真空间隙击穿机理的分析
2 气体击穿理论分析和气体间隙绝缘.
粒子的实际自由行程长度等于或大于某一距离x的概率为
P
x
x
e
注意：由于电子的半径或体积比离子或气体分子小得多，所 以电子的平均自由行程长度要比离子或气体分子大得多。30
由气体动力学可知，电子的平均自由行程长度
式中：r—气体分子半径；e
1 r2N
N—气体分子密度。
又由 Nkp T ek rT 2p e∝ T P
正离子必须碰撞出一个以上电子时才能产生自由电子
逸出的电子有一个和正离子结合成为原子，其余成为自由电子。
② 光电子发射（光电效应）
高能辐射先照射阴极时，会引起光电子发射，其条件是光子的能量 应大于金属的逸出功。
同样的光辐射引起的电极表面电离要比引起空间光电离强烈得多
25
③ 热电子发射
当阴极被加热到很高温度时，其中的电子获得巨大动能，逸
第八节 第九节
SF6和气体绝缘电气设备 大气条件对气隙击穿特性的影响及其校正
第十节 提高气体介质电气强度的方法
2
第十一节 沿面放电和污闪事故
第一节 气体放电的主要形式简介
一．气体放电的概念
气体放电——气体中流通电流的各种形式。
1. 正常状态：优良的绝缘体。
在一个立方厘米体积内仅含几千个带电粒子,但这些带 电粒子并不影响气体的绝缘。 空气的利用：架空输电线路个相导线之间、导线与地 线之间、导线与杆塔之间的绝缘；变压器相间的绝缘等 。
E
“混乱热运动＋沿着电场作定向漂移”
自由行程长度——带电粒子与气体分子发生第一次碰撞到第 二次碰撞所移动的距离。（两次碰撞中未再发生任何碰撞）
29
② 平均自由行程长度
实际的自由行程长度是随机量，有很大的分散性，任意带电 粒子在1cm的行程中所遭遇的碰撞次数与分子的半径和密度 有关
《空气间隙间隙系数的计算与应用》
《空气间隙间隙系数的计算与应用》一、空气间隙系数的定义空气间隙系数，又称击穿电压系数，是指在给定电压下，空气间隙的击穿电压与真空中击穿电压的比值。
它反映了空气间隙的绝缘性能。
空气间隙系数越大，说明空气间隙的绝缘性能越好。
二、空气间隙系数的计算方法实验测量法：通过实验测量在不同电压下空气间隙的击穿电压，然后绘制击穿电压与电压的曲线。
空气间隙系数可以通过曲线的斜率来计算。
理论计算法：根据电气场强理论，可以计算出空气间隙的击穿电压。
空气间隙系数可以通过以下公式计算：[ k = \frac{U_{bd}}{U_{bd,vac}} ]其中，( U_{bd} ) 是空气间隙的击穿电压，( U_{bd,vac} ) 是真空中的击穿电压。
三、空气间隙系数的应用绝缘设计：在电气设备的设计中，需要根据空气间隙系数来确定设备的绝缘水平。
空气间隙系数越大，设备的绝缘水平越高。
击穿电压预测：通过空气间隙系数，可以预测电气设备在运行电压下的击穿电压。
这对于设备的可靠性和安全性具有重要意义。
绝缘材料选择：空气间隙系数还可以用于指导绝缘材料的选择。
在不同的工作环境下，需要选择不同空气间隙系数的绝缘材料。
四、实验测量与计算实例以下是一个实验测量和计算空气间隙系数的实例：实验设备：高压发生器、空气间隙、击穿电压测量仪。
实验步骤：a. 将高压发生器连接到空气间隙上。
b. 逐渐增加电压，同时测量击穿电压。
c. 记录不同电压下的击穿电压数据。
数据处理：将击穿电压与电压数据绘制在坐标纸上，得到击穿电压曲线。
计算空气间隙系数：通过曲线的斜率计算空气间隙系数。
非均匀电场中空气间隙的击穿场强
