不均匀电场的击穿和雷电冲击电压下的空气击穿
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➢ 短气隙中（1cm以下），特别是电场均匀时，tf<<ts， 放电时延主要取决于ts。为减小ts： ❖ 可提高外施电场使气隙中出现有效电子的概率增加 ❖ 可采用人工光源照射，使阴极释放出更多的电子
➢ 较长气隙时，放电时延主要决定于tf，且电场越不均匀， tf越大。
冲击放电特点： 具有放电时延；Ub>U0
2、分析： 下面以电场极不均匀的“棒－板”气隙为 例，从流注的概念出发，说明放电的发 展过程和极性效应。
(a) 正尖——负板
电子崩头部的电子到达棒极后即将 被中和，留在棒极附近的为正空间 电荷。这些正离子向阴极移动速度 很慢而暂留在棒极附近。它们削弱 了棒极附近的电场，棒极附近难以 形成流注，自持放电难以实现，故 起晕电压较高。而它们同时加强了 朝向极板的电场，促进放电向前发 展，故放电电压较低。
不均匀电场的击穿 和雷电冲击电压下
的空气击穿
2.3 极不均匀场中气体的击穿过程
放电特点： 1、电晕放电 2、极性效应
一、电晕放电
1、定义：电场极不均匀时，在大曲率电极附近空间局部场 强首先达到引起强烈游离的数值，使其附近很薄一层空气 中形成自持放电，产生薄薄的淡紫色发光层。该放电仅局 限在大曲率电极周围很小范围内，而整个气隙尚未击穿， 这种现象即为电晕放电。
➢ 工程实际中，输电线路外绝缘和高压电器的外绝缘都属 于极不均匀电场分布，在交流电压下的击穿都发生在正 半波；
➢ 因此考核绝缘冲击特性时应施加正极性的冲击电压。
三、极不均匀场放电特点
➢ 无论尖极极性如何，放电总是从尖极开始 ➢ 尖极附近总是留下正的空间电荷 ➢ 存在极性效应：Ub-→|+>Ub+→|-
➢ 刚开始出现电晕时的电压称为电晕起始电压或起晕电压
2、特点：电晕放电是极不均匀电场特有的自持放电形式， 电晕起始电压低于击穿电压，电场越不均匀其差值越大。
电晕放电的起始电压一般用经验 公式来推算，流传最广的是皮克 公式，电晕起始场强近似为： ➢ 危害： ▪ 电晕放电引起光、声、热等效应使空气发生化学反应，不
➢ 足够大的电场强度或足够高的电压。 ➢ 在气隙中存在能引起电子崩并导致流注和主放电的有效 电子。 ➢ 需要有一定的时间，让放电得以逐步发展并完成击穿。
完成击穿所需放电时间很短（微秒级）：
➢直流电压、工频交流等持续作用的电压，满足上述三个条 件不成问题； ➢ 当所加电压为变化速度很快、作用时间很短的冲击电压时， 因有效作用时间短，放电时间就变成一个重要因素。
1、伏秒特性及伏秒特性曲线
冲击击穿特性最好用电压和时间两个参量来表示，这种 在“电压－时间”坐标平面上形成的曲线，通常称为伏 秒特性曲线，它表示对某一冲击电压波形，该气隙的冲 击击穿电压与击穿时间的关系。
它可全面反映间隙在冲击电压下的击穿特性。
2、伏秒特性曲线的测定
➢ 保持冲击电压波形不变，逐级 升高电压使气隙发生击穿，记录 击穿电压波形，读取击穿电压值 U与击穿时间t。 ➢ 当电压不很高时击穿一般发生 在波尾；当电压较高时，击穿百 分比将达100％，放电时延大大 缩短，击穿一般发生在波前。 ➢ 当击穿发生在波前时，U与t均 取击穿时的值；当击穿发生在波 尾时，U取波峰值，t取击穿时间 值。
▪ 降低输电线上的雷电或操作冲击波的幅值和波前陡度。
▪ 电晕放电还在除尘器、静电喷涂装置、臭氧发生器等工 业设施中得到广泛应用。
▪ 某些场合可改善电场分布。
二、极性效应
1、定义：电极形状不对称的极不均匀场中，大曲率电极极 性不同时，间隙的击穿电压和起晕电压各不相同。
即：Ub(-→|+)>Ub(+→|-)
三、伏秒特性
当击穿过程中加在间隙上的电 压随时间变化时，击穿电压指 间隙上的最高电压。
对持续电压来说，电压变化比 放电发展的速度慢得多，电压 达到静态击穿电压后，可认为 电压基本不变，所以击穿电压 就等于静态击穿电压。
对雷电冲击电压来说，电压变化速度极快，在电压达 到静态击穿电压后的放电时延内，电压变化较大，击 穿电压高于静态击穿电压；且击穿电压随时间而变。
2、放电时间的组成：
总放电时间 tb=t0＋ts＋tf
t1＝ts＋tf 称为放电时延
