修改版气体间隙击穿电压及提高方法.pptx

HV&EMC Laboratory North China Electric Power University 引言：击穿电压的影响因素引言：击穿电压的影响因素气体种类：空气和高介电强度气体气体种类：空气和高介电强度气体气体种类：空气和高介电强度气体气体种类：空气和高介电强度气体电压种类：电压种类：电压种类：电压种类：持续作用电压（直流、交流）；持续作用电压（直流、交流）；持续作用电压（直流、交流）；持续作用电压（直流、交流）；冲击电压（雷电冲击、操作冲击）冲击电压（雷电冲击、操作冲击）冲击电压（雷电冲击、操作冲击）冲击电压（雷电冲击、操作冲击）电场分布：当间隙距离相同时，电场越均匀电场分布：当间隙距离相同时，电场越均匀电场分布：当间隙距离相同时，电场越均匀电场分布：当间隙距离相同时，电场越均匀击穿电压越高击穿电压越高击穿电压越高击穿电压越高气体状态：一般要折算到标准大气状态气体状态：一般要折算到标准大气状态气体状态：一般要折算到标准大气状态气体状态：一般要折算到标准大气状态HV&EMC Laboratory North China Electric Power University分散性小：直流、交流、分散性小：直流、交流、分散性小：直流、交流、分散性小：直流、交流、50%50%50%50%冲击击穿电压基本相冲击击穿电压基本相冲击击穿电压基本相冲击击穿电压基本相同同同同均匀电场中空气的电气强度大致为均匀电场中空气的电气强度大致为均匀电场中空气的电气强度大致为均匀电场中空气的电气强度大致为 30kV(30kV(30kV(30kV(峰值峰值峰值峰值)/cm)/cm)/cm)/cm经验公式为：经验公式为：经验公式为：经验公式为：d d d d：间隙距离间隙距离间隙距离间隙距离；：空气相对密度空气相对密度空气相对密度空气相对密度一、持续作用电压下空气的击穿电压一、持续作用电压下空气的击穿电压1 1 1 1 均匀电场中的击穿电压均匀电场中的击穿电压均匀电场中的击穿电压均匀电场中的击穿电压HV&EMC Laboratory North China Electric Power University一、持续作用电压下空气的击穿电压一、持续作用电压下空气的击穿电压 2 2 2 2 稍不均匀电场中的击穿电压稍不均匀电场中的击穿电压稍不均匀电场中的击穿电压稍不均匀电场中的击穿电压一般规律：一般规律：一般规律：一般规律：极性效应不明显；极性效应不明显；直流、交流、冲击电压直流、交流、冲击电压下击穿电压相同；下击穿电压相同；击穿电压和电场不均匀击穿电压和电场不均匀程度有极大关系，程度有极大关系，越均越均匀击穿电压越高匀击穿电压越高。HV&EMC Laboratory North China Electric Power University球球-球间隙和球间隙和球球-板间隙板间隙当不均匀程度增加时，不接地电极电场强；当不均匀程度增加时，不接地电极电场强；由于电晕起始由于电晕起始电压电压=击穿电压，不接地电极为正时击穿电压高。击穿电压，不接地电极为正时击穿电压高。HV&EMC Laboratory North China Electric Power University一、持续作用电压下空气的击穿电压一、持续作用电压下空气的击穿电压 3 3 3 3 极不均匀电场中的击穿电压极不均匀电场中的击穿电压极不均匀电场中的击穿电压极不均匀电场中的击穿电压一般规律：一般规律：一般规律：一般规律：间距很大时，间距很大时，间距很大时，间距很大时，电极影响不大，都接近于棒电极影响不大，都接近于棒-板间隙；板间隙；极性效应明显；极性效应明显；分散性很大，分散性很大，不同电压波形下差异明显不同电压波形下差异明显。HV&EMC Laboratory North China Electric Power University1 1 1 1）极性效应）极性效应）极性效应）极性效应直流电压：直流电压：直流电压：直流电压：正棒负板正棒负板 棒棒-棒棒 负棒正板。