非均匀电场中空气间隙的击穿场强1. 引言在电气工程领域，非均匀电场中空气间隙的击穿场强是一个非常重要的概念。
它涉及到电场强度和介质击穿的关系，对于电力设备的设计和运行具有重要意义。
本文将从电场的基本概念开始，逐步深入探讨非均匀电场中空气间隙的击穿场强，以帮助读者更深入地理解这一话题。
2. 电场的基本概念电场是由电荷引起的力场，其强度大小和方向可以通过电场强度来描述。
在均匀电场中，电场强度是恒定的，但在非均匀电场中，电场强度会随着位置的不同而变化。
当介质中存在空气间隙时，电场的分布会更加复杂，这就涉及到了击穿场强的概念。
3. 非均匀电场中的空气间隙在电气设备中，空气间隙是不可避免的。
当电场作用于空气间隙时，由于空气的击穿特性，电场强度会达到一定数值时，就会导致击穿现象的发生。
研究非均匀电场中空气间隙的击穿场强对于电器设备的设计和绝缘结构的合理性具有重要意义。
4. 非均匀电场中空气间隙的击穿机理空气间隙的击穿是非均匀电场中重要的击穿形式。
当电场强度达到一定数值时，空气中的原子和分子会发生电离，形成等离子体，导致电流的流动和电场的崩溃。
而击穿场强就是指在这种情况下，电场强度达到使介质击穿的临界值。
我们通常用特定的实验方法来测量空气间隙的击穿场强，以便在电器设备中合理地应用。
5. 非均匀电场中空气间隙的影响因素在研究非均匀电场中空气间隙的击穿场强时，需要考虑到许多影响因素，比如空气间隙的形状、尺寸、表面状态，电场的分布情况以及气体的密度和湿度等。
这些因素都会对击穿场强产生影响，因此在实际应用中需要进行全面的考虑和合理的控制。
6. 个人观点和总结在实际工程中，我们需要充分理解非均匀电场中空气间隙的击穿场强，以便合理设计电气设备，确保设备能够稳定可靠地运行。
我们需要深入研究电场的基本理论，结合实际工程问题，不断提高自己的专业水平，为电气设备的发展做出贡献。
结语通过本文的探讨，相信读者对非均匀电场中空气间隙的击穿场强有了更深入的理解。
0.1mm空气间隙击穿电压
0.1mm空气间隙击穿电压在电力系统中，空气间隙的击穿电压是一个重要的参数。
它决定了电力系统在正常运行时的安全性和可靠性。
本文将详细讨论0.1mm空气间隙的击穿电压。
一、空气间隙击穿电压的基本概念空气间隙击穿电压是指在一定条件下，空气间隙中的电场强度达到临界值，导致空气中的气体分子发生电离，形成导电通道，从而使间隙导通。
这一过程需要足够高的电压，以克服空气分子的绝缘能力。
二、影响空气间隙击穿电压的因素1. 空气间隙的长度：空气间隙的长度对击穿电压产生显著的影响。
通常来说，间隙的距离越短，击穿电压就会越高。
这是因为，在相同的电场强度下，短间隙中的气体分子数量相对较少，因此需要更高的电压才能使其电离。
这个现象可以通过气体放电理论进行解释，当间隙距离缩短，电场强度增大，气体分子更容易被电离，从而引发放电现象。
2. 空气间隙的形状：空气间隙的形状也是影响击穿电压的重要因素。
一般来说，狭缝形状的间隙相比平板形状的间隙更容易击穿。
这是因为在狭缝形状的间隙中，电场强度分布更加不均匀，局部区域的电场强度更高，因此更容易引发气体分子的电离。
这个现象可以通过计算电场分布和气体分子的电离率来进一步解释。
3. 空气的温度和压力：空气的温度和压力也会影响其绝缘能力。
随着温度的升高，空气分子的热运动加剧，更容易被电离。
而随着压力的升高，空气分子的密度增加，绝缘能力提高，击穿电压也会相应升高。
