高電壓-氣體間隙的擊穿強(qiáng)度(編輯修改稿)
2025-05-27 18:19 本頁面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 靠保護(hù) S1。 高電壓工程基礎(chǔ) 放電時(shí)間的組成為： td = t1 + ts + tf 標(biāo)準(zhǔn)雷電沖擊電壓波形： 177。 沖擊電壓下氣隙的擊穿特性 （ 1）采用擊穿百分比為 50%時(shí)的電壓來表征氣隙的沖擊擊穿特性； （ 2）伏秒特性表征氣隙的沖擊擊穿電壓與放電時(shí)間的關(guān)系。 小 結(jié)： 高電壓工程基礎(chǔ) 操作沖擊電壓下的擊穿 電力系統(tǒng)的輸電線及電氣設(shè)備具有 電感和電容性 ，由于系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的突變，導(dǎo)致電感和電容元件間的電磁能轉(zhuǎn)換，引起振蕩性的過渡過程。該過程會(huì)在某些電氣設(shè)備和電網(wǎng)上造成很高的電壓，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過正常運(yùn)行的電壓，稱為 操作過電壓 。 操作過電壓的幅值、波形與電力系統(tǒng)的電壓等級(jí)有關(guān)。過渡過程的振蕩基值等于系統(tǒng)運(yùn)行電壓，電壓等級(jí)越高，操作過電壓幅值也越高。 這與雷電過電壓不同，后者取決于接地電阻，與系統(tǒng)電壓等級(jí)無關(guān)。 高電壓工程基礎(chǔ) 直到 20世紀(jì) 50年代，各國(guó)還認(rèn)為操作過電壓下的空氣間隙及絕緣子的閃絡(luò)電壓 =操作沖擊系數(shù) 工頻放電電壓，且波形的影響可忽略。 ? 220kV及以下電壓等級(jí)電力系統(tǒng)：操作沖擊系數(shù) = ? 220kV以上電壓等級(jí)的電力系統(tǒng)：操作沖擊系數(shù) =1 隨著電力系統(tǒng)電壓等級(jí)的提高，操作沖擊下的絕緣問題越來越突出。近幾年來研究發(fā)現(xiàn)，操作沖擊電壓下的氣體絕緣放電特性有許多新的特點(diǎn)，應(yīng)根據(jù)操作沖擊電壓波形下的放電電壓進(jìn)行設(shè)計(jì)。 高電壓工程基礎(chǔ) 操作過電壓波形隨電壓等級(jí)、系統(tǒng)參數(shù)、設(shè)備性能、操作性質(zhì)、操作時(shí)機(jī)等因素而有很大的變化。為了模擬操作過電壓，需要規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)波形。 操作沖擊電壓的標(biāo)準(zhǔn)波形 IEC標(biāo)準(zhǔn)： T1/T2=250(177。 20％ ) / 2500(177。 60％ ) μs 附加推薦： 100/ 2500μs 或 500/ 2500μs 另外建議一種衰減振蕩波：第一個(gè)半波的持續(xù)時(shí)間在2022~3000μs，反極性的第二個(gè)半波的峰值約為第一個(gè)峰值的 80%。 高電壓工程基礎(chǔ) 操作沖擊電壓的作用時(shí)間：介于工頻電壓與雷電沖擊電壓之間。 在均勻場(chǎng)和稍不均勻場(chǎng)中 ,操作沖擊 U50%、雷電沖擊 U50%、直流放電電壓和工頻放電電壓等幅值幾乎相同，分散性不大，擊穿發(fā)生在峰值附近。 在極不均勻場(chǎng)中 ,操作沖擊表現(xiàn)出許多新的特點(diǎn)： U形曲線；極性效應(yīng)；飽和現(xiàn)象；分散性大。 操作沖擊 50％擊穿電壓的特點(diǎn) 高電壓工程基礎(chǔ) 棒 板氣隙的操作沖擊擊穿電壓 （ 1） U形曲線 曲線呈 U形，波前時(shí)間在某一區(qū)域內(nèi)，氣隙的 50%擊穿電壓具有極小值，稱為 臨界擊穿電壓 ，與此相應(yīng)波前時(shí)間稱為 臨界波前時(shí)間 。間隙距離d增大時(shí)，臨界波前時(shí)間隨之增大。d7m的間隙，臨界波前時(shí)間約100~300μs范圍內(nèi)。 