提高气隙击穿电压的方法优化方案

1.改进电极形状以及改善电场分布

一般来说，电场分布越均匀，气隙的击穿电压就越高，因此可以适当改进电极形状，增大电极的曲率半径，改善电场分布，就能提高气隙的击穿电压。同时，还应注意尽可能消除电极上的棱角、棱缝、焊斑和毛刺等，提高电极表面的光洁度，以消除局部电场。

2.利用空间电荷以改善电场分布

在极不均匀电场中，击穿前总是先发生电晕放电，所以在一定条件下，可以利用放电所产生的空间电荷来改变电场分布，以提高击穿电压。

1）细线的采用。高压试验常用细线作工频高压的引线，这时导线周围容易形成比较均匀的电晕层，而且当电压增高，电晕层也逐渐扩大，利用电晕放电形成的空间电荷使电场分布改善，好似导线截面增大，从而提高击穿电压。当导线截面较大时，电极表面不可能绝对光滑，总存在电场局部加强的地方，电晕易于在这些地方转入刷状放电，其击穿电压和尖—尖或尖—极电极间隙相近。需注意，只在一定的间隙距离范围内才存在细线效应，当越过一定距离时，将产生刷状放电，从而破坏了比较均匀的电晕层。导致击穿电压同尖—尖或尖—板电极相近。在冲击电压下，由于电压作用时间太短，来不及形成充分的空间电荷层，故无细线效应。

2）屏障的采用。在电场极不均匀的空气的空气间隙中，放入薄片固体绝缘材料（例如纸或纸板），在一定条件下可显著提高间隙的击穿电压。所采用的薄片固体材料称为屏障。屏障本身的耐电强度并无多大意义，主要是用屏障阻止空间电荷的运动，造成空间电荷改变间隙电场，使间隙击穿电压提高。

图1-24 直流电压下尖—板空气间隙中击穿电压和屏障位置的关系曲线

屏障的作用与电压种类、位置及极性有关。图1-24所示为直流电压下尖—板空气间隙中击穿电压和屏障位置的关系曲线。先分析正尖—负板气隙中的情况，当将屏障置于间隙中时，屏障阻碍了正离子的运动，使其聚集在屏障向着尖电极的一面上，由于同种电荷的斥力，使正电荷均匀地分布在屏障上，将间隙分为两部分：一部分是类极与屏障间，布满了正电荷其间电场被大大削弱；另一部分为屏障与平板电极间，此处电场接近于均匀电场。用此方法提高了间隙的击穿电压，且随屏障与平板电极的距离增大而增高。但当屏障距尖极较近时，因该区域基本电场很强，屏障上电荷不能均匀分布，整个电场也就不会变为均匀，越靠近尖极电场越不均匀，屏障也就失去其应有的作用。屏障在距尖极约15％～20％间隙距离处，击穿电压提高得最大，可达无屏障的200％～250％。

当负尖—正板时，由于屏障的作用，电子易形成负离子，因此负离子将对电场分布起重要影响。当屏障距尖极较远时，大量的负离子积聚于屏障上，加强了间隙前方的电场，从而导致此时的击穿电压比无屏障时低。当屏障处于尖极附近时，由于尖电极附近电场很强，电子运动速度很快，可穿透屏障，故屏障上已不可能积聚大量负电荷而屏障另一面的电离过程所造成的正离子将被屏障所阻挡，使屏障上积聚大量的正电荷，从而削弱了屏障前方的电场，使击穿电压升高。所以当屏障紧靠尖电极时，负极性下仍有相当的屏障效应。

在工频电压作用下，击穿总是发生在尖极为正的半周期内，所以引入屏障后，击穿电压提高的情况同直流下正尖—负板时一样。

3.增高气压(www.xing528.com)

如前所述，增高气体压力可以减小电子的平均自由行程，阻碍碰撞游离的发展，从而提高气隙的击穿电压。实际中经常采用高压气体作为高强度绝缘材料，如高压空气断路器、标准电容器等设备的内绝缘。在均匀电场中，空气在10个标准大气压以下时，其击穿电压与气压呈线性关系，但当气压继续增加时，击穿电压呈饱和趋势。

不均匀电场中，气隙的击穿电压也高于标准大气压下的数值，但与气压的关系较复杂，在极不均匀电场中，当尖极为正时，击穿电压随压力变化会出现极大值，即在压力较低时击穿电压随压力变化会出现极大值，即在压力较低时击穿电压随压力增加而升高。但当压力超过一定值时，击穿电压反而下降，此后再随压力增加而升高。为此，在高气压下，要尽可能改善电场的分布。

4.高真空的采用

从气体碰撞游离的理论可知，将气隙抽成高真空能抑制碰撞游离的发展，提高气隙的击穿电压，但在实际采用高真空作绝缘时，由于密封困难、设备的真空很难保持等原因，使高真空在电力工程中未得到广泛应用。

5.高耐电强度气体的采用

虽然可以采用增高气压的方法来提高气隙的击穿电压，但气压较高时，容器的密封比较困难，即使做到密封，其造价也贵。近来，研究发现某些气体（主要是含卤族元素的气体，如六氟化硫、氟利昂、四氯化碳蒸气等），其耐电强度比空气高得多，称为高耐电强度气体。使用这类气体，或在其他气体中混入一定比例的这类气体，可以大大提高气隙的击穿电压。表1-1列出了5种气体的相对电气强度（相同条件下，如气温、气压、电场情况、气隙距离等，各种气体的耐电强度与空气的耐电强度之比）。

表1-15 种气体的相对电气强度

这类气体具有高耐电强度的原因是：它们具有很强的负电性，易与电子结合成为负离子，从而削弱游离，加强复合过程；它们还具有分子量较大、分子直径较大的特点，使得电子在运动中自由行程缩短，不易积聚能量，从而减小了碰撞游离的能力。

目前，工程上采用的高耐电强度气体除具有较好的击穿特性外，还具有良好的物理化学性能，如液化温度低，良好的化学稳定性，经济性好。最典型的是六氟化硫，它被广泛地应用在高压断路器、高压充电电缆、高压电容器、高压空气套管等电气设备中。