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高电压技术3.5 SF6气体间隙中的击穿

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高电压 技术 提高气体间隙击穿电压的措施

高电压 技术 提高气体间隙击穿电压的措施

采用高真空也可以减弱气隙中的碰撞电离过
程而显著提高气隙的击穿电压。 在电力设备中实际采用高真空作为绝缘媒质
的情况还不多，主要因为在各种设备的绝缘结构
中大都还要采用各种固体或液体介质，它们在真
空中都会逐渐释出气体，使高真空难以长期保持。
目前高真空仅在
真空断路器中得到实
际应用，真空不但绝
缘性能较好，而且还
350 700
许多高压电气装置的高压出线端(例如电力设备
高压套管导杆上端)具有尖锐的形状，往往需要加装
屏蔽罩来降低出线端附近空间的最大场强，提高电晕
起始电压。屏蔽罩的形状和尺寸应选得使其电晕起始 电压 U c 大于装置的最大对地工作电压 U g简单的屏蔽罩当然是球形屏蔽极，它的半径R
场，其平均击穿场强也不可能超越这一极限，可见
常压下空气的电气强度要比一般固体和液体介质的
电气强度低得多。
如果把空气加以压缩，使气压大大超过
0.1MPa(1atm)，那么它的电气强度也能得到显著的
提高。这主要是因为提高气压可以大大减小电子的
自由行程长度，从而削弱和抑制了电离过程。
如能在采用高气压的同时，再以某些高电气强 度气体（例如SF6气体）来代替空气，那就能获得 更好的效果。
具有很强的灭弧能力，
所以用于配电网中的 真空断路器还是很合 适的。
六、采用高电气强度气体
有一些含卤族元素的强电负性气体电气强度特 别高，因而可称之为高电气强度气体。采用这些气 体来替换空气，可以大大提高气隙的击穿电压，甚 至在空气中混入一部分这样的气体也能显著提高其 电气强度。
但仅仅满足高电气强度是不够的，还必须
很大，立体空间尺寸很大，整体表面又要
十分光洁的电极是不易制作的。
高电压技术3.5 SF6气体间隙中的击穿

高电压技术3.5 SF6气体间隙中的击穿


高电压工程基础
3.5.1 均匀和稍不均匀电场中的击穿
强电负性气体在均匀电场中的自持放电条件为(-)d=K。研究表明， SF6气体的K=10.5，且其(-)可用下式表示:
(-)/p =c[E/p- (E/p)0] 式中c=28(kV)-1;(E/p)0=88.5kV/(mm Pa)
击穿电压Ub的表达式为：
3.固体介质的影响
沿面放电。
线状自由导电微粒 击穿电压与气压的关系
高电压工程基础
3.5.4 快速暂态过电压下的击穿
GIS中开关操作会产生快速暂态过电压（VFTO）可能导致GIS和临近 设备的绝缘事故。VFTO有以下特点： （1）波前很陡，其上升时间常在5-20ns范围。这一特点是由于SF6 气体击穿特性决定的，因为压缩的强电负性气体的击穿场强很高， 所以击穿瞬间气体间隙由绝缘状态向导通状态的跃迁时间极短， 形成极陡的波前。 （2）由高频电压分量，这是因为GIS的尺寸较常规的敞开式配电装 置小得多，因而过电压行波在GIS中折、反射所需的时间很短， 一般情况下振荡频率在0.1-10MHz范围内。 （3）幅值通常并不高，其值与开关触头间电弧重燃特性有关，也与 被开断母线上残余电荷产生的电压值有关。现场实测和模拟试验 表明，其幅值很少超过最大相电压的2倍。
电压并不总是增大，出现驼峰。
驼峰曲线在压缩空气中也会出现，但
空气中一般在1MPa左右，而SF6气体则出现 在0.1~0.2Mpa的范围，在气体绝缘设备正常
工作气压范围内，需要特别注意。
棒端曲率半径越小，即电场越不均匀 时，驼峰现象越明显。
高电压工程基础
二是：在出现击穿驼峰的气 压范围内，雷电冲击击穿电
球-板间隙中SF6气体击穿电压与气压的关系 考球-板间隙击穿的数据。 实线为正极性，虚线为负极性 1-d=20mm，2-d=15mm，3-d=10mm，4-d=7.5mm， 5-d=5mm，6-d=3mm，7-d=2mm，8-d=1mm，
气体间隙的击穿

