气体介质的电气强度.ppt

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second Level,Third Level,Fourth Level,Fifth Level,*,*,气体介质的电气强度,主要内容,空气间隙的放电时间,冲击电压波形的标准化,伏秒特性和击穿电压的概率分布,均匀与稍不均匀电场间隙的击穿特性,大气条件对间隙击穿特性的影响,提高气体介质电气强度的方法,影响空气间隙放电电压的因素主要有：,电场情况：均匀、稍不均匀、极不均匀,电压形式：直流电压、交流电压、雷电冲击电压,、操作冲击电压,大气条件：气压、温度、湿度,一、空气间隙的放电时间,最低静态击穿电压,U,0,击穿时间,t,b,升压时间,t,0,、统计时延,t,s,、放电发展时间,t,f,、,放电时延,t,l,短间隙,(1,厘米以下,),t,f,1cm,），均匀电场中空气的电气强度（峰值）大致等于,30kV/cm,稍不均匀电场中的击穿电压,1.,不能形成稳定的电晕放电,2.,电场不对称时，极性效应不很明显,3.,直流、工频下的击穿电压,(,幅值,),以及,50,冲击击穿电压都相同，击穿电压的分散性也不大,4.,击穿电压和电场均匀程度关系极大，电场越均匀，同样间隙距离下的击穿电压就越高,球,球间隙，球,板间隙，同轴圆柱间隙,球,球间隙,当,d,D,/4,，电场相当均匀，直流电压、工频电压及冲击电压作用下，击穿电压都相同,当,d,D,/4,，,大地对电场的畸变作用使间隙电场分布不对称，,U,b,有极性效应,电场最强的电极为负极性时的击穿电压略低于正极性时的数值,同一间隙距离下，球电极直径越大，由于电场均匀程度增加，击穿电压也越高,影响击穿电压的主要因素是间隙距离,选择电场极不均匀的极端情况典型电极来研究,棒,(,尖,),板 ：电场分布不对称,棒,(,尖,),棒,(,尖,),：电场分布对称,根据典型电极的击穿电压数据来估计绝缘距离,直流、工频及冲击击穿电压间的差别比较明显，分散性较大，且极性效应显著,五、极不均匀电场间隙的击穿特性,1.,直流电压下的击穿电压,极性效应：尖,尖电极间的击穿电压介于极性不同的尖,板电极之间,棒,板间隙：棒具有正极性时，平均击穿场强约为,4.5kV/cm,；棒具有负极性时约为,l0kV/cm,棒,棒间隙的平均击穿场强约为,4.85.0kV/cm,2.,工频电压下的击穿电压,击穿在棒的极性为正、电压达到幅值时发生,除了起始部分外，击穿电压和距离近似直线关系,棒,棒间隙的平均击穿场强约为,5.36kV/cm(,幅值,),，棒,板间隙的约为,4.8kV/cm(,幅值,),“饱和现象”：距离加大，平均击穿场强明显降低，棒,板间隙尤为严重,d,1m,，,5 kV/cm,d,l,m,，,2 kV/cm,雷电,在图所示范 围内击穿电压和间隙距离呈直线关系,由于放电时延较长，通常冲击系数大于,l,，击穿电压的分散性也大一些，其标准偏差可取为,3%,棒,板间隙有明显的极性效应，棒,棒间隙也有不大的极性效应,操作,极不均匀电场中的操作击穿有许多特点,特点,极性效应,极不均匀电场中同样有极性效应。正极性下,50,击穿电压比负极性下低，所以也更危险,电场分布的影响,“邻近效应”：接地物体靠近放电间隙会显著降低其正极性击穿电压，但能多少提高一些负极性击穿电压,电极形状对间隙的击穿电压也有很大影响,3.,波形的影响,在一定的波前时间范围内，,U,50,甚至会比工频击穿电压低，呈现出“形曲线”,对应于极小值的波前时间随着间隙距离加大而增加，对,7m,以下的间隙，大致在,50,200,s,之间,放电时延和空间电荷,(,形成及迁移,),这两类不同因素的影响所造成的,分散性大,对于波前时间在数十到数百微秒的操作冲击电压，极不均匀电场间隙,50,击穿电压的标准偏差,约为,5,；波前时间超过,1000,s,以后，可达,8,左右（工频及雷电冲击电压下均约为,3,）,“饱和”现象,和工频电压下类似，极不均匀电场中操作冲击,50,击穿电压和间隙距离的关系具有明显的“饱和”特征（雷电冲击,50,击穿电压和距离大致呈线性关系）,六、大气条件对间隙击穿特性的影响,空气密度,湿度,海拔高度,五、提高气体间隙击穿电压的措施,两个途径：,一、改善电场分布，使之尽量均匀,改进电极形状,利用空间电荷畸变电场的作用,二、利用其它方法来削弱气体中的电离过程,(,一）改进电极形状以改善电场分布,增大电极曲率半径 减小表面场强。