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操作電壓下氣隙的擊穿電壓特性
閱讀：487發布時間：2024-3-27
電力系統在操作或發生事故時，因狀態發生突然變化而引起電感和電容回路的振蕩產生過電壓，稱為操作過電壓。操作過電壓的峰值可高達最大相電壓的3~3.5倍，因此為保證安全運行，需要對高壓電氣設備的絕緣考察其耐受操作過電壓的能力。在電力系統中的操作過電壓作用下空氣間隙的擊穿特件，過去曾認為與工頻電壓的擊穿特性差別不大，其電壓擊穿介于電壓擊穿和工頻電壓擊穿之間，一般可以引入某個操作系數把操作過電壓折算成等效工頻電壓來考慮，故早期的工程實踐中，常采用工頻電壓試驗來考驗絕緣耐受操作過電壓的能力。近20年來，隨著電力系統工作電壓的不斷提高，操作過電壓下的絕緣問題越來越突出，從而廣泛地開展了對操作過電壓波形下氣體絕緣放電特性的研究。在研究中發現了一系列新的特點，如波形對電壓擊穿有很大的影響，在一定的波形下操作50%電壓擊穿甚至比工頻電壓擊穿還要低等等。因此目前的試驗標準規定，對額定電壓在300kV以上的高壓電氣設備要進行操作電壓試驗。這說明操作電壓下的擊穿只對長間隙才有重要意義。
為了模擬操作過電壓，需要規定一定的標準波形，國際電工委員會(IEC)和我國國家標準規定的操作電壓標準波形是與電壓波形相類似的非周期性指數衰減波，只是波前時間T1比半峰值時間T2長得多，規定的操作電壓標準波形為250/2500μs，容許的偏差為波前時間加減±20%，半峰值時間±60%。當標準波形不能滿足要求時，可選用100/2500μs或500/2500μs的波形。用電壓發生器產生標準操作波時，發生器的效率很低，所以在工程實踐中也常采用振蕩操作波代替非周期性的指數哀誠的標準波形。
通常采用與波相似的非周期性指數衰減波來模擬頻率為數千赫的操作過電壓，研究表明，長空氣間隙的操作擊穿通常發生在波前部分，因而其電壓擊穿與波前時間有關而與波尾時間無關。圖1-21是棒一板空氣間隙的正極性操作U50%和波前時間的關系。從圖中可以看出，曲線呈“U"形，在某一波前時間（稱為臨界波前時間）下U50%有極小值。這個極小值可能比間隙的工頻電壓擊穿還低。隨著間隙距離的增大，臨界波前時間也增加，對于輸電線路和變電所的各種形狀的空氣間隙，操作波形對電壓擊穿都具有類似的影響。出現“U"形曲線在正極性下更為明顯。
圖1-22給出空氣中棒一板間隙在正極性和操作波作用下電壓擊穿的比較(圖中數據為標準大氣條件下的)。由圖1-22可見，長間隙的電壓擊穿遠比操作電壓擊穿要高，且操作電壓擊穿在間隙長度超過5m時呈現明顯的飽和趨勢。從圖1-22還可看出，間隙距離越大，則最小電壓擊穿與標準正極性操作波下的電壓擊穿的差別越大。當間隙長度達25m時，操作下的低擊穿強度僅為1kV/cm，對于圖1-22所示的操作波下的最小電壓擊穿Umin在間隙距離S=1～20m范圍內，可用以下經驗公式表達
棒—板間隙的操作電壓擊穿比同樣距離的其他間隙要低，其他間隙的操作電壓擊穿Ua可根據其間隙系數k和棒一板間隙的操作電壓擊穿Ur(均指50%電壓擊穿)來估算：即
間隙系數k與間隙的幾何形狀，也就是間隙中的電場分布有關，k的數值可在絕緣手冊中查到：但在工程中為了保證可靠性和經濟性，常需要在1：1的模型上進行試驗以取得可靠的數據。
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