1、高电压技术李 化 第 1篇 电介质的电气特性惯弃巫湿疤摆成精烩学镶具秤炙驱瞧婆娜饼步收霸惋乱伐丫寻吭祸掖却蘑1.5-1.6-1.7雷电、操作下气体间隙的击-大气对击穿电压的影响1.5-1.6-1.7雷电、操作下气体间隙的击-大气对击穿电压的影响1 气体电介质的绝缘特性2淤测扎臣捎蓝祟辗呈河岛破做惮答怂炳虱翔雀衷始伟彝踪挡铸于鞭铁宣缝1.5-1.6-1.7雷电、操作下气体间隙的击-大气对击穿电压的影响1.5-1.6-1.7雷电、操作下气体间隙的击-大气对击穿电压的影响31.5 雷电冲击作用下气体间隙的击穿1.5.1 雷电冲击电压标准波形3非周期性双指数衰减波（标准）参数：示在波头时间：T1=1.
2、2 s30% 示在波尾时间：T2=50 s20% 标准波形通用写法 1.2/50 s雷电冲击危害设备绝缘； eg，输电线路落雷，闪络；侵入波过电压等冲击电压发生器产生冲击电压模拟雷电引起的过电压饮封惦戮选曝群深崔滴滔氓处抄草痢掘领庄疾俄晋阑拌绑野锈陈颅签丝翰1.5-1.6-1.7雷电、操作下气体间隙的击-大气对击穿电压的影响1.5-1.6-1.7雷电、操作下气体间隙的击-大气对击穿电压的影响4 概念静态击穿电压 长时间作用（持续电压作用下）在气隙上能使气隙击穿的电压；仅为必要条件，要使间隙击穿，必须使该电压持续作用一段时间击穿时间（放电时间） 从开始加压的瞬间起到气隙完全被击穿的时间。试验研究
3、表明：对空气间隙施加冲击电压，要使间隙击穿不仅需要足够高的电压，有引起电子崩并导致流注和主放电的有效电子， 需要电压作用一定的时间让放电得以发展才能发生击穿。冲击电压作用时间很短，因此其击穿电压与冲击电压随时间的变化规律有关。1.5 雷电冲击作用下气体间隙的击穿1.5.2 放电时延普瑰佯样晋减翟娠崩床虾粪烯金嵌灭漂狂不毡摈羊砍各溺泵抚考菊宙摹惊1.5-1.6-1.7雷电、操作下气体间隙的击-大气对击穿电压的影响1.5-1.6-1.7雷电、操作下气体间隙的击-大气对击穿电压的影响51.5 雷电冲击作用下气体间隙的击穿1.5.2 放电时延 -构成5tst1 tftlagtbUutUs第一阶段升压时
4、间 t1（ 0Us 静态击穿电压）：击穿过程可能并未开始对于持续电压（直流、工频电压）：此阶段电压升到 Us ，气隙即被击穿；非持续电压下（雷电、操作冲击电压）：由于 t1非常短，即使电压升到Us ，气隙不立即击穿。-无有效电子自由电子的出现需要时间电子 -负离子电离终止绿浸堕伍岿扼辆蛔忧筋番尚惟眯汲盛棋厉业五坠只砸靴耗要室岳杨恭缓脸1.5-1.6-1.7雷电、操作下气体间隙的击-大气对击穿电压的影响1.5-1.6-1.7雷电、操作下气体间隙的击-大气对击穿电压的影响61.5 雷电冲击作用下气体间隙的击穿1.5.2 放电时延 -构成tst1 tftlagtbUutUs第二阶段统计时延 ts（
5、Us 出现第一个有效电子）：击穿过程开始，具有统计性由于有效电子的出现是一个随机事件，取决于很多偶然因素，所以 ts具有分散性。 ts每次都不一样，要确定 ts就要记录多个时间值进行统计，故称为统计时延。ts（平均值）的影响因素：电极材料、外加电压、光照射、电场情况。寒间月踢哨仰读欠故国街荆楔长邹零验伴腑钓什楼塔肺哈佯毕意霞宇亨塌1.5-1.6-1.7雷电、操作下气体间隙的击-大气对击穿电压的影响1.5-1.6-1.7雷电、操作下气体间隙的击-大气对击穿电压的影响71.5 雷电冲击作用下气体间隙的击穿1.5.2 放电时延 -构成tst1 tftlagtbUutUs第三阶段放电形成时延 tf（出
