气体电介质的击穿特性优秀课件
合集下载
气体电介质的击穿特性演示文稿
原因：棒电极的极性不同时，间隙中的空间电荷 对外电场的畸变作用不同。
2020/11/10
8
正棒—负板间隙
当电子崩发展到棒极时，电子进入棒极中和。正离子留在棒
极附近以较慢速度向板极运动，正空间电荷使紧贴棒极附近的
电场减弱，不易形成流注，放电难以自持，故起晕电压高。而
正空间电荷加强了朝向板极的电场，有利于流注向板发展，故
电四个阶段。 b、短间隙的放电没有先导放电阶段，只分为电子崩、流注
和主放电三个阶段。 c、长间隙放电时，炽热的导电通道是在放电发展的过程中
建立的，而不是在整个间隙被流注通道贯穿后建立的，先击穿场强远小于短间隙的平均击穿场强。
2020/11/10
14
用，其击穿电压（峰值）都相同，且分散性很小。
Ub＝24.22 d＋6.08 d (kV )
在标准大气条件下（d为1cm左右时)，均匀电场
中空气的电气强度约为30kV/cm（峰值）。
2020/11/10
17
二、稍不均匀电场中的击穿电压
不均匀系数：间隙中的最大场强与平均场强之比， 稍不均匀电场<4
稍不均匀电场中各处的场强差异不大，间隙中任何一处若出 现自持放电，必将立即导致整个间隙的击穿。所以对于稍不均 匀电场，任何一处自持放电的条件，就是整个间隙击穿的条件。 1. 电场不对称时，击穿电压有弱极性效应。 2. 击穿前有电晕发生，但不稳定，一旦出现电晕，立即导致整个 间隙击穿。 3. 间隙距离一般不很大，放电发展所需时间短。直流击穿电压、 交流击穿电压、正负50%冲击击穿电压几乎一致，且分散性不 大。
2020/11/10
10
短间隙不均匀电场中的放电过程
指间隙距离不超过1m的间隙，以棒板间隙为 例。
2020/11/10
8
正棒—负板间隙
当电子崩发展到棒极时，电子进入棒极中和。正离子留在棒
极附近以较慢速度向板极运动，正空间电荷使紧贴棒极附近的
电场减弱，不易形成流注，放电难以自持，故起晕电压高。而
正空间电荷加强了朝向板极的电场，有利于流注向板发展，故
电四个阶段。 b、短间隙的放电没有先导放电阶段，只分为电子崩、流注
和主放电三个阶段。 c、长间隙放电时，炽热的导电通道是在放电发展的过程中
建立的，而不是在整个间隙被流注通道贯穿后建立的，先击穿场强远小于短间隙的平均击穿场强。
2020/11/10
14
用，其击穿电压（峰值）都相同，且分散性很小。
Ub＝24.22 d＋6.08 d (kV )
在标准大气条件下（d为1cm左右时)，均匀电场
中空气的电气强度约为30kV/cm（峰值）。
2020/11/10
17
二、稍不均匀电场中的击穿电压
不均匀系数：间隙中的最大场强与平均场强之比， 稍不均匀电场<4
稍不均匀电场中各处的场强差异不大，间隙中任何一处若出 现自持放电，必将立即导致整个间隙的击穿。所以对于稍不均 匀电场，任何一处自持放电的条件，就是整个间隙击穿的条件。 1. 电场不对称时，击穿电压有弱极性效应。 2. 击穿前有电晕发生，但不稳定，一旦出现电晕，立即导致整个 间隙击穿。 3. 间隙距离一般不很大，放电发展所需时间短。直流击穿电压、 交流击穿电压、正负50%冲击击穿电压几乎一致，且分散性不 大。
2020/11/10
10
短间隙不均匀电场中的放电过程
指间隙距离不超过1m的间隙，以棒板间隙为 例。
4.1-气体的击穿PPT课件
作用：既促进又阻碍放电的进行
电子复合和离子复合：都以光子的形式放出多余的能量。 一定条件下会导致其他气体分子产生光游离，使气体放电 阶跃式发展。
2、扩散
带电质点从浓度较大区域转移到浓度较小 区域的现象。