气体间隙的击穿

颗粒大小与分布的影响
颗粒的大小和分布对击穿电压有显著 影响。大而密集的颗粒会导致局部电 场增强，从而降低整体的击穿电压。
04
气体间隙击穿的预防与控制
提高气体纯度与压力
总结词
提高气体纯度与压力可以有效降低气体间隙的击穿概率。
详细描述
气体纯度越高，气体间隙中的杂质和污染物就越少，从而降低了气体间隙的击穿概率。同时，提高气体的压力也 可以增加气体分子的密度，进一步降低击穿的可能性。
击穿过程具有瞬时性、随机性和复杂 性，与气体压力、温度、气体类型、 电极形状和电压波形等因素有关。
气体间隙击穿的物理过程
电场增强
在强电场的作用下，气体分子中 的电子被激发，形成传导电流。
电离与雪崩效应
随着电场的增强，气体分子中的 电子被加速并获得足够的能量， 与气体分子碰撞产生电离，形成 更多的电子和正离子，导致电流
迅速增加。
放电通道的形成
当电流达到一定阈值时，放电通 道形成，气体间隙由绝缘状态变
为导电状态。
气体间隙击穿的应用领域
01
02
03
高压设备
气体间隙击穿在高压设备 中有着广泛的应用，如高 压变压器、断路器、绝缘 子等。
电子设备
气体间隙击穿在电子设备 中也有着重要的应用，如 电容器、电子管、晶体管 等。
水平和击穿阈值。
详细描述
新型气体介质如氩气、氦气等惰性气体，以及混合气体如SF6、CF4等，由于其高电负 性和不活泼的化学性质，具有很好的绝缘性能和耐电弧侵蚀能力。这些新型气体介质在 高压电气设备中广泛应用，如GIS、变压器、断路器等，以提高设备的绝缘水平和运行
可靠性。
高电压气体间隙的击穿特性研究
在高温下，气体分子 会吸收热量并获得足 够的能量，从而发生 热电离。
(1083)《高电压技术》复习题(含答案)

(1083)《高电压技术》复习题(含答案)

(1083)《高电压技术》复习题一、单项选择题1.阀式避雷器的保护比是指残压与（）电压之比。

A.冲击放电 B.额定放电 C.灭弧放电 D.工频放电 参考答案：C2.我国把年平均雷电日不超过（）日的地区叫少雷区。

A.10B.15C.5D.20 参考答案：B3.解释电压较高、距离较长的间隙中的气体放电过程可用（） A.汤逊理论 B.巴申定律 C.小桥理论 D.流注理论 参考答案：D4.SF6 气体具有较高绝缘强度的主要原因之一是（） A.无色无味性 B.不燃性 C.无腐蚀性 D.电负性 参考答案：D5.在中性点不接地系统和消弧线圈接地电网中，切除空载线路过电压一般不超过（）倍。

A.5.5B.3.5C.5D.3 参考答案：B6.极化时间最短的是（）。

A.电子式极化 B.离子式极化 C.偶极子极化 D.空间电荷极化 参考答案：A7.由于光辐射而产生游离的形式称为（） A.碰撞游离 B.光游离 C.表面游离 D.热游离 参考答案：B8.不均匀的绝缘试品，如果绝缘严重受潮，吸收比 K 将（） A.远小于 1B.约等于 1C.远大于 1D.不确定 参考答案：B9.电晕放电是一种（）A.自持放电B.非自持放电C.电弧放电D.均匀场中放电 参考答案：A10.衡量电介质损耗大小用（）表示。

A.相对电介质B.介质损失角正切C.电介质极化D.电介质电导 参考答案：B。

11.电力系统中出现的稳态过电压基本可以分为哪两大类（） A.工频电压升高，谐振过电压 B.谐振过电压，线性谐振过电压C.工频电压升高，线性谐振过电压D.线性谐振过电压，参数谐振过电压 参考答案：A12.冲击电晕使行波能量损耗，线路的波阻抗（），导线的耦合系数（）。

A.增大，减小 B.增大，增大 C.减小，减小 D.减小，增大 参考答案：D13. 电力系统中出现的谐振过电压基本可以分为哪几类（） A.工频电压升高，铁磁谐振过电压，线性谐振过电压 B.工频电压升高，线性谐振过电压，参数谐振过电压 C.铁磁谐振过电压，线性谐振过电压，参数谐振过电压 D.工频电压升高，铁磁谐振过电压，参数谐振过电压 参考答案：C14. 调压器的调压方法为（）。

