第一章氣隙的擊穿特性(二)

1、1.7 1.7 提高氣體間隙擊穿電壓的措施提高氣體間隙擊穿電壓的措施兩個途徑：兩個途徑： 一、改善電場分布，使之盡量均勻一、改善電場分布，使之盡量均勻 改進電極形狀改進電極形狀 利用空間電荷畸變電場的作用利用空間電荷畸變電場的作用 二、利用其它方法來削弱氣體中的電離過程二、利用其它方法來削弱氣體中的電離過程 ( (一）改進電極形狀以改善電場分布一）改進電極形狀以改善電場分布 n增大電極曲率半徑增大電極曲率半徑 減減小表面場強。如變壓器小表面場強。如變壓器套管端部加球形屏蔽罩套管端部加球形屏蔽罩；采用擴徑導線等；采用擴徑導線等n改善電極邊緣改善電極邊緣 電極邊電極邊緣做成弧形；盡量使其緣做成弧形

2、；盡量使其與某等位面相近與某等位面相近n使電圾具有最佳外形使電圾具有最佳外形 如穿墻高壓引線上加金如穿墻高壓引線上加金屬扁球；墑洞邊緣做成屬扁球；墑洞邊緣做成近似垂接線旋轉(zhuǎn)體近似垂接線旋轉(zhuǎn)體（二）利用空間電荷畸變電場的作用（二）利用空間電荷畸變電場的作用 n 極不均勻電場中擊穿前發(fā)極不均勻電場中擊穿前發(fā)生電暈放電，利用放電產(chǎn)生生電暈放電，利用放電產(chǎn)生的空間電荷改善電場分布，的空間電荷改善電場分布，提高擊穿電壓提高擊穿電壓 n直徑直徑D D20mm20mm及及16mm16mm時時，擊穿電壓曲線的直線部分，擊穿電壓曲線的直線部分和尖一板間隙相近和尖一板間隙相近n導線直徑減為導線直徑減為3mm3mm

3、以至以至0.5mm0.5mm時，擊穿電壓曲線時，擊穿電壓曲線的直線部分陡度大為增加，的直線部分陡度大為增加，曲線逐漸與均勻電場中的相曲線逐漸與均勻電場中的相近近 “ “細線效應細線效應”（三）極不均勻電場中屏障的采用（三）極不均勻電場中屏障的采用 n在電場極不均勻的空氣在電場極不均勻的空氣間隙中，放入薄片固體間隙中，放入薄片固體絕緣材料（例如紙或紙絕緣材料（例如紙或紙板），在一定條件下，板），在一定條件下，可以顯著提高間隙的擊可以顯著提高間隙的擊穿電壓穿電壓 n原理是屏障積聚空間電原理是屏障積聚空間電荷，改善電場分布荷，改善電場分布 n隨著屏障位置不同，擊隨著屏障位置不同，擊穿電壓發(fā)生了很大的

4、變穿電壓發(fā)生了很大的變化，尖電極的極性不同化，尖電極的極性不同，屏障的影響也有別，屏障的影響也有別 n尖電極為正極性尖電極為正極性 屏障離尖電極過近，屏屏障離尖電極過近，屏障效應將隨之而減弱障效應將隨之而減弱 n尖電極為負極性尖電極為負極性 屏障離開尖電極一定距屏障離開尖電極一定距離，設置屏障反而將離，設置屏障反而將降低間隙的擊穿電壓降低間隙的擊穿電壓 屏障離尖電極過近屏障離尖電極過近 ，仍仍有相當?shù)钠两敌邢喈數(shù)钠两敌?n工頻電壓下屏障的作用工頻電壓下屏障的作用 設置屏障可以顯著提高間隙的擊穿電壓。設置屏障可以顯著提高間隙的擊穿電壓。n雷電沖擊電壓下屏障的作用雷電沖擊電壓下屏障的作用 尖

5、電極具有正極性時，設置屏障可顯著提高間尖電極具有正極性時，設置屏障可顯著提高間隙的擊穿電壓隙的擊穿電壓 負極性時設置屏障后，間隙的擊穿電壓和沒有負極性時設置屏障后，間隙的擊穿電壓和沒有屏障時相差不多屏障時相差不多（四）高氣壓的采用（四）高氣壓的采用 n減小電子的平均自由行程，削弱電離過程減小電子的平均自由行程，削弱電離過程例：大氣壓力下空氣的電氣強度僅約為變壓器油的例：大氣壓力下空氣的電氣強度僅約為變壓器油的1/51/5 1/81/8，提高壓力至，提高壓力至1 1 1.5MPa1.5MPa，空氣的電氣強度，空氣的電氣強度和一般的液、固態(tài)絕緣材料如變壓器油、電瓷、云母和一般的液、固態(tài)絕緣材料如變