作用：阻碍放电发生
-
8
3、进入电极 在外电场作用下，气隙中的正、负电荷
分别向两电极定向移动的现象。 作用：阻碍放电发展
-
22
d、二次崩电子与正空间电荷汇 合成流注通道，其端部又有 二次崩留下的正电荷，加强 局部电场产生新电子崩使其 发展；
e、流注头部游离迅速发展，放 射出大量光子，引起空间光 游离，流注前方出现新的二 次崩，延长流注通道；
f、流注通道贯通，气隙击穿。
-
23
流注发展过程概述
初始电子崩（电子崩头部电子数达到一定数量）→电场畸变 和加强→电子崩头部正负空间电荷复合→放射大量光子→光 游离→崩头处二次电子（光电子）→（向正空间电荷区运动 ）碰撞游离→二次电子崩→（二次电子崩电子跑到初崩正空 间电荷区域）流注
(二) 均匀电场中气体击穿的过程
一、电子崩、非自持放电和自持放电
-
9
左图表示实验所得平板电极(均 匀电场)气体中的电流I与所加 电压U的关系，即伏安特性。
气体放电伏安特性
在曲线OA段，I随U的提高而增 大，这是由于电极空间的带电 质点向电极运动加速而导致复 合数的减少所致。
当电压接近Ua时，电流I0趋向于饱和值，因为这时外界 游离因子所产生的带电质点几乎能全部抵达电极，所以 电流值仅取决于游离因子的强弱而与所加电压无关。
此即是非自持放电。
若气隙上的电压达到其临界击穿电压，则由于正离子的动
能大，撞击阴极表面时就能使其逸出自由电子，此时即使
4、气隙的击穿特性精品PPT课件
Thank You
在别人的演说中思考，在自己的故事里成长
Thinking In Other People‘S Speeches，Growing Up In Your Own Story
见289页图、及290-292页的击穿电压表 （注意：当球间距离大于0.5D时，不是线性关系）
3、极不均匀电场的击穿电压
a、直流电压下的击穿电压 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）
不击穿
U50% U16%
100
84
工频： 1%U50%
雷电冲击： (3 ~ 4)%U50% 50
击穿
操作冲击： (4 ~ 8)%U50%
（分散性越来越大）
16
σσ
0
耐受电压 (1 3)U50%
U16% U50% U84%
U击
气隙击穿电压的正态分布
P 99.88% ，100%耐受电压很难找到
实压U际0有状如态下气换隙算的U关击系穿：KK电nd压00U..U2388和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 阅的压 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
其电气强度是空气耐电强度的2.3~2.5倍,其原因为： 1、分子量大（为146），密度大（相同条件下，是空气的5倍）， 属重气体。 2、具有负电性，易俘获电子，减少了引起电离的电子数。
4.8kV(峰值)/cm
显著特征：饱和特性
二、冲击电压作用下气隙的击穿特性
《电介质物理》课件 电介质的击穿-4
+
+ 1 2 + +
6.8 6.0 5.2
lg U 0 c lg A
lgρ
2T0
1
lgU0c
3.0 2.6 2.2 1.8 400
0e
T0
lg lg 0
T0
+
4.4 3.6 2.8 700
两式比较，lgU0C～1/T0与lgρ～1/T0都是直线 关系，仅两条直线的斜率相差一倍 ，图与理 论相吻合。 常用这一关系作为热击穿的实验判据
2 1 2
2
在环境温度不高时，热击穿临界场强
e
