气隙击穿特性
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(精选)大气条件对气隙击穿特性的影响及其校正
8
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：
Kd
m
pp0
273t0 273t
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。
14
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。
➢对空气密度、湿度和海拔，分别有不同的校 正方法。
（本节完）
15
个人观点供参考，欢迎讨论！
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。
11
➢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：
Kh k
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。
12
三、对海拔的校正
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。
13
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：
UKaUp
而： Ka 1.1H1104
式中H为安装点的海拔高度，单位是m。
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：
5
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：
Kd
m
pp0
273t0 273t
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。
14
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。
➢对空气密度、湿度和海拔，分别有不同的校 正方法。
（本节完）
15
个人观点供参考，欢迎讨论！
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。
11
➢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：
Kh k
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
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。
13
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：
UKaUp
而： Ka 1.1H1104
式中H为安装点的海拔高度，单位是m。
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：
5
4、气隙的击穿特性
4.1、不同电场气隙伏秒特性比 较
a、极不均匀电场（大间隙） 平均击穿场强较低，放电时延较 长，只有大大提高电压，才能缩短放 电时延。 伏秒特性曲线A向左上角上翘 b、稍不均匀电场（小间隙） 间隙各处场强相差不大，一但出 现电离，很快贯穿整个间隙，放电时 延短。 伏秒特性曲线 B 只能在很小的时间 内向上翘
b、不同于极不均匀电场，一旦出现自持放电，立即导
致气隙击穿，而不发生电晕现象 c、稍不均匀电场不对称时，虽有极性效应，但不明显 d、击穿电压和电场不均匀程度有极大关系，越均匀击 穿电压越高
直径为D 的球隙的击穿电压Ud 与气隙距离d 的关系
a、当d <D/4时，电场相 当均匀，其击穿特性与
均匀电场相似，直流、
气隙击穿特性的影响因素：
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
一、持续作用电压下气隙的击穿特性
2、放电时延
t L tS t f
统计时延 t s ：从电压达到 U s 的瞬时 起到气隙出现第一个有效电子止 放电发展时间 t f ：从形成第一个有效 电子的瞬时起到到气息完全击穿止
Us
升压时间 t0 ：电压从零升到静态击穿 电压 U 的时间
s
放电时延特点： a、小间隙、均匀场：t L 短， t s占主要部分
工频交流（也包括冲击 电压）作用下的击穿电 压大致相同； b、当d >D/4时，电场不
均匀度增大，击穿电场
高铁高压供电设备之气体电介质的击穿特性—均匀电场中的气体放电
（d）
二次崩的电子与 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；
