氣體介質的電氣強度.ppt

氣體介質的電氣強度,主要內(nèi)容,空氣間隙的放電時間沖擊電壓波形的標準化伏秒特性和擊穿電壓的概率分布均勻與稍不均勻電場間隙的擊穿特性大氣條件對間隙擊穿特性的影響提高氣體介質電氣強度的方法,影響空氣間隙放電電壓的因素主要有：電場情況：均勻、稍不均勻、極不均勻電壓形式：直流電壓、交流電壓、雷電沖擊電壓、操作沖擊電壓大氣條件：氣壓、溫度、濕度,一、空氣間隙的放電時間,最低靜態(tài)擊穿電壓U0擊穿時間tb升壓時間t0、統(tǒng)計時延ts、放電發(fā)展時間tf、放電時延tl短間隙(1厘米以下)tf1cm），均勻電場中空氣的電氣強度（峰值）大致等于30kV/cm,稍不均勻電場中的擊穿電壓1.不能形成穩(wěn)定的電暈放電2.電場不對稱時，極性效應不很明顯3.直流、工頻下的擊穿電壓(幅值)以及50沖擊擊穿電壓都相同，擊穿電壓的分散性也不大4.擊穿電壓和電場均勻程度關系極大，電場越均勻，同樣間隙距離下的擊穿電壓就越高球球間隙，球板間隙，同軸圓柱間隙,球球間隙,當dD/4，電場相當均勻，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有極性效應電場最強的電極為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,影響擊穿電壓的主要因素是間隙距離選擇電場極不均勻的極端情況典型電極來研究棒(尖)板：電場分布不對稱棒(尖)棒(尖)：電場分布對稱根據(jù)典型電極的擊穿電壓數(shù)據(jù)來估計絕緣距離直流、工頻及沖擊擊穿電壓間的差別比較明顯，分散性較大，且極性效應顯著,五、極不均勻電場間隙的擊穿特性,1.直流電壓下的擊穿電壓,極性效應：尖尖電極間的擊穿電壓介于極性不同的尖板電極之間棒板間隙：棒具有正極性時，平均擊穿場強約為4.5kV/cm；棒具有負極性時約為l0kV/cm棒棒間隙的平均擊穿場強約為4.85.0kV/cm,2.工頻電壓下的擊穿電壓,擊穿在棒的極性為正、電壓達到幅值時發(fā)生除了起始部分外，擊穿電壓和距離近似直線關系棒棒間隙的平均擊穿場強約為5.36kV/cm(幅值)，棒板間隙的約為4.8kV/cm(幅值)“飽和現(xiàn)象”：距離加大，平均擊穿場強明顯降低，棒板間隙尤為嚴重d1m，5kV/cmdlm，2kV/cm,雷電,在圖所示范圍內(nèi)擊穿電壓和間隙距離呈直線關系,由于放電時延較長，通常沖擊系數(shù)大于l，擊穿電壓的分散性也大一些，其標準偏差可取為3%棒板間隙有明顯的極性效應，棒棒間隙也有不大的極性效應,操作,極不均勻電場中的操作擊穿有許多特點,特點,極性效應極不均勻電場中同樣有極性效應。正極性下50擊穿電壓比負極性下低，所以也更危險電場分布的影響“鄰近效應”：接地物體靠近放電間隙會顯著降低其正極性擊穿電壓，但能多少提高一些負極性擊穿電壓電極形狀對間隙的擊穿電壓也有很大影響,3.波形的影響,在一定的波前時間范圍內(nèi)，U50甚至會比工頻擊穿電壓低，呈現(xiàn)出“形曲線”對應于極小值的波前時間隨著間隙距離加大而增加，對7m以下的間隙，大致在50200s之間放電時延和空間電荷(形成及遷移)這兩類不同因素的影響所造成的,分散性大對于波前時間在數(shù)十到數(shù)百微秒的操作沖擊電壓，極不均勻電場間隙50擊穿電壓的標準偏差約為5；波前時間超過1000s以后，可達8左右（工頻及雷電沖擊電壓下均約為3）“飽和”現(xiàn)象和工頻電壓下類似，極不均勻電場中操作沖擊50擊穿電壓和間隙距離的關系具有明顯的“飽和”特征（雷電沖擊50擊穿電壓和距離大致呈線性關系）,六、大氣條件對間隙擊穿特性的影響,空氣密度濕度海拔高度,五、提高氣體間隙擊穿電壓的措施,兩個途徑：一、改善電場分布，使之盡量均勻改進電極形狀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,(一）改進電極形狀以改善電場分布,增大電極曲率半徑減小表面場強。如變壓器套管端部加球形屏蔽罩；采用擴徑導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極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體,（二）利用空間電荷畸變電場的作用,極不均勻電場中擊穿前發(fā)生電暈放電，利用放電產(chǎn)生的空間電荷改善電場分布，提高擊穿電壓直徑D20mm及16mm時，擊穿電壓曲線的直線部分和尖一板間隙相近導線直徑減為3mm以至0.5mm時，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中的相近“細線效應”,（三）極不均勻電場中屏障的采用,在電場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近，屏障效應將隨之而減弱尖電極為負極性屏障離開尖電極一定距離，設置屏障反而將降低間隙的擊穿電壓屏障離尖電極過近，仍有相當?shù)钠两敌?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。雷電沖擊電壓下屏障的作用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,（四）高氣壓的采用,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1/51/8，提高壓力至11.5MPa，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、云母等的電氣強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備中已得到采用如：高壓空氣斷路器、高壓標準電容器等,均勻電場中的擊穿電壓,在一定的壓力范圍內(nèi)，擊穿場強的提高遵循巴申定律，并且擊穿場強大致和氣壓成正比大約從1MPa開始，實驗結果和巴申定律的分歧就逐漸明顯了,不均勻電場中的擊穿電壓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強下的數(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,（五）高真空的采用,削弱間隙中的碰撞電離過程，從而顯著增高間隙的擊穿電壓高真空中擊穿機理發(fā)生了改變,距離較小時，間隙的擊穿和陰極的強場放射密切有關分散性很大：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，其電氣強度比空氣的要高很多。稱為高電氣強度氣體,（六）高電氣強度氣體的采用,鹵化物氣體電氣強度高的原因1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電子和這些氣體的分子相遇時，還易于引起分子發(fā)生極化等過程，增加能量損失，從而減弱其碰撞電離能力,對高電氣強度氣體的要求1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，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?應具有良好的化學穩(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，即使在放電過程中也不易分解等3經(jīng)濟上應當合理，價格便宜，能大量供應,目前工程上已得到采用的是六氟化硫（SF6）。SF6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SF6已不僅用來制作單臺電氣設備