2 T0
10
电力设备电气绝缘国家重点实验室 State Key Laboratory of Electrical Insulation and Power Equipment
2. 稳态热击穿 在外施电压U0作用下，在介质处于稳定状态时 电场强度E＝－（dφ/dx） 代入上式得
Q 1 4
是温度的函数，所以发热量Q1也是温度
的函数，因此对于不同的电压U值，Q1与t 的关系是一簇指数曲线，曲线1、2、3分别 为在电压U1、U2、U3 （U1＞U2＞U3） 作用下，介质发热量与介质导电通道温度的 关系。而散热量Q2与温度差（t－t0）成正比，
tc tm 2 b 3
c a 0 t0 ta tb
2
S d
R
又 t e
0
单位时间散出的热量:
Q 2 t t0 d
散热系数
t ——导电通道在温度t0时的电导率；
0
α——温度系数。
6
电力设备电气绝缘国家重点实验室 State Key Laboratory of Electrical Insulation and Power Equipment
高电压工程基础(第3章)
• • • •
3. 采用高气压 • 巴申定律 • 需要设备外壳的密封性和机械强度提出很高的要求 4. 采用高抗电强度的气体 • 在气体电介质中，有一些含卤族元素的强电负件气 体，如六氟化硫(SF6)、氟里昂(CCl2F2)等，因其具有 强烈的吸附效应。所以在相同的压力下具有比空气高 得多的抗电强度．因此被称为高抗电强度的气体。 5. 采用高真空 • 真空间隙的击穿电压大致与间隙距离的平方根成正比
• 3.伏秒特性 • 工程上用气隙击穿期间出现的冲击电压的最大值和放电时 间的关系来表征气隙在冲击电压下的击穿特性，称为伏秒 特性。 • 实际上，由于放电时间的分散性．在每一电压下可得到 一系列放电时间。所以伏秒特性曲线是一个带状区域、通 常使用的是平均伏秒特性曲线。 • 均匀和稍不均匀电场气隙的伏秒特性曲线比较平坦，其放 电形成时延较短，比较稳定， • 极不均匀电场气隙的伏秒特性曲线比较陡峭。 • 保护设备（避雷器或间隙）需要伏秒特性曲线尽可能平坦， 并且位于被保护设备的伏秒特性之下且二者永不相交。
第三章 气体电介质的击穿特性
• 根据气体放电理论，可以说明气体放电的基本物 理过程．有助于分析各种气体间隙在各种高电压 下的放电机理和击穿规律。但由于气体放电的发 展过程比较复杂．影响因素较多，气隙击穿的分 散性较大，所以要想利用理论计算的方法来获取 各种气隙的击穿电压相当困难。因此通常都是采 用试验的方法来得到某些典型电极所构成的气隙 在各种电压下的击穿特性，以满足工程设计的需 要。 • 气隙的电场形式对气隙的击穿特性影响较大。此 外气隙所加电压的类型对气隙的击穿特性也有很 大关系。
三、极不均匀电场气隙在稳态电压下的击穿 特性 • 在极不均匀电场的气隙中，“棒一板”间 隙和“棒一棒”间隙具有典型意义。前者 具有最大的不对称性，后者则具有完全的 对称性。其他类型的极不均匀电场气隙的 击穿特性均介于这两种典型气隙的击穿特 性之间。
气体电介质的击穿特性PPT文档37页
气体电介质的击穿特性
6、法律的基础有两个，而且只有两个……公平和实用。——伯克 7、有两种和平的暴力，那就是法律和礼节。——歌德
8、法律就是秩序，有好的法律才有好的秩序。——亚里士多德 9、上帝把法律和公平凑合在一起，可是人类却把它拆开。——查·科尔顿 10、一切法律都是无用的，因为好人用不着它们，而坏人又不会因为它们而变得规矩起来。——德谟耶克斯