负棒正板。平均击穿场强：平均击穿场强：平均击穿场强：平均击穿场强：正极性棒正极性棒正极性棒正极性棒-板间隙：板间隙：板间隙：板间隙：4.5kV/cm4.5kV/cm4.5kV/cm4.5kV/cm负极性棒负极性棒负极性棒负极性棒-板间隙：板间隙：板间隙：板间隙：10kV/cm10kV/cm10kV/cm10kV/cm正极性棒正极性棒正极性棒正极性棒-棒间隙：棒间隙：棒间隙：棒间隙：4.8kV/cm4.8kV/cm4.8kV/cm4.8kV/cm负极性棒负极性棒负极性棒负极性棒-板间隙：板间隙：板间隙：板间隙：5.0kV/cm5.0kV/cm5.0kV/cm5.0kV/cm（略微不对称）（略微不对称）（略微不对称）（略微不对称）HV&EMC Laboratory North China Electric Power University1 1 1 1）极性效应）极性效应）极性效应）极性效应交流电压：交流电压：交流电压：交流电压：棒棒棒棒-板间隙击穿总是板间隙击穿总是板间隙击穿总是板间隙击穿总是在棒的极性为正、电压达到峰值在棒的极性为正、电压达到峰值在棒的极性为正、电压达到峰值在棒的极性为正、电压达到峰值时发生，击穿电压与直流正极性时发生，击穿电压与直流正极性时发生，击穿电压与直流正极性时发生，击穿电压与直流正极性击穿电压相近击穿电压相近击穿电压相近击穿电压相近平均击穿场强：平均击穿场强：平均击穿场强：平均击穿场强：棒棒棒棒-棒间隙：棒间隙：棒间隙：棒间隙：3.8kV(3.8kV(有效值有效值有效值有效值)/cm)/cm 5.36kV(5.36kV(峰值峰值峰值峰值)/cm)/cm棒棒棒棒-板间隙：板间隙：板间隙：板间隙：3.35kV(3.35kV(有效值有效值有效值有效值)/cm)/cm 4.8kV(4.8kV(峰值峰值峰值峰值)/cm)/cmHV&EMC Laboratory North China Electric Power University2 2 2 2）饱和现象）饱和现象）饱和现象）饱和现象工频电压：工频电压：工频电压：工频电压：长间隙中棒长间隙中棒-板间隙的板间隙的“饱和饱和”现象尤为明现象尤为明显显HV&EMC Laboratory North China Electric Power University2 2 2 2）饱和现象）饱和现象）饱和现象）饱和现象HV&EMC Laboratory North China Electric Power Universitya a a a、雷电冲击电压波、雷电冲击电压波、雷电冲击电压波、雷电冲击电压波国标规定：国标规定：国标规定：国标规定：二、冲击电压作用下气隙的击穿特性二、冲击电压作用下气隙的击穿特性1 1 1 1、冲击电压波形、冲击电压波形、冲击电压波形、冲击电压波形HV&EMC Laboratory North China Electric Power Universityb b b b、操作冲击电压波、操作冲击电压波、操作冲击电压波、操作冲击电压波国标规定：国标规定：二、冲击电压作用下气隙的击穿特性二、冲击电压作用下气隙的击穿特性1 1 1 1、冲击电压波形、冲击电压波形、冲击电压波形、冲击电压波形HV&EMC Laboratory North China Electric Power University统计时延统计时延统计时延统计时延 ：从电压达到：从电压达到：从电压达到：从电压达到 的瞬时起的瞬时起的瞬时起的瞬时起到气隙出现第一个有效电子止到气隙出现第一个有效电子止到气隙出现第一个有效电子止到气隙出现第一个有效电子止放电发展时间放电发展时间放电发展时间放电发展时间 ：从形成第一个有效电：从形成第一个有效电：从形成第一个有效电：从形成第一个有效电子的瞬时起到到气息完全击穿止子的瞬时起到到气息完全击穿止子的瞬时起到到气息完全击穿止子的瞬时起到到气息完全击穿止升压时间升压时间升压时间升压时间 ：电压从零升到静态击穿电：电压从零升到静态击穿电：电压从零升到静态击穿电：电压从零升到静态击穿电压压压压 的时间的时间的时间的时间二、冲击电压作用下气隙的击穿特性二、冲击电压作用下气隙的击穿特性2 2 2 2、放电时延、放电时延、放电时延、放电时延放电时延特点：放电时延特点：放电时延特点：放电时延特点：a a、小间隙、均匀场：、小间隙、均匀场：、小间隙、均匀场：、小间隙、均匀场：短，短，短，短，占主要部分占主要部分占主要部分占主要部分b b、大间隙、极不均匀场：、大间隙、极不均匀场：、大间隙、极不均匀场：、大间隙、极不均匀场：长，长，长，长，占主要部分占主要部分占主要部分占主要部分C C、随着冲击电压幅值的不断升高，随着冲击电压幅值的不断升高，随着冲击电压幅值的不断升高，随着冲击电压幅值的不断升高，将越来越短将越来越短将越来越短将越来越短间隙中出现一个能引起电离过程并最终导致击穿间隙中出现一个能引起电离过程并最终导致击穿间隙中出现一个能引起电离过程并最终导致击穿间隙中出现一个能引起电离过程并最终导致击穿的电子称为有效电子的电子称为有效电子的电子称为有效电子的电子称为有效电子统计时延服从统计规律的原因：统计时延服从统计规律的原因：统计时延服从统计规律的原因：统计时延服从统计规律的原因：1 1）、有效电子的出现具有统计特性，有些自由）、有效电子的出现具有统计特性，有些自由）、有效电子的出现具有统计特性，有些自由）、有效电子的出现具有统计特性，有些自由电子被中和，有些可能扩散到间隙外。电子被中和，有些可能扩散到间隙外。电子被中和，有些可能扩散到间隙外。电子被中和，有些可能扩散到间隙外。2 2）、有些电子虽然也引起电离过程，但由于各种）、有些电子虽然也引起电离过程，但由于各种）、有些电子虽然也引起电离过程，但由于各种）、有些电子虽然也引起电离过程，但由于各种不利因素的巧合，电离可能中途衰亡而终止不利因素的巧合，电离可能中途衰亡而终止不利因素的巧合，电离可能中途衰亡而终止不利因素的巧合，电离可能中途衰亡而终止HV&EMC Laboratory North China Electric Power University 同一个气隙，在峰值同一个气隙，在峰值同一个气隙，在峰值同一个气隙，在峰值较低但较低但较低但较低但延续时间较长的冲击电压作用下延续时间较长的冲击电压作用下延续时间较长的冲击电压作用下延续时间较长的冲击电压作用下可能击穿，而在峰值较高但延续可能击穿，而在峰值较高但延续可能击穿，而在峰值较高但延续可能击穿，而在峰值较高但延续时间较短的冲击电压作用下可能时间较短的冲击电压作用下可能时间较短的冲击电压作用下可能时间较短的冲击电压作用下可能反而不击穿，因此：反而不击穿，因此：反而不击穿，因此：反而不击穿，因此：气隙的耐电性能要用气隙的耐电性能要用气隙的耐电性能要用气隙的耐电性能要用冲击电压峰冲击电压峰冲击电压峰冲击电压峰值和击穿时间两者共同来表示值和击穿时间两者共同来表示值和击穿时间两者共同来表示值和击穿时间两者共同来表示二、冲击电压作用下气隙的击穿特性二、冲击电压作用下气隙的击穿特性3 3 3 3、伏秒特性、伏秒特性、伏秒特性、伏秒特性HV&EMC Laboratory North China Electric Power University两者配合，两者配合，两者配合，两者配合，S S2 2可以保护可以保护可以保护可以保护S S1 1两者不能配合，不能互相保护两者不能配合，不能互相保护两者不能配合，不能互相保护两者不能配合，不能互相保护二、冲击电压作用下气隙的击穿特性二、冲击电压作用下气隙的击穿特性4 4 4 4、伏秒特性的应用、伏秒特性的应用、伏秒特性的应用、伏秒特性的应用HV&EMC Laboratory North China Electric Power