第4講 氣體電介質(zhì)絕緣特性(三)

1、1上節(jié)回顧上節(jié)回顧u極不均勻場中的放電過程u極不均勻電場中的放電特征第第4 4講講 氣體電介質(zhì)的絕緣特性（三）氣體電介質(zhì)的絕緣特性（三） 電力系統(tǒng)中，沖擊電壓分為：電力系統(tǒng)中，沖擊電壓分為：雷電沖擊電壓：雷電造成、峰值高、陡度大、雷電沖擊電壓：雷電造成、峰值高、陡度大、 作用時間極短作用時間極短操作沖擊電壓：系統(tǒng)狀態(tài)突然變化引起、持續(xù)時間長、操作沖擊電壓：系統(tǒng)狀態(tài)突然變化引起、持續(xù)時間長、 峰值高于運行電壓峰值高于運行電壓1.4 1.4 雷電沖擊電壓作用下氣體的擊穿雷電沖擊電壓作用下氣體的擊穿一、雷電沖擊電壓標(biāo)準波形一、雷電沖擊電壓標(biāo)準波形非周期性指數(shù)衰減波非周期性指數(shù)衰減波 T11.2 s（

2、 30%） T250 s（ 20%） 二、放電時延二、放電時延擊穿條件：擊穿條件： 足夠幅值的電壓足夠幅值的電壓:有引起電子崩并導(dǎo)致流注和主放電的有引起電子崩并導(dǎo)致流注和主放電的有效電子有效電子 一定時間：放電發(fā)展一定時間：放電發(fā)展統(tǒng)計時延統(tǒng)計時延ts有效電子（能引起電離過程并最終導(dǎo)致?lián)粲行щ娮樱芤痣婋x過程并最終導(dǎo)致?lián)舸┑碾娮樱┐┑碾娮樱?產(chǎn)生。不均勻電場內(nèi)，產(chǎn)生。不均勻電場內(nèi)， ts小小。放電形成時延放電形成時延tf從出現(xiàn)有效電子到產(chǎn)生電子崩、形成從出現(xiàn)有效電子到產(chǎn)生電子崩、形成流注、主放電、間隙擊穿。距離越短，流注、主放電、間隙擊穿。距離越短，tf小小。 均勻電場內(nèi)，均勻電場內(nèi)， tf

3、小小。放電時延放電時延 tlag ts tf影響影響tlag的因素：的因素：U增大，紫外光照射ftt tts1b ft ts在間隙較短、電場均勻在間隙較短、電場均勻時，放電發(fā)展很快，放時，放電發(fā)展很快，放電形成時延短，電形成時延短，即即沖擊放電所需的全部時間：沖擊放電所需的全部時間：較長間隙中，電場不均勻時較長間隙中，電場不均勻時局部場強很高，放電時延主局部場強很高，放電時延主要取決于放電形成時延要取決于放電形成時延影響影響tlag的因素：的因素：U增大，三、雷電三、雷電50%50%沖擊擊穿電壓（沖擊擊穿電壓（U U50%50%） u原因放電時延的分散性（對于較短的放電時延有可能發(fā)生擊穿，而在

4、較長的時延時則不發(fā)生擊穿）電壓升高到一定程度，100擊穿U U50%50%在多次施加電壓時，其中半數(shù)導(dǎo)致?lián)舸┑碾妷海诙啻问┘与妷簳r，其中半數(shù)導(dǎo)致?lián)舸┑碾妷?，工程上以此來反映間隙的耐受沖擊電壓的特性工程上以此來反映間隙的耐受沖擊電壓的特性試驗方法：多級法（每級加壓試驗方法：多級法（每級加壓6次，曲線），升降法（次，曲線），升降法（10次中次中46次擊穿）次擊穿）u均勻電場和稍不均勻電場下的擊穿電壓均勻電場和稍不均勻電場下的擊穿電壓擊穿電壓擊穿電壓分散性小，其雷電沖擊分散性小，其雷電沖擊50擊穿電壓和靜態(tài)擊穿電壓擊穿電壓和靜態(tài)擊穿電壓（即持續(xù)作用電壓下的擊穿電壓）相差很?。闯掷m(xù)作用電壓下的擊穿