56、书不仅是生活，而且是现在、过 去和未 来文化 生活的 源泉。 ——库 法耶夫 57、生命不可能有两次，但许多人连一 次也不 善于度 过。— —吕凯 特 58、问渠哪得清如许，为有源头活水来 。—— 朱熹 59、我的努力求学没有得到别的好处， 只不过 是愈来 愈发觉 自己的 无知。 ——笛 卡儿
拉
60、生活的道路一旦选定，就要勇敢地 走到底 ，决不 回头
6、法律的基础有两个，而且只有两个……公平和实用。——伯克 7、有两种和平的暴力，那就是法律和礼节。——歌德
8、法律就是秩序，有好的法律才有好的秩序。——亚里士多德 9、上帝把法律和公平凑合在一起，可是人类却把它拆开。——查·科尔顿 10、一切法律都是无用的，因为好人用不着它们，而坏人又不会因为它们而变得规矩起来。——德谟耶克斯
56、书不仅是生活，而且是现在、过 去和未 来文化 生活的 源泉。 ——库 法耶夫 57、生命不可能有两次，但许多人连一 次也不 善于度 过。— —吕凯 特 58、问渠哪得清如许，为有源头活水来 。—— 朱熹 59、我的努力求学没有得到别的好处， 只不过 是愈来 愈发觉 自己的 无知。 ——笛 卡儿
拉
60、生活的道路一旦选定，就要勇敢地 走到底 ，决不 回头
气体电介质的击穿特性
开始出现电晕时电极表面的场强
输电线路的电晕起始场强与导线半径及空气密度 有关，一般用经验公式来推算，应用最广的是皮克 公式：
Ec3m 0(10r.3 )k( V/cm )
m：导线表面粗糙系数与气象系数的乘 积; δ:空气相对密度； r: 导线半径（cm）
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
3、电晕放电的效应 （1）电晕电流具有高频脉冲性质，对无线电通讯产生干扰。 （2）电晕使空气发生化学反应，产生O3、NO、NO2。 （3）产生能量损耗。电晕损耗是超高压输电线路设计时必须考虑的因
降低电晕的方法： 从根本上设法限制和降低导线的表面电场强度。
在极不均匀电场中，放电一定从曲率半径较小的 那个电极表面开始，与该电极极性无关。
对于电极形状不对称的不均匀电场气隙，如棒— —板间隙，棒电极的极性不同时，间隙的起晕电 压和击穿电压的大小也不同。这种现象称为极性 效应。
原因：棒电极的极性不同时，间隙中的空间电荷 对外电场的畸变作用不同。
和主放电三个阶段。 c、长间隙放电时，炽热的导电通道是在放电发展的过程中
建立的，而不是在整个间隙被流注通道贯穿后建立的，先 导过程与主放电过程就发展得越充分，所以长间隙的平均 击穿场强远小于短间隙的平均击穿场强。
持续电压作用下空气的击穿电压
空气间隙的击穿场强主要取决于外加电压的 种类、电场的均匀程度及气体的状态。 电力工程中的空气间隙一般会受到三种电压的作 用：
正棒—负板间隙 当电子崩发展到棒极时，电子进入棒极中和。正离子留在棒 极附近以较慢速度向板极运动，正空间电荷使紧贴棒极附近的 电场减弱，不易形成流注，放电难以自持，故起晕电压高。而 正空间电荷加强了朝向板极的电场，有利于流注向板发展，故 击穿电压较低。
负棒—正板 阴极表面游离产生的电子通过强场区形成电子崩，电子向板极运动进入 弱场区后不再引起游离，并大多形成负离子。因其浓度小，对电场影响小。 正空间电荷加强了棒极附近的电场，易形成自持放电，故起晕电压低。朝 向板极方向的电场被减弱，流注不易发展，故击穿电压较高。
《电介质物理》课件电介质的击穿-
直流电压U
又
t t t e
0 0
单位时间散出的热量:
t0
——导电通道在温度t0时的电导率；
Q t d t 2 0
散热系数
α——温度系数。
6