如变压器套管端部加球形屏蔽罩；采用扩径导线等,改善电极边缘 电极边缘做成弧形；尽量使其与某等位面相近,使电极具有最佳外形 如穿墙高压引线上加金属扁球；墒洞边缘做成近似垂接线旋转体,（二）利用空间电荷畸变电场的作用,极不均匀电场中击穿前发生电晕放电，利用放电产生的空间电荷改善电场分布，提高击穿电压,直径,D,20mm,及,16mm,时，击穿电压曲线的直线部分和尖一板间隙相近,导线直径减为,3mm,以至,0.5mm,时，击穿电压曲线的直线部分陡度大为增加，曲线逐渐与均匀电场中的相近,“,细线效应”,（三）极不均匀电场中屏障的采用,在电场极不均匀的空气间隙中，放入薄片固体绝缘材料（例如纸或纸板），在一定条件下，可以显著提高间隙的击穿电压,原理是屏障积聚空间电荷，改善电场分布,随着屏障位置不同，击穿电压发生了很大的变化，尖电极的极性不同，屏障的影响也有别,尖电极为正极性,屏障离尖电极过近，屏障效应将随之而减弱,尖电极为负极性,屏障离开尖电极一定距离，设置屏障反而将降低间隙的击穿电压,屏障离尖电极过近,，,仍有相当的屏降效应,工频电压下屏障的作用,设置屏障可以显著提高间隙的击穿电压。,雷电冲击电压下屏障的作用,尖电极具有正极性时，设置屏障可显著提高间隙的击穿电压,负极性时设置屏障后，间隙的击穿电压和没有屏障时相差不多,（四）高气压的采用,减小电子的平均自由行程，削弱电离过程,例：大气压力下空气的电气强度仅约为变压器油的,1/5,1/8,，提高压力至,1,1.5MPa,，空气的电气强度和一般的液、固态绝缘材料如变压器油、电瓷、云母等的电气强度相接近,压缩空气绝缘及其它压缩气体绝缘在一些电气设备中已得到采用,如：高压空气断路器、高压标准电容器等,均匀电场中的击穿电压,在一定的压力范围内，击穿场强的提高遵循巴申定律，并且击穿场强大致和气压成正比,大约从,1MPa,开始，实验结果和巴申定律的分歧就逐渐明显了,不均匀电场中的击穿电压,不均匀电场中提高气压后，间隙的击穿电压也将高于大气压强下的数值,在高气压下，电场均匀程度对击穿电压的影响比在大气压力下要显著得多，电场均匀程度下降，击穿电压将剧烈降低,（五）高真空的采用,削弱间隙中的碰撞电离过程，从而显著增高间隙的击穿电压,高真空中击穿机理发生了改变,距离较小时，间隙的击穿和阴极的强场放射密切有关,分散性很大：电极材料、电极表面的光洁度及清洁度,含卤族元素的气体化合物，如六氟化硫（,SF,6,）、氟利昂（,CCl,2,F,2,）等，其电气强度比空气的要高很多。称为高电气强度气体,（六）高电气强度气体的采用,卤化物气体电气强度高的原因,1,由于含有卤族元素，气体具有很强的电负性，气体分子容易和电子结合成为负离子，削弱电子的碰撞电离能力，同时又加强复合过程,气体的分子量比较大，分子直径较大，电子在其中的自由行程缩短，不易积聚能量，从而减少其碰撞电离能力,电子和这些气体的分子相遇时，还易于引起分子发生极化等过程，增加能量损失，从而减弱其碰撞电离能力,对高电气强度气体的要求,1,液化温度要低，采用高电气强度气体时，常常同时提高压力，以便更大程度的提高间隙的击穿电压，缩小设备的体积和重量。所以这些气体的液化温度要低，以便在较低的运行温度下，还能施加相当的压力,2,应具有良好的化学稳定性，不易腐蚀设备中的其它材料，无毒，不会爆炸，不易燃烧，即使在放电过程中也不易分解等,3,经济上应当合理，价格便宜，能大量供应,目前工程上已得到采用的是六氟化硫（,SF,6,）。,SF,6,除了其电气强度很高以外，还具有优良的灭弧性能，很适合用于高压断路器中,SF,6,已不仅用来制作单台电气设备（如,SF,6,断路器、避雷器、电容器等），而且发展成了各种组合设备，即将整套送变电设备组成一体，密封后充以,SF6,气体，如全封闭组合电器、气体绝缘变电所、充气输电管道等。这些,SF,6,组合设备具有很多优点，如可大大节省占地面积、简化运行维护等等,SF,6,的特性,1,物理化学特性,2,绝缘特性,电离和离解特性,电场和压力特性,极性效应,时间特性,