雷電沖擊電壓的標(biāo)準(zhǔn)波形、操作沖擊電壓波形、放電時(shí)延等概念

一、沖擊電壓的標(biāo)準(zhǔn)波形

沖擊電壓指的是作用時(shí)間短暫的電壓。為了檢驗(yàn)電氣設(shè)備的絕緣耐受沖擊電壓的能力，在實(shí)驗(yàn)室中常利用沖擊電壓發(fā)生器產(chǎn)生沖擊電壓。為使實(shí)驗(yàn)結(jié)果能相互比較，需規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)波形。

1.雷電沖擊電壓的標(biāo)準(zhǔn)波形

(1)雷電沖擊電壓全波。雷電全波沖擊試驗(yàn)電壓為非周期性沖擊電壓，如圖TYBZ01402008-1所示，先是很快上升到峰值，然后緩慢下降到零。波形由視在波前時(shí)間T₁、視在半峰值時(shí)間T₂確定。國際電工委員會(huì)和我國國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：

T₁=1.2μs；允許誤差為±30%；

T₂=50μs；允許誤差為±20%；

峰值允許誤差為±3%。標(biāo)準(zhǔn)波形通常表示為±1.2/50μs。

(2)雷電沖擊電壓截波。雷電截波沖擊試驗(yàn)電壓如圖TYBZ01402008-2所示。國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了視在波前時(shí)間T₁ (T₁=1.2μs±30%)、截?cái)鄷r(shí)間T_C(T_C=2～5μs)、截波峰值U_C、截?cái)鄷r(shí)刻電壓U_j、電壓過零系數(shù)U₂/U_C等參數(shù)。

2.操作沖擊電壓的標(biāo)準(zhǔn)波形

標(biāo)準(zhǔn)操作沖擊電壓波形如圖TYBZ01402008-3所示。

國際電工委員會(huì)和我國國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：

波前時(shí)間：Tp=250μs（1±20%）：

半峰值時(shí)問：Tz-2500μs（1+60%）；

峰值允許偏差±3%；

超過90%峰值的持續(xù)時(shí)間T₁未作規(guī)定。

標(biāo)準(zhǔn)波形通?？杀硎緸?/span>±250/2500μs。

二、雷電沖擊電壓下氣隙的擊穿特性

要使氣體間隙擊穿，不僅需要足夠高的電壓，而且電壓作用時(shí)間必須足夠長，以保證放電發(fā)展過程的完成。

1.放電時(shí)延

放電時(shí)延是指從電壓升到間隙的靜態(tài)擊穿電壓U₀(長時(shí)間作用在氣隙上能使其擊穿的低電壓)的瞬間起到間隙擊穿為止的時(shí)間。放電時(shí)延包括統(tǒng)計(jì)時(shí)延和放電形成時(shí)延兩部分。

(1)統(tǒng)計(jì)時(shí)延t_s—從電壓達(dá)到U₀的瞬間起到間隙中形成第一個(gè)能引起電子崩并導(dǎo)致間隙擊穿的有效電子為止的時(shí)間。這一有效電子出現(xiàn)所需要的時(shí)間具有統(tǒng)計(jì)性。

(2)放電形成時(shí)延t_f——從形成第一個(gè)有效電子的瞬間起到間隙擊穿為止的時(shí)間。由于電子崩及流注的發(fā)展受到一些偶然因素的影響，所以放電形成時(shí)延t_f也服從統(tǒng)計(jì)規(guī)律。

由于放電時(shí)延服從統(tǒng)計(jì)規(guī)律，所以沖擊擊穿電壓具有分散性。電場越不均勻或間隙越長(放電時(shí)延越長)，沖擊擊穿電壓的分散性越大。

在短間隙(幾厘米)中，特別是電場較均勻時(shí)，由于平均場強(qiáng)很高，放電發(fā)展速度快，統(tǒng)計(jì)時(shí)延大于放電形成時(shí)延，故放電時(shí)延近似等于統(tǒng)計(jì)時(shí)延。為了減小放電時(shí)延，可采取提高外施電壓或外界照射的方法。對于電場分布極不均勻的長間隙，由于局部場強(qiáng)高(出現(xiàn)有效電子的概率增加)，而平均場強(qiáng)較低(放電發(fā)展速度慢)，放電時(shí)延主要取決于放電形成時(shí)延，且電場越不均勻放電時(shí)延越長。