University二、冲击电压作用下气隙的击穿特性二、冲击电压作用下气隙的击穿特性5 5 5 5、雷电冲击、雷电冲击、雷电冲击、雷电冲击均匀电场和稍不均匀电场：均匀电场和稍不均匀电场：均匀电场和稍不均匀电场：均匀电场和稍不均匀电场：50%50%50%50%击穿电压接近持续电压下的数值击穿电压接近持续电压下的数值击穿电压接近持续电压下的数值击穿电压接近持续电压下的数值极不均匀电场：明显的极性效应，极不均匀电场：明显的极性效应，极不均匀电场：明显的极性效应，极不均匀电场：明显的极性效应，在短距离内击穿电压与距离成正在短距离内击穿电压与距离成正在短距离内击穿电压与距离成正在短距离内击穿电压与距离成正比比比比HV&EMC Laboratory North China Electric Power University二、冲击电压作用下气隙的击穿特性二、冲击电压作用下气隙的击穿特性6 6 6 6、操作冲击、操作冲击、操作冲击、操作冲击均匀电场和稍不均匀电场：均匀电场和稍不均匀电场：均匀电场和稍不均匀电场：均匀电场和稍不均匀电场：50%50%50%50%击穿电压接近持续击穿电压接近持续击穿电压接近持续击穿电压接近持续电压下的数值电压下的数值电压下的数值电压下的数值极不均匀电场：极不均匀电场：极不均匀电场：极不均匀电场：明显的极性效应；明显的极性效应；明显的极性效应；明显的极性效应；接地物体靠近接地物体靠近接地物体靠近接地物体靠近间隙会降低其正极性击穿电压（临近效应）；间隙会降低其正极性击穿电压（临近效应）；间隙会降低其正极性击穿电压（临近效应）；间隙会降低其正极性击穿电压（临近效应）；电电电电极形状影响较大；极形状影响较大；极形状影响较大；极形状影响较大；电压波形影响很大；电压波形影响很大；电压波形影响很大；电压波形影响很大；分散性大；分散性大；分散性大；分散性大；“饱和饱和饱和饱和”现象明显现象明显现象明显现象明显正棒正棒正棒正棒-负板负板负板负板50%50%50%50%击穿电压估算击穿电压估算击穿电压估算击穿电压估算HV&EMC Laboratory North China Electric Power University 击穿电压的统计概率：击穿电压的统计概率：击穿电压的统计概率：击穿电压的统计概率：和相对标准偏差和相对标准偏差和相对标准偏差和相对标准偏差相对标准偏差：相对标准偏差：工频：工频：工频：工频：雷电冲击：雷电冲击：雷电冲击：雷电冲击：操作冲击：操作冲击：操作冲击：操作冲击：（分散性越来越大）（分散性越来越大）（分散性越来越大）（分散性越来越大）100%100%100%100%耐受电压很难找到耐受电压很难找到耐受电压很难找到耐受电压很难找到U16%U50%U84%P(%)U U击击1008450160不击穿不击穿击穿击穿气隙击穿电压的正态分布气隙击穿电压的正态分布三、击穿电压的统计概率三、击穿电压的统计概率三、击穿电压的统计概率三、击穿电压的统计概率HV&EMC Laboratory North China Electric Power University1 1 1 1、大气状态、大气状态、大气状态、大气状态(气温、气压、湿度等因素气温、气压、湿度等因素气温、气压、湿度等因素气温、气压、湿度等因素)对气隙击穿电压的影响对气隙击穿电压的影响对气隙击穿电压的影响对气隙击穿电压的影响a a a a、空气密度的影响：气隙击穿电压与密度成正比、空气密度的影响：气隙击穿电压与密度成正比、空气密度的影响：气隙击穿电压与密度成正比、空气密度的影响：气隙击穿电压与密度成正比b b b b、空气湿度的影响：、空气湿度的影响：、空气湿度的影响：、空气湿度的影响：气隙击穿电压与湿度成正比气隙击穿电压与湿度成正比气隙击穿电压与湿度成正比气隙击穿电压与湿度成正比实际状态气隙的击穿电压实际状态气隙的击穿电压实际状态气隙的击穿电压实际状态气隙的击穿电压U U U