空氣間隙擊穿電壓極不均勻電場(chǎng)中的擊穿電壓

與均勻及稍不均勻電場(chǎng)不同，在極不均勻電場(chǎng)中，各種電壓下空氣間隙擊穿電壓的差別比較明顯，分散性也較大。當(dāng)電場(chǎng)分布不對(duì)稱時(shí)，極性效應(yīng)顯著，正極性時(shí)空氣間隙的擊穿電壓低于負(fù)極性擊穿電壓。通常選擇棒-板電極和棒-棒電極作為典型電極，分別代表了不對(duì)稱分布和對(duì)稱分布極不均勻電場(chǎng)的極端情況。在沒有合適的試驗(yàn)數(shù)據(jù)可供使用時(shí)，可參照棒-板或棒-棒間隙的試驗(yàn)數(shù)據(jù)來近似估計(jì)極不均勻電場(chǎng)空氣間隙的擊穿電壓。間隙距離相同時(shí)，棒電極為正極性的棒-板間隙的擊穿電壓比棒為負(fù)極性時(shí)低得多，而棒-棒間隙的擊穿電壓介于兩者之間。

(1)直流電壓下的擊穿電壓：試驗(yàn)表明，在間隙距離小于3m時(shí)，擊穿電壓與間隙距離呈線性關(guān)系。對(duì)棒-板電極，棒為正極性時(shí)，平均擊穿場(chǎng)強(qiáng)為4.5kV/cm;棒為負(fù)極性時(shí)約為10kV/cm。對(duì)棒-棒電極，平均擊穿場(chǎng)強(qiáng)約為4.8～5.0kV/cm。

(2)工頻電壓下的擊穿電壓：棒-板電極間施加工頻電壓時(shí)，擊穿總是在棒的極性為正、電壓達(dá)到峰值時(shí)發(fā)生。圖1所示為空氣間隙的工頻擊穿電壓U₅₀與間隙距離d的關(guān)系。隨著d的增加，U₅₀的增加逐漸趨于緩慢，即具有飽和現(xiàn)象。擊穿電壓的標(biāo)準(zhǔn)差σ約為U₅₀的3%。 2100433B

在稍不均勻電場(chǎng)中，直到擊穿為止不發(fā)生電暈，各種電壓下的50%擊穿電壓實(shí)際上都相同，擊穿電壓的分散性也不大。當(dāng)電場(chǎng)分布不對(duì)稱時(shí)，具有不很明顯的極性效應(yīng)，負(fù)極性時(shí)空氣間隙的擊穿電壓稍低于正極性時(shí)擊穿電壓。稍不均勻電場(chǎng)中，空氣間隙的擊穿電壓與電場(chǎng)的不均勻程度有關(guān)，電場(chǎng)分布越是趨于均勻，同樣間隙距離時(shí)的擊穿電壓就越高，其極限就是均勻電場(chǎng)中的擊穿電壓。可近似認(rèn)為：稍不均勻電場(chǎng)中的最大場(chǎng)強(qiáng)達(dá)到30kV/cm時(shí)，間隙將擊穿。此時(shí)，擊穿電壓的估算公式為U₅₀=30d/f，kV。式中d為間隙距離，cm;f為電場(chǎng)不均勻系數(shù)，是最大場(chǎng)強(qiáng)與平均場(chǎng)強(qiáng)之比。

對(duì)均勻電場(chǎng)，只有間隙距離不太大時(shí)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。試驗(yàn)結(jié)果表明：各種電壓(直流、工頻、操作沖擊、雷電沖擊電壓)下的50%擊穿電壓實(shí)際上都相同，擊穿電壓的分散性較小。

對(duì)于非對(duì)稱分布的電場(chǎng)，在直流、操作沖擊或雷電沖擊電壓下，當(dāng)最大場(chǎng)強(qiáng)所在電極為正極性(電極的電位比其他電極的電位高時(shí)為正極性)時(shí)空氣間隙的擊穿電壓與該電極為負(fù)極性時(shí)的不同。這種效應(yīng)稱為極性效應(yīng)。

以空氣作為電介質(zhì)的電極之間的間隙發(fā)生擊穿時(shí)的電壓。由于氣體放電理論還不完善，空氣間隙的擊穿電壓無(wú)法精確計(jì)算，實(shí)用上大多是通過試驗(yàn)來確定或用經(jīng)驗(yàn)公式近似地估算?？諝忾g隙的擊穿電壓與電場(chǎng)分布、間隙距離、電壓種類及空氣狀態(tài)等有關(guān)。

