第一章氣隙的擊穿特性(二)

高電壓技術(shù)§1.7提高氣體間隙擊穿電壓的措施兩個(gè)途徑：一、改善電場(chǎng)分布，使之盡量均勻改進(jìn)電極形狀利用空間電荷畸變電場(chǎng)的作用

二、利用其它方法來(lái)削弱氣體中的電離過(guò)程(一）改進(jìn)電極形狀以改善電場(chǎng)分布增大電極曲率半徑減小表面場(chǎng)強(qiáng)。如變壓器套管端部加球形屏蔽罩；采用擴(kuò)徑導(dǎo)線等改善電極邊緣電極邊緣做成弧形；盡量使其與某等位面相近使電圾具有最佳外形如穿墻高壓引線上加金屬扁球；墑洞邊緣做成近似垂接線旋轉(zhuǎn)體（二）利用空間電荷畸變電場(chǎng)的作用極不均勻電場(chǎng)中擊穿前發(fā)生電暈放電，利用放電產(chǎn)生的空間電荷改善電場(chǎng)分布，提高擊穿電壓直徑D＝20mm及16mm時(shí)，擊穿電壓曲線的直線部分和尖一板間隙相近導(dǎo)線直徑減為3mm以至0.5mm時(shí)，擊穿電壓曲線的直線部分陡度大為增加，曲線逐漸與均勻電場(chǎng)中的相近

——“細(xì)線效應(yīng)”（三）極不均勻電場(chǎng)中屏障的采用在電場(chǎng)極不均勻的空氣間隙中，放入薄片固體絕緣材料（例如紙或紙板），在一定條件下，可以顯著提高間隙的擊穿電壓

原理是屏障積聚空間電荷，改善電場(chǎng)分布隨著屏障位置不同，擊穿電壓發(fā)生了很大的變化，尖電極的極性不同，屏障的影響也有別

尖電極為正極性屏障離尖電極過(guò)近，屏障效應(yīng)將隨之而減弱

尖電極為負(fù)極性

屏障離開(kāi)尖電極一定距離，設(shè)置屏障反而將降低間隙的擊穿電壓

屏障離尖電極過(guò)近，仍有相當(dāng)?shù)钠两敌?yīng)

工頻電壓下屏障的作用設(shè)置屏障可以顯著提高間隙的擊穿電壓。雷電沖擊電壓下屏障的作用尖電極具有正極性時(shí)，設(shè)置屏障可顯著提高間隙的擊穿電壓負(fù)極性時(shí)設(shè)置屏障后，間隙的擊穿電壓和沒(méi)有屏障時(shí)相差不多（四）高氣壓的采用減小電子的平均自由行程，削弱電離過(guò)程例：大氣壓力下空氣的電氣強(qiáng)度僅約為變壓器油的1/51/8，提高壓力至11.5MPa，空氣的電氣強(qiáng)度和一般的液、固態(tài)絕緣材料如變壓器油、電瓷、云母等的電氣強(qiáng)度相接近壓縮空氣絕緣及其它壓縮氣體絕緣在一些電氣設(shè)備中已得到采用如：高壓空氣斷路器、高壓標(biāo)準(zhǔn)電容器等均勻電場(chǎng)中的擊穿電壓在一定的壓力范圍內(nèi)，擊穿場(chǎng)強(qiáng)的提高遵循巴申定律，并且擊穿場(chǎng)強(qiáng)大致和氣壓成正比大約從1MPa開(kāi)始，實(shí)驗(yàn)結(jié)果和巴申定律的分歧就逐漸明顯了不均勻電場(chǎng)中的擊穿電壓不均勻電場(chǎng)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)值在高氣壓下，電場(chǎng)均勻程度對(duì)擊穿電壓的影響比在大氣壓力下要顯著得多，電場(chǎng)均勻程度下降，擊穿電壓將劇烈降低濕度對(duì)擊穿電壓有很大影響。濕度增加時(shí)擊穿電壓明顯下降；電場(chǎng)不均勻，則下降程度更顯著（五）高真空的采用削弱間隙中的碰撞電離過(guò)程，從而顯著增高間隙的擊穿電壓

高真空中擊穿機(jī)理發(fā)生了改變距離較小時(shí)，間隙的擊穿和陰極的強(qiáng)場(chǎng)放射密切有關(guān)在距離較大時(shí)，擊穿是由“全電壓效應(yīng)”引起的

分散性很大：電極材料、電極表面的光潔度及清潔度含鹵族元素的氣體化合物，如六氟化硫（SF6）、氟利昂（CCl2F2）等，其電氣強(qiáng)度比空氣的要高很多。稱(chēng)為高電氣強(qiáng)度氣體（六）高電氣強(qiáng)度氣體的采用鹵化物氣體電氣強(qiáng)度高的原因

