伏秒特性

表征间隙击穿特性的方法

伏秒特性是将放电间隙击穿电压值与放电时间联系起来以表征间隙击穿特性的一种方法。

定义

绝缘间隙在冲击电压作用下击穿时，间隙上出现的电压最大值和放电时间的关系。

测量方法

伏秒特性可通过实验方法获得。在绝缘间隙上施加固定的标准雷电冲击电压波形(或标准操作冲击电压波形)，逐级升高电压。当电压很低时，间隙不击穿;当施加的电压较低时，击穿发生在冲击波尾;当电压很高时，放电时间减至很小，击穿可发生在波前。若每级电压下，只有一个放电时间，则可根据伏秒特性的定义绘得伏秒特性，如图1所示。实际上放电时间具有分散性，于是每级电压下，可得一系列放电时间，所以实际上伏秒特性是以上、下包络线为界的一个带状区域，如图2所示。

图1 伏秒特性绘制方法1、2—击穿发生在波尾部分时的取点法;3—击穿发生在波前部分时的取点法。

图2 实际伏秒特性的带状区域和50%伏秒特性1—0%伏秒特性;2—100%伏秒特性;3—50%伏秒特性;4—50%冲击击穿电压;5—0%冲击击穿电压

工程上采用50%伏秒特性，即在每级电压下，可于上下限间选择一个放电时间数值，使放电时间小于该值的概率等于50%，将不同电压下获得的数值连接起来，便可得到50%伏秒特性，如图2中的曲线3所示。

原理

气隙的击穿需要一定的时间才能完成。对于长时间持续作用的电压来说，气隙的击穿有一个确定的值；但对于脉冲性质的电压，气隙的击穿电压就与该电压的波形（即作用的时间）有很大的关系。同一个气隙，在峰值较低但延续时间较长的冲击电压作用下可能击穿，而在峰值较高但延续时间较短的冲击电压作用下反而不击穿。所以，对于非持续作用的电压来说，气隙的击穿电压就不能简单地用单一击穿电压值来表示了，对于某一定的电压波形，必须用电压峰值和延续时间两者来共同表示，这就是该气隙在该电压波形下的伏秒特性。

通过实验间隙伏秒特性的方法是：逐渐升高电压使间隙发生击穿，记录击穿电压波形，读取击穿过程中出现的电压峰值U与击穿时间t。

影响因素

间隙的伏秒特性曲线的形状与间隙中的电场分布有关。在均匀场和稍不均匀电场中，击穿时的平均场强较高，放电发展较快，放电时延较短，伏秒特性曲线平坦；在极不均匀电场中，平均击穿场强较低，放电时延较长，放电分散性大，伏秒特性曲线较为陡峭。

实际上，放电时间具有分散性，即在每级电压下可测得不同的放电时间，所以伏秒特性是具有上、下包线为界得带状区域。工程上为方便起见，通常用平均伏秒特性或50%伏秒特性曲线表征间隙的冲击击穿特性，在绝缘配合中伏秒特性具有重要的意义。

应用

伏秒特性可用作比较不同设备特别是避雷器与被保护电器绝缘的冲击击穿特性。若某间隙FA1的50%冲击击穿电压高于另一间隙FA2的数值，并且间隙FA1的伏秒特性始终位于间隙FA2之上(如图3所示)，则在同一电压作用下，FA2将先于FA1而击穿。于是若将两间隙并联，FA2就可以对FA1起保护作用。但若如图4所示，间隙FA2及FA1的伏秒特性相交，则虽然在冲击电压峰值较低时，FA2能对FA1起保护作用，但在高峰值冲击电压作用下，FA2就不起保护作用了。也就是说，尽管FA1的50%冲击放电电压高于FA2的数值，但在较高峰值的冲击波作用下，反而是FA1先击穿。在考虑不同间隙的绝缘强度配合时，为了更全面地反映间隙的冲击击穿特性，就必须采用间隙的伏秒特性之间的相互比较。从图4可知，总希望保护设备(如避雷器)的伏秒特性平坦一些，即应采用电场较均匀的结构。

图3 极不均匀电场间隙(FA1)和均匀及稍不均匀电场间隙(FA2)的伏秒特性

图4 两个间隙的伏秒特性发生交叉的示意图

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