大氣條件對氣隙擊穿電壓的影響及其校正

【模塊描述】本模塊介紹氣體溫度、氣體壓力、氣體濕度對氣隙擊穿電壓的影響。通過原理講解、圖表曲線示意，計算舉例，了解大氣條件對氣隙擊穿電壓的影響、海拔高度對氣隙放電電壓的影響及如何校正放電電壓。

【正文】

一、大氣校正因數

空氣間隙的擊穿電壓以及電氣設備外絕緣的閃絡電壓都與大氣壓力、溫度、濕度等大氣條件有關。為了比較不同大氣條件下的放電電壓，我國國家標準規定了標準大氣條件：溫度t₀=20℃，壓力P₀=101.3kPa，絕對濕度h₀=1lg/m³。規程規定的試驗電壓均為標準大氣條件下的數值。

試驗表明，大氣中空氣間隙的擊穿電壓和絕緣子的閃絡電壓隨空氣密度的增大而提高，這是由于空氣密度增大時電子的平均自由行程縮短，運動中所積累的動能較小，不易造成碰撞游離所致。

濕度對放電電壓的影響比較復雜。濕度增大時，空氣中所含的水分子增加，由于水分子的電負性較大，容易捕獲自由電子形成負離子，使其游離能力下降，所以間隙的擊穿電壓包括絕緣子的閃絡電壓隨濕度的增大而增大。但當空氣的絕對濕度很高，在固體絕緣表面出現凝露現象時，沿固體絕緣表面的閃絡電壓將隨濕度的增大而降低。在均勻電場或稍不均勻電場間隙中，空氣的放電電壓隨濕度的增加而增大的程度很小，可以忽略不計。但濕度對極不均勻電場的放電過程有較明顯的影響，應進行濕度的校正。

利用校正因數可以將標準大氣條件下的放電電壓與試驗條件下的放電電壓進行相互換算。試驗時的放電電壓U與標準大氣條件下的放電電壓U₀間的換算關系為

U=K_tU₀    (TYBZ01402010-1)

式中K_t——大氣校正因數，其值為空氣密度校正因數K₁與空氣濕度校正因數K₂的乘積。

1.空氣密度校正因數K₁

空氣密度校正因數K₁取決于相對空氣密度δ，其表達式如下

K₁=δ^m                         (TYBZ01402010-2)

當大氣壓力為p(kPa)、溫度為t(℃)時，相對空氣密度為

2.濕度校正因數K₂

    K₂=K^w                           （TYBZ01402010-4）

K為系數，其值取決于試驗電壓的種類，且為絕對濕度h與相對空氣密度δ的比率h/δ的函數，可用圖TYBZ01402010-1的曲線近似求取。

3.指數m和W

m和W的近似值由圖TYBZ01402010-2求取，圖中引入參數g，其計算式如下

式中 U_b ——實際大氣條件下50%破壞性放電電壓的測量值或估算值，kV，耐受電壓試驗時可假定為1.1倍試驗電壓值；

L——試品最小放電路徑，m；

δ、K——實際的空氣相對密度及濕度校正因數式中的參數。

二、海拔高度的影響

隨著海拔高度增加，大氣壓力下降，空氣密度減小，因此電氣設備外絕緣的放電電壓也隨之下降。在海拔1000～4000m的范圍內，海拔每升高100m，絕緣強度約降1%。考慮到這一點，對擬用于海拔高于1000m，但不超過4000m 處的設備外絕緣及干式變壓器的絕緣，在平原地區進行試驗時，其試驗電壓應為標準大氣條件下的試驗電壓U₀乘以海拔校正系數K_a，即

式中  H——設備安裝地點的海拔高度，m。

例 擬用于海拔H為3500m高原地區的10kV變電站的母線支柱絕緣子，平原地區的制造廠在標準大氣條件下對其進行1min干工頻耐壓試驗時，試驗電壓應為多少？

解：10kV母線支柱絕緣子的Imin干工頻耐受電壓U₀為42kV，則在平原地區進行1min干工頻耐受電壓試驗時，其試驗電壓應為

【思考與練習】

1.濕度對空氣間隙的擊穿電壓有何影響？

2.某母線支柱絕緣子擬用于海拔4000m的高原地區的35kV變電站，問平原地區的制造廠在標準參考大氣條件下進行Imin干工頻耐受電壓試驗時(規程規定的干工頻耐受電壓為100kV)，其試驗電壓應為多少？