电力设备电气绝缘国家重点实验室 State Key Laboratory of Electrical Insulation and Power Equipment
积分得热击穿临界电压 U2 8 0c
Tc
K
T0
dT
0e 0e
U 8
2 0c
2 0
kT
T
Tc
且假定介质的导热系数为常数，即K（T）＝K，得
若环境温度不高时，β>>T0，Tc＞T0
8KT U0c 0
K
T0
0
e TdT
2T0 e
（一）热击穿 由于电介质内部热的不稳定过程所造成的。
电 场 散 热 条 件 不 利 介 质 损 耗 发 热 温 度 升 高 介 质 分 解 、 炭 化 击 穿
影响因素
与材料的性能有关
绝缘结构（电极的配置与散热条件）及电压种类、环境温度等有关
因此热击穿强度不能看作是电介质材料的本征特性参数 （二）电击穿 在较低温度下，采用了消除边缘效应的电极装置等严格 控制的条件下，进行击穿试验时所观察到的一种击穿现象。
6.8 6.0 5.2
lgU0c lg A
lgρ
2 T 0
lgU0c
3.0 2.6 2.2 1.8 400
1 0 e T0
lg lg 0
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
短间隙不均匀电场中的放电过程
指间隙距离不超过1m的间隙，以棒板间隙为 例。
由于正流注所形成的空间电荷总是加强流注 通道头部前方的电场，所以正流注的发展是 连续的，速度很快。
棒极为负时流注的发展实际上是阶段式的， 其平均速度比正棒极流注小得多，击穿同一 间隙所需的外电压要高得多。
长间隙不均匀电场中的放电过程
始放电电压等于击穿电压。 3. 不论何种电压（直流、交流、正负50%冲击电压）作
用，其击穿电压（峰值）都相同，且分散性很小。
U b ＝ 24.22 d＋ 6.08d(kV )
在标准大气条件下（d为1cm左右时)，均匀电场 中空气的电气强度约为30kV/cm（峰值）。
二、稍不均匀电场中的击穿电压
不均匀系数：间隙中的最大场强与平均场强之比， 稍不均匀电场<4
稍不均匀电场的击穿电压与电场均匀度关 系极大，没有能概括各种电极结构的统一的经 验公式。通常是对一些典型的电极结构做出一 批实验数据，实际的电极结构只能从典型电极 中选取类似结构进行估算。 电场越均匀，同样间隙距离下的击穿电压越高， 其极限就是均匀电场中的击穿电压。
（d＞1m时） 1.先导放电阶段
具有热游离过程的通道称为先 导通道。 2.主放电阶段 温度更高、电导更大，轴向电 场更小的等离子体火花通道。 此时，间隙接近于短路状态， 气隙完全丧失了绝缘性能。
结论： a、长间隙的放电通常分为电子崩流注、先导放电和主放
电四个阶段。 b、短间隙的放电没有先导放电阶段，只分为电子崩、流注
开始出现电晕时电极表面的场强
输电线路的电晕起始场强与导线半径及空气密度 有关，一般用经验公式来推算，应用最广的是皮克 公式：
Ec3m 0(10r.3 )k( V/cm )
m：导线表面粗糙系数与气象系数的乘 积; δ:空气相对密度； r: 导线半径（cm）
3、电晕放电的效应 （1）电晕电流具有高频脉冲性质，对无线电通讯产生干扰。 （2）电晕使空气发生化学反应，产生O3、NO、NO2。 （3）产生能量损耗。电晕损耗是超高压输电线路设计时必须考虑的因
正棒—负板间隙 当电子崩发展到棒极时，电子进入棒极中和。正离子留在棒 极附近以较慢速度向板极运动，正空间电荷使紧贴棒极附近的 电场减弱，不易形成流注，放电难以自持，故起晕电压高。而 正空间电荷加强了朝向板极的电场，有利于流注向板发展，故 击穿电压较低。
