对气隙击穿电压的影响 第13页，讲稿共56张，创作于星期二 高电压技术3.3 大气条件对气隙击穿电压的影响 温度温度 t020压力压力 p0101.3kPa绝对湿度绝对湿度 h011g/m3标准大气条件标准大气条件大气条件：大气条件：气温、气压、湿度气温、气压、湿度第14页，讲稿共56张，创作于星期二 高电压技术3.3 大气条件对气隙击穿电压的影响 u空气密度增大时，空气中自由电子的平均自由行程缩短，空气密度增大时，空气中自由电子的平均自由
7、行程缩短，不易造成碰撞电离，所以空气间隙的击穿电压升高。不易造成碰撞电离，所以空气间隙的击穿电压升高。u空气的湿度增加时，由于水蒸气是电负性气体，易俘空气的湿度增加时，由于水蒸气是电负性气体，易俘获自由电子形成负离子，使电离减弱，所以空气间隙的获自由电子形成负离子，使电离减弱，所以空气间隙的击穿电压升高击穿电压升高。u在湿度较大时，绝缘子的闪络电压可能出现随湿度增在湿度较大时，绝缘子的闪络电压可能出现随湿度增加而降低的情况加而降低的情况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第15页，讲稿共56张，创作于星期二 高电压技术3.3 大气条件对气隙击穿电压的影响 第16页，讲稿共5
8、6张，创作于星期二 高电压技术直流、工频击穿电压（峰值）以及50冲击击穿电压都相同。击穿电压的分散性较小。3.4 较均匀电场气隙的击穿电压 均匀电场气隙击穿电压情况均匀电场气隙击穿电压情况空气击穿电压峰值经验公式空气击穿电压峰值经验公式 式中式中 S S 气体间隙距离，（气体间隙距离，（cmcm）空气相对密度空气相对密度 标准大气条件下空气的电气强度（峰值）大致等于标准大气条件下空气的电气强度（峰值）大致等于30kV/cm30kV/cm 第17页，讲稿共56张，创作于星期二 高电压技术均匀电场和稍不均匀电场气隙的击穿电压特性均匀电场和稍不均匀电场气隙的击穿电压特性3.4 较均匀电场气隙的击穿电
9、压 u 不存在极性效应不存在极性效应u 放电时延很短放电时延很短u 不同电压波形下击穿电压接近相同（包不同电压波形下击穿电压接近相同（包 括击穿电压峰值，括击穿电压峰值，50%50%击穿电压值）击穿电压值）u 击穿电压分散性小击穿电压分散性小第18页，讲稿共56张，创作于星期二 高电压技术典型电极典型电极 棒棒(尖尖)板板 ：电场分布不对称：电场分布不对称 棒棒(尖尖)棒棒(尖尖)：电场分布对称：电场分布对称 3.5 不均匀电场气隙的击穿电压 u 显著的极性效应 不均匀电场气隙的击穿电压特性不均匀电场气隙的击穿电压特性第19页，讲稿共56张，创作于星期二 高电压技术直流电压下的击穿电压直流电压
10、下的击穿电压极性效应：极性效应：正棒负板平均击穿场强约为正棒负板平均击穿场强约为4.5kV/cm4.5kV/cm；负棒正板棒平均击穿场强约负棒正板棒平均击穿场强约为为l0kV/cml0kV/cm棒棒间隙的平均击穿场强约为棒棒间隙的平均击穿场强约为4.85.0kV/cm4.85.0kV/cm 3.5 不均匀电场气隙的击穿电压 第20页，讲稿共56张，创作于星期二 高电压技术3.5 不均匀电场气隙的击穿电压 工频电压下的击穿电压工频电压下的击穿电压u击穿都发生在正半周峰附近，击穿都发生在正半周峰附近，分散性不大；分散性不大；u当间隙距离不太大时，击穿电当间隙距离不太大时，击穿电压与间隙距离呈线性关
11、系压与间隙距离呈线性关系u间隙距离很大时（超过间隙距离很大时（超过2m2m），），平均击穿场强明显降低，呈现出平均击穿场强明显降低，呈现出饱和现象饱和现象u棒板气隙的击穿电压最低棒板气隙的击穿电压最低第21页，讲稿共56张，创作于星期二 高电压技术3.5 不均匀电场气隙的击穿电压 雷电冲击下的击穿电压雷电冲击下的击穿电压棒棒电极棒棒电极棒板电极棒板电极1.1.极性效应极性效应2.2.线性关系线性关系3.3.分散性大分散性大第22页，讲稿共56张，创作于星期二 高电压技术3.5 不均匀电场气隙的击穿电压 雷电冲击下的击穿电压雷电冲击下的击穿电压第23页，讲稿共56张，创作于星期二 高电压技术波前