这个现象可以通过分子热运动理论和气体放电理论进行解释，温度升高使得气体分子的热运动加剧，更容易被电离；而压力升高使得气体分子的密度增加，绝缘能力提高，击穿电压相应升高。
4. 电压作用时间：电压作用时间也是影响空气间隙击穿电压的一个重要因素。
在短时间内施加高电压，空气间隙可能来不及发生电离就结束了电压作用。
而在长时间的作用下，空气间隙有足够的时间发生电离，击穿电压相应降低。
这个现象可以通过电离理论和放电现象进行研究，短时间内施加高电压可能不足以引发空气间隙的电离；而在长时间的作用下，空气间隙有足够的时间发生电离，击穿电压相应降低。
《高电压工程基础(第2版)》实验1气体间隙放电实验
实验一气体间隙工频放电实验一、实验目的1．观察交流高压作用下气体的放电现象；2．研究间隙距离、电极形状、电极极性对几种典型电极构成的空气间隙击穿电压的影响。
二、实验内容1．测量标准球隙在不同距离下的击穿电压值，并与球隙的标准值相比较，如有差别分析原因。
2．测量尖-板、尖-尖电极在不同极性直流电压作用下的击穿电压和极间距离的关系。
三、理论概述I．空气间隙（工频或直流作用下）击穿的基本原理在正常大气条件下，当电极间的电场不强时，空气是十分良好的绝缘体。
但当电场强度升高到某一临界值后，空气间隙就丧失其绝缘能力而击穿。
实际工作中遇到的大多数电场都是不均匀电场，所以在设计时，估算所需绝缘和安全距离时，都是以不均匀电场来考虑的。
1．尖-板电极外加电压达到某一数值后，由于尖极附近电场强度较其他地方大，所以在该处首先电离，中性气体分子分离成电子和负离子，产生碰撞游离和电子崩，形成电晕放电。
当尖极为正时，游离出来的电子跑向强场区，很快进入正极，而正离子则形成空间电荷，进一步加强了原来的电场，容易形成流注。
这样就有利于游离区域向负极扩张，容易使游离发展而导致整个间隙的击穿。
当尖极为负时，靠近尖极向该极缓慢移动的正离子使极间电场进一步削弱，这样游离区域难于向正极发展，不容易形成流注。
结果在同一间隙距离下后者比前者的击穿电压高很多。
至于起晕电压，由于负尖易于发射电子，容易形成自持的电晕放电，而正尖只有依靠空间光电离的作用才能形成自持的电晕放电。
故负尖极的电晕起始电压略低于正尖的电晕起始电压。
2．尖-尖电极放电同时由两个尖端开始，放电由正尖向负尖发展。
将尖-板电极与尖-尖电极的情况进行比较，由于尖-板之间的电容稍大于棒棒之间的电容，所以在同一电压作用下，当间隙距离相同时，尖-板间隙中的电荷密度大，最大电场强度也较高。
显然，尖-尖间隙的放电电压要高于正尖—负板的放电电压，但由于尖-尖间隙中正离子形成的空间电荷有利于放电的发展，故其放电电压又低于负尖—正板的放电电压。
35千伏ZW30-40.5型户外真空断路器击穿爆炸分析及预防
35千伏ZW30-40.5型户外真空断路器击穿爆炸分析及预防摘要：对某变电站35千伏断路器由于电压升高造成击穿爆炸情况进行分析，制造厂家规定断路器SF6气体水分含量不高于500ppm为合格,但出厂值为440ppm，明显偏低，长期运行后断路器内绝缘气体水分含量高使断路器绝缘下降，是此次故障发生的主要原因，通过制造厂提高设备制造标准，定期进行检测维修完全能够防止此类故障的发生。
关键词：断路器击穿分析预防引言断合电流很大时气体将被击穿产生电弧，造成过热和放电对设备和人身安全构成威胁。
断路器由于自身带有灭弧室能够承受大电流冲击，是一种断合短路电流和严重过载电流的电气设备。
根据灭弧室内灭弧介质的不同，断路器分为油断路器、真空断路器、SF6断路器等。
真空断路器灭弧室利用真空环境熄灭电弧。
