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1、第2章不同电压形式下空气的绝缘特性影响空气间隙放电电压的因素电场情况:均匀场,稍不均匀场,极不均匀场电压形式:直流电压,交流电压,雷电冲击电压,操作冲击电压(本章讨论问题)大气条件:气压,温度,湿度等第2章不同电压形式下空气的绝缘特性2.1持续作用电压下空气的绝缘特性2.2雷电冲击电压下空气的绝缘特性2.3操作冲击电压下空气的绝缘特性2.4提高气体间隙击穿电压的措施2.1持续作用电压下空气的绝缘特性2.1.1均匀电场中空气的绝缘特性2.1.2稍不均匀电场中空气的绝缘特性2.1.3极不均匀电场中空气的绝缘特性持续作用电压:直流和工频的统称,这类电压随时间的变化速度较小,因此放电发展的时间可忽略
2、不计;冲击电压:包括雷电冲击和操作冲击电压,其持续的时间极短,以微妙计放电发展时间不能忽略,间隙击穿具有新的特点,在不均匀电场中尤其明显.2.1.1均匀电场中空气的绝缘特性均匀电场的击穿特点:击穿前无电晕,无极性效应,直流交流和正负50%冲击电压的击穿电压相同,采用相同公式计算.计算公式当间隙距离较大(d>1cm)时,空气的电气强度大约等于30kV/cm.当间隙距离较大时,均匀电场不容易获得,一般得到的是稍不均匀电场.2.1.2稍不均匀电场中空气的绝缘特性稍不均匀电场的击穿特点:击穿前无电晕,极性效应不明显,直流,工频和50%冲击电压的击穿电压几乎一致.稍不均匀电场的击穿电压与电场不均匀程度
3、f关系很大,因此没有统一的经验公式,只能根据类似的典型电极结构的实验数据进行估算.稍不均匀电场的击穿电压通常根据起始场强经验公式进行估算.利用f取决于电极布置.下页图给出了几种典型电极结构下的电场不均匀系数.对于稍不均匀电场,当Emax达到电晕起始场强E0时,U达到击穿电压Ub,从而得:对稍不均匀场,E0不好求,可以采用E0=30kV/cm进行估算.对稍不均匀场,间隙击穿电压Ub即为电晕起始电压Uc.图几种典型电极结构示意图及其不均匀系数1同心球2球-平板3球-球4同轴圆柱5圆柱-平板6圆柱-圆柱7曲面-平面8曲面-曲面典型电极结构的计算公式:其中:E0电晕起始场强Emax电极表面最大场强f
4、电场不均匀系数Uc电晕起始电压(1)(2)(3)(4)(5)(6)2.1.3极不均匀电场中空气的绝缘特性极不均匀场击穿电压特点:电场不均匀程度对击穿电压的影响减弱,极间距离对击穿电压的影响增大.因此可以采取极端结构的击穿电压数据进行分析估算.典型的极不均匀电场极端结构:棒-板(尖-板):电场分布不均匀时棒-棒(尖-尖):电场分布均匀时1.直流电压下的击穿电压极不均匀场中,直流击穿电压的极性效应十分明显.(1)空气间隙较小时,尖-板结构和尖-尖结构的直流击穿电压与空气间隙的关系.见下图:同样间隙距离下,不同极性间,击穿电压相差一倍以上;尖-尖结构的击穿电压介于两种极性的尖-板结构的击穿电压之间
5、,因为该电场有两个强电场曲,同等间隙距离下,电场的均匀程度较好.1.直流电压下的击穿电压极不均匀场中,直流击穿电压的极性效应十分明显.(2)空气间隙较大时,棒-板结构的直流击穿电压与空气间隙的关系.见下图:正棒-板:空气间隙的电气强度Eb≈4.5kV/cm;负棒-板:空气间隙的电气强度Eb≈10kV/cm;较大间隙距离0.5～3m的棒-棒结构,直流电压下的击穿场强为:Eb≈4.8～5.0kV/cm.2.工频电压下的击穿电压击穿都发生在正半周期值附近,所以击穿电压与直流电压下的正极性相似.见下图:棒-棒及棒-板结构工频击穿电压与间隙距离的关系曲线间隙距离不太大时,击穿电压与间隙距离呈线性上升关
6、系;间隙距离很大时,击穿电压不再随间隙距离增大而线性上升,呈现饱和现象,这在棒-板结构中尤为明显.以棒-板间隙为例:d=1m,Eb≈5.23kV/cm(峰值)d=10m,Eb≈2.1kV/cm(峰值)可见,间隙距离很大时,平均击穿场强明显降低,对棒-板结构间隙表现明显.因此,在电气设备上,应尽量采用棒-棒类对称型的电极结构,而避免棒-板类不对称的电极结构.关系曲线随着实验用的”棒””板”不同而有所不同,使用时应注意其实验条件.2.2雷电冲击电压下空气的绝缘特性2.2.1雷电冲击电压的形成与标准波形•雷电冲击电压的形成•标准雷电冲击电压波形2.2.2放电时延2.2.350%放电电压2.2.4冲
7、击系数与伏秒特性•冲击系数•伏秒特性及其制订•伏秒特性的应用2.2.1雷电冲击电压形成与标准波形1.雷电冲击电压的形成(1)雷电放电概述雷电现象是自然界中一种瞬间放电现象，同时伴随有雷声，具有高电流、高电压、变化快、放电时间短、辐射强等特征。雷闪:雷云中聚积了大量电荷而在大气中引起的放电现象,分为云内闪,云间闪和云地闪,对地面设备造成危害的主要是云地闪.按雷电的发展方向可分为下行雷和上行雷.下行雷是在雷云中产