流注头部前方电 场很强，电离迅 速发展，放射出 大量光子，继续 引起空间光电离， 于是流注前方出 现新的二次崩， 延长流注通道；
流注通道贯通， 气隙击穿。
流注理论
这些电离强度和发展速度远大于初始电子崩的新放电区（二次电子崩）以及它 们不断汇入初崩通道的过程被称为流注。
子位于强场区，二次电子崩将以更大得多的电离强度向
削弱
增强
阳极发展，或汇入崩尾。
流注理论
2 空间电荷对原电场的畸变作用
起始电子发生 碰撞电离形成 初始电子崩
初崩发展到阳 极，空间电荷 畸变原电场， 在电场削弱的 区域复合增加， 放射出大量光 子；
光电离产生光 电子，在加强 的局部电场作 用下形成二次 电子崩；
真空断路器
巴申ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ律
电气强度的提高对于高压电力设备的安全稳定运行有着不可小觑的作用。在日常 的学习中我们要学会理论联系实际，通过理论指导实践，更好地服务社会的发展。
流注理论
流注理论
前面所介绍的汤逊理论是在低气压、短气隙的 条件下进行的。
大自然中的气体放电现象如雷电放电发生在两 块雷云或雷云与大地之间，此时放电时间很短； 具有明亮放电细通道；且与阴极材料无关。
巴申定律
巴申定律
早在汤逊理论出现之前，巴申(Paschen)就于1889年从大量的实验中总结出了 击穿电压Ub与pd的关系曲线，称为巴申定律，即
Ub =f（pd）
巴申定律：描述了气体的击穿电压Ub 与pd 的关系曲线
巴申定律
图1 实验求得的均匀场中不 同气体间隙曲线Ub =f（pd）
高电压工程-第二章 气体放电的基本理论【】
第6节 沿面放电与污秽闪络
1）定义—当绝缘承受的电压超过一定值时，在固体介 质和空气交界面上出现的放电现象，叫沿面放电。
当沿面放电发展成为贯穿性的空气击穿时，叫沿面闪络。 沿面放电是气体放电，由于交界面上电压分布不均匀，
沿面闪络电压比气体单独存在时的击穿电压低 输电线路遭受雷击时绝缘子的闪络，处于大气脏污地区
的瓷瓶在雷雾天发生闪络，均属沿面放电。 为避免绝缘子发生不可恢复的击穿，在设计中让其击穿
电压高出闪络电压约50% 2）影响因素—绝缘表面状态、污秽程度、气候条件等
因素影响很大。
沿面闪络的几种形式
工频电压作用下
沿平板玻璃表面 滑闪放电照片
辽沈地区2001年2月22日遭遇最严重大面积停电事故，沈阳市区 停电面积超过70%。辽沈停电事故是从输电线路污闪开始的。 辽沈为重工业区，含盐的空气污染物附着在绝缘瓷瓶上，大雾 湿气使瓷瓶绝缘能力降低，电弧沿着瓷瓶表面爬升，出现闪烙
➢电晕造成的损耗可削弱输电线上的雷电冲击电压 波的幅值和陡度；
➢利用电晕制造除尘器、消毒柜和对废气、废水进 行处理及对水果、蔬菜进行保鲜等。
极不均匀电场中气隙放电的极性效应
对于“棒—板”间隙，将“棒”的极性定义为间隙的 极性
1）正极性--棒 起晕电压高 击穿电压低
2）负极性--棒 起晕电压低 击穿电压高
D54动车组山东出事撞死一人致车头裂开
2009年3月28日，青岛—北京南D54次动车 途经山东潍坊，列车撞上了一男性铁路工人 （当场死亡），导致车头部分裂开，留有暗 红色血迹。列车暂停约20分钟，最终晚点15 分到达北京。
当时D54路过潍坊站后，正处于加速阶段， 时速在200公里以上。
第三节 流注放电理论
沿面放电：气体介质与固体介质的交界面上沿着固体介质的表面 而发生在气体介质中的放电；当沿面放电发展到使整个极间发 生沿面击穿时称为沿面闪络。
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。
气隙的击穿特性
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
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
二、持续作用电压下空气的击穿电压
棒(尖)—板 ：电场分布不对称 棒(尖)—棒(尖) ：电场分布对称 根据典型电极的击穿电压数据来估计绝缘距离 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
1. 直流电压下的击穿电压
极性效应：尖—尖电极 间的击穿电压介于极性 不同的尖—板电极之间
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
、操作冲击电压 大气条件：气压、温度、湿度
一、气隙的击穿时间
最低静态击穿电压U0 击穿时间电发展时间tf 、放电时延 tl
短间隙(1厘米以下) tf<<ts ，平均统计时延
较长的间隙中 tl主要决定于tf
间隙上外施电压增加，放电 发展时间也会减小
球—球间隙
当d＜D/4，电场相当均匀，直 流电压、工频电压及冲击电 压作用下，击穿电压都相同
当d＞D/4，大地对电场的畸变 作用使间隙电场分布不对称 ，Ub有极性效应