其本体内部完全密封充满SF6绝缘气体，做为绝缘介质将断路器内部带电体和外壳隔离，而绝缘气体的稳定性直接影响其内部绝缘性能。
一、原因分析35千伏变电站35千伏母线C相接地为零，A、B相电压升高为35千伏线电压，某35千伏出线断路器A、B相绝缘击穿爆炸。
从现场实际查看35千伏母线C相接地故障，非故障相A、B电压升高。
由于35千伏母线C相电压降低，故35千伏某断路器C相绝缘没有严重损伤，外观基本完好，A、B相柱体由于爆炸则完全从断路器本体脱离。
按照国家及电力行业标准，中性点非直接接地系统发生单相接地故障允许继续运行。
35千伏电网发生接地属于频发故障，无法完全避免，电气设备的绝缘是按线电压设计，能够承受单相接地造成的电压升高。
发生绝缘严重损坏的设备，设备绝缘存在薄弱环节。
1、某35千伏断路器绝缘存在薄弱点如下：⑴先天不足该断路器由于机械回路故障曾返厂大修，投入运行时间不长。
型号为ZW30-40.5型真空断路器，采用真空灭弧室，断路器内部主绝缘为SF6气体。
额定SF6气体压力0.2MPa，压力低于0.15MPa时需要充气。
故障前 35千伏断路器气压为0.17MPa。
随着电力系统的迅猛发展, 10KV 真空断路器在我国已经大批量地生产和使用。对于我们一线检修人员来说,提高
随着电力系统的迅猛发展，10KV 真空断路器在我国已经大批量地生产和使用。
对于我们一线检修人员来说，提高对真空断路器的认识，加强维护保养，使其安全运行，成了一个迫在眉睫的问题。
本文以ZW27 — 12 为例，简要说明真空断路器的原理与维修。
一：真空的绝缘特性真空具有很强的绝缘特性，在真空断路器中，气体非常稀薄，气体分子的自由行程相对较大，发生相互碰撞的几率很小，因此，碰撞游离不是真空间隙击穿的主要原因，而在高强电场作用下由电极析出的金属质点才是引起绝缘破坏的主要因素。
真空间隙中的绝缘强度不仅与间隙的大小，电场的均匀程度有关，而且受电极材料的性质及表面状况的影响较大。
真空间隙在较小的距离间隙( 2—3毫米)情况下，有比高压力空气与SF6气体高的绝缘特性，这就是真空断路器的触头开距一般不大的原因。
电极材料对击穿电压的影响主要表现在材料的机械强度(抗拉强度)和金属材料的熔点上。
抗拉强度和熔点越高，电极在真空下的绝缘强度越高。
实验表明，真空度越高，气体间隙的击穿电压越高，但在10-4托以上，就基本保持不变了，所以，要保持真空灭弧室的绝缘强度，其真空度应不低于10-4托。
二：真空中电弧的形成与熄灭真空电弧和我们以前学习的气体电弧放电现象有很大的差别，气体的游离现象不是产生电弧的主要因素，真空电弧放电是在触头电极蒸发出来的金属蒸汽中形成的。
同时，开断电流的大小不同，电弧表现的特点也不同。
我们一般把它分为小电流真空电弧和大电流真空电弧。
1.小电流真空电弧触头在真空中开断时，产生电流和能量十分集聚的阴极斑点，从阴极斑点上大量地蒸发金属蒸汽，其中的金属原子和带电质点的密度都很高，电弧就在其中燃烧。
同时，弧柱内的金属蒸汽和带电质点不断地向外扩散，电极也不断的蒸发新的质点来补充。
在电流过零时，电弧的能量减小，电极的温度下降，蒸发作用减少，弧柱内的质点密度降低，最后，在过零时阴极斑消失，电弧熄灭。
有时，蒸发作用不能维持弧柱的扩散速度，电弧突然熄灭，发生截流现象。
10kV
中国科技期刊数据库工业C10kV真空断路器击穿特性的研究刘刚北方工业大学电气与控制工程学院，北京 100144摘要：随着社会的高速发展，各行各业对供电的需求量不断增加，对于供电设备的质量以及电力系统的运行稳定性等因素也提出了更高的要求。