12、时间波前时间Tcr(us)3.5 不均匀电场气隙的击穿电压 操作冲击下的击穿电压操作冲击下的击穿电压U型曲线型曲线左半支左半支放电时延小。放电时延小。右右半半支支空空间间电电荷荷不不易易聚聚集集，不不利利于于放放电电发发展。展。第24页，讲稿共56张，创作于星期二 高电压技术3.5 不均匀电场气隙的击穿电压 操作冲击下的击穿电压操作冲击下的击穿电压工频工频操作冲击操作冲击雷电冲击雷电冲击第25页，讲稿共56张，创作于星期二 高电压技术3.5 不均匀电场气隙的击穿电压 操作冲击下的击穿电压操作冲击下的击穿电压饱和现象显著饱和现象显著第26页，讲稿共56张，创作于星期二 高电压技术3.5 不均匀电
13、场气隙的击穿电压 操作冲击下的击穿电压操作冲击下的击穿电压分散性大分散性大第27页，讲稿共56张，创作于星期二 高电压技术3.6 提高气隙击穿电压的方法 1.1.改善气隙中的电场分布，使其分布改善气隙中的电场分布，使其分布均匀；均匀；2.2.设法削弱和抑制气体介质中的电离过程。设法削弱和抑制气体介质中的电离过程。途径途径：第28页，讲稿共56张，创作于星期二 高电压技术3.6 提高气隙击穿电压的方法 1.1.增大电极的曲率半径（常用的是屏蔽），例如变压器套管，增大电极的曲率半径（常用的是屏蔽），例如变压器套管，均压环，扩径导线等；均压环，扩径导线等；2.2.消除电极表面的毛刺；消除电极表面的毛
14、刺；3.3.消除电极表面尖角。消除电极表面尖角。不仅要注意改善高压电极的形状以降低该电极旁边的局部场强，还要注意改善接地电极和中间电极的形状，以降低该电极旁边的局部场强。改善电场分布的具体方法改善电场分布的具体方法第29页，讲稿共56张，创作于星期二 高电压技术3.6 提高气隙击穿电压的方法 改善电场分布的具体方法改善电场分布的具体方法第30页，讲稿共56张，创作于星期二 高电压技术3.6 提高气隙击穿电压的方法 改善电场分布的具体方法改善电场分布的具体方法第31页，讲稿共56张，创作于星期二 高电压技术3.6 提高气隙击穿电压的方法 改善电场分布的具体方法改善电场分布的具体方法第32页，讲稿
15、共56张，创作于星期二 高电压技术3.6 提高气隙击穿电压的方法 改善电场分布的具体方法改善电场分布的具体方法第33页，讲稿共56张，创作于星期二 高电压技术3.6 提高气隙击穿电压的方法 改善电场分布的具体方法改善电场分布的具体方法第34页，讲稿共56张，创作于星期二 高电压技术3.6 提高气隙击穿电压的方法 改善电场分布的具体方法改善电场分布的具体方法第35页，讲稿共56张，创作于星期二 高电压技术3.6 提高气隙击穿电压的方法 抑制电离的具体方法抑制电离的具体方法u采用高真空u采用高气压u采用强电负性气体第36页，讲稿共56张，创作于星期二 高电压技术3.6 提高气隙击穿电压的方法 抑制
16、电离的具体方法抑制电离的具体方法u采用高真空u接近真空阶段：碰撞电离的几率太小，Ub提高u高真空阶段：小距离时：强场发射、金属气化大距离时：全电压效应真空中的Ub与电极材料、表面光洁度、清洁度有关第37页，讲稿共56张，创作于星期二 高电压技术3.6 提高气隙击穿电压的方法 抑制电离的具体方法抑制电离的具体方法u采用高气压基本原理：气压提高减小动能减小U提高12.8MPa 50.1MPa当气压在10个大气压下时，击穿电压随气压增大线性增加。再提高P，会饱和压缩空气可用于内绝缘，如断路器、高压标准电容等。第38页，讲稿共56张，创作于星期二 高电压技术3.6 提高气隙击穿电压的方法 抑制电离的具
17、体方法抑制电离的具体方法u采用强电负性气体u含含卤卤族族元元素素的的气气体体化化合合物物，如如六六氟氟化化硫硫（SFSF6 6）、氟氟利利昂昂（CClCCl2 2F F2 2）等等，其其电电气强度比空气的要高很多。称为高电气强度气体。气强度比空气的要高很多。称为高电气强度气体。第39页，讲稿共56张，创作于星期二 高电压技术3.6 提高气隙击穿电压的方法 抑制电离的具体方法抑制电离的具体方法u采用强电负性气体原因：1）具有很强的电负性，负离子即削弱电离，又加强复合；2）分子量大，分子直径大，电子的减小。3）电离过程伴随离解过程，需要更多能量。第40页，讲稿共56张，创作于星期二 高电压技术选用
