大氣條件對電壓擊穿的影響

空氣間隙及電氣設備外部絕緣的電壓擊穿受到大氣壓力，溫度和濕度的影響。在不同的大氣條件下，空氣間隙及電氣設備外部絕緣的電壓擊穿必須換算到標準大氣條件下才能進行比較。我國規定的標準大氣條件是：大氣壓力P₀=101kPa、溫度t₀=20℃，濕度f₀=11g/m³。在實際試驗條件下空氣間隙的電壓擊穿和標準大氣條件下空氣間隙的電壓擊穿可以通過相應的校正系數換算求得。

一、相對密度不同時電壓擊穿的影響

當氣體的溫度或壓力改變時，其結果都反映為氣體相對密度的變化，空氣的相對密度δ為試驗條件下的密度與標準大氣條件下的密度之比，又因空氣的相對密度與大氣壓力成正比，與溫度成反比，如式(1-10)所示。

在大氣條件下，空氣間隙的電壓擊穿隨空氣的相對密度δ的增大面升高。實驗證明，當δ在0.95～1.05時，空氣間隙的電壓擊穿與其相對密度成正比。因此若不考慮濕度的影響，則空氣相對密度在以上范圍時的電壓擊穿U和標準大氣條件下的電壓擊穿U₀有如下換算關系

U=δU₀     (1-20)

式(1-20)是對1m以下的間隙進行試驗的基礎上得到的，對于均勻電場、不均勻電場、直流電壓、工頻或電壓都適用。

當利用球隙測量電壓擊穿時，如果空氣的相對密度δ與1相差較大時，可用表1-1中的校正系數K_δ代替上述δ值來校正電壓擊穿值。

表1-1                       校正系數

近年來對長間隙擊穿特性的研究表明，間隙電壓擊穿與大氣條件變化的關系并不是一種簡單的線性關系，而是隨電極形狀、距離以及電壓類型而變化的復雜關系。除了間隙距離不大、電場比較均勻的球—球間隙以及距離雖大，但電壓擊穿仍隨距離線性增大（如電壓)的情況下，式(1-20)仍可適用外，對各種不同情況的電壓擊穿必須使用下式所示的空氣密度校正系數

式中 m、n—與電極形狀、間隙距離以及電壓類型和極性有關的指數，其值在0.4～1.0的范圍內變化。

二、濕度不同時電壓擊穿的影響

大氣狀態的另一個重要因素是濕度，濕度反映了空氣中所含水蒸氣的多少。空氣的濕度對其電壓擊穿有一定的影響，當空氣中濕度改變時，空氣間隙的電壓擊穿按一定規律進行換算。

空氣里所含水蒸氣的密度，即單位體積的空氣中所含水蒸氣的質量，稱為絕對濕度，它是以1m³容積的空氣中所含水蒸氣克數(g/m³)來表示。

實驗表明，在均勻或稍不均勻電場中空氣間隙的電壓擊穿隨空氣中濕度的增加而略有增加，但程度極微，可以忽略不計。但在極不均勻電場中，空氣中的濕度對間隙電壓擊穿的影響就很可顯了，電壓擊穿與深度有關，濕度的增加，使空氣中的水分子增加，水分子易吸附電子而形成質量較大的負離子，電子形成負離子后，運動速度減慢，游離能力大大降低，從而使電壓擊穿增大。均勻電場中平均場強較高，電子的運動速度較大，水分子不易吸附電子.故濕度的影響較小；而在極不勻電場中，平均擊穿場強較低，易形成負離子，所以濕度的影響也就比較明顯。

根據以上的分析，在均勻及稍不均勻電場中，濕度的影響可以忽略不計。如球隙測量電壓時，只需根據空氣的相對密度校正其電壓擊穿，而不必考慮濕度的修正。而在極不均勻電場中，要對濕度進行校正，濕度校正系數K_h可用下式表示

式中 K_h——絕對濕度及電壓類型的函數；

ω——指數，其值則與電極形狀、距離以及電壓類型、極性有關。

在極不均勻電場中，當濕度不同于標準大氣條件時，空氣間隙的電壓擊穿的換算關系可表示為

三、海拔高度的影響

隨著海拔高度的增加，空氣逐漸稀薄，大氣壓力及空氣相對密度下降，因此空氣間隙的電壓擊穿也隨之下降。考慮到這一影響，我國標準規定，對于海拔高度高于1000m(但不超過4000m)處的電氣設備的外絕緣，其試驗電壓應按規定的標準大氣條件下的試驗電壓乘以系數k_a，k_a計算為

式中 H——安裝地點的海拔高度，m。