使電介質(zhì)擊穿的電壓。電介質(zhì)在足夠強(qiáng)的電場(chǎng)作用下將失去其介電性能成為導(dǎo)體,稱為電介質(zhì)擊穿,所對(duì)應(yīng)的電壓稱為擊穿電壓。電介質(zhì)擊穿時(shí)的電場(chǎng)強(qiáng)度叫擊穿場(chǎng)強(qiáng)。不同電介質(zhì)在相同溫度下,其擊穿場(chǎng)強(qiáng)不同。當(dāng)電容器介質(zhì)和兩極板的距離d一定后,由U1-U2=Ed知,擊穿場(chǎng)強(qiáng)決定了擊穿電壓。擊穿場(chǎng)強(qiáng)通常又稱為電介質(zhì)的介電強(qiáng)度。提高電容器的耐壓能力起關(guān)鍵作用的是電介質(zhì)的介電強(qiáng)度。附表為各種電介質(zhì)的相對(duì)介電常量εr和介電強(qiáng)度。

電介質(zhì) εr 擊穿場(chǎng)強(qiáng),×106/(V·m-1)

擊穿電壓是電容器的極限電壓，超過這個(gè)電壓，電容器內(nèi)的介質(zhì)將被擊穿．額定電壓是電容器長(zhǎng)期工作時(shí)所能承受的電壓，它比擊穿電壓要低．電容器在不高于擊穿電壓下工作都是安全可靠的，不要誤認(rèn)為電容器只有在額定電壓下工作才是正常的。

在均勻電場(chǎng)(見不均勻電場(chǎng))的間隙中，工頻擊穿電壓和直流擊穿電壓相等。在極不均勻電場(chǎng)的間隙中（如棒－板間隙），擊穿總是發(fā)生在棒電極處于正極性的狀態(tài)，因而交流擊穿電壓幅值與正極性棒對(duì)負(fù)極性板間隙的直流擊穿電壓相近。棒－板空氣間隙的交流平均擊穿場(chǎng)強(qiáng)為Eа≈4.8kV/cm，與上述E 很接近。為提供高電壓輸電線或變電所空氣間隙距離的設(shè)計(jì)依據(jù)，近年來很多人研究長(zhǎng)空氣間隙的工頻擊穿電壓(見長(zhǎng)間隙擊穿)。這些試驗(yàn)是在室內(nèi)進(jìn)行的，后來由戶外試驗(yàn)說明，并未出現(xiàn)“飽和”現(xiàn)象?！帮柡汀爆F(xiàn)象是由于試驗(yàn)室墻的影響引起的。進(jìn)行長(zhǎng)間隙的試驗(yàn)需要很大的試驗(yàn)室，投資很多。因此許多人在研究用理論模型計(jì)算或試驗(yàn)?zāi)M來代替實(shí)際尺寸的試驗(yàn)。

工頻電壓擊穿的測(cè)試儀器--工頻電壓擊穿試驗(yàn)儀是滿足GB1408-2006 絕緣材料電氣強(qiáng)度試驗(yàn)方法，GB/T1695-2005硫化橡膠工頻電壓擊穿強(qiáng)度和耐電壓強(qiáng)度試驗(yàn) GB/T3333 電覽紙工頻電壓擊穿試驗(yàn)方法 HG/T 3330絕緣漆漆膜擊穿強(qiáng)度測(cè)定法 GB12656 電容器紙工頻電壓擊穿試驗(yàn)方法及ASTM D149 標(biāo)準(zhǔn)要求設(shè)計(jì)制造的.主要適用于固體絕緣材料如：塑料、薄膜、樹脂、云母、陶瓷、玻璃、絕緣漆等介質(zhì)在工頻電壓或直流電壓下?lián)舸?qiáng)度和耐電壓時(shí)間的測(cè)試。.

對(duì)云母的擊穿電壓試驗(yàn)具體為取符合標(biāo)準(zhǔn)的云母片10片以上，在每片中心處進(jìn)行一次擊穿試驗(yàn)。然后取試驗(yàn)結(jié)果的算術(shù)平均值，作為平均擊穿電壓（千伏）。

試驗(yàn)條件：溫度20-4-5℃，頻率50赫，平穩(wěn)升高電壓，電極為銅或黃銅，直徑為10毫米。工業(yè)上對(duì)不同厚度（微米）的白云母、金云母擊穿電壓（千伏）平均值及最低值都有具體的要求。2100433B