高电压_技术提高气体间隙击穿电压的措施课件

高电压_技术提高气体间隙击穿电压的措施课件

电力设备损坏
气体间隙击穿可能导致电力设备内部元件损坏，进 而影响整个电力系统的稳定运行。
潜在安全隐患
气体间隙击穿可能引发火灾、爆炸等安全事故，对 人身安全和财产安全构成威胁。
运行效率降低
气体间隙击穿会导致电力设备运行效率降低，增加 能源消耗和运营成本。
提高气体间隙击穿电压的意义
80%
保障电力设备安全
提高气体间隙击穿电压可以降低 电力设备内部元件损坏的风险， 确保电力系统的稳定运行。
100%
消除安全隐患
提高气体间隙击穿电压有助于消 除火灾、爆炸等安全事故的隐患 ，保障人身安全和财产安全。
80%
提高运行效率
提高气体间隙击穿电压可以提高 电力设备运行效率，降低能源消 耗和运营成本。
国内外研究现状及发展趋势
02
现有研究成果尚未完全揭示高电 压技术提高气体间隙击穿电压的 内在机制，需要进一步深入研究 。
未来发展方向与趋势
未来研究方向应包括优化高电压技术 ，提高其稳定性和可靠性，并深入研 究其提高气体间隙击穿电压的内在机 制。
同时，应将高电压技术与其他新技术 相结合，如纳米材料、生物技术等， 以进一步拓展其在电力系统和设备中 的应用范围。
高电压_技术提高气体间隙击 穿电压的措施课件
汇报人:
2023-11-30
目
CONTENCT
录
• 高电压技术概述 • 提高气体间隙击穿电压的必要性 • 提高气体间隙击穿电压的措施 • 工程应用案例分析 • 结论与展望
01
高电压技术概述
高电压技术的定义与特点
高电压技术是指在高电压环境下进行电力传输、电能分配和电能 消费领域的技术。
05
结论与展望
研究成果总结
高电压技术气隙的击穿特性

高电压技术气隙的击穿特性

4.8kV(峰值)/cm
高电压技术气隙的击穿特性
显著特征：饱和特性
高电压技术气隙的击穿特性
二、冲击电压作用下气隙的击穿特性
1、冲击电压波形
a、雷电冲击电压波
OC为视在播前
OF为视在播前时间 T f
T f 1.6(7 t2t1)
OG为视在半峰值时间 （也称为波尾时间）
T
t
国标规定： Tf 1.2高s电压3 技术% 气0隙的击穿T 特t性5 0s2% 0
U b2.2 42 d6.08 dk(V 峰)值
d：间隙距离； ：空气相对密度
高电压技术气隙的击穿特性
2、稍不均匀电场中的击穿电压
a、与均匀电场相似，分散性很小 不同电压波形作用下，击穿电压（峰值、 U击50% ）
基本相同 b、不同于极不均匀电场，直到击穿为止不发生电晕 C、稍不均匀电场不对称时，虽有极性效应，但不明显
除变压器外变电站所有设备被 封闭在金属容器内，里边充有3~4 个大气压的SF6气体，大大缩小了 高压电气设备所需的空间。
目前也出现气体绝缘变压器。
高电压技术气隙的击穿特性
五、提高气隙击穿电压的方法
1、改进电极形状以改善电场分布
增大电极曲率半径来减小表面场强。如变压器套管 端部加球形屏蔽罩；采用扩径导线（截面相同，半 径增大）等。
U16% U50% U84%
气隙击穿电压的正态分布
U击
高电压技术气隙的击穿特性
1、大四pK气、 d、t状不实 p态p0同际 (气m气状 温22体态7、7状的 33气t毫 t气 态0压巴 n、压 和、湿种温度类度 0C等气因隙素的) 击穿特性 对p气0、隙t0 击标穿准电状压态的的 影1气 响01毫 压 3 巴、 温度 200C
高电压技术气隙的击穿特性ppt

高电压技术气隙的击穿特性ppt

实压U际0有状如态下气换隙算得U关击系穿:KK电nd压00U..U2388与20967PP32其((3毫 毫7t在米巴t汞)可 及标柱根 电准) 据 场状湿 情态度 况下、 查电 阅得压 相击种 关穿类 标电准
Kd —空气密度修正系数; Kn— 湿度修正系数
2、SF6高强度气体
其电气强度就是空气耐电强度得2、3~2、5倍,其原因为: 1、分子量大(为146),密度大(相同条件下,就是空气得5倍),属 重气体。 2、具有负电性,易俘获电子,减少了引起电离得电子数。
SF6绝缘得全封闭组合电器: 除变压器外变电站所有设备被
封闭在金属容器内,里边充有3~4 个大气压得SF6气体,大大缩小了高 压电气设备所需得空间。
目前也出现气体绝缘变压器。
五、提高气隙击穿电压得方法
1、改进电极形状以改善电场分布
u 增大电极曲率半径来减小表面场强。如变压器套管 端部加球形屏蔽罩;采用扩径导线(截面相同,半径 增大)等。
2、除起始部分外,击穿电压与距离 近似成直线关系,但大间隙下击穿 电压有饱与趋势
3、平均击穿场强
棒-棒间隙:3、8kV(有效值)/cm 5、36kV(峰值)/cm
棒-板间隙:3、35kV(有效值)/cm 4、8kV(峰值)/cm
显著特征:饱与特性
大家学习辛苦了，还是要坚持
继续保持安静
二、冲击电压作用下气隙得击穿特性
a、直流电压下得击穿电压 显著特征:极性效应 平均击穿场强: 正极性棒-板间隙:4、5kV/cm 负极性棒-板间隙:10kV/cm 正极性棒-棒间隙:4、8kV/cm 负极性棒-板间隙:5、0kV/cm (略微不对称)
b、交流电场下得击穿电压
特点:
1、棒-板间隙击穿总就是在棒得极 性为正、电压达到峰值时发生,击 穿电压与直流正极性击穿电压相近
气体间隙的击穿强度