放電時(shí)延還與外加電壓的大小有關(guān)，總的趨勢是電壓越高，出現(xiàn)有效電子的時(shí)間越短，且放電過程發(fā)展的越快，故放電時(shí)延越短。

2.50%沖擊放電電壓U_50%

由于沖擊擊穿電壓具有分散性，工程上常用50%沖擊擊穿電壓U_50%表示間隙的沖擊擊穿特性。

U_50%是指多次施加同一沖擊電壓時(shí)，問隙被擊穿的概率為50%的沖擊電壓峰值。

應(yīng)當(dāng)指出，同一問隙在不同波形的沖擊電壓作用下，其U_50%是不同的，如無特別說明，一般指用標(biāo)準(zhǔn)波形作出的。

3.沖擊系數(shù)

同一間隙的50%沖擊放電電壓U_50%與靜態(tài)擊穿電壓U₀之比稱為沖擊系數(shù)β，即

β= U_50%/ U₀   (TYBZ01402008-1)

均勻和稍不均勻電場間隙，放電時(shí)延短，山穿電壓的分散性小，沖擊擊穿常發(fā)生在波峰附近。50%沖擊放電電壓U_50%與靜態(tài)擊穿電壓U₀相差不大，沖擊系數(shù)近似等于1。

在極不均勻電場中，放電時(shí)延較長，擊穿電壓的分散性也較大。沖擊擊穿常發(fā)生在波尾部分，其沖擊系數(shù)大于1。

三、操作沖擊電壓下氣隙的擊穿特性

在均勻或稍不均勻電場的空氣間隙中，操作沖擊50%擊穿電壓與雷電沖擊U_50%s、工頻擊穿電壓(峰值)幾乎相同，擊穿發(fā)生在峰值處，擊穿電壓的分散性也不大。在極不均勻電場中，空氣間隙在操作沖擊電壓下的擊穿有許多特點(diǎn)：

1.U形曲線

長空氣間隙的操作沖擊擊穿通常發(fā)生在波前部分，擊穿電壓與波前時(shí)間有關(guān)而與波尾時(shí)間無關(guān)。圖TYBZ01402008-4為棒一板間隙正極性操作沖擊U_50%擊穿電壓與波前時(shí)間的關(guān)系，由圖可以看出，曲線呈U形，即當(dāng)波前時(shí)間為某定值時(shí)，U_50%具有極小值。當(dāng)間隙距離S(m)在1～20m范圍內(nèi)時(shí)，正棒一板問隙操作沖擊電壓的極小值U_50%min(kV)可用下面的經(jīng)驗(yàn)公式估算

U_50%min =3400/(1+8/S)  (TYBZ01402008-2)

對應(yīng)于極小值的波前時(shí)間稱為臨界波前時(shí)間。當(dāng)問隙距離增大時(shí)，臨界波前時(shí)間也相應(yīng)增大。需要注意的是：在某些波前時(shí)間內(nèi)，氣隙的操作沖擊擊穿電壓比工頻擊穿電壓還低，所以在設(shè)計(jì)高壓電力裝置時(shí)必須注意這種現(xiàn)象。

2.極性效應(yīng)

在極不均勻電場中，正極性操作沖擊電壓下的U_50%比負(fù)極性的低，且其極性效應(yīng)較雷電沖擊電壓下的極性效應(yīng)更加顯著，如圖TYBZ01402008-5所示。

3.飽和現(xiàn)象

長空氣間隙在操作沖擊電壓作用下，其U_50%min與間隙距離的關(guān)系呈現(xiàn)顯著的飽和特征，如圖TYBZ01402008-5所示。

4. 分散性大

空氣間隙在操作沖擊電壓的作用下，其擊穿電壓的分散性比雷電沖擊電壓作用下大得多。對極不均勻電場的空氣間隙，其相對標(biāo)準(zhǔn)偏差可達(dá)8%左右。