不均匀电场的击穿和雷电冲击电压下的空气击穿.ppt

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。
刚开始出现电晕时的电压称为电晕起始电压或起晕电压
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:
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。
危害:
电晕放电引起光、声、热等效应使空气发生化学反应,不但消耗能量,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。
有利方面:
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。
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。
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(+→|-)
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。
(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。
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+→|-
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。
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=±30%
T2=50μs±20%
一般写为±
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
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。
1、完成气隙击穿的三个必备条件:
总放电时间 tb=t0+ts+tf
2、放电时间的组成:
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,为所加电压从0上升到U0的时间;
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。