另一个是削弱气体间隙中的游离因素.
36
3.6.
1.
提高气体间隙绝缘强度的方法
改善电场分布的措施
(1).改变电极形状
37
3.6.
1.
提高气体间隙绝缘强度的方法
改善电场分布的措施
(2).利用空间电荷对电场的畸变作用 在极不均匀电场中，在远低于间隙的击穿电 压时就已经发生电晕放电。在一定的条件下，可
利用电晕电极所产生的空间来改善极不均匀电场
(四) 操作冲击50%击穿电压
U50% ( MV )
2.6 2.4
1.击穿通常发生在波头部分。 2.击穿电压与波头时间呈现出U形曲线。 （放电时延和空间电荷共同作用的结果） 3.“饱和”效应。 （形成先导后,放电易于发展） 4.“邻近效应” （电场分布情况对操作冲击50%击穿电压影响很大 。当接地物体靠近放电间隙时，会显著减低正极 性击穿电压，稍微提高负极性击穿电压。）
1
b.一定的电压作用时间

ts U0 tl t0
tf

0
t1
t

冲击电压作用下空气间隙的击穿
(2).统计时延ts 通常把电压达间隙的静态击穿电压Uo开始到间隙 中出现第一个有效电子为止所需的时间。 不均匀电场内， ts小
(3).放电形成时延tf 从第一个有效电子到间隙完成击穿所需的时间,包 括电子崩、流注到主放电的发展所需的时间。均匀 电场内， tf小。
11
(2) 曲线求取方法
12
(3) 电场均匀程度对曲线的影响
不均匀电场由于平均击穿电场强度较低,而且流注 总是从强场区向弱场区发展,放电速度受到电场分布 的影响,所以放电时延长,分散性大,其伏秒特性曲线 在放电时间还相当大时,便随时间之减小而明显地上 翘,曲线比较陡. 均匀或稍不均匀电场则相反,由于击穿时平均场强 较高,流注发展较快,放电时延较短,其伏秒特性曲线 较平坦.


100
900





U b / kV
750 600 450 300 150
80 60 40 20 0 2 4 6


8
10
0 50 100 150 200 250 300
d / cm
d / cm
“棒－棒”和“棒－板 ”空气气隙的直流击穿 特性
“棒－棒”和“棒－板 ”长间隙的直流击穿 特性
与工频电压的击穿特性差别不大，其击穿电压介 于雷电冲击击穿电压和工频击穿电压之间，一般可以 2 过去的误解： 引入某个操作冲击系数把操作过电压折算成等效工频 过电压来考虑。 3 近来研究表明： 波形对击穿电压有很大影响；
在一定的波形下操作冲击50％击穿电压比工 频击穿电压还低（长间隙）。 T1=250微秒+/ -20% 4 操作冲击电压的的推荐波形为 8 T2=2500 微秒+/-60%
湿度的增加而略有增加,但程度极微,可以不校正
(2). 极不均匀电场 由于平均场强较低,湿度增加后,水分子易吸附 电子而形成质量较大的负离子,运动速度减慢,游离 能力大大降低,使击穿电压增大.因此需要校正.
19
3.3. 大气条件对气体间隙击穿电压的影响
4. 高度的影响
随着高度增加,空气逐渐稀薄,大气压力及空 气相对密度下降,间隙的击穿电压也随之下降. U=ka U0
极性效应
对于电极形状不对称的棒一板间隙，击穿电压与棒的极性有 很大的关系，这就是所谓的极性效应。极性效应是不对称的不均 匀电场中的一个明显的特性。 a 正极性棒

