第二章 气体击穿的理论分析和空气间隙绝缘
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非持续作用电压雷电冲击过电压、操作冲击过电压持续时间极短(以微秒计),放电发展速度不能忽略不计。
间隙的击穿电压与作用电压的波形(即作用时间)有很大关系用伏秒特性来表达气隙的击穿特性伏秒特性以斜角波电压为例说明考虑放电时延的必要性在间隙上缓慢地施加电压,达到静态击穿电压U 0后,间隙中开始发展起击穿过程。
但击穿需一定时间∆τ= t l ,在此时间内电压上升击穿完成时间隙上的电压应为U 0+∆Utu U ∆∆⋅∆=∆/τ例如某间隙的静态击穿电压为50kV ,放电时延为如果电压上升的平均陡度为,与50kV 相比,可以忽略电压上升的平均陡度:,与50kV 相比,不能忽略V/S 10s )105/(V 1050733=××−V/S 10s )105/(V 10501063=××−S 106−=∆τV 10107=∆×=∆τU KV 101010=∆×=∆τU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伏秒特性的应用S2对S1起保护作用在高幅值冲击电压作用下,S2不起保护作用气隙击穿电压的概率分布无论何种作用电压,气隙的击穿电压都有分散性,但分散程度不同接近正态分布:用50%击穿电压U和相对标50准偏差σ来表示,表3-2-1耐受电压:工程中将对应于(99%以上)的电压最为耐受电压U50(1-3σ)——击穿几率99.86%球—球间隙极性效应:当d>D/4,大地对电场的畸变作用使间隙电场分布不对称: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电场均匀程度影响:同一间隙距离下,球电极直径越大,击穿电压也越高照射效应:增大气隙中出现有效电子的概率,减小击穿电压的分散性直流电压下的击穿电压¾极性效应:棒—棒电极间的击穿电压介于极性不同的棒—板电极之间¾击穿电压与间隙距离接近正比,平均击穿场强:正棒—负板:4.5kV/cm负棒—正板:l0kV/cm棒—棒:4.8~5.0kV/cm工频电压下的击穿电压¾击穿在棒的极性为正、电压达到幅值时发生¾间隙距离小于2.5cm,击穿电压和距离近似直线关系¾平均击穿场强(幅值):棒—棒间隙为5.36kV/cm,棒—板间隙为4.8kV/cm¾“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/cmd=l0m,2 kV/cm¾在图所示范围内击穿电压和间隙距离呈直线关系¾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操作冲击电压下空气的击穿电压极不均匀电场中的操作冲击50%击穿有许多特点¾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¾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¾“饱和”现象:和工频电压下类似,棒—板间隙更严重¾分散性大:波前时间在数十到数百微秒之间,U50的标准偏差约为5%;波前时间超过1000µs以后,可达8%¾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”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对应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,在50∼200µs之间1、改进电极形状以改善电场分布 增大电极曲率半径减小表面场强。
2019年高电压绝缘复习一.题型1填空(30空30分)2简答(7题70分)二.题库第二章:气体击穿理论分析和气体间隙绝缘1.气体放电的五种形式及其特点:辉光放电:电弧放电:火花放电:电晕放电:刷状放电:注意:电晕放电、刷状放电时气隙未击穿,而辉光放电、火花放电、电弧放电均指击穿后的放电现象,且随条件不同,这些放电现象可相互转换。
2.质点产生四种形式:(1)气体分子本身发生电离①光电离:光辐射引起的气体分子的电离过程。
外光源(紫外线照射)/激励态原子回到基态/正负离子的复合。
②碰撞电离:由于质点碰撞所引起的电离过程。
(主要是电子碰撞电离)。
是气体中产生带电粒子的最重要的方式。
分级电离时能量小于上式。
分析气体放电发展过程时,往往只考虑电子所引起的碰撞电离。
③热电离:因气体热状态引起的电离过程。
热电离实质上是热状态下碰撞电离和光电离的综合。
(2)气体中的固体或液体金属发生表面电离④表面电离:金属表面电离比气体空间电离更易发生。
阴极表面电离在气体放电过程中起着相当重要的作用。
电极表面电离按外加能量形式的不同,可分为四种形式:①正离子撞击阴极表面②光电子发射(光电效应)③热电子发射④强场发射(冷发射)3.质点消失三种形式:①电场作用定向移动消失于电极形成电流。
②扩散:在热运动的过程中,粒子从浓度较大的区域运动到浓度较小的区域,从而使每种粒子的浓度分布均匀化的物理过程。
特点:气压越低,温度越高,扩散进行的越快。
电子的热运动速度大、自由行程长度大,其扩散速度也要比离子快得多。
③带电粒子的复合,气体中带异号电荷的粒子相遇而发生电荷的传递与中和,还原为分子的过程。
带电粒子的复合过程中会发生光辐射,这种光辐射在一定条件下又成为导致电离的因素参与复合的粒子的相对速度越大,复合概率越小。
通常放电过程中离子间的复合更为重要带电粒子浓度越大,复合速度越大,强烈的电离区也是强烈的复合区。
4.汤逊放电:特点:电子的碰撞电离(α过程)和正离子(γ过程)撞击阴极造成的表面电离起主要作用。