(精选)大气条件对气隙击穿特性的影响及校正
气隙击穿特性
气体种类：空气和高介电强度气体（SF6气体） 电压种类：持续作用电压（直流、交流）；冲击电 压（雷电冲击、操作冲击） 电场分布：电极形状、间隙距离、电压极性；当间 隙距离相同时，电场越均匀击穿电压越高 气体状态：一般要折算到标准大气状态
第三节 空气间隙在各种 电压下的击穿特性
b、当d >D/4时，电场不 均匀度增大，击穿电场 的分散性增大
3、极不均匀电场的击穿电压
按电极的对称程度，主要有两种典型Байду номын сангаас极不均匀 电场气隙：
a、“棒 — 棒”气隙（“尖 — 尖”气隙） b、“棒 — 板”气隙（“尖 — 板”气隙）
不同电压波形作用下，差异明显，分散性大； 在直流电压下，极性效应明显，而在工频交流电 压下“饱和”现象明显。
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 下击穿电压有饱和趋势
3、平均击穿场强
棒-棒间隙：3.8kV(有效值)/cm
棒-板间隙：3.35kV(有效值)/cm
显著特征：“饱和”特性
二、冲击电压作用下气隙的击穿特性
1、冲击电压波形
a、雷电冲击电压波
OC为视在波前
OF为视在波前时间 T1
对气隙施加冲击电压使气隙击穿，需要有两个条件： （1）需要足够幅值的电压，引起电子崩并导致流注和 主放电的有效电子； （2）需要电压作用一定的时间，使放电得以发展以致 击穿。
2、放电时延 tL tS t f
统起计到时气延隙出t s现：第从一电个压有达效到电子U s止的瞬时
放电发展时间 t f ：从形成第一个有效 Us
电子的瞬时起到到气息完全击穿止
升压时间 t0 ：电压从零升到静态击穿
电压 Us 的时间
高电压技术(赵智大)1-2章总结讲诉
绪论高电压技术是一门重要的专业技术基础课；随着电力行业的发展，高压输电问题越来越得到人们的重视；高电压、高场强下存在着一些特殊的物理现象；高电压试验在高电压工程中起着重要的作用。
气体的绝缘特性与介质的电气强度研究气体放电的目的：了解气体在高电压（强电场）作用下逐步由电介质演变成导体的物理过程掌握气体介质的电气强度及其提高方法高压电气设备中的绝缘介质有气体、液体、固体以及其它复合介质。
气体放电是对气体中流通电流的各种形式统称。
由于空气中存在来自空间的辐射，气体会发生微弱的电离而产生少量的带电质点。
正常状态下气体的电导很小，空气还是性能优良的绝缘体；在出现大量带电质点的情况下，气体才会丧失绝缘性能。
自由行程长度单位行程中的碰撞次数Z的倒数λ即为该粒子的平均自由行程长度。
()λ-=xexP令x=λ，可见粒子实际自由行程长度大于或等于平均自由行程长度的概率是36.8%。
带电粒子的迁移率k=v/E它表示该带电粒子单位场强（1V/m）下沿电场方向的漂移速度。
电子的质量比离子小得多，电子的平均自由行程长度比离子大得多热运动中，粒子从浓度较大的区域运动到浓度较小的区域，从而使分布均匀化，这种过程称为扩散。
电子的热运动速度大、自由行程长度大，所以其扩散速度比离子快得多。
产生带电粒子的物理过程称为电离，是气体放电的首要前提。
光电离i W h ≥νc λν=气体中发生电离的分子数与总分子数的比值m 称为该气体的电离度。
碰撞电离附着：当电子与气体分子碰撞时，不但有可能引起碰撞电离而产生出正离子和新电子，而且也可能会发生电子与中性分子相结合形成负离子的情况。
电子亲合能：使基态的气体原子获得一个电子形成负离子时所放出的能量，其值越大则越易形成负离子。
