[科普中国]-空气间隙击穿电压

以空气作为电介质的电极之间的间隙发生击穿时的电压。由于气体放电理论还不完善，空气间隙的击穿电压无法精确计算，实用上大多是通过试验来确定或用经验公式近似地估算。空气间隙的击穿电压与电场分布、间隙距离、电压种类及空气状态等有关。

释义以空气作为电介质的电极之间的间隙发生击穿时的电压。由于气体放电理论还不完善，空气间隙的击穿电压无法精确计算，实用上大多是通过试验来确定或用经验公式近似地估算。空气间隙的击穿电压与电场分布、间隙距离、电压种类及空气状态等有关。

极性效应对于非对称分布的电场，在直流、操作冲击或雷电冲击电压下，当最大场强所在电极为正极性(电极的电位比其他电极的电位高时为正极性)时空气间隙的击穿电压与该电极为负极性时的不同。这种效应称为极性效应。

均匀电场中的击穿电压对均匀电场，只有间隙距离不太大时的试验数据。试验结果表明：各种电压(直流、工频、操作冲击、雷电冲击电压)下的50%击穿电压实际上都相同，击穿电压的分散性较小。

稍不均匀电场中的击穿电压在稍不均匀电场中，直到击穿为止不发生电晕，各种电压下的50%击穿电压实际上都相同，击穿电压的分散性也不大。当电场分布不对称时，具有不很明显的极性效应，负极性时空气间隙的击穿电压稍低于正极性时击穿电压。稍不均匀电场中，空气间隙的击穿电压与电场的不均匀程度有关，电场分布越是趋于均匀，同样间隙距离时的击穿电压就越高，其极限就是均匀电场中的击穿电压。可近似认为：稍不均匀电场中的最大场强达到30kV/cm时，间隙将击穿。此时，击穿电压的估算公式为U50=30d/f，kV。式中d为间隙距离，cm;f为电场不均匀系数，是最大场强与平均场强之比。

极不均匀电场中的击穿电压与均匀及稍不均匀电场不同，在极不均匀电场中，各种电压下空气间隙击穿电压的差别比较明显，分散性也较大。当电场分布不对称时，极性效应显著，正极性时空气间隙的击穿电压低于负极性击穿电压。通常选择棒-板电极和棒-棒电极作为典型电极，分别代表了不对称分布和对称分布极不均匀电场的极端情况。在没有合适的试验数据可供使用时，可参照棒-板或棒-棒间隙的试验数据来近似估计极不均匀电场空气间隙的击穿电压。间隙距离相同时，棒电极为正极性的棒-板间隙的击穿电压比棒为负极性时低得多，而棒-棒间隙的击穿电压介于两者之间。

(1)直流电压下的击穿电压：试验表明，在间隙距离小于3m时，击穿电压与间隙距离呈线性关系。对棒-板电极，棒为正极性时，平均击穿场强为4.5kV/cm;棒为负极性时约为10kV/cm。对棒-棒电极，平均击穿场强约为4.8～5.0kV/cm。

(2)工频电压下的击穿电压：棒-板电极间施加工频电压时，击穿总是在棒的极性为正、电压达到峰值时发生。图1所示为空气间隙的工频击穿电压U50与间隙距离d的关系。随着d的增加，U50的增加逐渐趋于缓慢，即具有饱和现象。击穿电压的标准差σ约为U50的3%。1

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黎明 - 副教授 - 西南大学