氣體電介質(zhì)的絕緣特性四

1、氣體電介質(zhì)的絕緣特性四1第1頁，共58頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)56分，星期四1.6 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第2頁，共58頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)56分，星期四1.6.1 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(yàn)公式d-間隙距離(cm) -空氣相對密度 3第3頁，共58頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)56分，星期四均勻電場，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第4頁，共5

2、8頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)56分，星期四1.6.2 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第5頁，共58頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)56分，星期四1.6.2 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第6頁，共58頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)56分，星期四當(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(fù)極

3、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第7頁，共58頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)56分，星期四1.6.3 極不均勻電場 波形影響大，分散性大，極性效應(yīng)明顯極性效應(yīng)：最高：負(fù)棒正板，平均擊穿場強(qiáng) 約為10kV/cm次高：棒棒，平均擊穿場強(qiáng) 約為4.85.0kV /cm最低：正棒負(fù)板，平均擊穿場強(qiáng) 約為4.5kV/cm（一） 直流擊穿電壓8第8頁，共58頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)56分，星期四“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第9頁，共58頁，2022年，5月20日，

4、23點(diǎn)56分，星期四（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(dá)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(qiáng)的緣故）棒-棒間隙的擊穿電壓棒-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第10頁，共58頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)56分，星期四“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第11頁，共58頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)56分，星期四(三) 雷電沖擊50%擊穿電壓高于穩(wěn)態(tài)擊穿電

5、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?yàn)樽饔脮r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第12頁，共58頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)56分，星期四(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(fù)極性擊穿

6、電壓。）13第13頁，共58頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)56分，星期四1.7 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)大氣條件反映空氣密度14第14頁，共58頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)56分，星期四一、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(yùn)動中積累的動能就?。粨舸╇妷荷邷囟萒增大時，空氣相對密度減小，平均自由行程增大，擊穿電壓降低。P：氣壓，kPa；t：溫度，度15第15頁，共58頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)56分，星期四一、空氣相對密

7、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(shí)際試驗(yàn)或運(yùn)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(jìn)行校正 在大氣條件下，空氣間隙的擊穿電壓隨的增大而升高16第16頁，共58頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)56分，星期四二、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 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：17第17頁，共58頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)56分，星期四綜合氣壓、溫度、濕度的影響18

8、第18頁，共58頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)56分，星期四三、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)的電力設(shè)施外絕緣實(shí)驗(yàn)電壓U與平原地區(qū)外絕緣的Up的關(guān)系為19第19頁，共58頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)56分，星期四1.8 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第20頁，共58頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)56分，星期四(一）改進(jìn)電極形狀增大電極曲率半徑 改善電極邊緣一、改善電場分布21第21頁，共58頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)5

9、6分，星期四(一）改進(jìn)電極形狀使電極具有最佳外形22第22頁，共58頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)56分，星期四（二） 利用空間電荷改善電場分布 細(xì)線效應(yīng) D增大后，局部毛刺點(diǎn)的強(qiáng)烈電離，產(chǎn)生刷狀放電細(xì)線效應(yīng)只對穩(wěn)態(tài)電壓有作用，對雷電波沒有作用23第23頁，共58頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)56分，星期四（三） 極不均勻電場中采用屏障直流電壓作用下尖板的擊穿電壓和屏障的關(guān)系24第24頁，共58頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)56分，星期四（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(qiáng)電場 在x/d=0.2時擊穿電壓的提

10、高最顯著，約為23倍。棒電極為負(fù)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(fù)離子將加強(qiáng)板前電場，使擊穿電壓低于無屏蔽的情況。 最高提高0.2倍在中間一段范圍內(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25第25頁，共58頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)56分，星期四（三） 極不均勻電場中采用屏障DC26第26頁，共58頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)56分，星期四（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27第27頁，共58頁，2022年，5月20日，23

11、點(diǎn)56分，星期四（三） 極不均勻電場中采用屏障(總結(jié)) 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第28頁，共58頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)56分，星期四二、 削弱或抑制電離過程采用高氣壓采用強(qiáng)電負(fù)性氣體采用高真空29第29頁，共58頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)56分，星期四（一） 采用高氣壓基本原理：氣壓提高減小動能減小U提高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。30第30頁，共58頁，2022年，5月20

12、日，23點(diǎn)56分，星期四（二） 采用強(qiáng)電負(fù)性氣體鹵化物氣體電氣強(qiáng)度高1個大氣壓31第31頁，共58頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)56分，星期四（二） 采用強(qiáng)電負(fù)性氣體鹵化物氣體電氣強(qiáng)度高的原因：1）具有很強(qiáng)的電負(fù)性，負(fù)離子即削弱電離， 又加強(qiáng)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。 32第32頁，共58頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)56分，星期四（二） 采用強(qiáng)電負(fù)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(jì)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混合氣體第3133第33頁，共5

13、8頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)56分，星期四（二） 采用強(qiáng)電負(fù)性氣體SF6SF6的絕緣性能1） 強(qiáng)電負(fù)性，電氣強(qiáng)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。 在極不均勻電場中，氣壓與擊穿電壓緊密相關(guān)34第34頁，共58頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)56分，星期四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 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35第35頁，共58頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)56

