電場電壓氣象措施.ppt

高電壓技術(shù),高電壓工程系 何正浩 ,1.6 電場形式、電壓波形與擊穿電壓的關(guān)系,電場形式 均勻場 稍不均勻場 極不均勻場 電壓波形 持續(xù)作用電壓直流 工頻 沖擊電壓雷電沖擊 操作沖擊,2,1.6.1 均勻電場,分散性小 直流擊穿電壓工頻擊穿電壓50%沖擊擊穿電壓 均勻電場中空氣的擊穿電壓經(jīng)驗公式,d-間隙距離(cm) -空氣相對密度,3,均勻電場，標(biāo)準(zhǔn)大氣狀態(tài)條件，穩(wěn)態(tài)電壓作用時， 空氣間隙的擊穿電壓峰值Ub與極間距離的關(guān)系,4,1.6.2 稍不均勻電場,分散性小 直流擊穿電壓、工頻擊穿電壓、50%沖擊擊穿電壓三者基本相等 擊穿電壓與電場的均勻度相關(guān)。越均勻，擊穿電壓越高 出現(xiàn)電暈，即會發(fā)展為擊穿 極性效應(yīng),5,1.6.2 稍不均勻電場,極性效應(yīng)： 不接地時，無極性效應(yīng)， 但通常會接地，此時有極性效應(yīng),6,當(dāng)dD/4，電場相當(dāng)均勻 ，直流電壓、工頻電壓及 沖擊電壓作用下，擊穿電 壓都相同 當(dāng)dD/4，大地對電場的 畸變作用使間隙電場分布 不對稱，Ub有極性效應(yīng) 負極性時的擊穿電壓略低 于正極性時的數(shù)值 同一間隙距離下，球電極直徑越大，由于電場均勻程度增加，擊穿電壓也越高 。,7,1.6.3 極不均勻電場,波形影響大，分散性大，極性效應(yīng)明顯,8,極性效應(yīng)： 最高：負棒正板，平均擊穿場強 約為10kV/cm； 次高：棒棒，平均擊穿場強 約為4.85.0kV /cm； 最低：正棒負板，平均擊穿場強 約為4.5kV/cm。,（一） 直流擊穿電壓,“棒棒”和“棒板”空氣氣隙的直流擊穿特性,“棒棒”和“棒板”長間隙的直流擊穿特性,9,（二） 工頻擊穿電壓,在棒-板間隙中，擊穿總是在棒為正的半周期內(nèi)，電壓達到幅值附近時發(fā)生 工頻擊穿電壓稍低于直流電壓下的擊穿電壓 （這是由于前半周期留下的空間電荷對棒極前方的電 場有所加強的緣故） 棒-棒間隙的擊穿電壓比棒-板間隙的要高一些 （這是由于棒-棒的電場更均勻一些） 擊穿電壓具有“飽和現(xiàn)象”。,10,“棒棒”和“棒板”長氣隙的工頻擊穿特性 1棒棒 2棒板,在d2m，擊穿電壓與氣隙距離的關(guān)系出現(xiàn)“飽和”趨勢,11,(三) 雷電沖擊50%擊穿電壓,高于穩(wěn)態(tài)擊穿電壓（直流擊穿電壓或工頻擊穿電壓幅值）。 分散性較大。其標(biāo)準(zhǔn)偏差可取3%。 擊穿通常發(fā)生在波尾。 和間隙距離大致呈線性關(guān)系，即無飽和趨勢。 （因為作用時間短，間隙距離加大后，需要提高先導(dǎo)發(fā)展速度才能完成放電，因此擊穿電壓提高）,12,(四) 操作沖擊50%擊穿電壓,擊穿通常發(fā)生在波頭部分。 擊穿電壓與波頭時間呈現(xiàn)出U形曲線。 （放電時延和空間電荷共同作用的結(jié)果） “飽和”效應(yīng)。 （形成先導(dǎo)后,放電易于發(fā)展） “鄰近效應(yīng)” （電場分布情況對操作沖擊50%擊穿電壓影響很大。當(dāng)接地物體靠近放電間隙時，會顯著減低正極性擊穿電壓，稍微提高負極性擊穿電壓。）,13,1.7 大氣條件對氣隙擊穿特性的影響,標(biāo)準(zhǔn)大氣條件： 氣壓 P0=101.3kPa， 溫度 t0=20 絕對濕度 f0=11g/m3。 非標(biāo)準(zhǔn)大氣條件要換算到標(biāo)準(zhǔn)大氣條件,14,反映空氣密度,一、空氣相對密度的影響,氣壓P增大時，帶電粒子的平均自由行程減小，因此在運動中積累的動能就??；擊穿電壓升高 溫度T增大時，空氣相對密度減小，平均自由行程增大，擊穿電壓降低。,15,P：氣壓，kPa；t：溫度，度,一、空氣相對密度的影響,0.951.05范圍內(nèi)變動時，間隙的擊穿電壓與相對密度成正比，實際試驗或運行條件下,當(dāng)與1相差較大時，須用空氣密度校正系數(shù)Kd對擊穿電壓U進行校正,16,在大氣條件下，空氣間隙的擊穿電壓隨的增大而升高,二、濕度的影響,濕度增加，電離能力下降，對放電過程起到抑制作用濕度越大，間隙的擊穿電壓也會越高。 