负棒—正板 阴极表面游离产生的电子通过强场区形成电子崩，电子向板极运动进入 弱场区后不再引起游离，并大多形成负离子。因其浓度小，对电场影响小。 正空间电荷加强了棒极附近的电场，易形成自持放电，故起晕电压低。朝 向板极方向的电场被减弱，流注不易发展，故击穿电压较高。
和主放电三个阶段。 c、长间隙放电时，炽热的导电通道是在放电发展的过程中
建立的，而不是在整个间隙被流注通道贯穿后建立的，先 导过程与主放电过程就发展得越充分，所以长间隙的平均 击穿场强远小于短间隙的平均击穿场强。
持续电压作用下空气的击穿电压
空气间隙的击穿场强主要取决于外加电压的 种类、电场的均匀程度及气体的状态。 电力工程中的空气间隙一般会受到三种电压的作 用：
降低电晕的方法： 从根本上设法限制和降低导线的表面电场强度。
在极不均匀电场中，放电一定从曲率半径较小的 那个电极表面开始，与该电极极性无关。
对于电极形状不对称的不均匀电场气隙，如棒— —板间隙，棒电极的极性不同时，间隙的起晕电 压和击穿电压的大小也不同。这种现象称为极性 效应。
原因：棒电极的极性不同时，间隙中的空间电荷 对外电场的畸变作用不同。
稍不均匀电场中各处的场强差异不大，间隙中任何一处若出 现自持放电，必将立即导致整个间隙的击穿。所以对于稍不均 匀电场，任何一处自持放电的条件，就是整个间隙击穿的条件。 1. 电场不对称时，击穿电压有弱极性效应。 2. 击穿前有电晕发生，但不稳定，一旦出现电晕，立即导致整个 间隙击穿。 3. 间隙距离一般不很大，放电发展所需时间短。直流击穿电压、 交流击穿电压、正负50%冲击击穿电压几乎一致，且分散性不 大。
素，坏天气时电晕损耗要比好天气时大得多。 对于500－750kV的超高压输电线路，在天气好时电晕损耗一般不超 过几个W/km，而在坏天气时，可以达到100 W/km以上。 因此在设计超高压线路时，需要根据不同天气条件下电晕损耗的实测 数据和线路参数，以及沿线路各种气象条件的出现概率等对线路的电 晕损耗进行估算
较低的时候，曲率大（曲率半径较小）的电极附近电场强度已足够大 可引起强烈的游离，在这局部的强场区形成放电。这种仅仅发生在强 场区的局部放电称为电晕放电。 电晕放电是极不均匀电场特有的自持放电形式。
电晕放电的现象
薄薄的发光层；
伴有“咝咝”放电声；
发出臭氧气味。
起始电压
开始出现电晕时的电压
起始场强
气体电介质的击穿特性
引入新课
不均匀电场中气体的击穿过程 持续电压作用下的击穿电压 雷电冲击电压下空气的击穿电压 操作冲击电压下空气的击穿电压 提高气体间隙击穿场强的方法 沿面放电
知识点
电晕放电 极性效应 先导 主放电 雷击冲击电压的波形 伏秒特性 流注的形成和发展 沿面放电
1 电晕放电
电晕的产生 极不均匀电场中，间隙中的最大场强比平均场强大得多。外加电压比
直流电压：直流中所含脉动分类的脉动系数（脉动幅值 与直流电压的平均值之比）不大于3%。直流电压的大型 指直流电压的平均值。
交流电压：波形接近正弦波，正、负两半波相同，峰值
与有效值之比为 2，偏差不超过 5%。
一、均匀电场中的击穿电压
1. 因电场对称，所以击穿电压无极性效应。 2. 因击穿前间隙各处场强相等，击穿前无电晕发生，起
持续电压、雷电冲击电压、操作冲击电压
持续电压作用下间隙的击穿电压与放电发展 的时间无关，在电场形式、气体的状态等其他 条件不变的情况下，只取决于间隙的距离
持续电压指直流电压或工频交流电压
特点：电压变化的速度和间隙中放电发展的速度相比极 小，故放电发展所需的时间可以忽略不计，只要作用于 间隙的电压达到击穿电压，间隙就会发生击穿。