技术水平和处理缺陷的能力要不断地提高才能满足发展的需要，满足广大用户的要求，缩短设备处理缺陷和检修的时间，保证电网安全运行。
因此，我们在维修改造设备的过程中，应加强对系统设备本身特性的学习，全面了解设备运行特性及存在的问题和隐患，加强学习与交流，及时采取防范措施，不断改进设备，消除安全隐患，防止事故的发生，确保设备的安全运行和供电的可靠性。
关键词：10kV；真空断路器；击穿特性中图分类号：TM561 文献标识码：A 文章编号：1671-5810(2015)42-0163-021 引言10kV真空开关作为新一代的、先进的开关设备逐步得到广泛应用。
但随着其应用增多，也不可避免出现了缺陷率和故障率升高的现象。
目前真空断路器的故障多种多样，除了本文分析的一些常见故障以外，在日常使用中还可能会发生一些新问题，为了使真空断路器能可靠正常工作，运行人员应加强运行巡视，强化日常的维护检测，在操作中注意观察有无异常现象，发现隐患后及时消除缺陷，严格执行电气设备预防性试验规程要求，保证检修到位，确保修试质量，提高设备健康水平，绝不能对运行中的真空断路器掉以轻心，避免事故发生。
2 10kV真空断路器击穿特性10kV真空断路器击穿特性出现在20世纪70年代，由于受当时的技术水平限制，开关设备运动部件达不到这种要求，所以只在理论方面有所研究。
到了20世纪90年代初，随着高压开关制造水平的不断提高，高压领域内同步开关技术得到了快速发展和应用，但中压领域内同步关合技术还停留在研究阶段。
直到90年代末期，由于10kV操动机构的出现和微电子自动控制技术的进步，中压领域内的同步开合技术才真正开始运用，这方面的研究也日益得到关注。
空气间隙的击穿电压
空气间隙的击穿电压1. 引言在电气工程中，空气间隙的击穿电压是一个重要的参数。
了解和研究空气间隙的击穿电压对于设计和评估高压设备的性能至关重要。
本文将深入探讨空气间隙的击穿电压及其相关概念、影响因素以及应用。
2. 空气间隙的定义与概念空气间隙指两个导体之间没有任何绝缘材料填充，而是由空气填充的区域。
在高压设备中，通常存在着许多这样的空气间隙，如绝缘子、开关、断路器等。
击穿电压是指当施加在两个导体之间的电场强度达到一定值时，空气间隙内发生放电现象并导致绝缘失效所需的最小电压。
这个最小电压即为击穿电压。
3. 影响因素空气间隙的击穿电压受多种因素影响，主要包括以下几点：3.1 介质特性介质特性是指填充在空气间隙中的介质的性质，如气体、液体等。
不同的介质具有不同的击穿电压。
在空气间隙中，由于空气是常见的介质，因此我们更关注空气对击穿电压的影响。
3.2 电极形状和尺寸电极形状和尺寸对于空气间隙的击穿电压也有很大影响。
一般来说，电极之间距离越小，击穿电压越低；而电极形状越尖，击穿电压也越低。
3.3 温度温度是影响空气间隙击穿电压的重要因素之一。
通常情况下，温度升高会导致击穿电压降低。
3.4 湿度湿度是指环境中水分含量的多少，也会对空气间隙的击穿电压产生影响。
湿度较高时，水分分子会增加空气中导电性能，从而降低了击穿电压。
4. 应用了解和研究空气间隙的击穿电压在以下方面具有重要应用：4.1 设备设计在高压设备的设计中，了解空气间隙的击穿电压可以帮助工程师选择适当的电极距离、形状和尺寸，以确保设备在正常工作条件下不会发生击穿。
