SF6高壓開關(guān)學(xué)習(xí)-第三章

1、西安交通大學(xué)高電壓技術(shù)教研室 丁衛(wèi)東GIS裝置及其絕緣技術(shù)GIS裝置及其絕緣技術(shù)2007年10月1日第三章 表面粗糙度和導(dǎo)電微粒對SF6絕緣的影響Xian Jiaotong University-3-內(nèi)容GIS的絕緣弱點(diǎn)電極材料對放電的影響電極表面粗糙度對放電的影響電極的面積效應(yīng)導(dǎo)電微粒污染的影響控制微粒污染作用的技術(shù)Xian Jiaotong University-4-GIS的絕緣弱點(diǎn)SF6氣體絕緣不是完美無缺的對均勻間隙，當(dāng)p=0.1 MPa時(shí)，SF6氣體的擊穿電場高達(dá)89 kV/cm，但在實(shí)際工程應(yīng)用中，SF6氣體間隙的耐受電壓遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到期望值。在許多情況下，運(yùn)行電壓只是實(shí)驗(yàn)室中所測得的

2、耐受電壓的10%。 SF6氣體絕緣對電場集中很敏感電極表面粗糙度導(dǎo)電微粒污染 支撐絕緣子的沿面放電 VFTO的問題Xian Jiaotong University-5-電極材料對放電的影響電極材料加工工藝 不同清洗方法擊穿電壓不同電極材料對放電有影響？電極材料對SF6間隙的耐電強(qiáng)度無顯著影響本質(zhì)因素：表面粗糙度不同材料，采取不同加工方法后，電極表面的微觀結(jié)構(gòu)不同，使得電極表面輪廓算術(shù)平均偏差Ra有很大差別的緣故。SF6氣體絕緣對電場集中敏感擊穿電壓不同Xian Jiaotong University-6-電極表面粗糙度對放電的影響0)(pEpEs)/(/ )()(0pEpxEcx由于表面不是完

3、全光滑的，在實(shí)際應(yīng)用條件下，氣體間隙的擊穿起始E/p小于(E/p)0。這種現(xiàn)象可以用電極表面粗糙度系數(shù)來描述。物理模型彼得遜模型坦特福德模型)(21 )(33RxRExEa電場分布cxKdxx0)(0)(cx其中流注擊穿判據(jù))(pRg得到Xian Jiaotong University-7-電極表面粗糙度對放電的影響當(dāng)pR比較小時(shí)，接近1，這意味著粗糙度對擊穿沒有任何影響。當(dāng)pR比較大時(shí)，擊穿電壓大幅下降crpRpR 判據(jù)Xian Jiaotong University-8-電極表面粗糙度對放電的影響氣體的優(yōu)異值越大，越能容忍表面粗糙度如果采用坦特福特模型，會得到同樣的結(jié)果，事實(shí)上，無論突起的

4、形狀如何，突起物對原電場擊穿特性無影響的臨界條件可以寫為：KBph 亦即MpEcKBKph0)(B=c(E/p)0，M為氣體的優(yōu)異值實(shí)際的電極上，通常有多過連續(xù)突起，由于突起之間的相互屏蔽作用，使得突起高度對電場的畸變作用減小，這時(shí)粗糙度開始下降的臨界值開始變大。Xian Jiaotong University-9-電極的面積效應(yīng)SF6氣體間隙的擊穿電壓與電極的面積有關(guān)在增加電極面積不會改變SF6氣體間隙電場分布的情況下，間隙的擊穿電壓隨著電極面積增加而降低。在沖擊電壓下，擊穿概率將隨著電極面積的增大而增大。(電極表面缺陷出現(xiàn)的概率)隨著面積增加，擊穿場強(qiáng)逐漸降低并收斂于漸近值。大面積電極受表

5、面粗糙度影響小于小面積電極。實(shí)驗(yàn)室條件下，使用小面積電極所得到的SF6間隙擊穿電壓值，不能直接用于實(shí)際的大型絕緣系統(tǒng)。Xian Jiaotong University-10-電極的面積效應(yīng)電極的老練在一定的條件下，氣體間隙的擊穿電壓開始隨著放電次數(shù)的增加而提高，最后達(dá)到穩(wěn)定值。這種現(xiàn)象的出現(xiàn)是由于電極的老練過程而引起的。氣體間隙擊穿電壓的提高，是由于放電燒掉了落在電極表面的灰塵或電極表面的毛刺引起的。在高壓實(shí)驗(yàn)中，試驗(yàn)前經(jīng)常要老練電極以得到穩(wěn)定有效的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。太光滑的電極和太粗糙的電極老練都用處不大。Xian Jiaotong University-11-導(dǎo)電微粒污染的影響導(dǎo)電微粒的危害誘發(fā)氣