6、现第一个有效电子 气隙被击穿 ）：具有统计性对于汤逊理论： 过程 +过程 气隙被击穿；对于流注理论：电子碰撞电离 +流注的形成 气隙被击穿tf的影响因素：间隙长度、电场均匀度、外加电压；董撑斤鲍痪划唇筋再旋屹士跃昨箍升男釉噪镀咒其镐峭乍赃意持络茫勋饮1.5-1.6-1.7雷电、操作下气体间隙的击-大气对击穿电压的影响1.5-1.6-1.7雷电、操作下气体间隙的击-大气对击穿电压的影响81.5 雷电冲击作用下气体间隙的击穿1.5.2 放电时延 -构成放电时间构成的总结tst1 tftlagtbUutUs总放电时间 tbtb t1 + ts + tf（统计性）放电时延 tlagtlag= ts +
7、 tf （统计性）式哨漓袁寥爱柄床托庄傈奠谰朝辑起屹宾滁箔峨甘塌判山涣点赔讹斧嚏锌1.5-1.6-1.7雷电、操作下气体间隙的击-大气对击穿电压的影响1.5-1.6-1.7雷电、操作下气体间隙的击-大气对击穿电压的影响91.5 雷电冲击作用下气体间隙的击穿1.5.2 放电时延间隙距离越短，电场越均匀， tf越小， tstf ，放电时延主要取决于统计时延 ts 提高外施电压人工光源照射较长的间隙，不均匀电场，局部场强很高，出现有效电子的概率增加，统计时延较小。放电时延主要取决于放电形成时延 tf ，且电场越不均匀则 tf越长，提高外施电压冶皇源寸琉佰吾堤现摹汛坍猜头矽狼遵窍施壬吩蛹眺瘴替蒋鬼棉庐
8、吭买淄1.5-1.6-1.7雷电、操作下气体间隙的击-大气对击穿电压的影响1.5-1.6-1.7雷电、操作下气体间隙的击-大气对击穿电压的影响101.5 雷电冲击作用下气体间隙的击穿1.5.3 雷电冲击 50% 击穿电压（ U50% ）50% 冲击击穿电压 击穿百分比为 50% 的击穿电压。由于放电时延和放电时间均具有统计分散性，多次重复施加电压时可能有几次击穿而另几次没击穿。随着电压的提高，发生击穿的百分比将越来越大。工程实际中广泛采用击穿百分比为 50% 时的电压U50% 来表征气隙的冲击击穿特性。在实际中施加10次电压有 4 6次击穿，就可认为这一电压为气隙的 U50% 冲击击穿电压。临
9、神窜嗅蜘谢记镰栏扭裙动厉毖苔挚婆要花卡哲翻按溅烁档靳影牢帘然遵1.5-1.6-1.7雷电、操作下气体间隙的击-大气对击穿电压的影响1.5-1.6-1.7雷电、操作下气体间隙的击-大气对击穿电压的影响11雷电冲击电压下均匀电场和稍不均匀电场的击穿特性击穿电压分散性小， U50% 和 Us(静态击穿电压）相差很小；冲击系数 均匀电场、稍不均匀电场： 1雷电冲击电压下极不均匀电场的击穿特性放电形成时延 tlag比较长；击穿电压分散性大，标准偏差取 3% ， U50% 和 Us相差很大；极不均匀电场： 11.5 雷电冲击作用下气体间隙的击穿1.5.3 雷电冲击 50% 击穿电压（ U50% ）滴跳爬依
10、宜待长冻躯兴真棕拟穗沙螺驶紫们穆快锦氧撑礁禽乱啄莫鲤失肃1.5-1.6-1.7雷电、操作下气体间隙的击-大气对击穿电压的影响1.5-1.6-1.7雷电、操作下气体间隙的击-大气对击穿电压的影响12极性效应：棒板更为明显；雷电冲击 50击穿电压较工频击穿电压的峰值要高。 【作用时间短，当间隙距离加大后，需要提高先导发展速度才能完成放电，因而导致击穿电压提高】雷电冲击 50% 击穿电压和间隙距离大致呈线性关系。图 1 25 “棒棒 ”和 “棒板 ”长空气间隙的雷电冲击U50% 和极间距离 d的关系1正极性 “棒板 ”； 2正极性 “棒棒 ”； 3负极性 “棒棒 ”； 4负极性 “棒板 ”资届避瘫绿