气体间隙的击穿强度


碰撞电离击穿模型
总结词
碰撞电离击穿模型认为气体间隙的击穿是由于气体分子在强电场下被加速并与其他气体分子发生碰撞 ，导致气体分子电离，形成导电通道。
详细描述
在强电场的作用下，气体分子被加速并获得能量。这些能量使得气体分子之间的碰撞变得更加剧烈。 当气体分子与其他气体分子发生碰撞时，碰撞会产生足够的能量，使气体分子电离，形成导电通道。 随着导电通道数量的增加，气体间隙的击穿最终会发生。
论支持和技术指导。
谢谢
THANKS
04 气体间隙击穿的未来研究方向
CHAPTER
高压气体间隙的击穿特性研究
总结词
高压气体间隙的击穿特性研究是当前研究的 热点之一，对于理解气体间隙的击穿机制和 优化高压设备的设计具有重要意义。
详细描述
随着电力和能源领域的发展，高压气体间隙 的应用越来越广泛，如高压电容器、气体绝 缘开关等。然而，高压气体间隙的击穿特性 研究仍存在许多挑战，如高电场强度下的电 子崩塌机制、气体分子与电极表面的相互作 用等。未来的研究需要深入探讨这些机制，
气体间隙 气体间隙击穿强度概述 • 气体间隙击穿的理论模型 • 气体间隙的实际应用 • 气体间隙击穿的未来研究方向
01 气体间隙击穿强度概述
CHAPTER
定义与特性
定义
气体间隙的击穿强度是指气体在电场 作用下，从绝缘状态转变为导电状态 所需的最低电场强度。
特性
气体间隙的击穿强度与气体的种类、 压力、温度、电场均匀程度以及气体 中的杂质和水分等因素有关。
影响因素
气体压力
气体压力越高，击穿强度越大。
电场均匀度
电场越均匀，击穿强度越高。
气体种类
不同气体的击穿强度存在差异， 如空气、氮气、氦气等，其击 穿强度依次递增。
高电压 技术 提高气体间隙击穿电压的措施

高电压 技术 提高气体间隙击穿电压的措施


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（三）影响击穿场强的其它因素
气体绝缘电气设备的设计场强值远低于理论击 穿场强，这是因为有许多影响因素会使它的击穿场 强下降。此处仅介绍其中两种主要影响因素，即电 极表面缺陷和导电微粒。
1.电极表面缺陷
图2—19表示电极 表面粗糙度Ra对SF6，气 体电气强度Eb的影响。
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在工程应用中，通常pd<1MPa• mm，所以上式可近 似地写成：
Ub 88.5pd (kV)
在均匀电场中SF6气体的击穿也遵循巴申定律。它
在0.1MPa(1atm)下的击穿场强
Eb
Ub d
88.5k V/cm，
几乎是空气的3倍。
前面已经提到，在气体绝缘电气设备中最常见 的是稍不均匀电场气隙，例如同轴圆筒间的气隙。
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目前高真空仅在 真空断路器中得到实 际应用，真空不但绝 缘性能较好，而且还 具有很强的灭弧能力， 所以用于配电网中的 真空断路器还是很合 适的。
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六、采用高电气强度气体
有一些含卤族元素的强电负性气体电气强度特 别高，因而可称之为高电气强度气体。采用这些气 体来替换空气，可以大大提高气隙的击穿电压，甚 至在空气中混入一部分这样的气体也能显著提高其 电气强度。
如图，虽然这时屏障与另一 电极之间的空间电场强度反而增 大了，但其电场形状变得更象两 块平板电极之间的均匀电场，所 以整个气隙的电气强度得到了提 高。
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有屏障气隙的击穿 电压与该屏障的安装位 置有很大的关系。以 “棒一板”气隙为例， 最有利的屏障位置在 x=(1/5～1/6)d处，这 时该气隙的电气强度在 正极性直流时约可增加 为2～3倍。
提高气体间隙击穿电压的措施

