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(cè)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(biāo)準(zhǔn)沖擊電壓波形 放電時(shí)間 伏秒特性 雷電沖擊50%擊穿電壓,一、標(biāo)準(zhǔn)波形,為使實(shí)驗(yàn)結(jié)果能相互比較，需規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)波形 （一）標(biāo)準(zhǔn)雷電沖擊電壓波 波形由波前時(shí)間T1、半峰值時(shí)間T2確定。 T1=1.2s，允許偏差30%；(波頭時(shí)間) T2=50s，允許偏差20%；(波長(zhǎng)時(shí)間) 標(biāo)準(zhǔn)波形通常表示為1.2/50s,標(biāo)準(zhǔn)雷電沖擊電壓波形,標(biāo)準(zhǔn)雷電波的波形： T1=1.2s30， T2=50s20 對(duì)于不同極性：+1.2/50s或-1.2/50s,（二）標(biāo)準(zhǔn)雷電截波 用來(lái)模擬雷電過(guò)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(shí)間 Tc截?cái)鄷r(shí)間 IEC和國(guó)標(biāo)規(guī)定： T1=1.2s 30% Tc=25s,二、擊穿時(shí)間,完成氣隙擊穿的三個(gè)必備條件： 足夠大的電場(chǎng)強(qiáng)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(shí)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(shí)間是很短的（微秒級(jí)）： 直流電壓、工頻交流等持續(xù)作用的電壓，滿足上述三個(gè)條件不成問(wèn)題； 當(dāng)所加電壓變化速度很快、作用時(shí)間很短的沖擊電壓，因有效作用時(shí)間短，以微秒計(jì)，此時(shí)放電時(shí)間就變成一個(gè)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(dá)此值，間隙中開(kāi)始

3、有放電過(guò)程。） 擊穿時(shí)間：間隙從開(kāi)始出現(xiàn)電壓到完全擊穿所需用的時(shí)間，也稱為全部放電時(shí)間。,后面兩個(gè)分量之和稱為放電時(shí)延,總放電時(shí)間：,靜態(tài) 擊穿電壓,統(tǒng)計(jì)時(shí)延：從外施電壓達(dá)Uo時(shí)起，到出現(xiàn)一個(gè)能引起擊穿的初始電子崩所需的第一個(gè)有效電子所需時(shí)間,放電形成時(shí)延：從出現(xiàn)第一個(gè)有效自由電子時(shí)起，到間隙完全被擊穿為止的時(shí)間,升壓時(shí)間：0- Uo,放電時(shí)間tb和放電時(shí)延t1的長(zhǎng)短都與所加電壓的幅值U有關(guān)，總的趨勢(shì)是U越高，放電過(guò)程發(fā)展的越快，tb和t1越短。,三、伏秒特性,一個(gè)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(shí)間。 對(duì)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(jiǎn)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(shí)間兩者共同表示。,伏秒特性對(duì)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(shí)間的關(guān)系曲線。用實(shí)驗(yàn)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(shí)延具有分散性，實(shí)際的伏秒特性曲線如圖所示，是一個(gè)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(chǎng)的均勻程度有關(guān) 對(duì)均勻或稍不均勻電場(chǎng)因平均場(chǎng)強(qiáng)高，放電時(shí)延短，故曲線比較平坦（例如1s處），且分散性也較小。 對(duì)極不均勻電場(chǎng)因平均場(chǎng)強(qiáng)低，放電時(shí)延長(zhǎng)，故曲線較陡峭，且分散性也較大,1均勻電場(chǎng)或稍不均勻電場(chǎng),2極不均

5、勻電場(chǎng),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(gè)電壓同時(shí)作用在兩個(gè)并聯(lián)的氣體間隙S1和S2上，其中一個(gè)間隙先擊穿，則電壓波被短接截?cái)?，另一個(gè)就不會(huì)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(hù)設(shè)備絕緣的伏秒特性曲線應(yīng)平坦一些，即采用電場(chǎng)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(diǎn)左邊在時(shí)延較短的區(qū)域S1先被擊穿。 交點(diǎn)右邊在時(shí)延較長(zhǎng)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(hù)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(shí)際中常用50沖擊電壓（ U50% ）來(lái)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(shí)際中，施加10次電壓中有4-6次擊穿了，這一電壓即可認(rèn)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(chǎng)下， 1; 極不均勻電場(chǎng)中, 1，沖擊擊穿電壓的分散性也較大，其標(biāo)準(zhǔn)偏差可取3。 因U50%只是在一定波形下對(duì)應(yīng)于某個(gè)固定擊穿時(shí)間的擊穿電壓，所以它不能代表任何擊穿時(shí)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(biāo)準(zhǔn)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(chǎng)增強(qiáng)的緣故。,當(dāng)間隙距離更大時(shí)，實(shí)驗(yàn)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(shí)間的組成為：tb=t0+ts+t