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大气条件对气体间隙击穿电压的影响

时间:2022-11-01 百科知识 版权反馈
【摘要】:空气间隙及电气设备外部绝缘的击穿电压受到大气压力、温度和湿度的影响。在实际试验条件下空气间隙的击穿电压和标准大气条件下空气间隙的击穿电压可以通过相应的校正系数换算求得。在大气条件下,空气间隙的击穿电压随空气的相对密度ρ的增大而升高。近年来对长间隙击穿特性的研究表明,间隙击穿电压与大气条件变化的关系并不是一种简单的线性关系,而是随电极形状、距离以及电压类型而变化的复杂关系。

空气间隙及电气设备外部绝缘的击穿电压受到大气压力、温度和湿度的影响。在不同的大气条件下,空气间隙及电气设备外部绝缘的击穿电压必须换算到标准大气条件下才能进行比较。我国规定的标准大气条件是:大气压力P0 =101.3kPa、湿度f0 =11 g/m3、温度t0 = 20℃。在实际试验条件下空气间隙的击穿电压和标准大气条件下空气间隙的击穿电压可以通过相应的校正系数换算求得。

(一)相对密度不同时对击穿电压的影响

当气体的温度或压力改变时,其结果都反映为气体相对密度的变化,空气的相对密度ρ为试验条件下的密度与标准大气条件下的密度之比,又因空气的相对密度与大气压力成正比,与温度成反比,如式(1-32)所示。

在大气条件下,空气间隙的击穿电压随空气的相对密度ρ的增大而升高。实验证明,当ρ在0.95~1.05时,空气间隙的击穿电压与其相对密度成正比。因此若不考虑湿度的影响,则空气相对密度在以上范围时的击穿电压U和标准大气条件下的击穿电压U0有如下换算关系:

U=ρU0

(1-32)

式(1-32)是在对1m以下的间隙进行试验的基础上得到的,对于均匀电场、不均匀电场、直流电压、工频或冲击电压都适用。

当利用球隙测量击穿电压时,如果空气的相对密度ρ与1相差较大时,可用如表1.4所示中的校正系数Kρ代替上述ρ值来校正击穿电压值。

表1.4 校正系数

近年来对长间隙击穿特性的研究表明,间隙击穿电压与大气条件变化的关系并不是一种简单的线性关系,而是随电极形状、距离以及电压类型而变化的复杂关系。除了间隙距离不大、电场比较均匀的球-球间隙以及距离虽大,但击穿电压仍随距离线性增大(如雷电冲击电压)的情况下,式(1-32)仍可适用外,对各种不同情况的击穿电压必须使用如下空气密度校正系数:

(1-33)

式中 m,n——与电极形状、间隙距离以及电压类型和极性有关的指数,其值在0.4~1.0内变化。

(二)湿度不同时对击穿电压的影响

大气状态的另一个重要因素是湿度,湿度反映了空气中所含水蒸气的多少。空气的湿度对其击穿电压有一定的影响,当空气中湿度改变时,空气间隙的击穿电压按一定规律进行换算。

空气里所含水蒸气的密度,即单位体积的空气中所含水蒸气的质量,称为绝对湿度,它以1m3容积的空气中所含水蒸气多少克(g/m3)来表示。

实验表明,在均匀或稍不均匀电场中空气间隙的击穿电压随空气中湿度的增加而略有增加,但程度极微小,可以忽略不计。但在不均匀电场中,空气中的湿度对间隙击穿电压的影响就很明显了,击穿电压与湿度有关,湿度的增加,使空气中的水分子增加,水分子易吸附电子而形成质量较大的负离子,电子形成负离子后,运动速度减慢,游离能力大大降低,从而使击穿电压增大。均匀电场中平均场强较高,电子的运动速度较大,水分子不易吸附电子,故湿度的影响较小;而在不均匀电场中,平均击穿场强较低,易形成负离子,所以湿度的影响也就比较明显。

根据以上的分析,在均匀及稍不均匀电场中,湿度的影响可以忽略不计。如球隙测量电压时,只需根据空气的相对密度校正其击穿电压,而不必考虑湿度的修正。而在不均匀电场中,要对湿度进行校正,湿度校正系数Kh可用下式表示:

Kh=kω

(1-34)

式中 k——绝对湿度及电压类型的函数;

   ω——指数,其值与电极形状、距离以及电压类型、极性有关。

在不均匀电场中,当湿度不同于标准大气条件时,空气间隙的击穿电压的换算关系可表示为

(1-35)

(三)海拔的影响

随着海拔的增加,空气逐渐稀薄,大气压力及空气相对密度下降,因此空气间隙的击穿电压也随之下降。考虑到这一影响,我国标准规定,对于海拔高于1000 m(但不超过4000 m)处的电气设备的外绝缘,其试验电压应按规定的标准大气条件下的试验电压乘以系数ka,ka按下式计算:

(1-36)

式中 H——安装地点的海拔,m。

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