U和其在标准状态下的击和其在标准状态下的击和其在标准状态下的击和其在标准状态下的击穿电压穿电压穿电压穿电压U U U U0 0 0 0有如下换算关系：有如下换算关系：有如下换算关系：有如下换算关系：空气密度修正系数；空气密度修正系数；空气密度修正系数；空气密度修正系数；湿度修正系数湿度修正系数湿度修正系数湿度修正系数四、击穿电压的修正四、击穿电压的修正四、击穿电压的修正四、击穿电压的修正HV&EMC Laboratory North China Electric Power University五、提高气体间隙击穿电压的措施五、提高气体间隙击穿电压的措施 1 1 改进电极形状以改善电场分布改进电极形状以改善电场分布改进电极形状以改善电场分布改进电极形状以改善电场分布HV&EMC Laboratory North China Electric Power University五、提高气体间隙击穿电压的措施五、提高气体间隙击穿电压的措施2 2 利用空间电荷改善电场分布利用空间电荷改善电场分布利用空间电荷改善电场分布利用空间电荷改善电场分布“细线效应细线效应细线效应细线效应”：在一定距离：在一定距离：在一定距离：在一定距离内，采用细线，内，采用细线，内，采用细线，内，采用细线，利用均匀的电利用均匀的电利用均匀的电利用均匀的电晕层改善电场；晕层改善电场；晕层改善电场；晕层改善电场；不存在冲击电不存在冲击电不存在冲击电不存在冲击电压中压中压中压中HV&EMC Laboratory North China Electric Power University五、提高气体间隙击穿电压的措施五、提高气体间隙击穿电压的措施3 3 极不均匀场中屏障的作用极不均匀场中屏障的作用极不均匀场中屏障的作用极不均匀场中屏障的作用-直流电场直流电场直流电场直流电场在屏障上积累的离子改变了电场在屏障上积累的离子改变了电场在屏障上积累的离子改变了电场在屏障上积累的离子改变了电场HV&EMC Laboratory North China Electric Power University五、提高气体间隙击穿电压的措施五、提高气体间隙击穿电压的措施3 3 极不均匀场中屏障的作用极不均匀场中屏障的作用极不均匀场中屏障的作用极不均匀场中屏障的作用-交流电场、冲击电场交流电场、冲击电场交流电场、冲击电场交流电场、冲击电场提高了击穿电压提高了击穿电压提高了击穿电压提高了击穿电压屏障对均匀电场无作用屏障对均匀电场无作用屏障对均匀电场无作用屏障对均匀电场无作用HV&EMC Laboratory North China Electric Power University五、提高气体间隙击穿电压的措施五、提高气体间隙击穿电压的措施4 4 高气压的采用高气压的采用高气压的采用高气压的采用-均匀电场中均匀电场中均匀电场中均匀电场中空气压力提高到空气压力提高到空气压力提高到空气压力提高到11.5MP11.5MP时，其介电强度与变压器油、电时，其介电强度与变压器油、电时，其介电强度与变压器油、电时，其介电强度与变压器油、电瓷接近瓷接近瓷接近瓷接近1 1）总体趋势：压力增大时击穿电压增大）总体趋势：压力增大时击穿电压增大）总体趋势：压力增大时击穿电压增大）总体趋势：压力增大时击穿电压增大2 2）压力大于）压力大于）压力大于）压力大于1MP1MP时，击穿电压偏离巴申定律时，击穿电压偏离巴申定律时，击穿电压偏离巴申定律时，击穿电压偏离巴申定律3 3）电极表面状况有影响）电极表面状况有影响）电极表面状况有影响）电极表面状况有影响=老炼老炼老炼老炼4 4）阴极强场放射有影响（因为场强很高）阴极强场放射有影响（因为场强很高）阴极强场放射有影响（因为场强很高）阴极强场放射有影响（因为场强很高）5 5）随着气压增加，击穿电压上升减缓：电极表面电离或热随着气压增加，击穿电压上升减缓：电极表面电离或热随着气压增加，击穿电压上升减缓：电极表面电离或热随着气压增加，击穿电压上升减缓：电极表面电离或热电离为主电离为主电离为主电离为主HV&EMC