4.2 绝缘性能评估对于已经投入使用的高压设备，定期检测空气间隙的击穿电压可以评估其绝缘性能是否符合要求，及时发现潜在故障点，并采取相应措施修复。
4.3 安全标准制定空气间隙的击穿电压也是制定安全标准的重要依据之一。
根据不同应用场景和设备类型，制定相应的安全标准和规范，确保设备运行过程中不会发生危险事故。
高电压工程基础(第3章)讲解
• 由于极性效应，在工频交流电压下，“棒 一板”间隙的击穿总是发生在棒极为正极 性的半周期内的峰值电压附近。 • 同样条件下，工频击穿电压的峰值还稍低 于其直流击穿电压。这是因为前个周期留 下的空问电荷对棒棒极前方的电场场强有 所加强的缘故。
• ‘棒一棒”间隙的击穿电压相对较高，这是 因为“棒一棒”间隙的电场比“棒一板” 间隙相对要均匀一些，前者的最大场强是 分散在靠近两棒极处，而后者的最大场强 则集中在棒极附近。
1. 均匀电场中： • (1)固体介质表面不可能绝对光滑，其微 观上的凸凹不平造成介质表面电场不均 匀． • 〔2)固体介质表面会或多或少地吸收一 些空气中的水分。 • (3)固体介质与电极的接触如不十分紧 密．存在有极小的气隙。
2 不均匀电场中的沿面放电 • ①电场强度的方向大体上平 行于固体电介质的表面 • ②电介质表面的电场强度具 有较大的垂直于固体电介质 表面的法线分量 • 固体介质表面电阻(特别是 靠近法兰F处)的适当减小 (如涂半导体漆或半导体 釉)．可以使沿面的最大电 位梯度降低，防止滑闪放电 的出现，从而使沿面闪络电 压得到提高
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。
• 在直流电压下“棒一板”间隙的击穿特性 具有明显的极性效应。在所测的极间距离 范围内(d≤10cm)，负极性击穿场强约为 20kV／cm，而正极性击穿场强只有7.5kV ／cm • d≤300cm , “棒一板”间隙的实验结果可 见．这时负极性的平均击穿场强降为10 kV ／cm左右．而正极性的击穿场强约为4.5kV ／cm。
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真空间隙击穿机理的分析
李震彪;程礼椿;张逸成
【期刊名称】《高压电器》
【年(卷),期】1997(33)3
【摘 要】论述了真空间隙击穿的三种机理（微放电、微粒迁移和场致电子发射）。
通过定量的击穿机理分析表明,真空触头间隙击穿的主要原因是:微粒迁移和场致发
射引起的阳极蒸发。
【总页数】3页(P34-36)
【关键词】电器;真空触头材料;触头;间隙击穿机理
【作 者】李震彪;程礼椿;张逸成
【作者单位】华中理工大学;上海铁道大学
【正文语种】中 文
【中图分类】TM503.5;TM241.013
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1.基于六间隙棒电极结构的沿面击穿型触发真空开关的工作特点（英文） [J], 戴
玲;周正阳;南敬;王延召;林福昌
2.真空间隙的电击穿分析 [J], 杨晶;路小军
3.高压多脉冲真空间隙击穿实验研究 [J], 黄子平;谢永超;何佳龙;张世昌;陈思富;丁
学用;邓建军;王丽萍
4.开关电触头的击穿机理及影响真空间隙击穿的因素 [J], 李震彪;翁桅
5.基于面积效应的真空灭弧室触头间隙击穿特性研究 [J], 程少勇;刘志远;李新华;
王季梅
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