第3章 氣體間隙的擊穿強(qiáng)度

.,第3章氣體間隙的擊穿強(qiáng)度,3.1穩(wěn)態(tài)電壓下的擊穿3.2雷電沖擊電壓下的擊穿3.3操作沖擊電壓下的擊穿3.4大氣密度和濕度對(duì)擊穿的影響3.5SF6氣體間隙中的擊穿3.6提高氣體間隙擊穿電壓的措施,.,氣體擊穿電壓與電場(chǎng)分布有關(guān)均勻、稍不均勻、極不均勻氣體擊穿電壓與電壓形式有關(guān)直流、交流、雷電沖擊、操作沖擊氣體擊穿電壓與氣體種類有關(guān)空氣、電負(fù)性氣體氣體擊穿電壓與氣體狀態(tài)有關(guān)氣體的氣壓、溫度、濕度、海拔高度,影響氣體間隙擊穿電壓的主要因素,.,氣體放電理論可以解釋規(guī)律，不能準(zhǔn)確計(jì)算間隙擊穿電壓。,怎么辦呢？,試驗(yàn)數(shù)據(jù),.,3.1穩(wěn)態(tài)電壓下的擊穿,穩(wěn)態(tài)電壓：直流與工頻電壓均為持續(xù)作用的電壓，這類電壓隨時(shí)間的變化率很小，在放電發(fā)展所需時(shí)間內(nèi)（以微秒計(jì)），外施電壓的變化可忽略不計(jì)的電壓。,.,3.1.1均勻電場(chǎng)中的擊穿,均勻場(chǎng)工程實(shí)踐中非常少見(jiàn)！為什么呢？,靜電電壓表,式中d間隙距離，cm；空氣相對(duì)密度。,均勻電場(chǎng)中空氣的擊穿場(chǎng)強(qiáng)（峰值）為30kV/cm。,.,在均勻電場(chǎng)中，從自持放電開(kāi)始到間隙完全擊穿的放電時(shí)延可以忽略不計(jì)，因此相同間隙的直流擊穿電壓與工頻擊穿電壓（幅值）都相同，且擊穿電壓的分散性也較小。均勻電場(chǎng)中空氣間隙的擊穿電壓經(jīng)驗(yàn)公式為：,（kV）,圖穩(wěn)態(tài)電壓作用時(shí)空氣間隙的擊穿電壓的峰值Ub與極間距離d的關(guān)系,均勻電場(chǎng)的擊穿特點(diǎn)是擊穿前無(wú)電暈，無(wú)極性效應(yīng)，直流、交流、正負(fù)沖擊電壓的擊穿電壓是相同的，均可用此經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算。,Ub隨著d的增大而顯著增加；Eb基本不變，但隨著d過(guò)大，電場(chǎng)的均勻強(qiáng)度減弱，則Eb會(huì)稍稍下降。在d=110cm的范圍內(nèi)，其擊穿場(chǎng)強(qiáng)約30kV/cm。,.,.,特點(diǎn)：（1）均勻電場(chǎng)中電極布置對(duì)稱，擊穿無(wú)極性效應(yīng)；（2）均勻場(chǎng)間隙中各處電場(chǎng)強(qiáng)度相等，擊穿所需時(shí)間極短，其直流擊穿電壓、工頻擊穿電壓峰值、50%沖擊擊穿電壓相同；（3）擊穿電壓的分散性很小。,.,特點(diǎn),擊穿前不能形成穩(wěn)定的電暈放電；電場(chǎng)不對(duì)稱時(shí)，有極性效應(yīng)，不很明顯；直流、工頻下的擊穿電壓(幅值)以及50沖擊擊穿電壓相同，分散性不大；擊穿電壓和電場(chǎng)均勻程度關(guān)系極大，電場(chǎng)越均勻，同樣間隙距離下的擊穿電壓就越高。,典型電極球球間隙、球板間隙、圓柱板、同軸圓柱間隙,3.1.2稍不均勻電場(chǎng)中的擊穿,.,加拿大魁北克省水電局研究所高電壓試驗(yàn)室尺寸826751.2m3,（1）球間隙（eg：高壓實(shí)驗(yàn)室中的測(cè)量球隙）,.,11,若兩球?qū)ΨQ布置，其中任何一球都不接地，測(cè)量對(duì)地對(duì)稱的直流電壓時(shí)，無(wú)極性效應(yīng)，但通常是一球接地使用，如圖1.12所示，由于大地的影響，電場(chǎng)分布不對(duì)稱，因而有極性效應(yīng)。,.,12,圖3-3一球接地時(shí)，直徑為D的球隙的擊穿電壓Ub與間隙距離d的關(guān)系,當(dāng)d1，沖擊擊穿電壓的分散性也較大。