Laboratory North China Electric Power University五、提高气体间隙击穿电压的措施五、提高气体间隙击穿电压的措施4 4高气压的采用高气压的采用高气压的采用高气压的采用-不均匀电场中不均匀电场中不均匀电场中不均匀电场中总体趋势：压力增大时击穿总体趋势：压力增大时击穿总体趋势：压力增大时击穿总体趋势：压力增大时击穿电压增大电压增大电压增大电压增大电场不均匀程度增加，击穿电场不均匀程度增加，击穿电场不均匀程度增加，击穿电场不均匀程度增加，击穿电压将剧烈下降电压将剧烈下降电压将剧烈下降电压将剧烈下降极不均匀电场中正极性下击极不均匀电场中正极性下击极不均匀电场中正极性下击极不均匀电场中正极性下击穿电压出现极大值：压力增穿电压出现极大值：压力增穿电压出现极大值：压力增穿电压出现极大值：压力增加到一定程度，正离子不易加到一定程度，正离子不易加到一定程度，正离子不易加到一定程度，正离子不易扩散，剧烈加强了前方电场扩散，剧烈加强了前方电场扩散，剧烈加强了前方电场扩散，剧烈加强了前方电场湿度增加时，击穿电压明显湿度增加时，击穿电压明显湿度增加时，击穿电压明显湿度增加时，击穿电压明显下降下降下降下降HV&EMC Laboratory North China Electric Power University五、提高气体间隙击穿电压的措施五、提高气体间隙击穿电压的措施4 4 高气压的采用高气压的采用高气压的采用高气压的采用-注意事项注意事项注意事项注意事项尽可能改进电极形状，改善电场分布尽可能改进电极形状，改善电场分布尽可能改进电极形状，改善电场分布尽可能改进电极形状，改善电场分布电极应仔细加工，抛光、镀铬电极应仔细加工，抛光、镀铬电极应仔细加工，抛光、镀铬电极应仔细加工，抛光、镀铬气体要长时间净化除尘除水气体要长时间净化除尘除水气体要长时间净化除尘除水气体要长时间净化除尘除水选择正确气压选择正确气压选择正确气压选择正确气压HV&EMC Laboratory North China Electric Power University五、提高气体间隙击穿电压的措施五、提高气体间隙击穿电压的措施5 5 高介电强度气体的采用高介电强度气体的采用高介电强度气体的采用高介电强度气体的采用采用采用采用采用SF6SF6等电负性气体：电子容易被俘获形成等电负性气体：电子容易被俘获形成等电负性气体：电子容易被俘获形成等电负性气体：电子容易被俘获形成负离子负离子负离子负离子气体分子量大、体积大，使电子平均自由程气体分子量大、体积大，使电子平均自由程气体分子量大、体积大，使电子平均自由程气体分子量大、体积大，使电子平均自由程减小减小减小减小电子与这些气体分子相遇时，使气体分子产电子与这些气体分子相遇时，使气体分子产电子与这些气体分子相遇时，使气体分子产电子与这些气体分子相遇时，使气体分子产生极化而消耗了电子的能量生极化而消耗了电子的能量生极化而消耗了电子的能量生极化而消耗了电子的能量HV&EMC Laboratory North China Electric Power University五、提高气体间隙击穿电压的措施五、提高气体间隙击穿电压的措施6 6 高真空的采用高真空的采用高真空的采用高真空的采用通过削弱间隙中的通过削弱间隙中的通过削弱间隙中的通过削弱间隙中的碰撞电离达到增高碰撞电离达到增高碰撞电离达到增高碰撞电离达到增高击穿电压的目的击穿电压的目的击穿电压的目的击穿电压的目的剩余压力低于剩余压力低于剩余压力低于剩余压力低于1010-4-4（133Pa133Pa）时击穿场）时击穿场）时击穿场）时击穿场强很高强很高强很高强很高真空击穿理论：场真空击穿理论：场真空击穿理论：场真空击穿理论：场致发射印发击穿；致发射印发击穿；致发射印发击穿；致发射印发击穿；微粒引发击穿微粒引发击穿微粒引发击穿微粒引发击穿