5、電壓）相差很小 沖擊系數(shù)沖擊系數(shù)50% 沖擊擊穿電壓沖擊擊穿電壓/持續(xù)作用電壓下的擊持續(xù)作用電壓下的擊穿電壓穿電壓 沖擊系數(shù)沖擊系數(shù) 1u極不均勻電場下的擊穿電壓極不均勻電場下的擊穿電壓由于放電時延較長，由于放電時延較長，通常沖擊系數(shù)大于通常沖擊系數(shù)大于l，擊穿電壓的分散性也大一些，其，擊穿電壓的分散性也大一些，其標(biāo)準偏差可取為標(biāo)準偏差可取為3% 四四. .伏秒特性伏秒特性 n以斜角波電壓為例來說明考慮放電時延的必要性以斜角波電壓為例來說明考慮放電時延的必要性 在間隙上緩慢地施加直流電壓，達到靜態(tài)擊穿電壓在間隙上緩慢地施加直流電壓，達到靜態(tài)擊穿電壓U0后，間隙中開始發(fā)展起擊穿過程。但擊穿需一定

6、時間后，間隙中開始發(fā)展起擊穿過程。但擊穿需一定時間 = tl，在此時間內(nèi)電壓，在此時間內(nèi)電壓 上升上升 擊穿完成時間隙上的電壓擊穿完成時間隙上的電壓 應(yīng)為應(yīng)為U0+ U tuU/伏秒特性的繪制伏秒特性的繪制實驗方法實驗方法u保持間隙距離不變、保持沖擊電壓波形不變，逐級升高電壓使氣隙發(fā)生擊穿，讀取擊穿電壓值U與擊穿時間t。u當(dāng)電壓不是很高時，放電時延很長，擊穿一般在波尾時間發(fā)生。u當(dāng)電壓很高時，擊穿百分比達100，放電時間大大縮短，擊穿可能發(fā)生在波頭。11伏秒特性的繪制伏秒特性的繪制實驗方法實驗方法u當(dāng)擊穿發(fā)生在波頭或峰值時，取圖中的2、3點；u當(dāng)擊穿發(fā)生在波尾時，雖然此時電壓已從峰值下降，但該

7、峰值仍然是間隙擊穿的重要因素，取圖中1點；伏秒特性曲線的形狀與電場分布有關(guān)伏秒特性曲線的形狀與電場分布有關(guān)u在均勻電場和稍不均勻電場中，擊穿時平均場強較高，放電發(fā)展較快，放電時延較短，伏秒特性曲線平坦。u在極不均勻電場中，平均擊穿場強較低，放電時延較長，放電分散性大，伏秒特性曲線較為陡峭。 伏秒特性的分散性伏秒特性的分散性u放電時間具有分散性放電時間具有分散性，在每級電壓作用下，在每級電壓作用下測得的放電時間不同測得的放電時間不同，實際上伏秒特性是，實際上伏秒特性是以上、下包絡(luò)線為界以上、下包絡(luò)線為界的一個帶狀區(qū)域的一個帶狀區(qū)域u平均伏秒特性或平均伏秒特性或50%伏秒特性曲線表征氣伏秒特性曲線

8、表征氣體間隙的沖擊擊穿特體間隙的沖擊擊穿特性性每個電壓下放每個電壓下放電時間小于或大于橫電時間小于或大于橫坐標(biāo)所示數(shù)值的概率坐標(biāo)所示數(shù)值的概率各為各為50%每個電壓下放電時間小于或大每個電壓下放電時間小于或大于所示數(shù)值各占于所示數(shù)值各占50%50%伏秒特性的用途：伏秒特性的用途：對對1 起保護作用起保護作用 在高幅值沖擊電壓作用下，在高幅值沖擊電壓作用下，不起保護作用不起保護作用被保護設(shè)備絕緣的伏秒特性與并聯(lián)的保護間隙的伏秒特性配合被保護設(shè)備絕緣的伏秒特性與并聯(lián)的保護間隙的伏秒特性配合用伏秒特性表征間隙的擊穿電壓特性較為全面和正確，但制作相當(dāng)費用伏秒特性表征間隙的擊穿電壓特性較為全面和正確，但