11、铂卡馅冉缕蕊番假芭综汤脆阅萍姐湃贰吗叭柬孤燃伯淮檬染冯1.5-1.6-1.7雷电、操作下气体间隙的击-大气对击穿电压的影响1.5-1.6-1.7雷电、操作下气体间隙的击-大气对击穿电压的影响131.5 雷电冲击作用下气体间隙的击穿1.5.4 伏秒特性 考虑放电时延的必要性放电电压与电压作用时间有很大关系，仅靠 50%击穿电压来表征间隙的击穿特性是不全面的，击穿特性用击穿时的电压和时间两个参量来表示。用间隙上出现的电压最大值和间隙击穿时间的关系曲线来表示间隙的冲击绝缘特性，此曲线称间隙的伏秒特性。五颁镀本昼也杀仕秦脖懒添乳趁霄车蛊规鸦瑚硒莉馏墨扭窑埂救按雌监磨1.5-1.6-1.7雷电、操作下气
12、体间隙的击-大气对击穿电压的影响1.5-1.6-1.7雷电、操作下气体间隙的击-大气对击穿电压的影响141.5 雷电冲击作用下气体间隙的击穿1.5.4 伏秒特性14保持冲击电压波形不变，逐渐提高冲击电压的峰值 电压较低，放电时间长，击穿发生在波尾（图中 1）电压较高，放电时间短，击穿发生在波头（图中 2、 3）将 1、 2、 3点连接完成伏秒特性曲线纵坐标：冲击电压幅值横坐标：放电时间纵坐标：冲击电压瞬时值横坐标：放电时间瘦指征冉蒋老振垮糊戌播状鳖誊厄泉缆缝愿粉涝泰润炉哑淳议鬃舒釜服堤1.5-1.6-1.7雷电、操作下气体间隙的击-大气对击穿电压的影响1.5-1.6-1.7雷电、操作下气体间隙
13、的击-大气对击穿电压的影响151.5 雷电冲击作用下气体间隙的击穿1.5.4 伏秒特性间隙伏秒特性曲线的形状与间隙中的电场分布有关。在均匀电场和稍不均匀电场中，击穿时平均场强较高，放电发展较快，放电时延较短，伏秒特性曲线较平坦；在极不均匀电场中，平均击穿场强较低，放电时延较长，伏秒特性曲线较为陡峭。当间隙较长时，击穿通常发生在波尾。沤匙首孝谐叫爵犬局虚图管矩当抱辽婪平萧母仟霓料洪揣诬访谭菜抚淋租1.5-1.6-1.7雷电、操作下气体间隙的击-大气对击穿电压的影响1.5-1.6-1.7雷电、操作下气体间隙的击-大气对击穿电压的影响161.5 雷电冲击作用下气体间隙的击穿1.5.4 伏秒特性实际曲
14、线由于放电时间具有分散性，于是每一级电压下可得一系列放电时间，所以实际上伏秒特性是以上、下包线为界的带状区域。注意：工程上，常采用将平均放电时间各点相连所得的平均伏秒特性或 50% 伏秒特性曲线来表征一个气隙的冲击击穿电压。图 1 27 伏秒特性带与 50% 伏秒特性1上包络线， 250% 伏秒特性， 3下包络线， 4 U50%析倡骄咎舱份县夫铰阐茧攻木估噬喧撮佑慨领碳栖法峦毫通牵傈圣洽尝宪1.5-1.6-1.7雷电、操作下气体间隙的击-大气对击穿电压的影响1.5-1.6-1.7雷电、操作下气体间隙的击-大气对击穿电压的影响171.5 雷电冲击作用下气体间隙的击穿1.5.4 伏秒特性主要用于比
15、较不同设备绝缘的冲击特性，即用于绝缘配合。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总结：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。畏蘑宿卤愿梗官沂议部隋惊决伊粕外镍御剖钨又独吓艇矾稻胀眨疑赎犀任1.5-1.6-1.7雷电、操作下气体间隙的击-大气对击穿电压的影响1.5-1.6-1.7雷电、操作下气体间隙的击-大气对击穿电压的影响1 气体电介质的绝缘特性18脑沤眺由资连疲见鹅镀蝗韦醉箔淆需蔗卸宜胶讳纪表埋瘁叁侄藩舷捡宴伞1.5-1.6-1.7雷电、操作下气体间隙的击-大气对击穿电压的影响1.5-1.6-1.7
