絕緣放電基本原理 絕緣介質(zhì) 提高氣體電介質(zhì)電氣強(qiáng)度的方法

氣體放電的基本物理過程第一章第二章第三章第四章第五章第六章帶電粒子的產(chǎn)生和消失湯遜理論流注理論不同電壓形勢下氣隙的擊穿特性提高氣體電介質(zhì)電氣強(qiáng)度的方法電暈放電和沿面放電利用空間電荷改善電場分布改進(jìn)電極形狀以改善電場分布提高氣體介質(zhì)電氣強(qiáng)度的方法采用屏障采用高電氣強(qiáng)度氣體采用高氣壓采用高真空01提高氣體介質(zhì)電氣強(qiáng)度的方法改進(jìn)電極形狀以改善電場分布提高氣隙的擊穿電壓途徑：改善氣隙中的電場分布，使之均勻；設(shè)法削弱和抑制氣體介質(zhì)中的電離過程。電場分布越均勻，氣隙的平均擊穿場強(qiáng)也就越大。因此，可以通過改進(jìn)電極形狀的方法來減小氣隙中的最大電場強(qiáng)度，以改善電場分布，提高氣隙的擊穿電壓。如：增大電極的曲率半徑消除電極表面的毛刺消除電極表面尖角利用屏蔽來增大電極的曲率半徑是一種常用的方法。以電氣強(qiáng)度最差的“棒一板”氣隙為例，如果在棒極的端部加裝一只直徑適當(dāng)?shù)慕饘偾?，就能有效地提高氣隙的擊穿電壓。提高氣體介質(zhì)電氣強(qiáng)度的方法改進(jìn)電極形狀以改善電場分布圖2-13表明采用不同直徑屏蔽球時的效果，例如在極間距離為100cm時，采用一直徑為75cm的球形屏蔽極就可使氣隙的擊穿電壓約提高1倍。提高氣體介質(zhì)電氣強(qiáng)度的方法改進(jìn)電極形狀以改善電場分布許多高壓電氣裝置的高壓出線端(例如電力設(shè)備高壓套管導(dǎo)桿上端)具有尖銳的形狀，往往需要加裝屏蔽罩來降低出線端附近空間的最大場強(qiáng)，提高電暈起始電壓。屏蔽罩的形狀和尺寸應(yīng)選得使其電暈起始電壓大于裝置的最大對地工作電壓，即：最簡單的屏蔽罩當(dāng)然是球形屏蔽極，它的半徑R按下式選擇：式中Ec：電暈放電起始場強(qiáng)。超高壓輸電線路上應(yīng)用屏蔽原理來改善電場分布以提高電暈起始電壓的實(shí)例有：超高壓線路絕緣子串上安裝的保護(hù)金具(均壓環(huán))、超高壓線路上采用的擴(kuò)徑導(dǎo)線等。提高氣體介質(zhì)電氣強(qiáng)度的方法利用空間電荷改善電場分布由于極不均勻電場氣隙被擊穿前一定先出現(xiàn)電暈放電，所以在一定條件下，還可以利用放電本身所產(chǎn)生的空間電荷來調(diào)整和改善空間的電場分布，以提高氣隙的擊穿電壓。提高氣體介質(zhì)電氣強(qiáng)度的方法采用屏障由于氣隙中的電場分布和氣體放電的發(fā)展過程都與帶電粒子在氣隙空間的產(chǎn)生、運(yùn)動和分布密切有關(guān)，所以在氣隙中放置形狀和位置合適、能阻礙帶電粒子運(yùn)動和調(diào)整空間電荷分布的屏障，也是提高氣體介質(zhì)電氣強(qiáng)度的一種有效方法。屏障用絕緣材料制成，但它本身的絕緣性能無關(guān)緊要，重要的是它的密封性(攔住帶電粒子的能力)。它一般安裝在電暈間隙中，其表面與電力線垂直。屏障的作用取決于它所攔住的與電暈電極同號的空間電荷，這樣就能使電暈電極與屏障之間的空間電場強(qiáng)度減小，從而使整個氣隙的電場分布均勻化。如圖(2-14)，雖然這時屏障與另一電極之間的空間電場強(qiáng)度反而增大了，但其電場形狀變得更象兩塊平板電極之間的均勻電場，所以整個氣隙的電氣強(qiáng)度得到了提高。提高氣體介質(zhì)電氣強(qiáng)度的方法采用屏障有屏障氣隙的擊穿電壓與該屏障的安裝位置有很大的關(guān)系。