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5.极不均匀电场气隙的击穿电压-天津理工大学中环信息学院
题目:气隙的电气强度
讲授内容提要:
1. 气隙的击穿时间
2. 气隙的伏秒特性和击穿电压的概率分布
3.大气条件对气隙击穿电压的影响
4.均匀电场和稍不均匀电场气隙的击穿电压
5.极不均匀电场气隙的击穿电压
6.提高气隙击穿电压的方法
教学目的:了解基本电压波形,伏秒特性的定义、制作和应用
教学重点:理解大气条件对气隙击穿电压的影响
教学难点:理解各种电场在不同电压下的击穿电压
采用教具和教学手段:多媒体及板书
授课时间: 2014年 9月1日 授课地点: 新 教学楼 1108 教室
注:此页为每次课首页,教学过程后附;以每次(两节)课为单元编写教案。第章
(一)直流电压
直流试验电压大都由交流整流而得,其波形必然有一
(二)工频交流电压
工频交流试验电压应近似为正弦波,正负两半波相45—65Hz范围内。
(三)标准雷电冲击电压波
用来模拟雷电过电压波,采用非周期性双指数波。T1—— T2——视在半峰值时间 ;Um——冲击电压峰值
(四)标准雷电截波
用来模拟雷电过电压引起气隙击穿或外绝缘闪落后出现的截尾冲击波,如图。IEC标准和我国国家标准规定为:T1=1.2μs ±30% ;Tc=2~5μs 。μs .
(五)标准操作冲击电压波
用来等效模拟电力系统中操作过电压波,一般也用非周期性双指数波。波前时间Tcr=250μsT2=2500μs±60% 。可写成250/2500μs冲击波。
当在试验中上述波形不能满足要求时,推荐采用100/2500μs 和 500/2500μs 冲击波。此外还建议采用一种衰减震荡波[下右图],第一个半波的持续时间在2000~3000μs之间,极性相反的第二个半波的峰值约为第一个半波峰值的80%
二、伏秒特性
气隙的伏秒特性——在同一波形,不同幅值的冲击电压作用下,气隙上出现的电压最大值和放电时间的关系,称为该气隙的伏秒特性。
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
大气条件对气隙击穿电压的影响
由于大气的压力、温度、湿度等条件会影响空气的密度、电子自由行程长度、碰撞电离及附着过程,影响气隙的击穿电压Ub。
一、
压力 p0 =101.3kpa;
t0 =20℃ 或 T0 = 293K;
hc =11g / m3
二、大气条件对击穿电压影响
气隙的击穿电压随大气密度或湿度的增加而升高
原因:
①大气密度升高而击穿电压升高:随着空气密度的增大,气体中自由电子的平均自由程缩短了,不易造成撞击电离。
②湿度的增加而击穿电压升高:水蒸汽是电负性气体,易俘获自由电子形成负离子,使自由电子的数量减少,阻碍了电离的发展。
较均匀电场气隙的击穿电压
均匀电场
特点:
起始放电电压就等于气隙的击穿电压,
击穿电压与电压极性无关
空气的击穿电压() 的经验公式为
式中 Scm)
( (( 空气相对密度
30kV/cm
2.稍不均匀电场中的击穿电压
电场不对称时,极性效应不很明显
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
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
不均匀电场气隙的击穿电压
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()—板 :电场分布不均匀、不对称
棒()—棒(尖) :电场分布不均匀、
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
工程上,击穿电压可以参照与接近的典型气隙的击穿电压来估计
1. 直流电压下的击穿电压
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5.4kV/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3.8kV/cm,—板低:极性效应
“饱和现象” :距离加大,平均击穿场强明显降低,棒—
提高气体间隙击穿电压的措施
两个途径:
一、改善电场分布,使之尽量均匀
改进电极形状
利用空间电荷畸变电场的作用
二、利用其它方法来削弱气体中的电离过程
改善电极边缘。电极边缘做成弧形
如穿墙高压引线上加金属扁球
高真空中击穿机理发生了改变:撞击电离的机制不起主要作用,而击穿与强场发射有关
(三)高气压的采用
减小电子的平均自由行程,削弱电离过程
例:大气压力下空气的电气强度仅约
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