9、制作相當(dāng)費時，在某些情況下，只用某一特定的，如時，在某些情況下，只用某一特定的，如50%50%沖擊擊穿電壓值就夠了沖擊擊穿電壓值就夠了1.5 1.5 操作沖擊電壓作用下氣體的擊穿操作沖擊電壓作用下氣體的擊穿 一、操作沖擊電壓標(biāo)準波形一、操作沖擊電壓標(biāo)準波形%20n非周期性指數(shù)衰減波非周期性指數(shù)衰減波 推薦操作沖擊電壓的標(biāo)準波形為推薦操作沖擊電壓的標(biāo)準波形為2502500 s ，容許偏差為，容許偏差為 原點和峰值點的位置清晰，所以波頭、波尾都為自然波頭波尾原點和峰值點的位置清晰，所以波頭、波尾都為自然波頭波尾n衰減振蕩電壓衰減振蕩電壓 第一個半波的持續(xù)時間在第一個半波的持續(xù)時間在2000一一30

10、00 s之間之間 ，反極性的第二個半波的幅值，反極性的第二個半波的幅值達到第一個半波幅值達到第一個半波幅值80 %60二、操作沖擊二、操作沖擊50%50%擊穿電壓擊穿電壓u均勻電場和稍不均勻電場中均勻電場和稍不均勻電場中 間隙的操作沖擊50%擊穿電壓、雷電沖擊50%擊穿電壓和工頻擊穿電壓（峰值）幾乎相同，擊穿幾乎發(fā)生在峰值，擊穿電壓的分散性也較小。u 極不均勻電場中極不均勻電場中 操作沖擊電壓下的擊穿通常發(fā)生在波頭部分，擊穿電壓與波頭時間有關(guān)而與波尾時間無關(guān)。操作沖擊電壓作用下氣體絕緣間隙的擊穿電壓具有分操作沖擊電壓作用下氣體絕緣間隙的擊穿電壓具有分散性，也可用散性，也可用50%沖擊擊穿電壓表

11、示：沖擊擊穿電壓表示：極不均勻電場中n在操作沖擊電壓作用下在操作沖擊電壓作用下，極不均勻場空氣間隙，極不均勻場空氣間隙的擊穿電壓的擊穿電壓U U形曲線形曲線 n對應(yīng)于極小值的波頭時對應(yīng)于極小值的波頭時間間臨界波頭時間，臨界波頭時間， 隨著間隙距離加大而增隨著間隙距離加大而增加，對加，對7m以下的間隙，以下的間隙，大致在大致在50 200 s之間之間n放電時延和空間電荷放電時延和空間電荷(形形成及遷移成及遷移)這兩類不同因這兩類不同因素的影響所造成的素的影響所造成的 放電時延放電時延的作用的作用空間電荷對空間電荷對電場的影響電場的影響棒棒板間隙正極性操作沖擊板間隙正極性操作沖擊50%擊穿電壓與波

12、頭時間擊穿電壓與波頭時間“飽和飽和”現(xiàn)象現(xiàn)象 極不均勻電場中操作沖擊極不均勻電場中操作沖擊5050擊穿電壓和間隙距擊穿電壓和間隙距離的關(guān)系具有明顯的離的關(guān)系具有明顯的“飽和飽和”特征，這是因為特征，這是因為形成先導(dǎo)后，放電易于形成先導(dǎo)后，放電易于發(fā)展。發(fā)展。 其其“飽和飽和”程度與電程度與電極對稱度、操作沖擊電極對稱度、操作沖擊電壓極性、波形等有關(guān)壓極性、波形等有關(guān)由于空間電荷的形成、擴由于空間電荷的形成、擴散和放電時延具有很大散和放電時延具有很大統(tǒng)計性，所以操作擊穿統(tǒng)計性，所以操作擊穿電壓作用下間隙的擊穿電壓作用下間隙的擊穿電壓的分散性比雷電沖電壓的分散性比雷電沖擊電壓下大得多擊電壓下大得多