提高气体间隙击穿电压的措施

提高气体间隙击穿电压的措施盼望间隙的绝缘距离尽可能短——雷提高间隙击穿电压两种途径改进电极外形①改善电场分布利用气体放电本身的空间电荷畸变电场尽量匀称②减弱气体中的电离过程一、电极外形的改进——电场分布匀称，平均击穿场强高（1）增大电极曲率半径，减小表面场强。

图2-25（2）改善电极边缘——弧形，消退边缘效应（3）使电极具有最佳形状。

原则：调整电场，降低局部过高场强，提高间隙击穿电压（电气强度）二、空间电荷的利用极不匀称电场，击穿前发生电晕现象——利用放电自身产生的空间电荷改善电场分布例图2-26导线直径小反而击穿电压高，导线直径大，击穿电压与尖-板近——细线效应。

解释：导线直径很小时，导线四周易形成匀称电晕流，电压电晕流，电晕放电形成的空间电荷使电场分布转变，电晕流匀称，电场分布改善，从而提高了击穿电压。

导线直径大，表面不光滑，存在电场局部强的地方，——电离局部强，另外强场巨大，电离进展剧烈，加强前方电场，减弱了四周四周的电场（类似金属尖端）——电晕易转入刷状放电，击穿电压与尖-板击穿的电压相近。

试验：雷电冲击电压下无细线效应——电压作用时间短，来不及形成空间电荷层。

利用空间电荷（匀称电晕）提高间隙击穿电压——持续电压。

三、极不匀称场中屏障的采纳放入薄片固体绝缘材料，显著提高间隙击穿电压——屏障与电压种类相关：① 尖电极正极性，屏障显著提高间隙击穿电压，图2-28无屏障，尖电极四周正离子形成集中的正空间电荷，促进电离进展击穿电压低。

设置屏障后，正离子积聚并在表面匀称分布，屏障前方形成匀称电场，改善电场分布，提高击穿电压——效果与位置有关。

② 尖电极负极性屏障靠最近板极，反面降低了击穿电压③ 工频电压下设置屏障击穿曲线——显著提高击穿电压④ 雷电冲击电压下⑤ 匀称、稍不匀称电场，屏障不能提高间隙击穿电压四、固体绝缘掩盖层稍不匀称电场，离场强电极表面掩盖固体低绝缘层，提高击穿电压显著，有待进一步得入五、高气压的采纳大气压下空气电气强度30kV/cm，不高其他方法——减弱气体电离过程，如内绝缘有条件下，提高气压，削减电子平均行程，减弱电离。

高电压技术模拟试题及参考答案

高电压技术模拟试题及参考答案

高电压技术模拟试题及参考答案一、判断题（共100题，每题1分，共100分）1.杂质含量增大（介质的含水量），液体电导和固体体积电导明显减小。

(A、正确B、错误正确答案：B2.油纸绝缘在直流电压下的击穿电压比工频电压(幅值)高。

()A、正确B、错误正确答案：A3.球隙中的电场在任何条件下都为稍不均匀电场。

( )A、正确B、错误正确答案：B4.感应雷过电压，它的形成机理与直接雷击过电压完全相同。

()A、正确B、错误正确答案：B5.固体电介质不均匀电场的击穿电压高于均匀电场的击穿电压。

( )A、正确B、错误正确答案：B6.当电介质发生极化化后，其内部电荷是正电荷数大于负电荷数。

A、正确B、错误正确答案：B7.当有机绝缘材料由中性分子构成时，不存在偶极子极化，这类材料主要是电导损耗，Tanδ小。

（）A、正确B、错误正确答案：A8.感应过电压会对35kV线路的绝缘造成危害主要表现为形成电晕放电现象。

( )A、正确B、错误正确答案：B9.产生切除空载变压器过电压的根本原因是断路器的多次重燃和熄弧。

（）A、正确B、错误正确答案：B10.不论在均匀电场中还是不均匀电场中，随着温度的上升，冲击击穿电压均单调地稍有下降。

( )A、正确B、错误正确答案：A11.接地装置的冲击接地电阻与工频接地电阻两者大小无法确定。

(A、正确B、错误正确答案：B12.波阻抗不是储能元件。

( )A、正确B、错误13.直流电压下的污闪电压最低。

( )A、正确B、错误正确答案：A14.不均匀介质的绝缘结构中，极化过程较缓慢需消耗能量的的极化为夹层式极化。

〔）A、正确B、错误正确答案：A15.输电线路的防雷措施中，对同塔双回供电需要采用平衡绝缘方式。

()A、正确B、错误正确答案：B16.气隙的伏秒特性主要用于比较不同设备绝缘的稳态击穿特性。

( )A、正确B、错误正确答案：B17.经耐受105℃的液体介质浸渍过的纸、纸板、棉纱等属于B级绝缘材料。

高电压 气体间隙的击穿强度(2).