电负性：一个无量纲的数，其值越大表明原子在分子中吸引电子的能力越大带电粒子的消失1到达电极时，消失于电极上而形成外电路中的电流2带电粒子因扩散而逸出气体放电空间3带电粒子的复合复合可能发生在电子和正离子之间，称为电子复合，其结果是产生一个中性分子；复合也可能发生在正离子和负离子之间，称为离子复合，其结果是产生两个中性分子。
5大气条件对气隙击穿特性的影响及校正
前面介绍的不同气隙在各种电压下的击穿特性 均对应于标准大气条件和正常海拔高度。
由于大气的压力、温度、湿度等条件都会影响 空气的密度、电子自由行程长度、碰撞电离及附着 过程，所以也必然会影响气隙的击穿电压。
海拔高度的影响亦与此类似，因为随着海拔高 度的增加，空气的压力和密度均下降。
验电压U应为平原地区外绝缘的试验电压Up乘以海 拔校正因数足Ka即：
U KaU p
而：
Ka
1.1
1 H 104
式中H 为安装点的海拔高度，单位是m。
➢ 更长的空气间隙：击穿电压与大气条件变化的 关系，并不是一种简单的线性关系，而是随电极形 状、电压类型和气隙长度而变化的复杂关系。
除了在气隙长度不大、电场也比较均匀或长度虽 大、但击穿电压仍随气隙长度呈线性增大(如雷电冲击 电压)的情况下，上式仍可适用外，其他情况下的空气 密度校正因数应按下式求取：
1、极间距离相同的正、负极性“棒—板”气隙在自持放 电前、后气体放电的差异
自持放电前的阶段（电晕放电阶段）
➢ 正极性“棒—板”：因棒极带正电位，电子崩中的电 子迅速进入棒极，正离子暂留在棒极附近，这些空间电荷 消弱了棒极附近的电场而加强了外部空间的电场，阻止了 棒极附近流注的形成，使得电晕起始电压有所提高
Kd
p p0
m
273 t0 273 t
n
式中指数m，n与电极形状、气隙长度、电压类型 及其极性有关，其值在0.4～1.0的范围内变化,具体取 值国家标准中有规定。
二、对湿度的校正
大气中所含的水气分子能俘获自由电子而形 成负离子，这对气体中的放电过程显然起着抑制 作用，可见大气的湿度越大，气隙的击穿电压也 会增高。
气体介质的电气强度知识
2.2 极不均匀电场气隙的击穿特性
常见的极不均匀电场气隙
工程上的极不均匀电场气隙，均可以用两类极端 的模型表示，实际的工程应用可依据这两类电场类 型的测量值进行推算：
b).棒-板电极（完全不对称结构）
2.2 极不均匀电场气隙的击穿特性
1. 直流电压
稍短间隙
显著特征：极性效应
平均击穿场强：
正极性棒-板间隙： 7.5kV/cm
气体介质的电气强度
气体放电的物理过程：气体中带电质点的产生、汤逊放 电、流注放电、电晕放电、沿面放电（微观特性） 工程上，要用击穿特性表示（击穿场强，击穿电压） （宏观特性）
气体介质的电气强度
2.1 均匀和稍不均匀电场气隙的击穿特性 2.2 极不均匀电场气隙的击穿特性 2.3 大气条件对气隙击穿特性的影响及其校正 2.4 提高气体介质电气强度的方法 2.5 六氟化硫和气体绝缘电气设备
3、饱和特性
4、分散性更大（可以理解为伏秒特性带宽更宽）。
2.3 大气条件对气隙击穿特性的影响及其校正
为何要对不同大气条件下的击穿特性进行校正
高海拔地区的 高纬度地区 沿海地区
2.3 大气条件对气隙击穿特性的影响及其校正
我国国标规定的标准大气条件
压力：101.3 kPa 温度：293 K 绝对湿度：11 g/m³
2.4 提高气体介质电气强度的方法
1、改进电极形状以改善电场分布 2、利用空间电荷改善电场分布 3、采用介质阻挡方法 4、采用高气压的方法 5、采用高电气强度气体 6、采用高真空
2.4 提高气体介质电气强度的方法
1、改进电极形状以改善电场分布