,.,因?yàn)閁50%只是在一定波形下對(duì)應(yīng)于某個(gè)固定擊穿時(shí)間的擊穿電壓，所以它不能代表任何擊穿時(shí)間下間隙的擊穿電壓。即U50%不能全面反映間隙的沖擊擊穿特性。同一間隙在不同波形的沖擊電壓作用下，其U50%是不同的，如無(wú)特別說(shuō)明，一般指用標(biāo)準(zhǔn)波形做出的。,.,圖為標(biāo)準(zhǔn)雷電沖擊電壓下棒板及棒棒間隙的U50%和距離的關(guān)系。,1.正棒-板2.正棒-棒(接地)3.負(fù)棒-棒(接地)4.負(fù)棒-板,棒板間隙具有明顯的極性效應(yīng)，棒棒間隙也具有不大的極性效應(yīng)。這是由于大地的影響，使不接地的棒極附近電場(chǎng)增強(qiáng)的緣故。,U50%與間隙距離間保持良好的線性關(guān)系。,.,一個(gè)間隙要發(fā)生擊穿，不僅需要足夠高的電壓，而且還必須有充分的電壓作用時(shí)間。,對(duì)于沖擊電壓波，氣隙的擊穿電壓與該電壓的波形有很大的關(guān)系。其擊穿電壓不能簡(jiǎn)單地用單一的擊穿電壓值表示，而必須用電壓峰值和延續(xù)時(shí)間兩者共同表示。,同一個(gè)氣隙，沖擊電壓的峰值較低但延續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，在此電壓作用下，可能被擊穿；沖擊電壓的峰值較高但持續(xù)時(shí)間較短，可能反而不被擊穿。,伏秒特性,.,伏秒特性對(duì)某一沖擊電壓波形，間隙上出現(xiàn)的電壓最大值和間隙擊穿時(shí)間的關(guān)系曲線。,用實(shí)驗(yàn)確定間隙伏秒特性的方法：保持沖擊電壓的波形不變（T1/T2一定），逐漸升高電壓使間隙發(fā)生擊穿，并根據(jù)示波圖記錄擊穿電壓U與擊穿時(shí)間t。,.,伏秒特性的制定方法（用實(shí)驗(yàn)方法求?。?保持沖擊電壓波形不變，逐漸提高沖擊電壓的峰值,電壓較低，放電時(shí)間長(zhǎng)，擊穿發(fā)生在波尾（圖中1、2）,電壓較高，放電時(shí)間短，擊穿發(fā)生在波頭（圖中3）,將1、2、3點(diǎn)連接完成伏秒特性曲線,縱坐標(biāo)：沖擊電壓幅值,橫坐標(biāo)：放電時(shí)間,縱坐標(biāo)：沖擊電壓瞬時(shí)值,橫坐標(biāo)：放電時(shí)間,.,放電時(shí)延具有分散性,.,電場(chǎng)均勻程度對(duì)曲線的影響,均勻或稍不均勻電場(chǎng)形狀：曲線較為平坦；原因：由于擊穿時(shí)平均場(chǎng)強(qiáng)較高，流注發(fā)展較快，放電時(shí)延很短。,極不均勻電場(chǎng)形狀：曲線較陡；原因：由于擊穿時(shí)平均場(chǎng)強(qiáng)較低，而且流注總是從強(qiáng)場(chǎng)區(qū)向弱場(chǎng)區(qū)發(fā)展，放電速度受到電場(chǎng)分布影響，所以放電時(shí)延長(zhǎng)。,.,伏秒特性曲線主要用來(lái)比較不同設(shè)備絕緣的沖擊擊穿特性。,如果一個(gè)電壓同時(shí)作用在兩個(gè)并聯(lián)的氣體間隙S1和S2上，其中一個(gè)氣隙先擊穿，則電壓波被短接截?cái)?，另一個(gè)就不會(huì)再擊穿。,S2始終處于S1的下方，在任何電壓波形下，S2都比S1的先被擊穿。這個(gè)原則如用于保護(hù)裝置和被保護(hù)設(shè)備，則就是S2保護(hù)了S1。,.,若兩間隙伏秒特性曲線相交，則在時(shí)延較短的區(qū)域S1先被擊穿，在時(shí)延較長(zhǎng)的區(qū)域S2先被擊穿，在兩曲線交叉區(qū)域，可能是S1先被擊穿，也可能是S2先被擊穿。因此S2不能可靠保護(hù)S1。,總結(jié)：為了使被保護(hù)設(shè)備得到可靠的保護(hù)，被保護(hù)設(shè)備絕緣的伏秒特性曲線的下包線必須始終高于保護(hù)設(shè)備的伏秒特性曲線的上包線。