式中 d 间隙距离，（cm）
空气相对密度
当d不过于小时（d > 1cm），均匀电场中空气 的电气强度（峰值）大致等于30kV/cm
二、持续作用电压下空气的击穿电压
稍不均匀电场中的击穿电压 1. 不能形成稳定的电晕放电 2. 电场不对称时，极性效应不很明显 3. 直流、工频下的击穿电压(幅值)以及50％冲 击击穿电压都相同，击穿电压的分散性也不大 4. 击穿电压和电场均匀程度关系极大，电场越 均匀，同样间隙距离下的击穿电压就越高 球—球间隙，球—板间隙，同轴圆柱间隙
高电压技术
第7讲 气隙的击穿特性（一）
主要内容
气隙的击穿时间 持续作用电压下空气的击穿电压 雷电冲击电压下空气的击穿电压及伏秒特性 操作冲击电压下空气的击穿电压 提高气体间隙击穿电压的措施
影响空气间隙放电电压的因素主要： 电场情况：均匀、稍不均匀、极不均匀 电压形式：直流电压、交流电压、雷电冲击电压
3.波形的影响
在一定的波前时间范围 内，U50 甚至会比工频击 穿电压低 ，呈现出 “Ｕ 形曲线”
对应于极小值的波前时 间随着间隙距离加大而 增 加 ， 对 7m 以 下 的 间 隙 ，大致在50200s之间
放电时延和空间电荷(形 成及迁移)这两类不同因 素的影响所造成的
分散性大
板间隙的约为4.8kV/cm(幅值) “饱和现象” ：距离加大，平均击穿场强明显降低，棒
—板间隙尤为严重 d＝1m， 5 kV/cm d＝l０m，2 kV/cm
三、雷电冲击电压下空气的击穿电压 及伏秒特性
1. 雷电流是冲击波形的，故由雷闪放电引起 的高电压也具有冲击波形
2. 雷电冲击电压标准波形
衰减振荡电压 第一个半波的持续时间在2000一3000微秒之间 ，反极 性的第二个半波的幅值达到第一个半波幅值80％
2. 操作冲击50％击穿电压
均匀电场和稍不均匀电场中的击穿电压
气体间隙的操作冲击50％击穿电压和雷电冲击50％ 击穿电压以及工频击穿电压（幅值）相同
击穿电压的分散性也较小，击穿同样发生在幅值
伏秒特性的用途
1. 间隙伏秒特性的形状决定于电极间电场分布 2. 伏秒特性对于比较不同设备绝缘的冲击击穿特性具有
重要意义
Ｓ２对Ｓ1 起保护作用
在高幅值冲击电压作用下， Ｓ２不起保护作用
四、操作冲击电压下空气的击穿电压
1. 操作冲击电压推荐波形
非周期性指数衰减波 推荐操作冲击电压的标准波形为250／2500微秒
棒—板间隙：棒具有正 极性时，平均击穿场强 约 为 4.5kV/cm ； 棒 具 有 负极性时约为l0kV/cm
棒—棒间隙的平均击穿 场强约为4.8~5.0kV/cm
2. 工频电压下的击穿电压
击穿在棒的极性为正、电压达到幅值时发生 除了起始部分外，击穿电压和距离近似直线关系 棒—棒间隙的平均击穿场强约为5.36kV/cm(幅值)，棒—
50％击穿电压极小值的经验公式
U 50 min

3.4 1 8
MV
d
式中 d — 间隙距离，m 上式对于１ 20m的长间隙和试验结果很好地符名
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持续时间极短（以微秒计），放电发展速度不能忽略 不计，间隙的击穿特性具有新的特点
二、持续作用电压下空气的击穿电压
均匀电场中的击穿电压 1. 直流、工频击穿电压（峰值）以及50％冲击 击穿电压都相同。击穿电压的分散性较小
2. 均匀电场中空气的击穿电压(峰值)，相应的经 验公式为
Ub 24.22d 6.08 d kV
极不均匀电场中的击穿电压
极不均匀电场中的操作击穿有许多特点
特点
1. 极性效应