高电压工程基础3 气体间隙的击穿强度虽然用气体放电理论可以解释气体击穿的试验现象和规律，但理论还不完善，不能对击穿电压进行精确的计算。

实际工程上一般通过参考一些典型电极的击穿电压来选择绝缘距离；或根据实际电极的位置，通过试验来确定击穿电压。

空气间隙的放电与外施电压的形式电场的情况？电极形状大气环境有关高电压工程基础3.3 操作冲击电压下的击穿操作过电压由电力系统在操作或故障时，因系统状态突然变化引起的持续时间较长、幅值高于系统相电压几倍（最高可达3～3.5倍）的冲击电压。

330kV以下设备，用工频耐压试验来考核绝缘可承受的操作冲击的能力；330kV及以上设备，需进行操作冲击试验。

－－长间隙操作冲击。

在均匀电场和稍不均匀电场中，气隙的50％（雷电和操作）与工频击穿电压（峰值）几乎相同。

3.5 SF6气体间隙的击穿SF6是理想的气体绝缘介质和灭弧介质，在均匀电场中SF6气体的绝缘强度约为空气的2.5倍，其灭弧能力是空气的100以上。

SF6气体的液化温度较低，一般可满足工程实际的应用，如0.75MPa （7个大气压，作为断路器的绝缘）的液化温度是－25℃，0.45MPa （4个大气压，作为GIS绝缘）的液化温度不高于－40℃。

SF6气体的应用可大大降低设备尺寸，与空气介质相比，500kV的GIS是敞开式的1/50。

SF6气体广泛应用于高压断路器、GIS、充气管道电缆，充SF6气体的变压器和开关柜也在发展中。

只有在均匀电场和稍不均匀电场，SF6气体才能发挥其优异的绝缘性能，因而一般应用SF6气体做绝缘时，应尽量保证其电场的均匀性。

此外，SF6气体中水含量的增加，将会大大降低其绝缘性能，因而使用中应定期检测其微水含量。

SF6气体价格高，温室效应相当于CO2的23900倍，且SF6气体不会自然分解，在大气中寿命长达3200年。

一般工程中多采用N2-SF6混合气体。

3.6 提高气隙击穿电压的措施提高气隙击穿电压一般有两种途径：改善电场分布，使之均匀化；设法削弱或抑制气体介质中的电离过程。

高电压 气体间隙的击穿强度(2)


可将测得的放电电压值U换算到标准大气条件的电压值Us：
U
=
Kd Kh
Us
空气密度校正系数 湿度校正因素
Kd
= ⎜⎜⎝⎛
P Ps
⎟⎟⎠⎞
m
⎜⎛ ⎝
273 + ts 273 + t
⎟⎞n ⎠
Kh = K w
¾ 海拔H的影响
其中m、n、w及k的取值取决于电 压的形式、极性和放电距离。
U
=
K AU s
=
1.1 −
但应该指出，上述细线效应只存在于一定的间隙距离 范围之内，间隙距离超过一定值，细线也将产生刷状放 电，从而破坏比较均匀的电晕层，使击穿电压与尖－板或 尖－尖间隙的相近了。另外，此种提高击穿电压的方法仅 在持续作用电压下才有效，在雷电冲击电压下并不适用。
（3）极不均匀电场中屏障的使用 有屏障正棒击穿电压提高3～4倍；
Ub＝24.22δ d＋6.08 δ d (kV )
Ub = f ( pd )
高电压工程基础
3.1.2 稍不均匀电场中的击穿
（1）测量球隙 （可测量交、直流电压、及冲击高电压）
a. d<D/4时，电场均 匀，直流、交流和 冲击击穿电压相 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；
有关
大气环境
3.1 稳态电压下的击穿 3.2 雷电冲击电压下的击穿 3.3 操作冲击电压下的击穿 3.4 大气密度和湿度对击穿的影响 3.5 SF6气体间隙的击穿 3.6 提高气体间隙击穿电压的措施
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3.1 稳态电压（直流、工频）下的击穿
3.1.1 均匀电场中的击穿 板－板电极尺寸 eg：高压静电电压表的电极布置 远大于间隙距离