,具有較陡伏秒特性曲線的保護(hù)設(shè)備不容易與具有平伏秒特性的被保護(hù)設(shè)備配合。所以不能用保護(hù)間隙、管型避雷器來(lái)保護(hù)變壓器。,伏秒特性的正確配合,.,1、放電時(shí)間的組成為：td=t1+ts+tf2、標(biāo)準(zhǔn)雷電沖擊電壓波形：1.2/50s3、沖擊電壓下氣隙的擊穿特性（1）采用擊穿百分比為50%時(shí)的電壓來(lái)表征氣隙的沖擊擊穿特性；（2）伏秒特性表征氣隙的沖擊擊穿電壓與放電時(shí)間的關(guān)系。,小結(jié)：,.,3.3操作沖擊電壓下的擊穿,電力系統(tǒng)的輸電線及電氣設(shè)備具有電感和電容性，由于系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的突變，導(dǎo)致電感和電容元件間的電磁能轉(zhuǎn)換，引起振蕩性的過(guò)渡過(guò)程。該過(guò)程會(huì)在某些電氣設(shè)備和電網(wǎng)上造成很高的電壓，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)正常運(yùn)行的電壓，稱為操作過(guò)電壓。操作過(guò)電壓的幅值、波形與電力系統(tǒng)的電壓等級(jí)有關(guān)。過(guò)渡過(guò)程的振蕩基值等于系統(tǒng)運(yùn)行電壓，電壓等級(jí)越高，操作過(guò)電壓幅值也越高。這與雷電過(guò)電壓不同，后者取決于接地電阻，與系統(tǒng)電壓等級(jí)無(wú)關(guān)。,.,操作過(guò)電壓波形隨電壓等級(jí)、系統(tǒng)參數(shù)、設(shè)備性能、操作性質(zhì)、操作時(shí)機(jī)等因素而有很大的變化。為了模擬操作過(guò)電壓，需要規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)波形。,1、操作沖擊電壓的標(biāo)準(zhǔn)波形,IEC標(biāo)準(zhǔn)：T1/T2=250(20)/2500(60)s,附加推薦：100/2500s或500/2500s,.,衰減震蕩操作沖擊波,參數(shù)：波前時(shí)間：Tcr=10001500s（反應(yīng)上升速度）極性相反的第二個(gè)半波的峰值約為第一個(gè)半波峰值的80%,另外建議一種衰減振蕩波,.,操作沖擊電壓的作用時(shí)間：介于工頻電壓與雷電沖擊電壓之間。在均勻場(chǎng)和稍不均勻場(chǎng)中,操作沖擊U50%、雷電沖擊U50%、直流放電電壓和工頻放電電壓等幅值幾乎相同，分散性不大。在極不均勻場(chǎng)中,操作沖擊表現(xiàn)出許多新的特點(diǎn)：U形曲線；極性效應(yīng)；飽和現(xiàn)象；分散性大。,2、操作沖擊50擊穿電壓的特點(diǎn),.,棒-板氣隙的操作沖擊擊穿電壓,（1）U形曲線,曲線呈U形，波前時(shí)間在某一區(qū)域內(nèi)，氣隙的50%擊穿電壓具有極小值，稱為臨界擊穿電壓，與此相應(yīng)波前時(shí)間稱為臨界波前時(shí)間。間隙距離d增大時(shí)，臨界波前時(shí)間隨之增大。d1MPa.mm,（氣壓較低）,.,P0.2MPa,偏離巴申曲線,可能與電極表面狀況有關(guān)！,.,（1）由圖中可見(jiàn)擊穿場(chǎng)強(qiáng)并不與氣壓成正比，而是增加得少一些。,（2）在稍不均勻電場(chǎng)中，極性對(duì)于氣隙擊穿電壓的影響與極不均勻電場(chǎng)中的情況是相反的，此時(shí)負(fù)極性下的擊穿電壓反而比正極性時(shí)低10左右。沖擊系數(shù)很小，雷電沖擊時(shí)約為1.25，操作沖擊時(shí)更小，只有1.051.1。