雷电操作下气体间隙的击大气对击穿电压的影响课件

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1、高电压技术李化leehua@mail.hust.edu.cn第1篇电介质的电气特性1气体电介质的绝缘特性1.1气体中带电粒子的产生和消失1.2均匀电场中气体的击穿1.3不均匀电场中气体的击穿1.4气体间隙的稳态击穿电压1.5雷电冲击作用下气体间隙的击穿1.6操作冲击作用下气体间隙的击穿1.7大气条件对间隙击穿电压的影响1.8提高气体间隙击穿电压的措施1.9沿面放电231.5雷电冲击作用下气体间隙的击穿1.5.1雷电冲击电压标准波形3非周期性双指数衰减波（标准）参数：示在波头时间：T1=1.2μs±30%示在波尾时间：T2=50μs±20%标准波形通用写法±1

2、.2/50μs雷电冲击危害设备绝缘；eg，输电线路落雷，闪络；侵入波过电压等冲击电压发生器产生冲击电压模拟雷电引起的过电压4⑴概念静态击穿电压—长时间作用（持续电压作用下）在气隙上能使气隙击穿的电压；仅为必要条件，要使间隙击穿，必须使该电压持续作用一段时间击穿时间（放电时间）—从开始加压的瞬间起到气隙完全被击穿的时间。试验研究表明：对空气间隙施加冲击电压，要使间隙击穿不仅需要足够高的电压，有引起电子崩并导致流注和主放电的有效电子，需要电压作用一定的时间让放电得以发展才能发生击穿。冲击电压作用时间很短，因此其击穿电压与冲击电压随时间的变化规律有关。1.5雷电冲

3、击作用下气体间隙的击穿1.5.2放电时延51.5雷电冲击作用下气体间隙的击穿1.5.2放电时延-构成5tst1tftlagtbUutUs第一阶段升压时间t1（0→Us静态击穿电压）：击穿过程可能并未开始对于持续电压（直流、工频电压）：此阶段电压升到Us，气隙即被击穿；非持续电压下（雷电、操作冲击电压）：由于t1非常短，即使电压升到Us，气隙不立即击穿。-无有效电子自由电子的出现需要时间电子-负离子电离终止61.5雷电冲击作用下气体间隙的击穿1.5.2放电时延-构成tst1tftlagtbUutUs第二阶段统计时延ts（Us→出现第一个有效电子）：击穿过程开始

4、，具有统计性由于有效电子的出现是一个随机事件，取决于很多偶然因素，所以ts具有分散性。ts每次都不一样，要确定ts就要记录多个时间值进行统计，故称为统计时延。ts（平均值）的影响因素：电极材料、外加电压、光照射、电场情况。71.5雷电冲击作用下气体间隙的击穿1.5.2放电时延-构成tst1tftlagtbUutUs第三阶段放电形成时延tf（出现第一个有效电子→气隙被击穿）：具有统计性对于汤逊理论：α过程+γ过程→气隙被击穿；对于流注理论：电子碰撞电离+流注的形成→气隙被击穿tf的影响因素：间隙长度、电场均匀度、外加电压；81.5雷电冲击作用下气体间隙的击穿1

5、.5.2放电时延-构成放电时间构成的总结tst1tftlagtbUutUs总放电时间tbtb＝t1+ts+tf（统计性）放电时延tlagtlag=ts+tf（统计性）91.5雷电冲击作用下气体间隙的击穿1.5.2放电时延间隙距离越短，电场越均匀，tf越小，ts>>tf，放电时延主要取决于统计时延ts提高外施电压人工光源照射较长的间隙，不均匀电场，局部场强很高，出现有效电子的概率增加，统计时延较小。放电时延主要取决于放电形成时延tf，且电场越不均匀则tf越长，提高外施电压101.5雷电冲击作用下气体间隙的击穿1.5.3雷电冲击50%击穿电压（U50%）50%冲

6、击击穿电压——击穿百分比为50%的击穿电压。由于放电时延和放电时间均具有统计分散性，多次重复施加电压时可能有几次击穿而另几次没击穿。随着电压的提高，发生击穿的百分比将越来越大。工程实际中广泛采用击穿百分比为50%时的电压U50%来表征气隙的冲击击穿特性。在实际中施加10次电压有4～6次击穿，就可认为这一电压为气隙的U50%冲击击穿电压。11雷电冲击电压下均匀电场和稍不均匀电场的击穿特性击穿电压分散性小，U50%和Us(静态击穿电压）相差很小；冲击系数β均匀电场、稍不均匀电场：β＝1雷电冲击电压下极不均匀电场的击穿特性放电形成时延tlag比较长；击穿电压分散性

7、大，标准偏差取3%，U50%和Us相差很大；极不均匀电场：β＞11.5雷电冲击作用下气体间隙的击穿1.5.3雷电冲击50%击穿电压（U50%）12极性效应：棒板更为明显；雷电冲击50％击穿电压较工频击穿电压的峰值要高。【作用时间短，当间隙距离加大后，需要提高先导发展速度才能完成放电，因而导致击穿电压提高】雷电冲击50%击穿电压和间隙距离大致呈线性关系。图1－25“棒－棒”和“棒－板”长空气间隙的雷电冲击U50%和极间距离d的关系1－正极性“棒－板”；2－正极性“棒－棒”；3－负极性“棒－棒”；4－负极性“棒－板”131.5雷电冲击作用下气体间隙的击穿1.5.

8、4伏秒特性考虑放电时延的必要性放电电压与电压作用时间