大氣條件對(duì)電壓擊穿的影響

空氣間隙及電氣設(shè)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(shè)備外部絕緣的電壓擊穿必須換算到標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下才能進(jìn)行比較。我國(guó)規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)大氣條件是：大氣壓力P₀=101kPa、溫度t₀=20℃，濕度f₀=11g/m³。在實(shí)際試驗(yàn)條件下空氣間隙的電壓擊穿和標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下空氣間隙的電壓擊穿可以通過相應(yīng)的校正系數(shù)換算求得。

一、相對(duì)密度不同時(shí)電壓擊穿的影響

當(dāng)氣體的溫度或壓力改變時(shí)，其結(jié)果都反映為氣體相對(duì)密度的變化，空氣的相對(duì)密度δ為試驗(yàn)條件下的密度與標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下的密度之比，又因空氣的相對(duì)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(duì)密度δ的增大面升高。實(shí)驗(yàn)證明，當(dāng)δ在0.95～1.05時(shí)，空氣間隙的電壓擊穿與其相對(duì)密度成正比。因此若不考慮濕度的影響，則空氣相對(duì)密度在以上范圍時(shí)的電壓擊穿U和標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下的電壓擊穿U₀有如下?lián)Q算關(guān)系

U=δU₀     (1-20)

式(1-20)是對(duì)1m以下的間隙進(jìn)行試驗(yàn)的基礎(chǔ)上得到的，對(duì)于均勻電場(chǎng)、不均勻電場(chǎng)、直流電壓、工頻或電壓都適用。

當(dāng)利用球隙測(cè)量電壓擊穿時(shí)，如果空氣的相對(duì)密度δ與1相差較大時(shí)，可用表1-1中的校正系數(shù)K_δ代替上述δ值來校正電壓擊穿值。

表1-1                       校正系數(shù)

近年來對(duì)長(zhǎng)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(guān)系并不是一種簡(jiǎn)單的線性關(guān)系，而是隨電極形狀、距離以及電壓類型而變化的復(fù)雜關(guān)系。除了間隙距離不大、電場(chǎng)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(duì)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(shù)

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

二、濕度不同時(shí)電壓擊穿的影響

大氣狀態(tài)的另一個(gè)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(duì)其電壓擊穿有一定的影響，當(dāng)空氣中濕度改變時(shí)，空氣間隙的電壓擊穿按一定規(guī)律進(jìn)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(zhì)量，稱為絕對(duì)濕度，它是以1m³容積的空氣中所含水蒸氣克數(shù)(g/m³)來表示。

實(shí)驗(yàn)表明，在均勻或稍不均勻電場(chǎng)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(jì)。但在極不均勻電場(chǎng)中，空氣中的濕度對(duì)間隙電壓擊穿的影響就很可顯了，電壓擊穿與深度有關(guān)，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(zhì)量較大的負(fù)離子，電子形成負(fù)離子后，運(yùn)動(dòng)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(chǎng)中平均場(chǎng)強(qiáng)較高，電子的運(yùn)動(dòng)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(chǎng)中，平均擊穿場(chǎng)強(qiáng)較低，易形成負(fù)離子，所以濕度的影響也就比較明顯。

根據(jù)以上的分析，在均勻及稍不均勻電場(chǎng)中，濕度的影響可以忽略不計(jì)。如球隙測(cè)量電壓時(shí)，只需根據(jù)空氣的相對(duì)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(chǎng)中，要對(duì)濕度進(jìn)行校正，濕度校正系數(shù)K_h可用下式表示

式中 K_h——絕對(duì)濕度及電壓類型的函數(shù)；

ω——指數(shù)，其值則與電極形狀、距離以及電壓類型、極性有關(guān)。

在極不均勻電場(chǎng)中，當(dāng)濕度不同于標(biāo)準(zhǔn)大氣條件時(shí)，空氣間隙的電壓擊穿的換算關(guān)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(duì)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(guó)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，對(duì)于海拔高度高于1000m(但不超過4000m)處的電氣設(shè)備的外絕緣，其試驗(yàn)電壓應(yīng)按規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下的試驗(yàn)電壓乘以系數(shù)k_a，k_a計(jì)算為

式中 H——安裝地點(diǎn)的海拔高度，m。