6、壓器油、電瓷、云母等的電氣強度相接近等的電氣強度相接近 n壓縮空氣絕緣及其它壓縮氣體絕緣在一些電氣壓縮空氣絕緣及其它壓縮氣體絕緣在一些電氣設備中已得到采用設備中已得到采用如：高壓空氣斷路器、高壓標準電容器等如：高壓空氣斷路器、高壓標準電容器等n均勻電場中的擊穿電壓均勻電場中的擊穿電壓在一定的壓力范圍內(nèi)，擊在一定的壓力范圍內(nèi)，擊穿場強的提高遵循巴申穿場強的提高遵循巴申定律，并且擊穿場強大定律，并且擊穿場強大致和氣壓成正比致和氣壓成正比 大約從大約從1MPa1MPa開始，實驗開始，實驗結(jié)果和巴申定律的分歧結(jié)果和巴申定律的分歧就逐漸明顯了就逐漸明顯了 n不均勻電場中的擊穿電壓不均勻電場中的擊穿電壓不

7、均勻電場中提高氣壓后，間隙的擊穿電壓也將高不均勻電場中提高氣壓后，間隙的擊穿電壓也將高于大氣壓力下的數(shù)值于大氣壓力下的數(shù)值在高氣壓下，電場均勻程度對擊穿電壓的影響比在在高氣壓下，電場均勻程度對擊穿電壓的影響比在大氣壓力下要顯著得多，電場均勻程度下降，擊大氣壓力下要顯著得多，電場均勻程度下降，擊穿電壓將劇烈降低穿電壓將劇烈降低濕度對擊穿電壓有很大影響。濕度增加時擊穿電壓濕度對擊穿電壓有很大影響。濕度增加時擊穿電壓明顯下降；電場不均勻，則下降程度更顯著明顯下降；電場不均勻，則下降程度更顯著 （五）高真空的采用（五）高真空的采用n削弱間隙中的碰撞電離過程，從而顯著增高間隙的擊削弱間隙中的碰撞電離過程

8、，從而顯著增高間隙的擊穿電壓穿電壓 n高真空中擊穿機理發(fā)生了改變高真空中擊穿機理發(fā)生了改變距離較小時，間隙的距離較小時，間隙的擊穿和陰極的強場擊穿和陰極的強場放射密切有關放射密切有關在距離較大時，擊穿在距離較大時，擊穿是由是由“全電壓效應全電壓效應”引起的引起的 分散性很大：電極材分散性很大：電極材料、電極表面的光料、電極表面的光潔度及清潔度潔度及清潔度 n含鹵族元素的氣體化合物，如六氟化硫（含鹵族元素的氣體化合物，如六氟化硫（SFSF6 6）、氟利）、氟利昂（昂（CClCCl2 2F F2 2）等，其電氣強度比空氣的要高很多。稱）等，其電氣強度比空氣的要高很多。稱為高電氣強度氣體為高電氣強度

9、氣體 （六）高電氣強度氣體的采用（六）高電氣強度氣體的采用n 鹵化物氣體電氣強度高的原因鹵化物氣體電氣強度高的原因 1 1由于含有鹵族元素，氣體具有很強的電負性，氣體由于含有鹵族元素，氣體具有很強的電負性，氣體分子容易和電子結(jié)合成為負離子，削弱電子的碰撞電分子容易和電子結(jié)合成為負離子，削弱電子的碰撞電離能力，同時又加強復合過程離能力，同時又加強復合過程氣體的分子量比較大，分子直徑較大，電子在其氣體的分子量比較大，分子直徑較大，電子在其中的自由行程縮短，不易積聚能量，從而減少其碰撞中的自由行程縮短，不易積聚能量，從而減少其碰撞電離能力電離能力電子和這些氣體的分子相遇時，還易于引起分子電子和這些氣

10、體的分子相遇時，還易于引起分子發(fā)生極化等過程，增加能量損失，從而減弱其碰撞電發(fā)生極化等過程，增加能量損失，從而減弱其碰撞電離能力離能力n對高電氣強度氣體的要求對高電氣強度氣體的要求1 1液化溫度要低，采用高電氣強度氣體時，常常同液化溫度要低，采用高電氣強度氣體時，常常同時提高壓力，以便更大程度的提高間隙的擊穿電壓，時提高壓力，以便更大程度的提高間隙的擊穿電壓，縮小設備的體積和重量。所以這些氣體的液化溫度要縮小設備的體積和重量。所以這些氣體的液化溫度要低，以便在較低的運行溫度下，還能施加相當?shù)膲毫Φ停员阍谳^低的運行溫度下，還能施加相當?shù)膲毫? 2應具有良好的化學穩(wěn)定性，不易腐蝕設備中的其應具有

11、良好的化學穩(wěn)定性，不易腐蝕設備中的其它材料，無毒，不會爆炸，不易燃燒，即使在放電過它材料，無毒，不會爆炸，不易燃燒，即使在放電過程中也不易分解等程中也不易分解等3 3經(jīng)濟上應當合理，價格便宜，能大量供應經(jīng)濟上應當合理，價格便宜，能大量供應 n目前工程上已得到采用的是六氟化硫（目前工程上已得到采用的是六氟化硫（SFSF6 6）。）。SFSF6 6除了其電氣強度很高以外，還具有優(yōu)良的滅弧性能除了其電氣強度很高以外，還具有優(yōu)良的滅弧性能，很適合用于高壓斷路器中，很適合用于高壓斷路器中nSFSF6 6已不僅用來制作單臺電氣設備（如已不僅用來制作單臺電氣設備（如SF6SF6斷路器斷路器、避雷器、電容器等