t0－气隙在持续电压下的击穿 电压为U0，为所Biblioteka Baidu电压从0上 升到U0的时间；
ts－从电压达到U0瞬时起到气隙中出现第一个有效电子为
止的时间称为统计时延。
tf－出现有效电子后，引起碰撞游离，形成电子崩，发展到 流注和主放电，最后完成气隙击穿需要的时间，称为放电 形成时延。
2.5 雷电冲击电压下气体的击穿
一、冲击波形及特点
冲击波： ①雷电冲击 ②操作冲击
标准雷电波：
IEC和国标规定： T1=1.2μs±30％ T2=50μs±20% 一般写为±1.20/50
特点：高幅值、高陡度、短时间
标准雷电冲击电压波
T1——视在波前时间 T2——视在半峰值时间
二、冲击放电特点
1、完成气隙击穿的三个必备条件：
2.4 持续电压作用下的空气击穿
一、均匀电场中的击穿电压特点 1、电场对称，击穿电压无极性效应。 2、各处场强相等，击穿前无电晕发生，起始放电 电压等于击穿电压。 3、击穿所需时间短，击穿电压（峰值）基本相同， 分散性小。 二、稍不均匀电场的击穿电压特点 1、击穿电压有极性效应，但不明显。 2、击穿前有电晕发生，不稳定，一出现电晕，立即 导致整个间隙击穿。 3、放电发展所需时间短，分散性不大。 三、极不均匀电场的击穿电压特点 1、存在局部电场区，击穿前有稳定的电晕，间隙的起始 放电电压小于击穿电压。 2、有明显的极性效应。 3、放电发展所需时间长，击穿电压分散性很大。
(b) 负尖——正板
电子崩将由棒极表面出发向极板 发展，崩头的电子在离开强场 （电晕）区后，不再引起碰撞游 离，但仍继续往板极运动，并大 多形成负离子，负空间电荷浓度 小，对电场影响不大。留在棒极 附近是大批正离子，它们将加强 棒极表面附近的电场，容易形成 自持放电，所以其起晕电压较低。 间隙深处的电场被消弱，使流注 不易向前发展，间隙的击穿电压 要比正极性时高得多。
但消耗能量，还产生臭氧和氧化氮等有害气体，腐蚀金具 和有机绝缘物。坏天气要比好天气时的电晕损耗大得多。
▪ 电晕放电中，由于电子崩和流注不断消失、出现造成的放 电脉冲会产生高频电磁波，对无线电和广播产生干扰。
▪ 电晕放电还会产生可闻噪声。
➢消除方法：改进电极形状，减小电极曲率；如电极采用 大尺寸球面， 超高压线路采用扩径导线等。 ➢ 有利方面：
➢ 较长气隙时，放电时延主要决定于tf，且电场越不均匀， tf越大。
冲击放电特点： 具有放电时延；Ub>U0
2、分析： 下面以电场极不均匀的“棒－板”气隙为 例，从流注的概念出发，说明放电的发 展过程和极性效应。
(a) 正尖——负板
电子崩头部的电子到达棒极后即将 被中和，留在棒极附近的为正空间 电荷。这些正离子向阴极移动速度 很慢而暂留在棒极附近。它们削弱 了棒极附近的电场，棒极附近难以 形成流注，自持放电难以实现，故 起晕电压较高。而它们同时加强了 朝向极板的电场，促进放电向前发 展，故放电电压较低。
不均匀电场的击穿 和雷电冲击电压下
的空气击穿
2.3 极不均匀场中气体的击穿过程
放电特点： 1、电晕放电 2、极性效应
一、电晕放电
1、定义：电场极不均匀时，在大曲率电极附近空间局部场 强首先达到引起强烈游离的数值，使其附近很薄一层空气 中形成自持放电，产生薄薄的淡紫色发光层。该放电仅局 限在大曲率电极周围很小范围内，而整个气隙尚未击穿， 这种现象即为电晕放电。
➢ 工程实际中，输电线路外绝缘和高压电器的外绝缘都属 于极不均匀电场分布，在交流电压下的击穿都发生在正 半波；
➢ 因此考核绝缘冲击特性时应施加正极性的冲击电压。
三、极不均匀场放电特点
➢ 无论尖极极性如何，放电总是从尖极开始 ➢ 尖极附近总是留下正的空间电荷 ➢ 存在极性效应：Ub-→|+>Ub+→|-
➢ 刚开始出现电晕时的电压称为电晕起始电压或起晕电压
2、特点：电晕放电是极不均匀电场特有的自持放电形式， 电晕起始电压低于击穿电压，电场越不均匀其差值越大。
电晕放电的起始电压一般用经验 公式来推算，流传最广的是皮克 公式，电晕起始场强近似为： ➢ 危害： ▪ 电晕放电引起光、声、热等效应使空气发生化学反应，不
➢ 足够大的电场强度或足够高的电压。 ➢ 在气隙中存在能引起电子崩并导致流注和主放电的有效 电子。 ➢ 需要有一定的时间，让放电得以逐步发展并完成击穿。