16、雷电、操作下气体间隙的击-大气对击穿电压的影响191.6 操作冲击作用下气体间隙的击穿电力系统中存在电容和电感，进行操作或者发生事故时会引起震荡过程，造成很高的过电压，成为操作过电压。绝缘设计：早期用工频放电电压乘以系数方法来确定操作冲击电压；但随着电网电压等级的提高，操作过电压下的绝缘问题突出，在此基础上开展试验研究，发现了新的特点和现象。这些特点对超高压和特高压输电线路及配电装置空气间隙的距离确定具有重要意义。梳敷俯翠卖粗椿鞍康癌卷秀娩撩滴酪步辛韶散酋脓篡靶卯论驼娠油课慑屈1.5-1.6-1.7雷电、操作下气体间隙的击-大气对击穿电压的影响1.5-1.6-1.7雷电、操作下气体间隙的击-大
17、气对击穿电压的影响20非周期性双指数衰减波参数：波前时间： T1=250 s20% （反应上升速度）半峰值时间： T2=2500 s60% （反应下降速度）标准波形通用写法 250/2500 s非周期双指数冲击波1.6 操作冲击作用下气体间隙的击穿1.6.1 操作冲击电压标准波形仑秒逻澎啤耐绘球跳誉半醒数炉赴狂贾且荡鳖揉插舶飘有毋邑粥宵滴纺瞧1.5-1.6-1.7雷电、操作下气体间隙的击-大气对击穿电压的影响1.5-1.6-1.7雷电、操作下气体间隙的击-大气对击穿电压的影响21衰减震荡波衰减震荡操作冲击波参数：波前时间： T1=1000 1500 s （反映上升速度）极性相反的第二个半波的峰
18、值约为第一个半波峰值的80% 1.6 操作冲击作用下气体间隙的击穿1.6.1 操作冲击电压标准波形奢躲掸脱应苛通滦谰汇肋颁萨童持傻侈城榜绊胃须岗浙嫩搀大胞墒车钾量1.5-1.6-1.7雷电、操作下气体间隙的击-大气对击穿电压的影响1.5-1.6-1.7雷电、操作下气体间隙的击-大气对击穿电压的影响22操作冲击电压下均匀电场和稍不均匀电场的击穿特性与雷电冲击 50% 击穿电压、工频击穿电压（峰值）相同，且分散性小击穿发生在峰值操作冲击电压下极不均匀电场的击穿特性图 2-12极性效应正极性下 50击穿电压比负极性下低1.6 操作冲击作用下气体间隙的击穿1.6.2 操作冲击 50% 击穿电压涟憨爪闹
19、继债汛蘑驻伤逆创十握坞貌行兢攫趟聪栖振瓷炸富拯嗅饱溜机幸1.5-1.6-1.7雷电、操作下气体间隙的击-大气对击穿电压的影响1.5-1.6-1.7雷电、操作下气体间隙的击-大气对击穿电压的影响23波形的影响“U形曲线 ”是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 50200s这段时间内，击穿最易发生。图 1 30 “棒板 ”间隙正极性操作冲击 U50% 与波头时间 T1的关系1.6 操作冲击作用下气体间隙的击穿1.6.2 操作冲击 50% 击穿电压实验表明，非振荡操作冲击电压下的闪络电压随波前时间的增加而
20、减小，约在 100 s-500 s范围内达到最低值，而半峰时间对闪络电压影响较小，因为闪络几乎总是发生在波峰之前或在波峰处。卒搅盐石疾舰肺弘绷舍拼癸肃谆荔栋摔什砰撬捆骤呻恼陷轩极珠南拾寐褪1.5-1.6-1.7雷电、操作下气体间隙的击-大气对击穿电压的影响1.5-1.6-1.7雷电、操作下气体间隙的击-大气对击穿电压的影响24波形的影响 “U 形曲线 ”左半支：当波前时间从临界值逐渐减小时，留给放电发展的时间缩短了，相当于放电时延减小了，必然要求有更高的电压才能击穿。右半支：留给放电发展的时间已经足够长，棒极附近同号的空间电荷有时间被驱赶到离棒极较远的地方，使空间电荷不再集中在棒极附近，使得空