,.,3.5.2極不均勻電場(chǎng)中的擊穿,（1）氣壓升高擊穿電壓并不總是增加，出現(xiàn)了駝峰現(xiàn)象（0.1-0.2MPa),電場(chǎng)越不均勻駝峰現(xiàn)象越明顯。,（2）在出現(xiàn)擊穿駝峰的氣壓范圍內(nèi)，雷電沖擊擊穿電壓明顯低于穩(wěn)態(tài)擊穿電壓。,原因很復(fù)雜，可能與空間電荷的運(yùn)動(dòng)有關(guān)，出現(xiàn)電暈與先導(dǎo)放電。在駝峰區(qū)，沖擊電壓下?lián)舸┗居上葘?dǎo)放電引起。,.,電場(chǎng)不均勻程度對(duì)SF6擊穿電壓的影響遠(yuǎn)比對(duì)空氣的影響大,異常情況工頻擊穿電壓隨氣壓的變化，曲線存在“駝峰”（0.1-0.2MPa工作氣壓下）；“駝峰”區(qū)雷電沖擊電壓明顯低于靜態(tài)擊穿電壓。,注意：SF6只用于均勻或稍不均勻電場(chǎng)，不能用于極不均勻電場(chǎng)。,.,與均勻電場(chǎng)中的擊穿電壓相比，SF6在極不均勻電場(chǎng)中擊穿電壓下降的程度比空氣要大得多。SF6優(yōu)異的絕緣性能只有在電場(chǎng)比較均勻的場(chǎng)合才能得到充分的發(fā)揮。,電場(chǎng)的不均勻程度對(duì)SF6電氣強(qiáng)度的影響遠(yuǎn)比對(duì)空氣的大。,在設(shè)計(jì)以SF6氣體作為絕緣的各種電氣設(shè)備時(shí)，應(yīng)盡可能使氣隙中的電場(chǎng)均勻化，采用屏蔽等措施以消除一切尖角處的極不均勻電場(chǎng)，使SF6優(yōu)異的絕緣性能得到充分的利用。,.,3.5.3影響擊穿場(chǎng)強(qiáng)的因素,（1）電極表面缺陷,表面缺陷幾個(gè)微米至幾十個(gè)微米對(duì)空氣的擊穿場(chǎng)強(qiáng)影響不大，但對(duì)SF6影響非常大。實(shí)際工程中電極表面粗糙度系數(shù)只有0.7左右。,電極表面粗糙度大時(shí)，表面突起處的局部電場(chǎng)強(qiáng)度要比氣隙的平均電場(chǎng)強(qiáng)度大得多，因而可在宏觀上平均場(chǎng)強(qiáng)尚未達(dá)到臨界值時(shí)就誘發(fā)擊穿。,實(shí)際擊穿場(chǎng)強(qiáng)與理論擊穿場(chǎng)強(qiáng)的比值,.,Emin,.,（2）導(dǎo)電微粒的影響,固定導(dǎo)電微粒（毛刺）；,極不均勻場(chǎng)擊穿特性,跳動(dòng)，需要深入研究，交、直流不一樣,自由導(dǎo)電微粒（金屬碎屑）,.,.,(3)固體介質(zhì)表面狀態(tài),固體介質(zhì)表面污穢、凝露,放電電壓就大大降低,.,3.5.4快速暫態(tài)過(guò)電壓下的擊穿,GIS中開(kāi)關(guān)操作會(huì)產(chǎn)生快速暫態(tài)過(guò)電壓（VeryFastTransientOvervoltage,VFTOorVFT),由隔離開(kāi)關(guān)操作引起的快速暫態(tài)過(guò)電壓實(shí)例,VFTO中振蕩頻率的分布,.,稍不均勻場(chǎng)：波前陡，擊穿電壓高,極不均勻場(chǎng)：波前陡，擊穿電壓低,VFT擊穿電壓極低,.,3.6提高氣隙擊穿電壓的措施,改善電場(chǎng)分布,消弱電離過(guò)程,改善電場(chǎng)分布，使之盡量均勻（內(nèi)因）利用其它方法來(lái)削弱氣體中的電離過(guò)程（外因）,.,改善電場(chǎng)分布的措施,電場(chǎng)分布越均勻，氣隙的平均擊穿場(chǎng)強(qiáng)也就越大。因此，可以通過(guò)改進(jìn)電極形狀的方法來(lái)減小氣隙中的最大電場(chǎng)強(qiáng)度，以改善電場(chǎng)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,.,增大電極曲率半徑如變壓器套管端部加球形屏蔽罩、采用擴(kuò)徑導(dǎo)線等（截面相同，半徑增大）。