高电压工程基础
极不均匀电场的击穿电压的特点：
电场不均匀程度对击穿电压的影响减弱（由 于电场已经极不均匀），间隙距离对击穿电压的 影响增大。可以选择电场极不均匀的极端情况， 棒—板和棒—棒作为典型电极结构，它们的击穿 电压具有代表性。
在工程遇到很多极不均匀电场时，可以根据 这些典型电极的击穿电压数据做简单的估算。
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直流电压： 直流中所含的脉动分量的脉动系数不大于3%。 （脉动系数是指脉动幅值与直流电压的平均值之比） 直流电压的大小指直流电压的平均值。
交流电压： 波形接近于正弦波，正、负两半波相同，峰值与有 效值之比为 2 ，偏差不超过 5%
1、均匀电场中的击穿
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因电极布置对称，所以击穿电压无极性效应。
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第三章 气体间隙 的击穿强度
任课教师：赵 彤 山东大学电气工程学院
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影响气体间隙击穿电压的主要因素：
电压形式 稳态电压（直流电压与交流电压）、雷电冲击电压、 操作冲击电压 电场情况 均匀电场、稍不均匀电场、极不均匀电场
大气条件 气压、温度、湿度
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电场越均匀，同样间隙距离下的击穿电压越 高，其极限就是均匀电场中的击穿电压。
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2、稍不均匀电场中的击穿
（1）球间隙 （eg：高压实验室中的测量球隙）
a. d<D/4时，电场均 匀，直流、交流 和冲击电压击穿 电压相同；
b. d>D/4时，电场不 均匀程度增大， 击穿场强下降， 出现极性效应；
c. 球隙测压器的工 作范围d≤D/2；否 则因放电分散性 增大，不能保证 测量的精度。
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2、稍不均匀电场中的击穿
（2）同轴圆柱电极 （eg：高压标准电容器、单芯电缆、GIS分相母线）
U b＝Em
d f
（1）r/R<0.1时，极不均匀电场， 击穿前先出现电晕，且Uc的值很 低，因此上述电气设备均不设计 在这一r/R范围内。
操作冲击波的波形： T1=250μs±20％， T2=2500μs±60％ 对于不同极性：+250/2500μs或-250/2500μs
2、放电时延 完成气隙击穿的三个必备条件：
（2）r/R >0.1时，稍不均匀电场， 击穿前不出现电晕，且由图可见， 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尽 量将r/R选取0.25~0.4的范围内）。
2、稍不均匀电场中的击穿
（3）其他形状的电极布置
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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。
式中 d —间隙距离，cm；δ —空气相对密度。
Ub/kV
400 100
10
10.01 0.1
1
10 d/cm
均匀电场中空气 的击穿场强（峰 值）为30kV/cm。
2、稍不均匀电场中的击穿
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稍不均匀电场中各处的场强差异不大，间隙中任何一处 若出现自持放电，必将立即导致整个间隙的击穿。所以对稍 不均匀的电场，任何一处自持放电的条件，就是整个间隙击 穿的条件。
第三章 气体间隙的击穿强度
一、稳态电压下的击穿 二、雷电冲击电压下的击穿 三、操作冲击电压下的击穿 四、大气密度和湿度对击穿的影响 五、提高气体间隙击穿电压的措施
3.1 稳态电压下的击穿
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稳态电压（持续电压）指直流电压或工频交流电压。
特点：
电压变化的速度和间隙中放电发展的速度相 比极小，故放电发展所需的时间可以忽略不计， 只要作用于间隙的电压达到击穿电压，间隙就会 发生击穿。
因击穿前间隙各处场强相等，击穿前无电晕发生， 起始放电电压等于击穿电压。
不论何种电压（直流、交流、正负50%冲击电压） 作用，其击穿电压（峰值）都相同，且分散性很小。
1、均匀电场中的击穿
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均匀电场中空气间隙的击穿电压（峰值）可根据下面 经验公式求得：
Ub＝24.22 d＋6.08 d (kV )
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。
棒－棒和棒－板空气间隙的工频 击穿电压（有效值）
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小 结：
1、均匀电场的击穿特点
击穿前无电晕、无极性效应、各种电压作用时其击穿电压 （峰值）都相同。
2、稍不均匀电场的击穿特点
击穿前不均匀电场的击穿特点
击穿前有稳定的电晕、有明显的极性效应、各种电压波形对 击穿电压影响很大。
3.2 雷电冲击电压下的击穿
1、冲击电压的标准波形
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波前时间
半峰值时间
标准雷电波的波形： T1=1.2μs±30％， T2=50μs±20％ 对于不同极性：+1.2/50μs或-1.2/50μs
U b＝Em
d f
3、极不均匀电场中的击穿
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由于存在局部强场区，故间隙击穿前有稳定的 电晕放电，间隙的起始放电电压小于击穿电压。
对电极形状不对称的极不均匀电场，有明显的 极性效应。
因间隙距离长，放电发展所需时间长，故外加 电压的波形对击穿电压的影响大，击穿电压的 分散性大。
电场不对称时，击穿电压有极性效应，但不显著。
击穿前有电晕发生，但不稳定，一出现电晕，立即导致 整个间隙击穿。
间隙距离一般不是很大，放电发展所需时间短。直流击 穿电压、工频击穿电压峰值及50%冲击击穿电压几乎一 致，且分散性不大。
2、稍不均匀电场中的击穿
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稍不均匀电场的击穿电压与电场均匀度关系 极大，没有能够概括各种电极结构的统一的经验 公式。通常是对一些典型的电极结构做出一批实 验数据，实际的电极结构只能从典型电极中选取 类似的进行结构估算。
（1）直流电压作用的击穿电压
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正棒—负板间隙的击穿 电压最低，负棒—正板 间隙的击穿电压最高， 棒—棒间隙的击穿电压 介于两者之间。
棒—板、棒—棒间隙的直流击 穿电压与间隙距离的关系曲线
（2）工频交流电压作用的击穿电压
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由于棒—板间隙的击穿总是 发生在棒级为正时的半个周 期且电压达幅值时，故其击 穿电压（峰值）和直流下正 棒—负板时的击穿电压相近。