以圖2—15所示的“棒一板”氣隙為例，最有利的屏障位置在x=(1/5～1/6)d處，這時該氣隙的電氣強(qiáng)度在正極性直流時約可增加為2～3倍。但當(dāng)棒為負(fù)極性時，即使屏障放在最有利的位置，也只能略微提高氣隙的擊穿電壓(例如20％)，而在大多數(shù)位置上，反而使擊穿電壓有不同程度的降低。在沖擊電壓下，屏障的作用要小一些，因?yàn)檫@時積聚在屏障上的空間電荷較少。顯然，屏障在均勻或稍不均勻電場的場合就難以發(fā)揮作用了。利用空間電荷改善電場分布改進(jìn)電極形狀以改善電場分布提高氣體介質(zhì)電氣強(qiáng)度的方法采用屏障采用高電氣強(qiáng)度氣體采用高氣壓采用高真空01提高氣體介質(zhì)電氣強(qiáng)度的方法采用高氣壓在常壓下空氣的電氣強(qiáng)度是比較低的，約為30kV/cm。即使采取上述各種措施來盡可能改善電場，其平均擊穿場強(qiáng)也不可能超越這一極限，常壓下空氣的電氣強(qiáng)度要比一般固體和液體介質(zhì)的電氣強(qiáng)度低得多。如果把空氣加以壓縮，使氣壓大大超過0.1MPa(1atm)，那么它的電氣強(qiáng)度也能得到顯著的提高。這主要是因?yàn)樘岣邭鈮嚎梢源蟠鬁p小電子的自由行程長度，從而削弱和抑制了電離過程。如能在采用高氣壓的同時，再以某些高電氣強(qiáng)度氣體（例如SF6氣體）來代替空氣，那就能獲得更好的效果。提高氣體介質(zhì)電氣強(qiáng)度的方法采用高氣壓圖2—16為不同氣壓的空氣和SF6氣體、電瓷、變壓器油、高真空等的電氣強(qiáng)度比較。從圖上可以看出：2．8MPa的壓縮空氣具有很高的擊穿電壓。但采用高氣壓會對電氣設(shè)備外殼的密封性和機(jī)械強(qiáng)度提出很高的要求，往往難以實(shí)現(xiàn)。如果用SF6來代替空氣，為了達(dá)到同樣的電氣強(qiáng)度，只要采用0．7MPa左右的氣壓就夠了。1-空氣，氣壓為2.8MPa5-電瓷2-SF6，0.7Mpa6-SF6,0.1Mpa3-高真空7-空氣,0.1Mpa4-變壓器油提高氣體介質(zhì)電氣強(qiáng)度的方法采用高電氣強(qiáng)度氣體有一些含鹵族元素的強(qiáng)電負(fù)性氣體電氣強(qiáng)度特別高，因而可稱之為高電氣強(qiáng)度氣體。采用這些氣體來替換空氣，可以大大提高氣隙的擊穿電壓，甚至在空氣中混入一部分這樣的氣體也能顯著提高其電氣強(qiáng)度。但僅僅滿足高電氣強(qiáng)度是不夠的，還必須滿足以下條件：液化溫度要低，這樣才能同時采用高氣壓；良好的化學(xué)穩(wěn)定性，出現(xiàn)放電時不易分解、不燃燒或爆炸、不產(chǎn)生有毒物質(zhì)；生產(chǎn)不太困難，價格不過于昂貴。SF6同時滿足以上條件，而且還具備優(yōu)異的滅弧能力，其他有關(guān)的技術(shù)性能也相當(dāng)好，因此SF6及其混合氣體在電力系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用。提高氣體介質(zhì)電氣強(qiáng)度的方法采用高真空采用高真空也可以減弱氣隙中的碰撞電離過程而顯著提高氣隙的擊穿電壓。在電力設(shè)備中實(shí)際采用高真空作為絕緣媒質(zhì)的情況還不多，主要因?yàn)樵诟鞣N設(shè)備的絕緣結(jié)構(gòu)中大都還要采用各種固體或液體介質(zhì)，它們在真空中都會逐漸釋出氣體，使高真空難以長期保持。目前高真空僅在真空斷路器中得到實(shí)際應(yīng)用，真空不但絕緣性能較好，而且還具有很強(qiáng)的滅弧能力，所以用于配電