18、卤化物的原则：1 液化温度要低，2 应具有良好的化学稳定性，3 经济上应当合理，价格便宜，能大量供应 目前得到工程广泛应用的是SF6及SF6混合气体3.6 提高气隙击穿电压的方法 抑制电离的具体方法抑制电离的具体方法u采用强电负性气体第41页，讲稿共56张，创作于星期二 高电压技术SF6的绝缘性能的绝缘性能1）强电负性，电气强度高2）对电场均匀度敏感 SF6的性能只有在均匀电场中才能充分发挥，在极不均匀场中，击穿电压下降很快。在极不均匀电场中，气压与击穿电压紧密相关3.6 提高气隙击穿电压的方法 第42页，讲稿共56张，创作于星期二 高电压技术针球气隙中的SF6气体（针极曲率半径1mm，球半径
19、50mm，极间距30mm）在不同类型电压下的击穿电压与压力的关系 空间电荷的作用，使得工频高于雷电随着气压的提高，空间电荷作用减小，因此Ub下降3.6 提高气隙击穿电压的方法 第43页，讲稿共56张，创作于星期二 高电压技术SFSF6 6的绝缘性能的绝缘性能影响绝缘性能的因素：u电场均匀度；u气压；u电极表面缺陷；u导电微粒；3.6 提高气隙击穿电压的方法 第44页，讲稿共56张，创作于星期二 高电压技术SFSF6 6的液化特性的液化特性1）一般不会液化3.6 提高气隙击穿电压的方法 第45页，讲稿共56张，创作于星期二 高电压技术2)纯净的SF6无毒，但分解物有毒，有腐蚀性 电子碰撞、热辐射
20、、光辐射会导致SF6分解 如电弧、局放、火花放电等 3）水分的危害 水分会与气体分解物形成氢氟酸，腐蚀材料，引起 凝露，降低表面闪络电压。解决办法：用吸附剂吸附分解物和水分。3.6 提高气隙击穿电压的方法 第46页，讲稿共56张，创作于星期二 高电压技术SF6N2混合气体中的与E/p 1纯N2；2SF6含量为10%；3SF6含量为25%；4SF6含量为50%；5纯SF6u 混合气体：N2、CO2、空气与SF6 混合u 降低液化温度u 降低对电场的敏 感度3.6 提高气隙击穿电压的方法 第47页，讲稿共56张，创作于星期二 高电压技术3.7 影响气隙沿面闪络电压的因素 u电场均匀性电场均匀性u电
21、压波形情况电压波形情况u大气条件大气条件u介质表面状态介质表面状态 表面光滑或者粗糙程度表面光滑或者粗糙程度 淋雨状态淋雨状态污秽情况污秽情况第48页，讲稿共56张，创作于星期二 高电压技术3.7 影响气隙沿面闪络电压的因素 湿闪电压湿闪电压闪络途径：1 ABBCA：闪络电压下降到40%-50%2 ABBA：下降不多3 AB水流：湿闪电压降到很低值。光滑瓷柱的干闪和湿闪电压光滑瓷柱的干闪和湿闪电压 第49页，讲稿共56张，创作于星期二 高电压技术3.7 影响气隙沿面闪络电压的因素 污闪电压污闪电压发展过程发展过程：积污受潮电导增加，电流增大烘干，形成干区干区电阻大，压降大，电场强，开始放电辉光
22、（电晕）转为电弧局部电弧烘干周围，干区扩大，电弧伸长爬电到一定程度，自动延伸，贯穿两极防止污闪措施防止污闪措施：1 改善环境，减小污染的可能性2 改进绝缘子结构设计，降低污秽积累的可能第50页，讲稿共56张，创作于星期二 高电压技术3.8 提高气隙沿面闪络电压的方法 采用屏障采用屏障增加沿面爬电距离增加沿面爬电距离,且起阻碍放电发展且起阻碍放电发展.第51页，讲稿共56张，创作于星期二 高电压技术3.8 提高气隙沿面闪络电压的方法 采用屏蔽采用屏蔽第52页，讲稿共56张，创作于星期二 高电压技术3.8 提高气隙沿面闪络电压的方法 强制固定绝缘表面电位强制固定绝缘表面电位第53页，讲稿共56张，创作于星期二 高电压技术第54页，讲稿共56张，创作于星期二 高电压技术第55页，讲稿共56张，创作于星期二 高电压技术感谢大家观看第56页，讲稿共56张，创作于星期二