14、分，星期四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第36頁，共58頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)56分，星期四SF6的液化特性1） 一般不會液化37第37頁，共58頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)56分，星期四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第38頁，共58頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)56分，星期四SF6混合氣體的

15、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%； 4SF6含量為50%； 5純SF6 混合氣體：N2、 CO2、空氣與SF6 混合 降低液化溫度 降低對電場的敏 感度39第39頁，共58頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)56分，星期四（三） 采用高真空氣隙擊穿電壓與真空壓力的關(guān)系 接近真空階段：碰撞電離的幾率太小，Ub提高高真空階段： 小距離時：強(qiáng)場發(fā)射、金屬氣化大距離時：全電壓效應(yīng)真空中的Ub與電極材料、表面光潔度、清潔度有關(guān)40第40頁，共58頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)56分，星期四1.9 沿面放電 沿空氣與固體介質(zhì)表面發(fā)生的氣體放電現(xiàn)

16、象稱為沿面放電。研究意義：一個絕緣裝置的實(shí)際耐壓水平由沿面 放電電壓決定。研究范圍：表面干燥、清潔時的沿面放電電壓 表面潮濕、污穢時的沿面放電電壓41第41頁，共58頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)56分，星期四1.9 沿面放電沿面放電的幾種典型電場分布形式 均勻電場強(qiáng)垂直分量弱垂直分量42第42頁，共58頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)56分，星期四1.9.1 均勻電場中的沿面放電 在平行平板中放置瓷柱，雖然瓷柱不影響電場分布，但放電總發(fā)生在瓷柱表面，且擊穿電壓比純空氣低很多。43第43頁，共58頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)56分，星期四1.9.1 均勻電場中的沿面放電機(jī)理分析：1

17、） 固體介質(zhì)與電極接觸不良，空氣間隙發(fā)生局放 ，形成的帶電粒子沿介質(zhì)表面移動。 在連接處涂導(dǎo)電粉末或者導(dǎo)電膠2） 潮氣形成水膜，其中的離子在電場下運(yùn)動， 造成沿面電壓分布不均，畸變電場。 憎水性材料3） 在瓷柱表面的凸凹處，發(fā)生電場畸變，產(chǎn)生空氣 間隙擊穿。帶電粒子分布在固體表面，畸變原有電 場，降低了閃絡(luò)電壓。4） 固體表面電阻不均，造成泄漏電流的壓降分 布不均，使電場畸變，降低沿面閃絡(luò)電壓。44第44頁，共58頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)56分，星期四1.9.1 均勻電場中的沿面放電45第45頁，共58頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)56分，星期四1.9.2 極不均勻場具有強(qiáng)垂直分

18、量 的沿面放電沿套管表面的放電電暈放電細(xì)絲狀的輝光放電滑閃放電46第46頁，共58頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)56分，星期四1.9.2 極不均勻場具有強(qiáng)垂直分量 的沿面放電第一階段：由于接地法蘭附近電力線密集，首先出現(xiàn)電暈。第二階段：隨著電壓升高，出現(xiàn)平行的許多火花細(xì)線，具有輝光放電的特征。第三階段：電壓繼續(xù)升高，帶電粒子的運(yùn)動造成介質(zhì)表面局部發(fā)熱，引起氣體熱電離，出現(xiàn)樹枝狀火花，位置不固定，稱為滑閃放電。第四階段，電壓再升高，滑閃貫通兩級，形成沿面閃絡(luò)。47第47頁，共58頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)56分，星期四1.9.2 極不均勻場具有強(qiáng)垂直分量 的沿面放電 滑閃放電在交流和

19、沖擊下表現(xiàn)明顯。隨電壓增加，滑閃長度增長變快，因此單靠加長距離提高閃絡(luò)電壓效果不明顯。玻璃管壁變薄，滑閃電壓降低。48第48頁，共58頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)56分，星期四1.9.3 極不均勻場具有弱垂直分量 的沿面放電沒有熱電離和明顯的滑閃放電；介質(zhì)表面電荷聚集對電場畸變影響不大；沿面閃絡(luò)電壓與空氣擊穿電壓差別不大。實(shí)驗(yàn)表明：這種絕緣子的干式閃絡(luò)電壓基本上隨極間距離的增加而增加。49第49頁，共58頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)56分，星期四1.9.3 極不均勻場具有弱垂直分量 的沿面放電50第50頁，共58頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)56分，星期四三種情況比較：均勻場中的沿面閃絡(luò)電壓最高，有垂直分量的沿面放電電壓低得多；具有強(qiáng)垂直分量的沿面放電電壓很低，因?yàn)槌霈F(xiàn)了熱電離和滑閃放電。51第51頁，共58頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)56分，星期四提高沿面放電電壓的方法以套管型結(jié)構(gòu)為例，也即強(qiáng)垂直分量下的沿面放電鏈形等值回路為:略去了介質(zhì)的體積電阻52第52頁，共58頁，202