【正文】 ?球形屏蔽極可以顯著改善電場分布，提高氣隙的擊穿電壓； ?在氣隙中放置形狀和位置合適、能阻擋帶電粒子運動和調整空間電荷分布的屏蔽，可明顯提高氣隙擊穿電壓； ?高氣壓和高強度氣體相結合是一種有效的氣體絕緣形式； ?高真空氣體主要用于配電網(wǎng)真空斷路器中。 在電力設備中實際采用高真空作為絕緣媒質的情況還不多，主要因為在各種設備的絕緣結構中大都還要采用各種固體或液體介質，它們在真空中都會逐漸釋出氣體，使高真空難以長期保持。 SF6同時滿足以上條件，而且還具備優(yōu)異的滅弧能力，其他有關的技術 性能 也相當好，因此 SF6及其混合氣體在電力系統(tǒng)中得到了廣泛應用。采用這些氣體來替換空氣，可以大大提高氣隙的擊穿電壓，甚至在空氣中混入一部分這樣的氣體也能顯著提高其電氣強度。如果用SF6來代替空氣，為了達到同樣的電氣強度，只要采用 0． 7MPa左右的氣壓就夠了。從圖上可以看出：2． 8MPa的壓縮空氣具有很高的擊穿電壓。 如能在采用高氣壓的同時，再以某些高電氣強度氣體（例如 SF6氣體）來代替空氣，那就能獲得更好的效果。 如果把空氣加以壓縮，使氣壓大大超過(1atm)，那么它的電氣強度也能得到顯著的提高。 四、采用高氣壓 在常壓下空氣的電氣強度是比較低的，約為30kV/cm。 在沖擊電壓下，屏障的作用要小一些，因為這時積聚在屏障上的空間電荷較少。以圖 1—30所示的 “ 棒一板 ” 氣隙為例，最有利的屏障位置在x=(1/5～ 1/6)d處，這時該氣隙的電氣強度在正極性直流時約可增加為 2～ 3倍。 如圖 (129)，雖然這時屏障與另一電極之間的空間電場強度反而增大了，但其電場形狀變得更象兩塊平板電極之間的均勻電場，所以整個氣隙的電氣強度得到了提高。 屏障用絕緣材料制成，但它本身的絕緣性能無關緊要，重要的是它的密封性 (攔住帶電粒子的能力 )。 三、采用屏障 由于氣隙中的電場分布和氣體放電的發(fā)展過程都與帶電粒子在氣隙空間的產生、運動和分布密切有關，所以在氣隙中放置形狀和位置合適、能阻礙帶電粒子運動和調整空間電荷分布的屏障，也是提高氣體介質電氣強度的一種有效方法。 cgEUR m a x.?式中 ：電暈放電起始場強。 m a UU ? 許多高壓電氣裝置的高壓出線端 (例如電力設備高壓套管導桿上端 )具有尖銳的形狀，往往需要加裝 屏蔽罩 來降低出線端附近空間的最大場強，提高電暈起始電壓。以電氣強度最差的 “ 棒一板 ” 氣隙為例，如果在棒極的端部加裝一只直徑適當?shù)慕饘偾?，就能有效地提高氣隙的擊穿電壓。因此，可以通過改進電極形狀的方法來減小氣隙中的最大電場強度，以改善電場分布，提高氣隙的擊穿電壓。從實用角度出發(fā)，要提高氣隙的擊穿電壓不外乎采用兩條途徑： ?改善氣隙中的電場分布，使之均勻； ?設法削弱和抑制氣體介質中的電離過程。 ?對 空氣密度、濕度和海拔，分別有不同的校正方法。 我國國家標準規(guī)定：對于安裝在海拔高于 1000m、但不超過 4000m處的電力設施外絕緣，其試驗電壓 U應為平原地區(qū)外絕緣的試驗電壓 Up乘以海拔校正因數(shù)足 Ka即： pa UKU ?