k是絕對濕度和電壓種類的函數(shù)；指數(shù)的值取決于電極形狀、間隙距離、電壓種類及其極性,17,濕度矯正系數(shù)：,非標(biāo)準(zhǔn)濕度情況下的擊穿電壓的換算公式：,綜合氣壓、溫度、濕度的影響,18,三、對海拔高度的校正,隨著海拔增高，空氣密度減小，增大，電離能力增大，間隙的擊穿電壓降低。 我國的國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：1000mH4000m地區(qū)的U與平原地區(qū)外絕緣的Up的關(guān)系為,19,1.8 提高氣體間隙擊穿電壓的措施,兩條途徑： 一、改善電場分布 二、削弱氣體中的電離過程,20,(一）改進電極形狀,增大電極曲率半徑 改善電極邊緣,21,一、改善電場分布,(一）改進電極形狀,使電極具有最佳外形,22,（二） 利用空間電荷畸變電場,細線效應(yīng) D增大后，局部毛刺點的強烈電離，產(chǎn)生刷狀放電 細線效應(yīng)只對穩(wěn)態(tài)電壓有作用，對雷電波沒有作用,23,（三） 極不均勻電場中采用屏障,24,直流電壓作用下尖板的擊穿電壓和屏障的關(guān)系,（三） 極不均勻電場中采用屏障-DC,棒電極為正極性時 正離子聚集在屏障上，并沿表面均勻分布，削弱了正棒頭部的強電場 在x/d=0.2時擊穿電壓的提高最顯著，約為23倍。,棒電極為負極性時 總趨勢同與正棒下的屏蔽效應(yīng)。 當(dāng)屏蔽層離開電極一定距離后，吸附的負離子將加強板前電場，使擊穿電壓低于無屏蔽的情況。 最高提高0.2倍,25,在中間一段范圍內(nèi)，帶屏蔽的擊穿電壓（不論極性）與均勻電場下的擊穿電壓接近,（三） 極不均勻電場中采用屏障DC,26,（三） 極不均勻電場中采用屏障工頻,工頻作用下尖板的擊穿電壓與屏蔽層位置的關(guān)系,27,工頻下，擊穿在正半波發(fā)生，因此，屏蔽層也可顯著提高擊穿電壓,（三） 極不均勻電場中采用屏障,屏蔽層插入電暈電極側(cè)，可提高擊穿電壓。 屏蔽層僅對持續(xù)作用電壓（DC，工頻）有效 而對雷電波作用很小。,28,二、 削弱或抑制電離過程,采用高氣壓 采用強電負性氣體 采用高真空,29,（一） 采用高氣壓,基本原理：氣壓提高減小動能減小U提高,30,12.8MPa 50.1MPa,當(dāng)氣壓在10個大氣壓下時，擊穿電壓隨氣壓增大線性增加。再提高P，會飽和 壓縮空氣可用于內(nèi)絕緣，如斷路器、高壓標(biāo)準(zhǔn)電容等。,（二） 采用強電負性氣體,鹵化物氣體電氣強度高的原因： 1） 具有很強的電負性，負離子既削弱電離， 又加強復(fù)合； 2） 分子量大，分子直徑大，電子的減小。 3） 電離過程伴隨離解過程，需要更多能量。,31,（二） 采用強電負性氣體,鹵化物氣體電氣強度高,32,（二） 采用強電負性氣體,選用鹵化物的原則： 1 液化溫度要低; 2 應(yīng)具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性; 3 經(jīng)濟上應(yīng)當(dāng)合理，價格便宜，能大量供應(yīng) . 目前得到工程廣泛應(yīng)用的是SF6及SF6混合氣體,33,（二） 采用強電負性氣體SF6,SF6的絕緣性能 1） 強電負性，電氣強度高 2） 對電場均勻度敏感 SF6的性能只有在均勻電場中才能充分發(fā)揮，在極不均勻場中，擊穿電壓下降很快。,34,SF6的絕緣性能,針球氣隙中的SF6氣體（針極曲率半徑1mm，球半徑50mm，極間距30mm）在不同類型電壓下的擊穿電壓與壓力的關(guān)系,35,空間電荷的作用，使得工頻高于雷電 隨著氣壓的提高，空間電荷作用減小，因此Ub下降,SF6的絕緣性能,影響絕緣性能的因素： 電場均勻度； 氣壓； 電極表面缺陷； 導(dǎo)電微粒；,36,SF6的液化特性,1） 一般不會液化,37,SF6的液化特性,2) 純凈的SF6無毒，但分解物有毒，有腐蝕性 電子碰撞、熱輻射、光輻射會導(dǎo)致SF6分解 如電弧、局放、火花放電等 3） 水分的危害 水分會與氣體分解物形成氫氟酸，腐蝕材料，引起 凝露，降低表面閃絡(luò)電壓。 解決辦法：用吸附劑吸附分解物和水分。,38,SF6混合氣體的特性,SF6N2混合氣體中的與E/p 1純N2； 2SF6含量為10%； 3SF6含量為25%； 4SF