+
--+ + + --+ + + --+ + +
-
棒电极附近已有发展得相当充分的 电子崩。 棒电极为正极性，电子崩中电子迅 速进入棒电极，正离子因其向板电 极的运动速度很慢而暂留在棒电极 附近。 正电荷削弱了棒电极附近的场强， 加强了电荷的外部空间的电场。
2800 2400 2000 1600 1200 800 400
棒－棒
棒－板
在d<1m内，“棒 －棒”和“棒－ 板”气隙的工频 击穿电压几乎相 等，
“棒－棒”和“棒－板”长气隙的工频击穿特性
当d>2m，击穿电 压与气隙距离的 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 关系出现“饱和 ”趋势 d / cm
2.削弱游离因素的措施
(1). 采用高气压
基本原理：气压提高减小动能减小U提高 气体压力提高后，气体的密度加大，减少了电子的 平均自由行程，从而削弱了撞击电离的过程。 如高压空气断路器和高压标准电容器等。
41
3.6.
提高气体间隙绝缘强度的方法
2.削弱游离因素的措施
10kV高压标准介损器
42
27
2.极性效应
b 负极性棒
+ +-++ +-+ + +--
棒电极附近已有发展得相当充分的电 子崩。 扩散并向板电极运动，在间隙中浓度 很小，而正离子缓慢向棒电极移动， 因而在棒电极附近的空间正电荷的浓 度很大。
-
+ 棒电极为负极性，电子崩中电子迅速
-
+ ++ +++ + ++
-----
+
气隙距离 15.2m 2.2 2.0 8. 35m 1.8 7.0m 1.6 1.4 3. 95m 1.2 1.0 2. 98m 0.8 0.2 0 200 400 600 800 1000
临界波头
1200
T ( s) cr
3.6.
提高气体间隙绝缘强度的方法
有两个方法（途径）: 一个是改善电场分布,使之尽量均匀;
2.削弱游离因素的措施 (3).采用高耐电强度气体
SF6气体属强电负性气体,容易吸附电子成为负离 子,从而削弱了游离过程，提高压力后可相当于一 般液体或固体绝缘的绝缘强度。 SF6是一种无色、无味、无臭、无毒、不燃的不 活泼气体，化学性能非常稳定，无腐蚀作用。它具 有优良的灭弧性能，其灭弧能力是空气的100倍， 故极适用于高压断路器中。
中的电场分布，从而提高间隙的击穿电压。
38
3.6.
1.
提高气体间隙绝缘强度的方法
改善电场分布的措施 (3)极不均匀电场中采用屏障
39
3.6.
提高气体间隙绝缘强度的方法
当屏障与棒极之间的距离约等于间隙的距离的
15%-20%时，间隙的击穿电压提高得最多，可达到
无屏障时的2-3倍。
40
3.6.
提高气体间隙绝缘强度的方法
2——棒－板
1——棒－棒
(三) 雷电冲击50%击穿电压
1.高于稳态击穿电压（直流击穿电压或工频击穿 电压幅值）。
雷电冲击50%击穿电压值 冲击系数＝ 持续电压下的击穿电压 值
2.分散性较大。其标准偏差可取3%。 3.击穿通常发生在波尾。 4.和间隙距离大致呈线性关系，即无饱和趋势。 （因为作用时间短，间隙距离加大后，需要 提高先导发展速度才能完成放电，因此击 穿电压提高）
波头时间T1：T1=(1.2 30%)μs 是经过0.3Um和0.9Um两点的直 线构成的视在斜角波前。
6
几个参数
波长时间:T2=(50 是经过0.3Um 和波头后0.5Um两

20%)μs
点构成的时间。
标准波形通常用符号 1.2 / 50s 表示.
7
（4）操作冲击电压下间隙的击穿特性
1 操作过电压： 电力系统在操作或发生事故时，因状态发生 突然变化引起电感和电容回路的振荡而产生的过 电压。
大气压力 P0=101.3kpa 温度 湿度
200 C
f0=11g/m3
17
3.3 大气条件对气体间隙击穿电压的影响
2. 相对密度的影响 相对密度
=0.289— T
当在0.95到1.05之间时,空气间隙的击穿电压U与 成正比
p
U= U0
18
3.3. 大气条件对气体间隙击穿电压的影响
3. 湿度的影响 (1). 均匀或稍不均匀电场

（临界波前时间）

t
棒-板空气间隙的正极性操作冲 击U50%和波前时间的关系
9
2. 伏秒特性
(1) 定义 同一波形、不同幅值的冲击电压下，间隙上 出现的电压最大值和放电时间的关系曲线
10
50%冲击放电电压U50%
放电概率为50%时的冲击放电电压 p
50% u击
u50%
U 50% U0
50%冲击放电电压与静态放电压的比值称为绝 缘的冲击系数β
(4).放电时延tL tL=ts+tf
2
（5）气体间隙在冲击电压作用下击穿所需全部 时间： t=t0+ts+tf
其中：ts+tf 就是放电时延tL
3
3.2气隙的伏秒特性和击穿电压的概率分布
1.电压波形 （1）直流电压 （2）工频交流电压 （3）雷电冲击电压 （4）操作冲击电压
4
雷电标准波形
5
几个参数
13
均匀和不均匀电场的伏秒特性曲线
14
(4)
实际意义
15 S1被保护设备的伏秒特性曲线，S2保护设备的伏秒特性曲线
(4)
实际意义
为了使被保护设备得到可靠的保护,被保
护设备绝缘的伏秒特性曲线的下包线必须始
终高于保护设备的伏秒特性曲线的上包线。
16
3.3 大气条件对气体间隙击穿电压的影响
1. 标准大气条件
k
1 H 1.1 1000
20
3.4 均匀电场和稍不均匀
分散性小 直流击穿电压＝工频击穿电压＝50%冲 击击穿电压 均匀电场中空气的击穿电压经验公式