【高电压技术】第6讲 气隙的击穿特性


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，大地对电场的畸变 作用使间隙电场分布不对称 ，Ub有极性效应
电场最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
二、持续作用电压下空气的击穿电压
Tl＝1.2 s（ 30%） T2＝50 s（ 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
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 。 ◆ U50%与静态击穿电压的比值称为冲击系 数β，β＝1 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
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 5. 电极形状对间隙的击穿电压也有很大影响
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50 200 s之间
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
原理是屏障积聚空间电 荷，改善电场分布
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稍不均匀电场中SF6气体的冲击系数很小，雷电波时冲击系数约 为1.25，操作波时约为1.051.11。所以GIS等气体绝缘设备的绝缘尺 寸是由雷电冲击试验电压决定的。
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稍不均匀电场中的极性效应。 一般情况下负极性击穿电压比 正极性低10％左右。 GIS或充气管道电缆的转角处的 电极结构与同心球的情况相近 ，这种情况下的击穿强度可参
球-板间隙中SF6气体击穿电压与气压的关系 考球-板间隙击穿的数据。 实线为正极性，虚线为负极性 1-d=20mm，2-d=15mm，3-d=10mm，4-d=7.5mm， 5-d=5mm，6-d=3mm，7-d=2mm，8-d=1mm，
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3.5.2 极不均匀电场中的击穿
SF6气体在极不均匀电场中击穿有两个异常现象。 一是：在极不均匀电场中，随气压升高击穿
SF6气体的化学稳定性很好，因此已广泛用于高压断路、GIS、充气管 道电缆等，近年来气体绝缘的电力变压器和充SF6气体的开关柜也发展很 快。
与空气绝缘相比， SF6气体绝缘可使电气设备减小占地面积和体积， 例如500kV GIS的体积只有敞开式配电装置的1/50左右。另一方面，SF6气 体绝缘与变压器油相比则具有防火、防爆的优点。
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快速暂态过电压下发生的绝缘事故，曾使人们认为SF6气体在 VFTO波形下绝缘强度可能特别低，但研究表明事实并非如此。
目前对幅值并不高的VFTO作用下的事故有两种解释：
一种观点认为，当操作隔离开关引起触头间发生放电时，由于击 穿通道具有分枝，使放电通道与外壳间电场分布发生畸变，因而在 随后出现的过电压作用下引起触头间击穿通道与外壳之间发生击穿。 另一种观点认为，VFTO引起击穿是因为电极表面有缺陷的缘故。 当电极表面完好时，GIS具有典型的稍不均匀电场间隙的伏-秒特 性，即冲击波的波前越陡或波前时间越短，则击穿电压越高，且负 极性的击穿电压略低于正极性时，当电极表面有针状突起物时，电 场分布已变为极不均匀，因而出现异常击穿现象。 即冲击波的波前时间越短，电晕稳定化作用越差，因而击穿电压 越低，所以在VFTO作用下有可能发生击穿事故。在有针状突起物时， 击穿的极性效应与电极完好时相反，正极性的击穿电压比负极性时 低得多。
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小 结
1 电场的不均匀程度对SF6电气强度的影响远比对空气的大. 2 极不均匀场中SF6气体击穿的两个异常现象。 3 影响SF6气体击穿场强的因素：电极表面的缺陷、导电微粒、 固体介质。 4 快速暂态过电压的击穿。
这一气压<空气中偏离巴申曲线的气压。
平行板电极中SF6气体击穿时 E/p值与pd值关系
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对于每一间隙距离d，击穿电压先随 pd值按巴申曲线增大，但当p增大至约
0.2MPa时就开始偏离巴申曲线。间隙d越
大，则偏离巴申曲线的pd值越大。 偏离巴申曲线的现象与电极表面状
态有关，如电极表面粗糙度极小且气体极
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3.5.1 均匀和稍不均匀电场中的击穿
强电负性气体在均匀电场中的自持放电条件为(-)d=K。研究表明， SF6气体的K=10.5，且其(-)可用下式表示:
(-)/p =c[E/p- (E/p)0] 式中c=28(kV)-1;(E/p)0=88.5kV/(mm Pa)
击穿电压Ub的表达式为：
《高电压工程基础》
华南理工大学电力学院 郝艳捧
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3.5 SF6气体间隙的击穿