1．由于含有鹵族元素，氣體具有很強(qiáng)的電負(fù)性，氣體分子容易和電子結(jié)合成為負(fù)離子，削弱電子的碰撞電離能力，同時(shí)又加強(qiáng)復(fù)合過(guò)程２．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，從而減少其碰撞電離能力３．電子和這些氣體的分子相遇時(shí)，還易于引起分子發(fā)生極化等過(guò)程，增加能量損失，從而減弱其碰撞電離能力對(duì)高電氣強(qiáng)度氣體的要求

1．液化溫度要低，采用高電氣強(qiáng)度氣體時(shí)，常常同時(shí)提高壓力，以便更大程度的提高間隙的擊穿電壓，縮小設(shè)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(yùn)行溫度下，還能施加相當(dāng)?shù)膲毫?/p>

2．應(yīng)具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性，不易腐蝕設(shè)備中的其它材料，無(wú)毒，不會(huì)爆炸，不易燃燒，即使在放電過(guò)程中也不易分解等

3．經(jīng)濟(jì)上應(yīng)當(dāng)合理，價(jià)格便宜，能大量供應(yīng)目前工程上已得到采用的是六氟化硫（SF6）。SF6除了其電氣強(qiáng)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SF6已不僅用來(lái)制作單臺(tái)電氣設(shè)備（如SF6斷路器、避雷器、電容器等），而且發(fā)展成了各種組合設(shè)備，即將整套送變電設(shè)備組成一體，密封后充以SF6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SF6組合設(shè)備具有很多優(yōu)點(diǎn)，如可大大節(jié)省占地面積、簡(jiǎn)化運(yùn)行維護(hù)等等§1.8沿面放電均勻電場(chǎng)中的沿面放電極不均勻電場(chǎng)具有強(qiáng)垂直分量時(shí)的沿面放電極不均勻電場(chǎng)具有弱垂直分量時(shí)的沿面放電固體介質(zhì)表面有水膜時(shí)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(chǎng)分布形式（a）均勻電場(chǎng)；（b）弱垂直分量的不均勻電場(chǎng)；（c）強(qiáng)垂直分量的不均勻電場(chǎng)

均勻電場(chǎng)中的沿面放電固體介質(zhì)表面不是絕對(duì)光滑，存在一定的粗糙程度，這使得表面電場(chǎng)分布發(fā)生畸變固體介質(zhì)表面電阻不可能完全均勻，各處表面電阻不相同，當(dāng)界面上有泄漏電流流過(guò)時(shí)，界面上壓降分布不均勻，使電場(chǎng)分布不均勻，發(fā)生畸變，使沿面閃絡(luò)電壓降低固體介質(zhì)與空氣接觸的情況：由于潮氣吸附到固體介質(zhì)的表面而形成薄水膜，其中的離子受電場(chǎng)的驅(qū)動(dòng)而沿著界面移動(dòng)，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(luò)電壓。固體介質(zhì)與電極接觸的狀況：當(dāng)它們接觸不良，存在小氣隙時(shí)，由于空氣的介電常數(shù)比固體介質(zhì)低，間隙中的場(chǎng)強(qiáng)比平均場(chǎng)強(qiáng)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(dòng)，原有電場(chǎng)發(fā)生畸變，使沿面閃絡(luò)電壓有所降低

極不均勻電場(chǎng)具有強(qiáng)垂直分量時(shí)的沿面放電

沿套管表面的放電極不均勻電場(chǎng)具有弱垂直分量時(shí)的沿面放電

沿面閃絡(luò)電壓與空氣擊穿電壓差別不大固體介質(zhì)表面有水膜時(shí)的沿面放電

淋雨時(shí)絕緣子的閃絡(luò)路徑由于雨淋時(shí)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表面電導(dǎo)大，無(wú)水膜處的表面電導(dǎo)小，絕大部分外加電壓由干表面來(lái)承受。絕緣子在雨中有三種可能的閃絡(luò)途徑：沿著表面AB和干表面BCA＇發(fā)展；在這種情況下，被工業(yè)區(qū)的雨水（電導(dǎo)率約為0.01S/m）淋濕的絕緣子的閃絡(luò)電壓（稱(chēng)濕閃電壓）只有干閃電壓的40%～50%沿著濕表面AB和空氣間隙BA‘發(fā)展；在這種情況下，空氣間隙BA’中只有分散的雨滴，氣隙的擊穿電壓降低不多，雨水電導(dǎo)率大小的影響不大，絕緣子的濕閃電壓不會(huì)降低太多沿著濕表面AB和水流BB＇發(fā)展；在這種情況下，傘裙間氣隙被連續(xù)的水流所短接，濕閃電壓將降到很低的數(shù)值，這些在傾盆大雨時(shí)才會(huì)發(fā)生

絕緣