而： 式中 H為安裝點的海拔高度，單位是 m。隨著海拔高度的增大，空氣變得逐漸稀薄，大氣壓力和相對密度減小，因而空氣的電氣強度也將降低。 ?在 極不均勻電場 中，濕度的影響就很明顯了，這時可以用下面的濕度校正因數(shù)來加以修正： ?kKh ? 式中的因數(shù) k與絕對濕度和電壓類型有關，而指數(shù)?之值則取決于電極形狀、氣隙長度、電壓類型及其極性。 ?在均勻和稍不均勻電場中，放電開始時，整個氣隙的電場強度都較大，電子的運動速度較快，不易被水氣分子所俘獲，因而濕度的影響就不太明顯，可以忽略不計。 除了在氣隙長度不大、電場也比較均勻或長度雖大、但擊穿電壓仍隨氣隙長度呈線性增大 (如雷電沖擊電壓 )的情況下，上式仍可適用外，其他情況下的空氣密度校正因數(shù)應按下式求?。? nmd ttppK??????????????????2 7 32 7 3 00 式中指數(shù) m， n與電極形狀、氣隙長度、電壓類型及其極性有關，其值在 ～ ,具體取值國家標準中有規(guī)定。 ??氣隙不很長 (例如不超過 1m)時：上式能足夠準確地適用于各種電場型式和各種電壓類型下作近似的工程估算。 下面分別討論各個校正因數(shù)的取值： 一、對空氣密度的校正 空氣密度與壓力和溫度有關。 上式不僅適用于氣隙的擊穿電壓，也適用于外絕緣的沿面閃絡電壓。 壓力 ： p0=(760mmHg)； 溫度 ： t0=20攝氏度或 T0=293K； 絕對濕度 ： hc=11g/m3。 由于大氣的 壓力 、 溫度 、 濕度 等條件都會影響空氣的密度、電子自由行程長度、碰撞電離及附著過程，所以也必然會影響氣隙的擊穿電壓。 ? 操作沖擊電壓下的氣隙擊穿電壓和放電時間的分散性都比雷電沖擊電壓大得多 ， 此時極不均勻電場的相應標準偏差可達 5%－8%。 操作沖擊電壓下的擊穿 ? 雖然操作沖擊電壓的變化速度和作用均介于工頻交流電壓和 雷電沖擊電壓之間 ， 但氣隙的操作沖擊擊穿電壓不僅遠低于 雷電沖擊擊穿電壓 ， 在某些波前時間內 ， 甚至比工頻擊穿電 壓還低 。 操作沖擊電壓下極不均勻場長氣隙呈U形曲線 ， 如圖 。U形曲線極小值左邊 Eb隨 tf的減小而增大是放電延時時間在起作用 。 操作沖擊電壓下的擊穿 由圖可知： 50%操作沖擊擊穿電壓具有極小值 ， 對應于極小值的波前時間隨氣隙距離加大而增大 。 60％ 操作沖擊電壓下的擊穿 標準操作沖擊電壓波 衰減振蕩波 （ 圖 ） ， 其中第一個半波的持續(xù)時間為 2021~3000181。 圖 伏秒特性的正確配合 操作沖擊電壓下的擊穿 標準操作沖擊電壓波 IEC和國標規(guī)定為： Tcr－ 波前時間； T2－ 半峰值時間； Um－ 沖擊電壓峰值 Tcr＝ 250μs177。 伏秒特性曲線 保護設備要保護被保護設備 ， 其伏秒特性曲線必須完全位于被保護設備伏秒特性曲線的下面 。 實際的伏秒特性曲線 實際的伏秒特性曲線如圖124所示 ， 是一個以上 、下包線為界的帶狀區(qū)域 。 如圖 123所示 。 雷電沖擊 50％擊穿電壓 極不均勻電場中的擊穿電壓： 沖擊系數(shù) 1； 在 50％擊穿電壓下，當間隙較長時，擊穿通常發(fā)生在波尾。 