13、棒棒板間隙不同電壓類型作用下：板間隙不同電壓類型作用下：1 1、在、在不同不同T T1 1值下值下U50%U50%（minmin）；）；2 2、250/2500us250/2500us操作沖操作沖擊；擊；3 3、工頻交流；、工頻交流；4 4、+1.2/50us+1.2/50us雷電沖擊雷電沖擊；n50擊穿電壓極小值的經(jīng)驗公式擊穿電壓極小值的經(jīng)驗公式 式中式中 d 間隙距離，間隙距離，m上式對于上式對于 15m的長間隙和試驗結(jié)果很好地符合的長間隙和試驗結(jié)果很好地符合MV 814 . 3min50dU1.6 1.6 電場形式、電壓波形與擊穿電壓的關(guān)系電場形式、電壓波形與擊穿電壓的關(guān)系u電場形式均勻

14、場 稍不均勻場 極不均勻場u電壓波形持續(xù)作用電壓直流 工頻 沖擊電壓雷電 操作1.6.1 1.6.1 均勻電場均勻電場u分散性小u均勻電場中空氣的擊穿電壓經(jīng)驗公式ddU08. 622.240相同間隙的直流擊穿電壓與工頻擊穿電壓（幅值）相同相同間隙的直流擊穿電壓與工頻擊穿電壓（幅值）相同1.6.2 1.6.2 稍不均勻電場稍不均勻電場u與均勻場類似u不能形成穩(wěn)定的電暈放電，電暈起始電壓就是其擊穿電壓，所以負極下?lián)舸╇妷郝缘陀谡龢O性下的數(shù)值 u幾種電壓形式的擊穿電壓值基本相等，分散性小u也有極性效應(yīng)2Dd 231.6.2 1.6.2 稍不均勻電場稍不均勻電場極性效應(yīng)： 不接地時，無極性效應(yīng)， 但通

15、常會接地，此時有極性效應(yīng)1.6.3 1.6.3 極不均勻電場極不均勻電場u波形影響大，分散性大，極性效應(yīng)明顯一、直流擊穿電壓一、直流擊穿電壓棒棒間隙，介于兩者之間 原因：棒-棒具有正極性尖端，放電容易發(fā)展，故擊穿電壓比負棒-正板的低；另一方面，棒-棒有兩個尖端，既有兩個強電場區(qū)域，同樣間隙距離下強電場區(qū)域，通常均勻程度會增加，其最大場強比棒-板間隙低，從而擊穿電壓比正棒-負板的低棒棒板間隙：棒具有正極性時，平均擊穿板間隙：棒具有正極性時，平均擊穿場強約為場強約為4.5kV/cm；棒具有負極性時約為；棒具有負極性時約為l0kV/cm棒棒棒間隙的平均擊穿場強約為棒間隙的平均擊穿場強約為4.85.0

16、kV/cm二、工頻擊穿電壓二、工頻擊穿電壓u在棒-板間隙中，擊穿總是在棒為正、電壓達到幅值附近時發(fā)生，擊穿電壓與直流擊穿電壓相近，u棒-棒間隙的擊穿電壓較高，因為棒-棒間隙的電場比棒-板間隙的要均勻一些。u隨著間隙距離增大，電場不均勻性增強，平均擊穿場強降低。u當(dāng)距離超過2m時，隨著間隙距離增大，擊穿電壓具有“飽和現(xiàn)象”。尤其是棒-板間隙中飽和趨勢更明顯，這時再增大間隙的長度，對于提高工頻擊穿電壓是無效的。三、雷電沖擊三、雷電沖擊50% 50% 擊穿電壓擊穿電壓u雷電沖擊50% 擊穿電壓高于穩(wěn)態(tài)擊穿電壓（直流擊穿電壓或工頻擊穿電壓幅值）。u擊穿電壓的分散性也較大。間隙較長時，擊穿通常發(fā)生在波尾。u雷電沖擊50% 擊穿電壓和間隙距離大