高电压第3章气体介质的电气强度

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1、第3章气体间隙的击穿强度第3章气体间隙的击穿强度选择架空输电线路和变电所的各种空气间距值时确定电力设备外绝缘的尺寸和安装条件时设计气体绝缘组合电器的内绝缘结构时工程实践中，常常会遇到必须对气体介质的电气强度作出定量估计的情况，如：气体放电的发展过程比较复杂、影响因素很多，因而要想用理论计算的方法来求取各种气隙的击穿电压是相当困难和不可靠的。掌握气体介质的电气强度及其各种影响因素,了解提高气体介质电气强度的途径和措施非常重要。通常都采用实验的方法来求取某些典型电极所构成的气隙的击穿特性，以满足工程实用的需要。典型电极如：“棒一板”电极“棒一棒”电极“球一球”电极同轴圆筒电

2、极气体电气强度取决于：电场形式均匀或稍不均匀电场中，气体击穿场强为30kV/cm极不均匀电场，先出现电晕所加电压的类型工频交流电压直流电压雷电过电压操作过电压第3章气体间隙的击穿强度操作冲击下的击穿雷电冲击电压下的击穿稳态电压下的击穿大气密度和湿度对击穿的影响SF6气体间隙下的击穿提高气隙击穿电压的措施3.1稳态电压下的击穿特性均匀电场的击穿特性稍不均匀电场气隙的击穿特性球间隙同轴圆筒极不均匀电场气隙的击一、均匀电场中的击穿如果平板间距很大，则为了消除电极边缘效应，必须将电极的尺寸选得很大，这是不现实的。因此工程中一般极间距离（d）不大。均匀电场只有一种，那就是消除了电

3、极边缘效应的平板电极之间的电场。均匀电场：两个电极形状完全相同且对称布置，因而不存在极性效应。均匀电场中各处的电场强度均相等，击穿所需的时间极短在直流、工频和冲击电压作用下的击穿电压实际上都相同击穿电压的分散性很小，伏秒特性很快就变平，冲击系数＝1图3-1为实验所得到的均匀电场空气间隙击穿电压特性。它也可用下页的经验公式来表示：图3-1均匀电场中空气间隙的击穿电压峰值Ub随间距d的变化kV--击穿电压峰值,kV--极间距离--空气相对密度上式完全符合巴申定律，因为它也可改写成：由上式或图3-1可知，随着极间距离d的增大，击穿场强Eb稍有下降，在d=1~10cm的范围内

4、，其击穿场强约为30kV/cm。相应的平均击穿场强：(kV/cm)1、球间隙当两球对称布置，测量对地对称的直流电压时，无极性效应，冲击击穿电压与工频击穿电压及直流击穿电压相等。若球间距离d，球极直径为DdD/4dD/2时，不均匀度增大，大地影响加大，即不接地的球为正极性时击穿电压较负极性时略高（参见2.4.3小节），而工频交流电压作用下击穿电压的峰值则与负极性时相同。一般取dD/2范围内工作，若d>D/2.则因放电分散性增大，不能保证测量的精度二、稍不均匀电场中的击穿图3-2球间隙中一球接地时的电

5、场分布(a)球水平放置(b)球垂直放置图3-3一球接地时球隙测压器的击穿电压Ub与间距d的关系2、同轴圆筒外筒内半径R=10cm，改变内筒外半径r之值，气隙起始电晕电压Uc和击穿电压Ub随内筒外直径r变化规律如图所示。即r/R<0.1时，间隙属于极不均匀电场，此时击穿前先出现电晕r/R>0.1时，间隙属稍不均匀电场范畴，击穿前不出现电晕当r/R≈0.33时击穿电压出现极大值上述电气设备在绝缘设计时宜尽量将r/R选取在0.25~0.4的范围内图3-4空气中同轴圆柱电极的电晕起始电压Uc及击穿电压Ub与内电极半径r的关系(内电极为负极性)稍不均匀场间隙中击穿电压Ub的表达式

6、为:式中Em－击穿时间隙中的最大场强；d－间隙距离；f－间隙的电场不均匀系数。由式可见，d过小或f过大都会使Ub下降。3、其他形状的电极布置球状电极的电场不均匀系数大于相同半径的圆柱电极；间隙距离增大时，电场不均匀系数也增大。“棒－棒”气隙：完全对称性“棒－板”气隙：最大不对称性其它类型不均匀电场气隙击穿特性介于这两种之间。１.直流、工频及冲击击穿电压间的差别比较明显，分散性较大，且极性效应显著２.对于实际工程中遇到的各种极不均匀电场气隙来说，均可按其电极的对称程度分别选用“棒-棒”或“棒-板”两种典型气隙的击穿特性曲线来估计其电气强度。在各种各样的极不均匀电场气隙中：

7、三、极不均匀电场中的击穿一、直流电压“棒－棒”和“棒－板”击穿特性见图3-6。可以看出：“棒－板”负极性击穿电压大大高于正极性击穿电压，而尖－尖电极则介于两者之间。棒—板间隙：棒具有正极性时，平均击穿场强约为4.5kV/cm；棒具有负极性时约为l0kV/cm棒—棒间隙的平均击穿场强约为5.4kV/cm图3-6空气中尖－板和尖－尖电极的直流击穿电压与间距的关系升压方式：电压慢电压慢慢升高，直至发生击穿。升压的速率一般控制在每秒升高预期击穿电压值的3％。“棒-棒”气隙的工频击穿电压要比“棒-板”气隙高一些，因为相对而言，“棒-棒”气隙的电场要