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
同一间隙距离下，球电极直径 越大，由于电场均匀程度增 加，击穿电压也越高
击穿电压的估算
tb t0ts tf tl ts tf
持续作用电压
直流电压、工频电压
与电压的变化速度相比，放电发展所需时间可以忽略 不计 。当气体状态不变时，一定距离的间隙的击穿电 压具有确定的数值，当间隙上的电压升高达到击穿电 压时，间隙击穿
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
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
二、持续作用电压下空气的击穿电压
棒(尖)—板 ：电场分布不对称 棒(尖)—棒(尖) ：电场分布对称 根据典型电极的击穿电压数据来估计绝缘距离 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
1. 直流电压下的击穿电压
极性效应：尖—尖电极 间的击穿电压介于极性 不同的尖—板电极之间
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
、操作冲击电压 大气条件：气压、温度、湿度
一、气隙的击穿时间
最低静态击穿电压U0 击穿时间电发展时间tf 、放电时延 tl
短间隙(1厘米以下) tf<<ts ，平均统计时延
较长的间隙中 tl主要决定于tf
间隙上外施电压增加，放电 发展时间也会减小
球—球间隙
当d＜D/4，电场相当均匀，直 流电压、工频电压及冲击电 压作用下，击穿电压都相同
当d＞D/4，大地对电场的畸变 作用使间隙电场分布不对称 ，Ub有极性效应
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
同一间隙距离下，球电极直径 越大，由于电场均匀程度增 加，击穿电压也越高
击穿电压的估算
tb t0ts tf tl ts tf
持续作用电压
直流电压、工频电压
与电压的变化速度相比，放电发展所需时间可以忽略 不计 。当气体状态不变时，一定距离的间隙的击穿电 压具有确定的数值，当间隙上的电压升高达到击穿电 压时，间隙击穿
高压电技术1-5 冲击电压下气隙的击穿特性
放电时间构成
第一阶段---升压时间t1
u
（0→Us静态击穿电压）：击穿过程可能并
U
未开始
Us 对于持续电压（直流、工频电压）：此阶
段电压升到Us ，气隙即及被击穿；
t1 ts
tf
t
tlag
非持续电压下（雷电、操作冲击电压）：
tb
由于t1非常短，即使电压升到Us ，气隙也 不一定被击穿。
放电时间构成
对非持续作用的电压来说，一个气隙的耐电压性 能就不能单一地用“击穿电压”值来表达，须用电 压峰值和击穿时间这两者来共同表达，这就是该气 隙在该电压波形下的伏秒特性。
伏秒特性曲线——同一波形、不同幅值的冲击电压作用下，间 隙上出现的电压最大值和放电时间的关系曲线。
伏秒特性的制定方法（实验方ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ）
保持冲击电压波形不变，逐渐提高冲击电压的峰值
1.5 冲击电压下气隙的击穿特性
• 冲击电压标准波形 • 放电时延 • 伏秒特性
冲击电压标准波形
冲击电压标准波形
作用时间短暂的电压称为冲击电压，在冲击电压作用下空气间隙的击 穿具有新的特性。
雷电在电力系统中造成的过电压是一种冲击电压，这是电力系统发生 事故的重要因素。
为了模拟雷电压，各国规定了试验用雷电冲击电压的标准波形，分为 全波和截波两种。
第二阶段--统计时延ts
u
（Us → 出现第一个有效电子）：击穿过程 U
开始，具有统计性。
由于有效电子的出现是一个随机事件，取 Us
决于很多偶然因素，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。
t1 ts
tf
tlag tb
极不均匀电场气隙的击穿特性
气隙长度更大的实验 结果见图2－9。
对于1.2/50uS标准冲击电 压波上述两图亦适用。
由图可见，“棒－板” 气隙的冲击击穿电压具有 明显的极性效应，棒极为 正极性的击穿电压比负极 性时数值低得多。
四、操作冲击电压 我国采用如图1－17所示的±250/2500us标
准操作冲击波形。
随着输电电压的不断提高： ➢额定电压超过220kV的超高压输电系统，应 按操作过电压下的电气特性进行绝缘设计 ➢超高压电力设备也应采用操作冲击电压来进 行高压试验
在各种各样的极不均匀电场气隙中：
➢“棒－棒”气隙：完全对称性 ➢“棒－板”气隙：最大不对称性
其它类型不均匀电场气隙击穿特性介于这两 种之间。
对于实际工程中遇到的各种极不均匀电场气隙来 说，均可按其电极的对称程度分别选用“棒-棒”或 “棒-板”两种典型气隙的击穿特性曲线来估计其电气 强度。