3.5.1 3.5.2 3.5.3 3.5.4 均匀和稍不均匀电场中的击穿 极不均匀电场中的击穿 影响击穿场强的因素 快速暂态过电压下的击穿
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概述
SF6是理想的气体绝缘介质和灭弧介质，在均匀电场中SF6气体的绝缘 强度约为空气的2.5倍，其灭弧能力则为空气的100倍。 SF6的液化温度较低，可以满足工程应用条件，例如充气压力为 0.75Mpa时液化温度不高于-25，充气压力为0.45MPa时液化温度不高于40。
Ub= (E/ p)0pd+K/c 工程应用中pd>1MPa mm，此时可写为; Ub= (E/ p)0pd=88.5pd
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SF6气压不高时，其击穿服从巴申定律。
当pd不是太小时，Eb/p=(E/p)0=88.5 kV/(mm Pa)。 当pd很小时， Eb/p>(E/p)0 SF6气体，一般当p>0.2MPa时，出现击 穿偏离巴申曲线的现象，
为洁净，则偏离巴申曲线的气压要高。
SF6气体在气压较高时 偏离巴申曲线的情况
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SF6设备中经常遇到的是稍不均匀电场间隙，如同轴圆柱电极。
同轴圆柱电极中SF6气体的击穿场强与气压的关系曲线
在工程应用的情况下， SF6气体的击穿场强与气压p不成正比关 系，即击穿场强的增大比气压增加的程度要小一些。
电压并不总是增大，出现驼峰。
驼峰曲线在压缩空气中也会出现，但
空气中一般在1MPa左右，而SF6气体则出现 在0.1~0.2Mpa的范围，在气体绝缘设备正常
工作气压范围内，需要特别注意。
棒端曲率半径越小，即电场越不均匀 时，驼峰现象越明显。
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二是：在出现击穿驼峰的气 压范围内，雷电冲击击穿电
压明显低于稳态击穿电压。
雷电过电压冲击系数可低到 0.6左右，这种异常击穿现象 在空气中未见过有报道。
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极不均匀电场间隙中SF6气体击穿出现异常现象的原因是很复杂的，已 有的研究结果只能说明异常现象与间隙中空间电荷的运动有关。
出现击穿驼峰前，尖电极处的电晕具有辉光放电形式；这种情况下电晕 空间电荷对尖电极有很好的屏蔽作用。 当气压升高到击穿驼峰区，实验观察到除稳定电晕外还有一些明亮的线 状放电。这种线状放电形式与长间隙放电时记录到的相似，因而被称为先导 放电。驼峰区由于稳定电晕和先导放电同时存在，因此电晕仍对击穿起一定 稳定化作用。 气压进一步升高时，空间电荷不易扩散到最佳位置，因此对尖电极的屏 蔽作用大大削弱。如外施电压是雷电冲击波，则由于电晕空间电荷来不及移 动到稳态电压作用时的位置，因而电晕对击穿的稳定化作用很弱，在驼峰区 气压范围内冲击击穿电压几乎完全由先导放电所决定，所以冲击击穿电压明 显低于稳态击穿电压。
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面积效应：除表面粗糙度外， 电极表面还有其他零星的随机 缺陷，这类缺陷出现的概率与 电极表面积有关，电极表面积 越大，击穿场强越低。
电极表面越光滑和气压越高，面积效应越显著。
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2.导电微粒的影响
固定导电微粒和自由导电微粒 固定导电微粒与电极表面缺陷的影响相似。线状微粒-稍不均匀电场极不均匀电场。 法拉第笼-消除自由微粒 “老练”-固定微粒
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3.5.3 影响击穿场强的因素
（1）电极表面缺陷的影响
（2）导电微粒的影响
（3）固体介质的影响
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1.电极表面缺陷的影响
与间隙宏观的电场不均匀程度有
关。也与电极表面缺陷引起的微 观电场不均匀度十分敏感。
电极表面粗糙度系数：实际击穿
场强与理论击穿场强的比值。
电极表面粗糙度系数 与电极表面粗糙度R的关系
3.固体介质的影响
沿面放电。
线状自由导电微粒 击穿电压与气压的关系
ห้องสมุดไป่ตู้
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3.5.4 快速暂态过电压下的击穿
GIS中开关操作会产生快速暂态过电压（VFTO）可能导致GIS和临近 设备的绝缘事故。VFTO有以下特点： （1）波前很陡，其上升时间常在5-20ns范围。这一特点是由于SF6 气体击穿特性决定的，因为压缩的强电负性气体的击穿场强很高， 所以击穿瞬间气体间隙由绝缘状态向导通状态的跃迁时间极短， 形成极陡的波前。 （2）由高频电压分量，这是因为GIS的尺寸较常规的敞开式配电装 置小得多，因而过电压行波在GIS中折、反射所需的时间很短， 一般情况下振荡频率在0.1-10MHz范围内。 （3）幅值通常并不高，其值与开关触头间电弧重燃特性有关，也与 被开断母线上残余电荷产生的电压值有关。现场实测和模拟试验 表明，其幅值很少超过最大相电压的2倍。