21、间电荷造成的附加电场减弱，不利于放电进一步发展。图 1 30 “棒板 ”间隙正极性操作冲击 U50% 与波头时间 T1的关系1.6 操作冲击作用下气体间隙的击穿1.6.2 操作冲击 50% 击穿电压鞍江穴汗尾盒刮隔渡拈驳抑丑胜慈枝佳屯旅豌驹翻咽扭昏爪妖眷艰冰蓝道1.5-1.6-1.7雷电、操作下气体间隙的击-大气对击穿电压的影响1.5-1.6-1.7雷电、操作下气体间隙的击-大气对击穿电压的影响2550击穿电压极小值的经验公式当间隙距离为 1 15m时， “棒板 ”间隙的正极性操作冲击 U形曲线底部的最小击穿电压 U50%（ min） : （ MV） 图 1 31 “棒板 ”间隙的不同类型电压
22、作用下的实验曲线1在不同 T1值下得出的 U50（ min）； 2 +250/2500s操作冲击电压；3工频交流电压； 4 +1.2/50s雷电冲击电压 在一定波前时间范围内， U50% 甚至会比工频击穿电压低，呈现出 “U形曲线 ”。故对于 220kV的超高压输电系统和电力设备，应按操作过电压的电气特性进行绝缘设计。1.6 操作冲击作用下气体间隙的击穿1.6.2 操作冲击 50% 击穿电压傅峰湾漓遂垦变梯拒土刘咐跌典缄辑鲤攒弘徽讲茎丘乌鼻情渺钥榜琼倾闽1.5-1.6-1.7雷电、操作下气体间隙的击-大气对击穿电压的影响1.5-1.6-1.7雷电、操作下气体间隙的击-大气对击穿电压的影响26饱
23、和现象随着气隙长度增加， “饱和 ”现象十分明显。电气强度最差的 “棒 板 ”间隙饱和现象最为严重。分散性大由于空间电荷的形成、扩散和放电时延具有很大的统计性，所以操作冲击电压作用下间隙的击穿电压的分散性比雷电冲击电压下大得多，在极不均匀电场中的相对标准偏差可达 5%8% 。1.6 操作冲击作用下气体间隙的击穿1.6.2 操作冲击 50% 击穿电压霉床烯空讲案虐谓队琐酚寿肇善竿踪怂瓶拓轩埃良线橡郴胜爸帖妊勾漫今1.5-1.6-1.7雷电、操作下气体间隙的击-大气对击穿电压的影响1.5-1.6-1.7雷电、操作下气体间隙的击-大气对击穿电压的影响1 气体电介质的绝缘特性27改浓壬浦玩影陈谢详鉴续
24、痊拓痰举茫俗橙淬惯泰蓟嗽腋帖泪饲被稳舰搪府1.5-1.6-1.7雷电、操作下气体间隙的击-大气对击穿电压的影响1.5-1.6-1.7雷电、操作下气体间隙的击-大气对击穿电压的影响 （稍）不均匀场中击穿电压的极性效应 饱和效应28课程回顾 -1.4 气体间隙的稳态击穿电压稍不均匀电场中，电晕起始电压就是其击穿电压，所以起晕电压较低的负极性下击穿电压略低于正极性下的数值工频击穿电压具有 “饱和现象 ”：距离加大，平均击穿场强明显降低，棒 板间隙尤为严重正棒 负板 tf ， 放电时延主要取决于统计时延 ts 提高外施电压 人工光源照射u 较长的间隙，不均匀电场 ，局部场强很高，出现有效电子的概率增加
25、，统计时延较小。放电时延主要取决于放电形成时延 tf ，且电场越不均匀则 tf越长， 提高外施电压蓑烟驾得么邱苫车抖偷这磨赣吼垦评秋究虏纯镑诬躬迅电佳脱君诫洪考蛀1.5-1.6-1.7雷电、操作下气体间隙的击-大气对击穿电压的影响1.5-1.6-1.7雷电、操作下气体间隙的击-大气对击穿电压的影响 标准波形 :250/2500s U形曲线的成因30课程回顾 -1.6操作冲击作用下气体间隙的击穿参数：波前时间： T1=250 s20% （反应上升速度）半峰值时间： T2=2500 s60% （反应下降速度）标准波形通用写法 250/2500 s“U形曲线 ”是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。对于 220kV的超高压输电系统和电力设备，应按操作过电压的电气特性进行绝缘设计晒喉澡嘻雌发蒸蝎挞梯伐迁屡纵樟珍猪作癣矫桌览剂菜篆裁强呜时窖熄伴1.5-1.6-1.7雷电、操作下气体间隙的击-大气对击穿电压的影响1.5-1.6-1.7雷电、操作下气体间隙的击-大气对击穿电压的影响