sUU %50??沖擊系數(shù) ： 雷電沖擊 50％擊穿電壓 圖 “ 棒 － 棒 ” 和 “ 棒 － 板 ” 長氣隙的雷電 50%沖擊擊穿電壓和極間距離的關系 ，可以看出 “ 棒 － 棒 ” 和 “ 棒 － 板 ” 氣隙有明顯的極性效應 。 U50%的含義是在該電壓作用下 ， 氣隙擊穿和不擊穿的概率各為 50%. 雷電沖擊 50％擊穿電壓 均勻電場和稍不均勻電場中的擊穿電壓： 50％沖擊擊穿電壓與靜態(tài)擊穿電壓相差不大（沖擊系數(shù)＝ 1）擊穿通常發(fā)生在波頭峰值附近。 (3)雷電沖擊 50％擊穿電壓 在持續(xù)電壓作用下 ， 當氣體狀態(tài)不變時 ， 一定距離的間隙 ， 其擊穿電壓具有確定的數(shù)值 ， 當間隙上所加的電壓達到其擊穿電壓時間隙就擊穿了 。 為了減小 ts， 一方面可以提高外施電壓使氣隙中出現(xiàn)有效電子的概率增加 ， 另一方面可以采用人工光源照射 ， 使陰極釋放出更多得的電子 。 這個過程需要的時間稱為放電形成時延tf 。所以全部放電時間 td有上述 3部分組成。 然而間隙出現(xiàn)有效電子，擊穿過程才只是開始。 由于上述各種過程都具有統(tǒng)計件，故出現(xiàn)有效電子的時間也遵循統(tǒng)計規(guī)律。原因是：①間隙中受到外界因素的作用而出現(xiàn)自由電子需要一定時間；②那些自由電子中后來有的結合成了負離子，有的擴散到間隙外面去了，根本沒有引起電離過程；③有的即使己經(jīng)引起電離過程，但由于各種不利因素的巧合，電離又可能終止。 20％ 一般寫為 ， 有國家為 。 一在雷電沖擊電壓下的擊穿 (1)雷電沖擊電壓標準波形 T1－視在波前時間； T2－視在半峰值時間； Um－ 沖擊電壓峰值 IEC和國標的規(guī)定為： T1＝ μs177。 前者是由雷電造成的 幅值高 、 陡度大 、 作用時間極短 的沖擊電壓；后者是由電力系統(tǒng)操作或發(fā)生事故時 ， 因狀態(tài)發(fā)生突然變化引起的 持續(xù)時間較長 、 幅值高于系統(tǒng)相電壓幾倍的沖擊電壓 。 很明顯 ， 如果再增大 “ 棒一板 ” 氣隙長度 ， 對于提高其工頻擊穿電壓是無效的 ， 因此在設計高壓裝置時 ， 必須注意這點 。 “ 棒一棒 ”氣隙的工頻擊穿電壓要比 “ 棒一板 ” 氣隙高一些 ，因為相對而言 ， “ 棒 －棒 ” 氣隙的電場要比 “ 棒一板 ” 氣隙稍微均勻一些 ， （ 后者的最大場強區(qū)完全集中在棒板附近 ， 而前者則由兩個棒極來分攤 ） 極不均勻電場中的 工頻交流擊穿 圖 的工頻擊穿電壓與氣隙長度的關系曲線 ， 可以看出在氣隙長度 d不超過 1m時 ． “ 棒 －棒 ”和 “ 棒一板 ” 氣隙的工頻擊穿電壓幾乎一樣 、但在 d進一步增大后 、二者的區(qū)別就變得越來越大了 。 圖 “棒 － 棒”和“棒 － 板”長氣隙直流的擊穿特性曲線 極不均勻電場中的 工頻交流擊穿 在工頻交流電壓下測量氣隙的擊穿電壓時 ， 通常是將電壓慢慢升高 ， 自至發(fā)生擊穿 、 升壓的速率一般控制在每秒升高預期擊穿電壓值的 3％ 左右 。 