2.5-雷電沖擊電壓下空氣的擊穿電壓

1、高壓電氣絕緣與測試,電氣0929-0931班 任課教師 羅旖旎,第五節(jié) 雷電沖擊電壓下空氣的擊穿電壓,標準沖擊電壓波形 放電時間 伏秒特性 雷電沖擊50%擊穿電壓,一、標準波形,為使實驗結(jié)果能相互比較，需規(guī)定標準波形 （一）標準雷電沖擊電壓波 波形由波前時間T1、半峰值時間T2確定。 T1=1.2s，允許偏差30%；(波頭時間) T2=50s，允許偏差20%；(波長時間) 標準波形通常表示為1.2/50s,標準雷電沖擊電壓波形,標準雷電波的波形： T1=1.2s30， T2=50s20 對于不同極性：+1.2/50s或-1.2/50s,（二）標準雷電截波 用來模擬雷電過電壓引起氣隙擊穿或外絕緣

2、閃絡(luò)后出現(xiàn)的截尾沖擊波，如圖所示。 T1波前時間 Tc截斷時間 IEC和國標規(guī)定： T1=1.2s 30% Tc=25s,二、擊穿時間,完成氣隙擊穿的三個必備條件： 足夠大的電場強度或足夠高的電壓 ； 在氣隙中存在能引起電子崩并導(dǎo)致流注和主放電的有效電子 ； 需要有一定的時間，讓放電得以逐步發(fā)展并完成擊穿。,完成擊穿所需放電時間是很短的（微秒級）： 直流電壓、工頻交流等持續(xù)作用的電壓，滿足上述三個條件不成問題； 當所加電壓變化速度很快、作用時間很短的沖擊電壓，因有效作用時間短，以微秒計，此時放電時間就變成一個重要因素。,靜態(tài)擊穿電壓U0：持續(xù)電壓作用下間隙的擊穿電壓。（只要到達此值，間隙中開始

3、有放電過程。） 擊穿時間：間隙從開始出現(xiàn)電壓到完全擊穿所需用的時間，也稱為全部放電時間。,后面兩個分量之和稱為放電時延,總放電時間：,靜態(tài) 擊穿電壓,統(tǒng)計時延：從外施電壓達Uo時起，到出現(xiàn)一個能引起擊穿的初始電子崩所需的第一個有效電子所需時間,放電形成時延：從出現(xiàn)第一個有效自由電子時起，到間隙完全被擊穿為止的時間,升壓時間：0- Uo,放電時間tb和放電時延t1的長短都與所加電壓的幅值U有關(guān)，總的趨勢是U越高，放電過程發(fā)展的越快，tb和t1越短。,三、伏秒特性,一個間隙要發(fā)生擊穿，不僅需要足夠高的電壓，而且還必須有充分的電壓作用時間。 對于沖擊電壓波，氣隙的擊穿電壓與該電壓的波形有很大的關(guān)系。

4、其擊穿電壓不能簡單地用單一的擊穿電壓值表示，而必須用電壓峰值和延續(xù)時間兩者共同表示。,伏秒特性對某一沖擊電壓波形，間隙上出現(xiàn)的電壓最大值和間隙擊穿時間的關(guān)系曲線。用實驗的方法求取。 保持一定波形（T1/T2一定）， 逐漸升高電壓，從示波圖求取。,由于放電時延具有分散性，實際的伏秒特性曲線如圖所示，是一個以上、下包絡(luò)線為界得帶狀區(qū)域。 1上包絡(luò)線 2下包絡(luò)線,伏秒特性的形狀與間隙中電場的均勻程度有關(guān) 對均勻或稍不均勻電場因平均場強高，放電時延短，故曲線比較平坦（例如1s處），且分散性也較小。 對極不均勻電場因平均場強低，放電時延長，故曲線較陡峭，且分散性也較大,1均勻電場或稍不均勻電場,2極不均

5、勻電場,伏秒特性曲線主要用于比較不同設(shè)備絕緣的沖擊特性。 如果一個電壓同時作用在兩個并聯(lián)的氣體間隙S1和S2上，其中一個間隙先擊穿，則電壓波被短接截斷，另一個就不會再擊穿了。,避雷器,電氣設(shè)備,絕緣配合的要求： S2始終處于S1的下方，在任何電壓波形下，S2都比S1先被擊穿。 保護設(shè)備絕緣的伏秒特性曲線應(yīng)平坦一些，即采用電場比較均勻的絕緣結(jié)構(gòu)。,若兩間隙伏秒特性曲線相交： 交點左邊在時延較短的區(qū)域S1先被擊穿。 交點右邊在時延較長的區(qū)域S2先被擊穿。 在兩曲線交叉區(qū)域，可能是S1先被擊穿，也可能是S2先被擊穿。 則S2不能可靠保護S1。,四、雷電沖擊50%擊穿電壓,間隙的伏秒特性雖能全面反映沖

6、擊擊穿特性，但求取較繁瑣。在工程實際中常用50沖擊電壓（ U50% ）來表示間隙的沖擊擊穿特性。 U50% 間隙被擊穿的概率為50%的沖擊電壓峰值。 實際中，施加10次電壓中有4-6次擊穿了，這一電壓即可認為是50沖擊擊穿電壓。,U50%與U0靜態(tài)擊穿電壓的比值稱為沖擊系數(shù)， 均勻和稍不均勻電場下， 1; 極不均勻電場中, 1，沖擊擊穿電壓的分散性也較大，其標準偏差可取3。 因U50%只是在一定波形下對應(yīng)于某個固定擊穿時間的擊穿電壓，所以它不能代表任何擊穿時間下間隙的擊穿電壓。即U50%不能全面反映間隙的沖擊擊穿特性。,圖為標準雷電沖擊壓下下棒板及棒棒間隙的U50%和距離的關(guān)系。 棒板間隙具有明顯的極性效應(yīng)，棒棒間隙也具有弱極性效應(yīng)。這是由于大地的影響，使不接地的棒極附近電場增強的緣故。,當間隙距離更大時，實驗數(shù)據(jù)如圖所示。與間隙距離間仍保持良好的線型關(guān)系。,小 結(jié),1、放電時間的組成為：tb=t0+ts+t