电场均匀——击穿场强高——通过改善电极形状均匀电场
大气条件改变，如在高海 拔地区，气压、气体密度、 温度、湿度等条件均改变。 在此条件下测量的气隙击 穿数据与在标准大气条件 下所测数据不具有可比性。
高电压考点答案
1-1、电介质基本电气特性为极化特性、电导特性、损耗特性和击穿特性。
相对介电常数Er，电导率y，介质损耗因数tgδ和击穿电场强度E。
1-2、电介质的极化可分为无损极化和有损极化。
无损极化包括电子式极化和离子式极化，有损极化包括偶极子式极化、空间电荷极化和夹层极化。
无损极化包括电子式极化和离子式极化。
夹层极化是空间电荷极化的一种特殊形式，多层介质相串联的绝缘结构，在加上直流电压的初瞬，各层介质中的电场分布与介质的相对介电常数成反比；稳态时的电场分布则与介质的电导率成反比，在此过程中存在吸收现象。
1-3、电介质的电导与金属的电导有着本质的区别，电介质电导属离子式电导磨碎温度的升高按指数规律增大；金属电导属电子式电导，随温度的升高而减小。
1-4、电介质在电场作用下存在损耗，其中气体电介质的损耗可以忽略不计。
在直流电压作用下电介质的损耗仅为由电导引起的电导损耗，而交流电压作用下电介质的损耗既有损耗，又有极化损耗。
因此，电介质在交流电压下的损耗远大于其直流电压下的损耗。
2-1绝缘介质通常由气体、液体和固体三种形态，其中气体和液体电介质属于自恢复绝缘，固体电介质属于非自恢复绝缘。
2-2气体放电的根本原因在于气体中发生了电离的过程，在气体中产生了带电粒子；而气体具有自恢复绝缘特性的根本原因在于气体中存在去电离的过程，它使气体中的带电粒子消失。
电离和去电离这对矛盾的存在与发展状况决定着气体介质的电气特性。
2-3在气体电离的四种基本特性中，碰撞电离是最基本的一种电离形式。
而在碰撞电离中电子最活跃的因素。
2-4电子崩的概念是汤逊气体放电理论的基础。
汤逊理论是建立在均匀电场、短间隙、低气压的实验条件下，因此它不适合解释高气压、长间隙、不均匀电场中的气体放电现象，对于后者只能用流注放电理论予以解释。
2-5流注放电理论与汤逊放电理论的根本不同点在于流注理论认为电子的碰撞电离和空间光电离是形成自持放电的主要因素，并强调电荷畸变电场的作用。
高电压技术(赵智大)1-2章总结讲诉
绪论高电压技术是一门重要的专业技术基础课；随着电力行业的发展，高压输电问题越来越得到人们的重视；高电压、高场强下存在着一些特殊的物理现象；高电压试验在高电压工程中起着重要的作用。
气体的绝缘特性与介质的电气强度研究气体放电的目的：了解气体在高电压（强电场）作用下逐步由电介质演变成导体的物理过程掌握气体介质的电气强度及其提高方法高压电气设备中的绝缘介质有气体、液体、固体以及其它复合介质。
气体放电是对气体中流通电流的各种形式统称。
由于空气中存在来自空间的辐射，气体会发生微弱的电离而产生少量的带电质点。
正常状态下气体的电导很小，空气还是性能优良的绝缘体；在出现大量带电质点的情况下，气体才会丧失绝缘性能。
自由行程长度单位行程中的碰撞次数Z的倒数λ即为该粒子的平均自由行程长度。
()λ-=xexP令x=λ，可见粒子实际自由行程长度大于或等于平均自由行程长度的概率是36.8%。
带电粒子的迁移率k=v/E它表示该带电粒子单位场强（1V/m）下沿电场方向的漂移速度。
电子的质量比离子小得多，电子的平均自由行程长度比离子大得多热运动中，粒子从浓度较大的区域运动到浓度较小的区域，从而使分布均匀化，这种过程称为扩散。
电子的热运动速度大、自由行程长度大，所以其扩散速度比离子快得多。
产生带电粒子的物理过程称为电离，是气体放电的首要前提。