一、直流电压
各种类型作用电压下，以操作冲击电压下 的电气强度最小。在确定电力设施的空气间距 时，必须考虑到这一重要情况。
(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。
图2-6是空气中棒 间隙的工频击穿电压与 气隙长度的关系曲线， 可以看出，在气隙长度 d不超过1m时，“棒-棒” 与“棒-板”气隙的工 频击穿电压几乎一样， 但在d进一步增大后， 二者的差别就变得越来 越大了。
图2-7是空气间隙更长时的试验数据，为了进行 比较，图中同时绘有“导线-导线”和“导线-杆塔” 空气间隙的试验结果。
从图中可以看出，随着气隙长度的增大，“棒-板” 气隙的平均击穿场强明显降低，即存在“饱和”现象。
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气隙击穿特性的影响因素：
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
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
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，主要有两种典型的极不均匀 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。
间隙各处场强相差不大，一但出 现电离，很快贯穿整个间隙，放电时 延短。
伏秒特性曲线B只能在很小的时间 内向上翘
4.2、伏秒特性的应用
有效
无效
S1 被保护设备的伏秒特性 S2 保护间隙的伏秒特性
两者配合，S2可以保护S1 两者不能配合，不能互相保护
小结
气隙的击穿特性与电压种类、电场分布形式相关； 极不均匀电场的击穿特性，性的两种方式：50%冲击击穿
OG为视在半峰值时间 T2
（也称为波长时间）
T1
T2
国标规定：T1 1.2s 30% T2 50s 20%
b、操作冲击电压波
T2
T1
国标规定： T1 250s 20% T2 2500s 60%
2、放电时延 冲击电压的特点：
变化速度快、作用时间短，其有效作用时间是以微 秒计的。
电压（U50%）和气隙的伏秒特性
电压基本相同 b、不同于极不均匀电场，一旦出现自持放电，立即导
致气隙击穿，而不发生电晕现象 c、稍不均匀电场不对称时，虽有极性效应，但不明显 d、击穿电压和电场不均匀程度有极大关系，越均匀击
穿电压越高
直径为D 的球隙的击穿电压Ud 与气隙距离d 的关系
a、当d <D/4时，电场相
当均匀，其击穿特性与 均匀电场相似，直流、 工频交流（也包括冲击 电压）作用下的击穿电 压大致相同；
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
放电时延特点：
a、小间隙、均匀场：tL 短，ts占主要部分
b、大间隙、极不均匀场： tL长，t f占主要部分 c、随着冲击电压幅值的不断升高， tL将越来越短
有效电子
间隙中出现一个能引起电离过程并最终导致击穿 的电子称为有效电子。
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
因此该气隙耐电性能要用冲击电 压值和击穿时间两者共同来表示。
Ub
ts
伏秒特性的应用 1—下包线； 2—上包线； 3—50%伏秒特性
4.1、不同电场气隙伏秒特性比 较
a、极不均匀电场（大间隙）
平均击穿场强较低，放电时延较 长，只有大大提高电压，才能缩短放 电时延。
伏秒特性曲线A向左上角上翘
b、稍不均匀电场（小间隙）
统计时延服从统计规律的原因： 1）有效电子的出现具有统计特性，有些自由电子被 中和，有些可能扩散到间隙外
2）有些电子虽然也引起电离过程，但由于各种不利 因素的巧合，电离可能中途衰亡而终止
3、50%冲击击穿电压（U50%）
工程上常采用50%冲击击穿电压（U50%）来描述气隙的
冲击击穿特性。
50%冲击击穿电压（U50%）：在多次施加同一电压时，
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-棒间隙：5.0kV/cm （略微不对称）
b、交流电场下的击穿电压
特点：
1、棒-板间隙击穿总是在棒的极 性为正、电压达到峰值时发生， 击穿电压与直流电压下正极性击 穿电压相近
一、持续作用电压下气隙的击穿特性
1、均匀电场中的击穿电压： a、分散性小 直流、工频交流电压作用下（也包括冲击电
压），击穿电压基本相同 b、均匀电场中空气的电气强度大致为 30kV(峰值)/cm
经验公式为： Ub 24.22d 6.08 dkV d：间隙距离； ：空气相对密度