极不均匀电场中同样有极性效应。正极性下50％击穿电压 比负极性下低，所以也更危险
2. 电场分布的影响
“邻近效应” ：接地物体靠近放电间隙会显著降低其正 极性击穿电压，但能多少提高一些负极性击穿电压
电极形状对间隙的击穿电压也有很大影响
= tl，在此时间内电压
上升 U u / t
击穿完成时间隙上的电压
应为U0+U
伏秒特性的制订方法
工程上用间隙上出现的电压 最大值和放电时间的关系 来表征间隙在冲击电压下 的击穿特性
伏秒特性用实验方法求取
放电时间具有分散性，实际 上伏秒特性是以上、下包 线为界的一个带状区域
影响击穿电压的主要因素是间隙距离 选择电场极不均匀的极端情况典型电极来研究
棒(尖)—板 ：电场分布不对称 棒(尖)—棒(尖) ：电场分布对称 根据典型电极的击穿电压数据来估计绝缘距离 直流、工频及冲击击穿电压间的差别比较明显 ，分散性较大，且极性效应显著
1. 直流电压下的击穿电压
极性效应：尖—尖电极 间的击穿电压介于极性 不同的尖—板电极之间
对于波前时间在数十到数百微秒的操作冲击电压，极不 均匀电场间隙50％击穿电压的标准偏差约为5％；波 前时间超过1000s以后，可达8％左右（工频及雷电冲 击电压下均约为3％）
“饱和”现象
和工频电压下类似，极不均匀电场中操作冲击50％击穿 电压和间隙距离的关系具有明显的“饱和”特征（雷 电冲击50％击穿电压和距离大致呈线性关系 ）
、操作冲击电压 大气条件：气压、温度、湿度 电压形式对空气间隙放电电压的影响
一、气隙的击穿时间
最低静态击穿电压U0 击穿时间tb
升压时间t0 、统计时延ts 、放
电发展时间tf 、放电时延 tl
短间隙(1厘米以下) tf<<ts ，平均统计时延
较长的间隙中 tl主要决定于tf
间隙上外施电压增加，放电 发展时间也会减小
tb t0 ts t f
tl ts t f
持续作用电压
直流电压、工频电压
与电压的变化速度相比，放电发展所需时间可以忽略 不计 。当气体状态不变时，一定距离的间隙的击穿电 压具有确定的数值，当间隙上的电压升高达到击穿电 压时，间隙击穿
非持续作用电压 操作过电压、雷电过电压
根据起始场强经验公式估算击穿电压 U Emaxd / f
d :极间距离；ｆ：不均匀系数，决定于电极布置，可
根据静电场计算或电解槽等实验方法求得
Emax达到临界值E0＝30kV/cm (幅值) ，间隙击穿
U b E0d / f 30d / f kV Ｅ0 实际上和电极布置有关
二、持续作用电压下空气的击穿电压
极不均匀电场中的击穿电压
由于放电时延较长，通常冲击系数大于l，击穿电压的 分散性也大一些，其标准偏差可取为3%
棒—板间隙有明显的极性效应，棒—棒间隙也有不大 的极性效应
在图所示范 围内击穿电压 和间隙距离呈 直线关系
4. 伏秒特性
以斜角波电压为例来说明考虑放电时延的必要性 在间隙上缓慢地施加直流电压，达到静态击穿电压U0 后，间隙中开始发展起击穿过程。但击穿需一定时间
Tl＝1.2s（30%） T2＝50s（20%）
3. 雷电冲击50％击穿电压
在多次施加电压时，其中半数导致击穿的电压，工程 上以此来反映间隙的耐受冲击电压的特性 多级法、升降法
均匀电场和稍不均匀电场下的击穿电压
击穿电压分散性小，其雷电冲击50％击穿电压和 静态 击穿电压(即持续作用电压下的击穿电压)相 差很小 冲击系数＝1
球—球间隙
当d＜D/4，电场相当均匀，直 流电压、工频电压及冲击电 压作用下，击穿电压都相同
当d＞D/4，强的电极为负极性时的 击穿电压略低于正极性时的 数值
同一间隙距离下，球电极直径 越大，由于电场均匀程度增 加，击穿电压也越高
击穿电压的估算