,（1）改變電極形狀例如采用屏蔽罩、擴(kuò)徑導(dǎo)線等增大電極曲率半徑，或改善電極邊緣形狀以消除邊緣效應(yīng)。,.,改善電極邊緣電極邊緣做成弧形，以消除邊緣效應(yīng)，同時(shí)電極表面盡量避免毛刺、棱角以消除電場(chǎng)局部增強(qiáng)的現(xiàn)象。,.,使電極具有最佳外形如穿墻高壓引線上加金屬扁球，墻洞邊緣做成近似垂鏈線旋轉(zhuǎn)體。,.,長(zhǎng)空氣間隙的交流擊穿電壓,.,.,（2）利用空間電荷對(duì)原電場(chǎng)的畸變作用,由于極不均勻電場(chǎng)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(lái)調(diào)整和改善空間的電場(chǎng)分布，以提高氣隙的擊穿電壓。,.,利用空間電荷畸變電場(chǎng),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，使電場(chǎng)均勻度提高，從而提高擊穿電壓；直徑D20、16mm時(shí)，擊穿電壓曲線的直線部分和棒一板間隙相近導(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)”,當(dāng)導(dǎo)線直徑減小到一定程度后，氣隙的工頻擊穿電壓會(huì)隨導(dǎo)線直徑的減小而提高，出現(xiàn)所謂“細(xì)線效應(yīng)”。,.,此種提高擊穿電壓的方法僅在持續(xù)作用電壓下才有效，在雷電沖擊電壓下并不適用。,1D=0.5mm2D=3mm3D=16mm4D=20mm虛線棒-板電極間隙點(diǎn)劃線均勻場(chǎng)間隙,導(dǎo)線板電極的空氣間隙擊穿電壓（有效值）與間隙距離的關(guān)系,.,由于氣隙中的電場(chǎng)分布和氣體放電的發(fā)展過(guò)程都與帶電粒子在氣隙空間的產(chǎn)生、運(yùn)動(dòng)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(dòng)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。,（3）極不均勻電場(chǎng)中屏障的使用,.,屏障的作用取決于它所攔住的與電暈電極同號(hào)的空間電荷，這樣就能使電暈電極與屏障之間的空間電場(chǎng)強(qiáng)度減小，從而使整個(gè)氣隙的電場(chǎng)分布均勻化。,屏障用絕緣材料制成，但它本身的絕緣性能無(wú)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。,.,在電場(chǎng)極不均勻的氣隙中，放入薄片固體絕緣材料（例如紙或紙板），在一定條件下，可以顯著提高氣隙的擊穿電壓。,屏障作用的原理,x,棒極附近產(chǎn)生電暈，產(chǎn)生帶電粒子,正離子沿電場(chǎng)向負(fù)極板運(yùn)動(dòng),正離子遇到固體絕緣材料被攔截下來(lái),均勻的排列在固體絕緣材料的左側(cè),雖然這時(shí)屏障與另一電極之間的空間電場(chǎng)強(qiáng)度反而增大了，但其電場(chǎng)形狀變得更象兩塊平板電極之間的均勻電場(chǎng)，所以整個(gè)氣隙的電氣強(qiáng)度得到了提高。,.,對(duì)負(fù)棒-板間隙，屏障的作用效果某些部分與正棒-板相似,但是有許多不同的地方，說(shuō)明如下：當(dāng)屏障較靠近板極處，間隙擊穿電壓反而降低。因?yàn)闊o(wú)屏障時(shí)，負(fù)離子擴(kuò)散于空間，部分消失于電極，影響電場(chǎng)分布的主要是正離子，它削弱了前方的電場(chǎng)。但是設(shè)置屏障后，屏障上聚集大量的負(fù)離子影響了電場(chǎng)分布，加強(qiáng)了前方電場(chǎng)。因此屏障較遠(yuǎn)離棒極后，設(shè)置的屏障反而減低了間隙的擊穿電壓。