12、），而且發(fā)展成了各種組合設、避雷器、電容器等），而且發(fā)展成了各種組合設備，即將整套送變電設備組成一體，密封后充以備，即將整套送變電設備組成一體，密封后充以SF6SF6氣體，如全封閉組合電器、氣體絕緣變電所、氣體，如全封閉組合電器、氣體絕緣變電所、充氣輸電管道等。這些充氣輸電管道等。這些SF6SF6組合設備具有很多優(yōu)點組合設備具有很多優(yōu)點，如可大大節(jié)省占地面積、簡化運行維護等等，如可大大節(jié)省占地面積、簡化運行維護等等1.8 1.8 沿面放電沿面放電u均勻電場中的沿面放電均勻電場中的沿面放電u極不均勻電場具有強垂直分量時的沿面放電極不均勻電場具有強垂直分量時的沿面放電u極不均勻電場具有弱垂直分量時

13、的沿面放電極不均勻電場具有弱垂直分量時的沿面放電u固體介質(zhì)表面有水膜時的沿面放電固體介質(zhì)表面有水膜時的沿面放電u絕緣子污染狀態(tài)下的沿面放電絕緣子污染狀態(tài)下的沿面放電沿面放電的幾種典型電場分布形式（a）均勻電場；（b）弱垂直分量的不均勻電場；（c）強垂直分量的不均勻電場u均勻電場中的沿面放電均勻電場中的沿面放電n固體介質(zhì)表面不是絕對光滑，存在一定的粗糙程度，這使得表面電場分布發(fā)生畸變n固體介質(zhì)表面電阻不可能完全均勻，各處表面電阻不相同，當界面上有泄漏電流流過時，界面上壓降分布不均勻，使電場分布不均勻，發(fā)生畸變，使沿面閃絡電壓降低 n固體介質(zhì)與空氣接觸的情況：由于潮氣吸附到固體介質(zhì)的表面而形成薄水

14、膜，其中的離子受電場的驅(qū)動而沿著界面移動，電極附近的表面上積聚的電荷較多，從而沿面電壓分布變的不均勻。因此，降低了閃絡電壓。 n固體介質(zhì)與電極接觸的狀況：當它們接觸不良，存在小氣隙時，由于空氣的介電常數(shù)比固體介質(zhì)低，間隙中的場強比平均場強大得多，小氣隙內(nèi)將首先發(fā)生放電，所產(chǎn)生的帶電粒子沿著固體介質(zhì)的表面移動，原有電場發(fā)生畸變，使沿面閃絡電壓有所降低 u極不均勻電場具有強垂直分量時的沿面放電極不均勻電場具有強垂直分量時的沿面放電 沿套管表面的放電u極不均勻電場具有弱垂直分量時的沿面放電極不均勻電場具有弱垂直分量時的沿面放電 n沿面閃絡電壓與空氣擊穿電壓差別不大沿面閃絡電壓與空氣擊穿電壓差別不大u

15、固體介質(zhì)表面有水膜時的沿面放電固體介質(zhì)表面有水膜時的沿面放電 淋雨時絕緣子的閃絡路徑由于雨淋時絕緣子表面上的水膜大都是不由于雨淋時絕緣子表面上的水膜大都是不均勻和不連續(xù)的，因而造成有水膜覆蓋的均勻和不連續(xù)的，因而造成有水膜覆蓋的表面電導大，無水膜處的表面電導小，絕表面電導大，無水膜處的表面電導小，絕大部分外加電壓由干表面來承受。絕緣子大部分外加電壓由干表面來承受。絕緣子在雨中有三種可能的閃絡途徑：在雨中有三種可能的閃絡途徑：l沿著表面沿著表面AB和干表面和干表面BCA發(fā)展；在這發(fā)展；在這種情況下，被工業(yè)區(qū)的雨水（電導率約為種情況下，被工業(yè)區(qū)的雨水（電導率約為0.01S/m）淋濕的絕緣子的閃絡電壓（稱）淋濕的絕緣子的閃絡電壓（稱濕閃電壓）只有干閃電壓的濕閃電壓）只有干閃電壓的40%50% l沿著濕表面沿著濕表面AB和空氣間隙和空氣間隙BA發(fā)展；發(fā)展；在這種情況下，空氣間隙在這種情況下，空氣間隙BA中只有分中只有分散的雨滴，氣隙的擊穿電壓降低不多，雨散的雨滴，氣隙的擊穿電壓降低不多，雨水電導率大小的影響不大，絕緣子的濕閃水電導率大小的影響不大，絕緣子的濕閃電壓不會降低太多電壓不會降低太多 l沿著濕表面沿著濕表面AB和水流和水流BB發(fā)展；在這發(fā)展；在這種情況下，傘裙