光电离i W h ≥νc λν=气体中发生电离的分子数与总分子数的比值m 称为该气体的电离度。
碰撞电离附着：当电子与气体分子碰撞时，不但有可能引起碰撞电离而产生出正离子和新电子，而且也可能会发生电子与中性分子相结合形成负离子的情况。
电子亲合能：使基态的气体原子获得一个电子形成负离子时所放出的能量，其值越大则越易形成负离子。
电负性：一个无量纲的数，其值越大表明原子在分子中吸引电子的能力越大带电粒子的消失1到达电极时，消失于电极上而形成外电路中的电流2带电粒子因扩散而逸出气体放电空间3带电粒子的复合复合可能发生在电子和正离子之间，称为电子复合，其结果是产生一个中性分子；复合也可能发生在正离子和负离子之间，称为离子复合，其结果是产生两个中性分子。
高电压技术第三章
高电压技术第三章
(3)极不均匀电场长气隙的操作冲击击穿特性 具有显著的“饱和特征”，而其雷电冲击击穿特性 却是线性的。电气强度最差的正极性“棒—板”气隙 的饱和现象最为严重，尤其是在气隙长度大于5m 以后，这对特高压输电技术来说，是一个极其不 利的制约因素。
高电压技术第三章
正由于此，在不同大气条件和海拔高度下所 得出的击穿电压实测数据都必须换算到某种标准 条件下才能互相进行比较。
国标规定的大气条件：
压力：p0=101.3kPa(760mmHg)； 温度：t0=20摄氏度或T0=293K； 绝对湿度：hc=11g/m3。
高电压技术第三章
实验条件下的气隙击穿电压U与标准大气条
高电压技术第三章
二、稍不均匀电场气隙的击穿特性 与均匀电场相似，冲击系数接近1，冲击击穿电
压与工频击穿电压及直流击穿电压相等。
1、球间隙 若球间距离d，球极直径为D d<D/4时，与均匀电场相似 d>D/4时，不均匀度增大，大地影响加大
一般取d ≤ D/2范围内工作
高电压技术第三章
2、同轴圆筒
外筒内半径 R=10cm，改变内筒 外半径r之值，气 隙起始电晕电压Uc 和击穿电压随内筒 外直径r变化规律 如图2-3所示。
高电压技术第三章
三、对海拔的校正
我国幅员辽阔，有不少电力设施(特别是输电 线路)位于高海拔地区。随着海拔高度的增大，空 气变得逐渐稀薄，大气压力和相对密度减小，因 而空气的电气强度也将降低。
海拔高度对气隙的击穿电压和外绝缘的闪络 电压的影响可利用一些经验公式求得。
高电压技术第三章
第3节 大气条件对气隙击穿特性的影响及其校正
对空气密度的校正
对湿度的校正 对海拔的校正
由于大气的压力、温度、湿度等条件都会影响空 气的密度、电子自由行程长度、碰撞电离及附着过 程，从而影响气隙的击穿电压。
随着海拔高度的增加，空气的压力和密度均下降。
在不同大气条件和海拔高度下所得出的击穿
电压实测数据都必须换算到某种标准条件下才能
在均匀和稍不均匀电场中，放电开始时，整个气 隙的电场强度都较大，电子的运动速度较快，不易 被水气分子所俘获，因而湿度的影响就不太明显， 可以忽略不计。 例如用球隙测量高电压时，只需要按空气相 对密度校正其击穿电压就可以了，而不必考虑湿度 的影响。
在极不均匀电场中，湿度的影响就很明显了，这
时可以用下面的湿度校正因数来加以修正：
h
上式不仅适用于气隙的击穿电压，也适用于外 绝缘的沿面闪络电压。
在进行高压试验时，也往往要根据实际试验时
的大气条件，将试验标准中规定的标准大气条件下
的试验电压值换算得出实际应加的试验电压值。
下面分别讨论各个校正因数的取值：
一、对空气密度的校正
空气密度与压力和温度有关。由教材第13页式
(1-19)可知，空气的相对密度：
p T
2 .9
式中：p ：气压,kPa
T
：温度,K.