3 極不均勻電場中的擊穿 極不均勻電場中的直流擊穿 圖 表示 “ 棒 － 棒 ” 和“ 棒 － 板 ” 長氣隙的擊穿特性曲線 。 圖 給出了 “ 棒 － 棒 ” 和 “ 棒 － 板 ” 氣隙的 直流擊穿電壓 與極間距離 （ 010cm范圍 ） 的關系曲線 。 3 極不均勻電場中的擊穿 在各種各樣的極不均勻電場氣隙中 ， “ 棒 － 棒 ” 氣隙具有完全的對稱性 ， 而 “ 棒 － 板 ” 氣隙具有最大的不對稱性 。 R=10cm 當 r/R ， 氣隙屬于不均勻電場 ， 擊穿前先出現(xiàn)電暈 ， 且 Uc值很小 ， 而 Ub≥Uc； 當 r/R ， 氣隙已逐漸變?yōu)樯圆痪鶆螂妶?， 這時有 Ub≈Uc，擊穿前不再有穩(wěn)定的電暈放電 ， 擊穿電壓的 極 大 值 出 現(xiàn) 在r/R≈。 因 此 ， 為了保證測量精度 ， 球隙測 壓器的工作范圍應在 d≤D/2。 當 dD/4時 ， 由于大 地及周圍物體對球隙電場分布影 響很小 ， 且電場相當均勻 ， 因而 其擊穿特性與均勻電場相似 ， 直 流 、 工頻下的擊穿電壓大致相 同 。 均勻電場氣隙的擊穿 ddU b ?? ??在穩(wěn)態(tài)電壓作用時空氣間隙的擊穿電壓峰值 Ub與 極間距離的關系 ， 可用下面的經(jīng)驗公式表示： 式中， d為極間距離，（ cm）； δ為空氣相對密度，電壓單位為 KV，空氣的擊穿場強為 30Kv/cm 2 稍不均勻電場氣隙的擊穿（ f2) 若兩球對稱布置 ， 其中任何一球都不接地 ， 測量對地對稱的直流電壓時 ， 無極性效應 ， 但通常是一球接地適用 ， 如圖 ， 由于大地的影響 ， 電場分布不對稱 ， 因而有極性效應 。 實驗表明 均勻場氣隙在直流 、 工頻電壓作用下的擊穿電壓是相同的 。 1 均勻電場氣隙的擊穿 均勻電場 就是電極間電力線互相平行的場 ， 也就是電極尺寸比極間距離大得多的平行電極間的電場 。 一、空氣間隙在穩(wěn)態(tài)電壓下的擊穿 直流電壓和工頻交流電壓統(tǒng)稱為 穩(wěn)態(tài)電壓 （ 這類電壓隨時間的變化率很小 ， 在放電發(fā)展所需的時間范圍內可以認為外施電壓沒什么變化 ） 。 棒 棒間隙的平均擊穿場強為 （ 有效值 ） /cm或 （ 幅值 ）/cm， 棒 板間隙梢低一些 ， 約為 （ 有效值 ） /cm或 （ 幅值 ） /cm。 因此在工程實踐中常用棒 板或棒 棒這兩種類型間隙的擊穿特性曲線作為選擇絕緣距離的參考 。 試驗數(shù)據(jù) 試驗數(shù)據(jù) 在極不均勻電場的情況下 ， 不管棒 板間隙或是不同直徑的球 板間隙 ， 擊穿電壓和距離的關系曲線都比較接近 。 均勻電場的擊穿場強為 30kV/cm， 極不均勻電場的平均擊穿場強為 5 kV/cm。 極性效應 ? 輸電線路和電氣設備外絕緣的空氣間隙大都屬于極不均勻電場的情況，所以在工頻高電壓的作用下，擊穿發(fā)生在外加電壓為正極性的那半周內。 極性效應 電場情況如圖 112（