當(dāng)屏障離棒極過(guò)近時(shí)，仍然具有屏障作用。因?yàn)殡娮铀俣雀?，可以穿透屏障，從而屏障上無(wú)法聚集大量負(fù)電荷，而屏障另一邊由電離造成的正電荷被屏障阻擋，使屏障帶正電，因此屏障和板極間的電場(chǎng)被削弱，當(dāng)屏障緊靠棒極時(shí)，仍具有屏蔽效應(yīng).,.,影響屏障氣隙的擊穿電壓的因素：屏障位置及棒電極的極性,當(dāng)棒為正極性屏障在間隙的任何位置都會(huì)增加擊穿電壓值。當(dāng)時(shí)最有利；當(dāng)棒為負(fù)極性屏障離棒極很近時(shí)，有一定的屏障效果；屏障離開(kāi)棒電極一定距離，設(shè)置屏障反而降低間隙的擊穿電壓,.,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棒電極具有正極性時(shí)，設(shè)置屏障可顯著提高間隙的擊穿電壓棒極性為負(fù)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,.,在沖擊電壓下，屏障的作用要小一些，因?yàn)檫@時(shí)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(chǎng)的場(chǎng)合就難以發(fā)揮作用了。,.,高氣壓的采用,采用改善電場(chǎng)分布，來(lái)提高擊穿電壓的方法，其平均擊穿場(chǎng)強(qiáng)仍然均勻電場(chǎng)中大氣壓下空氣的電氣強(qiáng)度(約30kV/cm)，這個(gè)數(shù)值并不高，可見(jiàn)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。,提高氣體壓力，減小電子的平均自由行程，可以削弱氣體中的電離過(guò)程，提高擊穿電壓。,均勻電場(chǎng)中幾種絕緣介質(zhì)的擊穿電壓與距離的關(guān)系,12.8MPa的空氣20.7MPa的SF63高真空4變壓器油50.1MPa的SF66大氣,.,圖131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：28MPa的壓縮空氣具有很高的擊穿電壓。,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,.,但采用高氣壓會(huì)對(duì)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(lái)代替空氣，為了達(dá)到同樣的電氣強(qiáng)度，只要采用07MPa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,.,采用高氣壓時(shí)，下面因素的影響應(yīng)給予注意：,（1）電場(chǎng)均勻度的影響,在高氣壓下，電場(chǎng)均勻度對(duì)擊穿電壓的影響比在大氣壓力下顯著的多。電場(chǎng)均勻度下降，擊穿電壓降劇烈降低。所以采用高氣壓的電氣設(shè)備應(yīng)使電場(chǎng)盡可能均勻。,（2）電極表面狀態(tài)的影響,在高氣壓下，氣隙的擊穿電壓與電極表面的粗糙度有很大的關(guān)系。濕度、表面污物等因素在高氣壓下對(duì)氣隙擊穿電壓的影響比常壓下顯著。,高氣壓下，應(yīng)盡可能采用均勻電場(chǎng)，電極表面應(yīng)光潔，氣體要濾去塵埃和水分。,.,采用高氣壓方法的缺點(diǎn):(1)到達(dá)一定限度后，設(shè)備密封困難，成本大大提高。(2)提高到10個(gè)大氣壓后，再提高氣壓，效果大大下降。(3)空氣中的氧在高氣壓下因擊穿時(shí)的火花可能引起絕緣材料的燃燒。,強(qiáng)電負(fù)性氣體的應(yīng)用,.,許多含鹵族元素的強(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(lái)代替空氣，可以大大提高間隙的擊穿電壓，縮小設(shè)備尺寸，降低工作氣壓。