2、稍不均匀电场中的击穿电压 a、与均匀电场相似，分散性很小 直流、工频交流（也包括冲击电压）作用下，击穿
导致其中半数气隙击穿的这一电压值。
在均匀和稍不均匀电场中，气隙的U50%与静态击穿电
压Us相差不大，其冲击系数 （U50%与Us之比）接近1；
而在极不均匀电场中，由于放电时延较长，其冲击系
数 均大于1。
4、气隙的伏秒特性
同一个气隙，在峰值较低但延 续时间较长的冲击电压作用下可 能击穿，而在峰值较高但延续时 间较短的冲击电压作用下可能反 而不击穿。
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
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
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，主要有两种典型的极不均匀 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。
间隙各处场强相差不大，一但出 现电离，很快贯穿整个间隙，放电时 延短。
伏秒特性曲线B只能在很小的时间 内向上翘
4.2、伏秒特性的应用
有效
无效
S1 被保护设备的伏秒特性 S2 保护间隙的伏秒特性
两者配合，S2可以保护S1 两者不能配合，不能互相保护
小结
气隙的击穿特性与电压种类、电场分布形式相关； 极不均匀电场的击穿特性，性的两种方式：50%冲击击穿
OG为视在半峰值时间 T2
（也称为波长时间）
T1
T2
国标规定：T1 1.2s 30% T2 50s 20%
b、操作冲击电压波
T2
T1
国标规定： T1 250s 20% T2 2500s 60%
2、放电时延 冲击电压的特点：
变化速度快、作用时间短，其有效作用时间是以微 秒计的。
电压（U50%）和气隙的伏秒特性
电压基本相同 b、不同于极不均匀电场，一旦出现自持放电，立即导
致气隙击穿，而不发生电晕现象 c、稍不均匀电场不对称时，虽有极性效应，但不明显 d、击穿电压和电场不均匀程度有极大关系，越均匀击
穿电压越高
直径为D 的球隙的击穿电压Ud 与气隙距离d 的关系
a、当d <D/4时，电场相
当均匀，其击穿特性与 均匀电场相似，直流、 工频交流（也包括冲击 电压）作用下的击穿电 压大致相同；
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
放电时延特点：
a、小间隙、均匀场：tL 短，ts占主要部分
b、大间隙、极不均匀场： tL长，t f占主要部分 c、随着冲击电压幅值的不断升高， tL将越来越短
有效电子
间隙中出现一个能引起电离过程并最终导致击穿 的电子称为有效电子。
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
因此该气隙耐电性能要用冲击电 压值和击穿时间两者共同来表示。
Ub
ts
伏秒特性的应用 1—下包线； 2—上包线； 3—50%伏秒特性
4.1、不同电场气隙伏秒特性比 较
a、极不均匀电场（大间隙）
平均击穿场强较低，放电时延较 长，只有大大提高电压，才能缩短放 电时延。
伏秒特性曲线A向左上角上翘
b、稍不均匀电场（小间隙）
统计时延服从统计规律的原因： 1）有效电子的出现具有统计特性，有些自由电子被 中和，有些可能扩散到间隙外
2）有些电子虽然也引起电离过程，但由于各种不利 因素的巧合，电离可能中途衰亡而终止
3、50%冲击击穿电压（U50%）
工程上常采用50%冲击击穿电压（U50%）来描述气隙的
冲击击穿特性。
50%冲击击穿电压（U50%）：在多次施加同一电压时，
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-棒间隙：5.0kV/cm （略微不对称）
b、交流电场下的击穿电压
特点：
1、棒-板间隙击穿总是在棒的极 性为正、电压达到峰值时发生， 击穿电压与直流电压下正极性击 穿电压相近
一、持续作用电压下气隙的击穿特性
1、均匀电场中的击穿电压： a、分散性小 直流、工频交流电压作用下（也包括冲击电
压），击穿电压基本相同 b、均匀电场中空气的电气强度大致为 30kV(峰值)/cm
经验公式为： Ub 24.22d 6.08 dkV d：间隙距离； ：空气相对密度
2、稍不均匀电场中的击穿电压 a、与均匀电场相似，分散性很小 直流、工频交流（也包括冲击电压）作用下，击穿
导致其中半数气隙击穿的这一电压值。
在均匀和稍不均匀电场中，气隙的U50%与静态击穿电
压Us相差不大，其冲击系数 （U50%与Us之比）接近1；
而在极不均匀电场中，由于放电时延较长，其冲击系
数 均大于1。
4、气隙的伏秒特性
同一个气隙，在峰值较低但延 续时间较长的冲击电压作用下可 能击穿，而在峰值较高但延续时 间较短的冲击电压作用下可能反 而不击穿。