在大气条件下，气隙的击穿电压随 的增大而提高。 实验表明，当 处于0.95～1.05的范围内时，气 隙的击穿电压几乎与 成正比，即此时的空气密
度校正因数 K d
，因而：
ห้องสมุดไป่ตู้
U U
0
气隙不很长(例如不超过1m)时：上式能足够准确 地适用于各种电场型式和各种电压类型下作近似的
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实验条件下的气隙击穿电压U与标准大气条 件下的击穿电压 之间关系：
上式不仅适用于气隙的击穿电压，也适用 于外绝缘的沿面闪络电压。
4
在进行高压试验时，也往往要根据实际试 验时的大气条件，将试验标准中规定的 标准大气条件下的试验电压值换算得出 实际应加的试验电压值。
下面分别讨论各个校正因数的取值：
式中的因数k与绝对湿度和电压类型有关， 而指数之值则取决于电极形状、气隙长 度、电压类型及其极性。
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三、对海拔的校正
我国幅员辽阔，有不少电力设施(特别是输 电线路)位于高海拔地区。随着海拔高度 的增大，空气变得逐渐稀薄，大气压力 和相对密度减小，因而空气的电气强度 也将降低。
海拔高度对气隙的击穿电压和外绝缘的闪 络电压的影响可利用一些经验公式求得。
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我国国家标准规定：对于安装在海拔高于 1000m、但不超过4000m处的电力设施外 绝缘，其试验电压U应为平原地区外绝缘 的试验电压Up乘以海拔校正因数足Ka即：
式中H为安装点的海拔高度，单位是m。
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小结
➢在不同大气条件和海拔高度下所得出的 击穿电压实测数据都必须换算到某种标 准条件下才能互相进行比较。
第三节 大气条件对气隙击穿特 性的影响及校正
➢对空气密度的校正 ➢对湿度的校正 ➢对海拔的校正
1
前面介绍的不同气隙在各种电压下的击穿 特性均对应于标准大气条件和正常海拔 高度。
由于大气的压力、温度、湿度等条件都会 影响空气的密度、电子自由行程长度、 碰撞电离及附着过程，所以也必然会影 响气隙的击穿电压。
➢更长的空气间隙：击穿电压与大气条件 变化的关系，并不是一种简单的线性关 系，而是随电极形状、电压类型和气隙 长度而变化的复杂关系。
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除了在气隙长度不大、电场也比较均匀或 长度虽大、但击穿电压仍随气隙长度呈 线性增大(如雷电冲击电压)的情况下 上式仍可适用外，其他情况下的空气密 度校正因数应按下式求取：
海拔高度的影响亦与此类似，因为随着海 拔高度的增加，空气的压力和密度均下 降。
2
正由于此，在不同大气条件和海拔高度下 所得出的击穿电压实测数据都必须换算 到某种标准条件下才能互相进行比较。
国标规定的大气条件： 压力：p0=101.3kPa(760mmHg)； 温度：t0=20摄氏度或T0=293K； 绝对湿度：hc=11g/m3。
式中指数m，n与电极形状、气隙长度、电 压类型及其极性有关，其值在0.4～1.0 的范围内变化,具体取值国家标准中有规 定。
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二、对湿度的校正
• 正如上一章“负离子的形成”一段中所 介绍的那样，大气中所含的水气分子能 俘获自由电子而形成负离子，这对气体 中的放电过程显然起着抑制作用，可见 大气的湿度越大，气隙的击穿电压也会 增高。
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➢在均匀和稍不均匀电场中，放电开始时， 整个气隙的电场强度都较大，电子的运 动速度较快，不易被水气分子所俘获， 因而湿度的影响就不太明显，可以忽略 不计。
例如用球隙测量高电压时，只需要按空气 相对密度校正其击穿电压就可以了，而 不必考虑湿度的影响。
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➢在极不均匀电场中，湿度的影响就很明 显了，这时可以用下面的湿度校正因数 来加以修正：
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一、对空气密度的校正
空气密度与压力和温度有关。由教材第13 页式(1-19)可知，空气的相对密度：
6
在大气条件下，气隙的击穿电压随 的增 大而提高。
实验表明，当 处于0.95～1.05的范围内
时，气隙的击穿电压几乎与 成正比，
即此时的空气密度校正因数
，因
而：
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➢气隙不很长(例如不超过1m)时：上式能 足够准确地适用于各种电场型式和各种 电压类型下作近似的工程估算。
➢对空气密度、湿度和海拔，分别有不同 的校正方法。
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