完成击穿所需放电时间很短（微秒级）：
➢直流电压、工频交流等持续作用的电压，满足上述三个条 件不成问题； ➢ 当所加电压为变化速度很快、作用时间很短的冲击电压时， 因有效作用时间短，放电时间就变成一个重要因素。
1、伏秒特性及伏秒特性曲线
冲击击穿特性最好用电压和时间两个参量来表示，这种 在“电压－时间”坐标平面上形成的曲线，通常称为伏 秒特性曲线，它表示对某一冲击电压波形，该气隙的冲 击击穿电压与击穿时间的关系。
它可全面反映间隙在冲击电压下的击穿特性。
2、伏秒特性曲线的测定
➢ 保持冲击电压波形不变，逐级 升高电压使气隙发生击穿，记录 击穿电压波形，读取击穿电压值 U与击穿时间t。 ➢ 当电压不很高时击穿一般发生 在波尾；当电压较高时，击穿百 分比将达100％，放电时延大大 缩短，击穿一般发生在波前。 ➢ 当击穿发生在波前时，U与t均 取击穿时的值；当击穿发生在波 尾时，U取波峰值，t取击穿时间 值。
▪ 降低输电线上的雷电或操作冲击波的幅值和波前陡度。
▪ 电晕放电还在除尘器、静电喷涂装置、臭氧发生器等工 业设施中得到广泛应用。
▪ 某些场合可改善电场分布。
二、极性效应
1、定义：电极形状不对称的极不均匀场中，大曲率电极极 性不同时，间隙的击穿电压和起晕电压各不相同。
即：Ub(-→|+)>Ub(+→|-)
三、伏秒特性
当击穿过程中加在间隙上的电 压随时间变化时，击穿电压指 间隙上的最高电压。
对持续电压来说，电压变化比 放电发展的速度慢得多，电压 达到静态击穿电压后，可认为 电压基本不变，所以击穿电压 就等于静态击穿电压。
对雷电冲击电压来说，电压变化速度极快，在电压达 到静态击穿电压后的放电时延内，电压变化较大，击 穿电压高于静态击穿电压；且击穿电压随时间而变。
2、放电时间的组成：
总放电时间 tb=t0＋ts＋tf
t1＝ts＋tf 称为放电时延
t0－气隙在持续电压下的击穿 电压为U0，为所Biblioteka Baidu电压从0上 升到U0的时间；
ts－从电压达到U0瞬时起到气隙中出现第一个有效电子为
止的时间称为统计时延。
tf－出现有效电子后，引起碰撞游离，形成电子崩，发展到 流注和主放电，最后完成气隙击穿需要的时间，称为放电 形成时延。
2.5 雷电冲击电压下气体的击穿
一、冲击波形及特点
冲击波： ①雷电冲击 ②操作冲击
标准雷电波：
IEC和国标规定： T1=1.2μs±30％ T2=50μs±20% 一般写为±1.20/50
特点：高幅值、高陡度、短时间
标准雷电冲击电压波
T1——视在波前时间 T2——视在半峰值时间
二、冲击放电特点
1、完成气隙击穿的三个必备条件：
2.4 持续电压作用下的空气击穿
一、均匀电场中的击穿电压特点 1、电场对称，击穿电压无极性效应。 2、各处场强相等，击穿前无电晕发生，起始放电 电压等于击穿电压。 3、击穿所需时间短，击穿电压（峰值）基本相同， 分散性小。 二、稍不均匀电场的击穿电压特点 1、击穿电压有极性效应，但不明显。 2、击穿前有电晕发生，不稳定，一出现电晕，立即 导致整个间隙击穿。 3、放电发展所需时间短，分散性不大。 三、极不均匀电场的击穿电压特点 1、存在局部电场区，击穿前有稳定的电晕，间隙的起始 放电电压小于击穿电压。 2、有明显的极性效应。 3、放电发展所需时间长，击穿电压分散性很大。
(b) 负尖——正板
电子崩将由棒极表面出发向极板 发展，崩头的电子在离开强场 （电晕）区后，不再引起碰撞游 离，但仍继续往板极运动，并大 多形成负离子，负空间电荷浓度 小，对电场影响不大。留在棒极 附近是大批正离子，它们将加强 棒极表面附近的电场，容易形成 自持放电，所以其起晕电压较低。 间隙深处的电场被消弱，使流注 不易向前发展，间隙的击穿电压 要比正极性时高得多。
但消耗能量，还产生臭氧和氧化氮等有害气体，腐蚀金具 和有机绝缘物。坏天气要比好天气时的电晕损耗大得多。
▪ 电晕放电中，由于电子崩和流注不断消失、出现造成的放 电脉冲会产生高频电磁波，对无线电和广播产生干扰。
▪ 电晕放电还会产生可闻噪声。
➢消除方法：改进电极形状，减小电极曲率；如电极采用 大尺寸球面， 超高压线路采用扩径导线等。 ➢ 有利方面：