間隙距離 d越大，放電發(fā)展所需的時(shí)延越大，因此相應(yīng)的臨界波前時(shí)間就越大。 高電壓工程基礎(chǔ) 棒 板氣隙的操作沖擊擊穿電壓 （ 1） U形曲線 ? U形曲線左半支的上升特征 當(dāng)波前時(shí)間從臨界值減小，則放電發(fā)展時(shí)間縮短，放電時(shí)延減小，要求有更高的擊穿電壓才能實(shí)現(xiàn)擊穿。 ? U形曲線右半支的上升特征 當(dāng)波前時(shí)間從臨界值增大，留給放電發(fā)展的時(shí)間足夠長(zhǎng)，再增大放電時(shí)間，對(duì)放電發(fā)展沒有意義； 另一方面，起暈棒極附近電離處的與棒極同極性的空間電荷，能有足夠的時(shí)間被驅(qū)趕到更遠(yuǎn)處，造成附加電場(chǎng)減弱，則不利于放電的進(jìn)一步發(fā)展，從而要求更高的擊穿電壓才能擊穿。 高電壓工程基礎(chǔ) 棒 板氣隙的操作沖擊擊穿電壓 （ 1） U形曲線 ? 棒 板間隙在某種波前的操作波作用下的擊穿電壓甚至比工頻電壓還低很多。其他結(jié)構(gòu)的間隙也有這種情況，但程度較輕。原因 : 工頻四分之一周波相當(dāng)于波前時(shí)間5000μs，位于 U形曲線的右半支。因此，其擊穿電壓反而比臨界波前操作沖擊擊穿高。 這一點(diǎn)值得特別注意，對(duì)工程中各個(gè)氣隙尺寸的選定有極其重要的影響。 高電壓工程基礎(chǔ) （ 1） U形曲線 在各種不同的不均勻電場(chǎng)結(jié)構(gòu)中，正極性操作沖擊的 50%擊穿電壓都比負(fù)極性的低，所以更危險(xiǎn)。 正棒 負(fù)板空氣間隙 U形曲線中， 50%擊穿電壓極小值 Umin(kV)可用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算： dU 813400m i n??式中 d— 間隙距離， m。 高電壓工程基礎(chǔ) （ 2）極性效應(yīng) 高電壓工程基礎(chǔ) 在操作沖擊電壓作用下，長(zhǎng)間隙的擊穿電壓呈現(xiàn)出顯著的飽和現(xiàn)象，特別是棒 板型間隙飽和程度尤為明顯。這一點(diǎn)與工頻擊穿電壓的規(guī)律類似。而雷電過電壓下的飽和現(xiàn)象卻不明顯。 （ 3）飽和現(xiàn)象 高電壓工程基礎(chǔ) 擊穿電壓的分散性可用相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差 σ表示 （ 4）擊穿電壓的分散性大 極不均勻電場(chǎng)的空氣間隙，在波前時(shí)間為數(shù)十微秒至數(shù)百微秒的操作沖擊電壓作用下， σ約為 5%，而在雷電沖擊電壓下， σ約為 3%，工頻電壓作用下，分散性更小， σ2%。 212])(1[1 ? ?? UUNU?高電壓工程基礎(chǔ) 標(biāo)準(zhǔn)操作沖擊電壓波形為非周期性指數(shù)衰減波形。 標(biāo)準(zhǔn)操作沖擊電壓的波形對(duì) U50%影響很大。 極性效應(yīng)更顯著。 擊穿電壓的分散性大。 小 結(jié)： 高電壓工程基礎(chǔ) 大氣密度和濕度對(duì)擊穿的影響 ? 溫度 t0＝ 20℃ ? 壓力 p0＝ ? 絕對(duì)濕度 h0＝ 11g/m3 標(biāo)準(zhǔn)大氣條件 空氣間隙中氣體的狀態(tài)，如溫度、濕度和氣壓等因素，都會(huì)影響空氣的電離發(fā)展，從而影響間隙的擊穿電壓或放電電壓。 高電壓工程基礎(chǔ) 大氣條件的校正 空氣密度增大時(shí)，空氣中自由電子的平均自由行程縮短，不易造成碰撞電離，所以空氣間隙的擊穿電壓升高。 空氣的濕度增加時(shí)，由于水蒸氣是電負(fù)性氣體，易俘獲自由電子形成負(fù)離子，使電離減弱，所以空氣間隙的擊穿電壓升高。 在均勻電場(chǎng)中，濕度的影響很小，擊穿前各處的場(chǎng)強(qiáng)都很高，即各處電子運(yùn)動(dòng)速
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