高電氣強(qiáng)度氣體僅僅滿足電氣強(qiáng)度高是不夠的，還必須同時(shí)滿足以下條件：,液化溫度要低，這樣才能同時(shí)采用高氣壓；良好的化學(xué)穩(wěn)定性，出現(xiàn)放電時(shí)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(jià)格不過(guò)于昂貴。,.,SF6同時(shí)滿足以上條件，而且還具備優(yōu)異的滅弧能力，因此SF6及其混合氣體被廣泛用于大容量高壓斷路器、高壓充氣電纜、高壓電容器、高壓充氣套管以及全封閉組合電器中。SF6等氣體電氣強(qiáng)度高的原因：,由于含有鹵族元素，氣體具有很強(qiáng)的電負(fù)性。即氣體分子容易與電子結(jié)合形成負(fù)離子，從而削弱了電子的碰撞電離能力，同時(shí)也加強(qiáng)了復(fù)合過(guò)程。氣體分子量及分子直徑較大，使電子在其中的自由行程縮短，不易積聚能量，從而減少了碰撞電離的能力。,.,在電弧或局部放電的高溫作用下，SF6會(huì)產(chǎn)生熱電離，變成硫和氟原子，它們可與電極材料或固體絕緣材料分解釋放出的氧氣作用，生成低氟化合物。當(dāng)氣體中有水分時(shí)，這些低氟化合物會(huì)與水發(fā)生反應(yīng)，生成腐蝕性很強(qiáng)的氫氟酸、硫酸等。SF6氣體只適合在均勻電場(chǎng)或稍不均勻電場(chǎng)中使用。,缺點(diǎn)：價(jià)高、液化溫度不夠低，對(duì)電場(chǎng)的不均勻度太敏感。,措施：常用SF6-N2混合氣體。,.,高真空的采用,間隙距離對(duì)擊穿的影響：規(guī)律：擊穿場(chǎng)強(qiáng)隨間距的增加而降低。原因：隨著間隙距離及擊穿電壓的增大，電子從陰極到陽(yáng)極經(jīng)過(guò)了巨大的電位差，積聚了很大的動(dòng)能。高能電子轟擊陽(yáng)極時(shí)能使陽(yáng)極釋放出正離子及輻射出光子。正離子及光子到達(dá)陰極后又將加強(qiáng)陰極的表面電離。在此反復(fù)過(guò)程中產(chǎn)生越來(lái)越大的電子流，使電極局部氣化，導(dǎo)致?lián)舸?擊穿機(jī)理：強(qiáng)場(chǎng)發(fā)射造成很大的電流密度，導(dǎo)致電極局部過(guò)熱并釋放出氣體，發(fā)生金屬氣化，破壞了真空，故引起擊穿。,采用高度真空可以提高氣隙的擊穿電壓的原因：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。,.,在完全相同的實(shí)驗(yàn)條件下，擊穿電壓隨電極材料熔點(diǎn)的提高而增大，因?yàn)閺?qiáng)場(chǎng)發(fā)射電流達(dá)到臨界電流密度，致使金屬微細(xì)突起物迅速熔化成金屬蒸氣導(dǎo)致?lián)舸?.,電極材料與電極溫度對(duì)高真空交流擊穿電壓的影響,對(duì)電極采取冷卻措施具有與提高電極材料熔點(diǎn)相同的效果，也可使擊穿電壓提高。,.,電力設(shè)備中目前還很少采用高真空作為絕緣，因?yàn)殡娏υO(shè)備的絕緣結(jié)構(gòu)中總會(huì)使用固體絕緣材料，這些固體絕緣材料會(huì)逐漸釋放出吸附的氣體，使真空無(wú)法保持。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，所以用于配電網(wǎng)中的真空斷路器還是很合適的。,真空斷路器,.,小結(jié)：,球形屏蔽極可以顯著改善電場(chǎng)分布，提高氣隙的擊穿電壓；在氣隙中放置形狀和位置合適、能阻擋帶電粒子運(yùn)動(dòng)和調(diào)整空間電荷分布的屏障，可明顯提高氣隙擊穿電壓；高氣壓和高電氣強(qiáng)度氣體相結(jié)合是一種有效的氣體絕緣形式