6、體間隙擊穿造成沿面放電形成局部放電，分解SF6氣體，從而危害絕緣系統(tǒng)的安全非金屬微粒對SF6氣體絕緣系統(tǒng)的影響很小，一般不需要特殊關(guān)注Xian Jiaotong University-12-導(dǎo)電微粒污染的影響微粒尺寸和形狀直徑低至1m的金屬微粒仍然能引起擊穿電壓的降低細(xì)長型微粒的影響要比球形微粒大的多Xian Jiaotong University-13-導(dǎo)電微粒污染的影響導(dǎo)電微粒的運(yùn)動：在一定條件下，導(dǎo)電微粒有可能在電場力的作用下在SF6絕緣系統(tǒng)中運(yùn)動，影響微粒運(yùn)動的因素包括：微粒形狀、微粒密度、間隙電場分布、微粒所帶電荷量 HVE 運(yùn)行方向 Fq Ffric Fgrad G x GE x0

7、 r 0 z 0 導(dǎo)電微粒 HVE 運(yùn)行方向 Fq Fvisc Fgrad G x GE x0 r 0 z 0 導(dǎo)電微粒 不均勻電場下自由導(dǎo)電微粒受力模型 (a)微粒在接地電極表面時(shí) (b)微粒在間隙中懸浮時(shí) 重力、氣體浮力、凈電荷所受電場力、介電電泳力、摩擦力、氣體粘滯阻力等Xian Jiaotong University-14-導(dǎo)電微粒污染的影響直流電壓下，微粒在電場的作用下起跳并飛向另一電極，并在電極間來回運(yùn)動。如果微粒端部強(qiáng)電場處出現(xiàn)電暈，將產(chǎn)生“飛螢”現(xiàn)象，微粒將徘徊在負(fù)電極附近。Xian Jiaotong University-15-導(dǎo)電微粒污染的影響交流電壓下，微粒運(yùn)動與直流電壓

8、不同，微粒起跳后，并不馬上穿越間隙，只有當(dāng)電壓明顯增加后才開始穿越。起跳穿越擊穿微粒越長，對擊穿電壓的影響越大Xian Jiaotong University-16-導(dǎo)電微粒污染的影響脈沖電壓下，微粒受力持續(xù)時(shí)間很短，在脈沖持續(xù)時(shí)間之內(nèi)，微?；静粫苿?，故脈沖電壓對微粒的運(yùn)動基本沒有什么影響。直流、交流、脈沖電壓下自由導(dǎo)電微粒影響的比較直流下出現(xiàn)飛螢現(xiàn)象，擊穿電壓降低很多起跳后并不馬上穿越間隙，有可能以很長周期徘徊接近某一電極對自由導(dǎo)電微粒的運(yùn)動影響較小Xian Jiaotong University-17-導(dǎo)電微粒污染的影響固定微粒的影響相當(dāng)于電極上長了“毛刺”起暈電壓低，造成局部放電沖擊

9、電壓下?lián)舸╇妷旱蚗ian Jiaotong University-18-導(dǎo)電微粒污染的影響導(dǎo)電微粒誘發(fā)擊穿的機(jī)理微粒端部電場發(fā)生畸變使得電場集中運(yùn)動微粒周圍氣體密度下降微粒與電極之間的微放電造成的觸發(fā)作用微粒端部與電極接觸瞬間的沖擊電場Xian Jiaotong University-19-控制微粒污染作用的技術(shù)(1)電極上覆蓋介質(zhì)覆蓋介質(zhì)有助于提高擊穿電壓（阻止微粒獲得電荷）覆蓋介質(zhì)厚度小于250m的范圍內(nèi)，擊穿電壓將隨著介質(zhì)厚度的增加而增加。Xian Jiaotong University-20-控制微粒污染作用的技術(shù)覆蓋介質(zhì)的副產(chǎn)品：改善電極粗糙度對擊穿電壓的影響Xian Jiaoton

10、g University-21-控制微粒污染作用的技術(shù)隨著混合氣體（SF6/N2）中SF6含量減少，pR的臨界值上升，這表明SF6/N2混合氣體絕緣系統(tǒng)更能容忍表面粗糙度的影響。同樣，混合氣體也比純SF6絕緣系統(tǒng)更能容忍導(dǎo)電微粒的影響。(2)采用混合氣體（SF6/N2）絕緣Xian Jiaotong University-22-控制微粒污染作用的技術(shù)Xian Jiaotong University-23-控制微粒污染作用的技術(shù)(3)改進(jìn)支撐絕緣子的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)x mmG.E.H.V.E.140160170180150Init. p.lifta=0.5 mm (SUS)ABCD絕緣子和外殼接觸處改為

11、鈍角插入金屬屏蔽電極Xian Jiaotong University-24-控制微粒污染作用的技術(shù) x0 x0采用帶棱的絕緣子Xian Jiaotong University-25-控制微粒污染作用的技術(shù) Bottom viewCross sectional viewH.V.EEscape & oscillatex0a=1.0 mm (SUS)Trap-rib spacerx0Par. initial positionLow field particle trap采用帶微粒捕獲陷阱的絕緣子傾斜的屏蔽電極Xian Jiaotong University-26-控制微粒污染作用的技術(shù)(4)微粒陷阱+粘性涂料(5)電壓老練GIS安裝完成之后，將交流電壓連續(xù)升壓至試驗(yàn)電壓值的方法是冒險(xiǎn)的。逐級加壓來老練是更加可取的方法。這種試驗(yàn)程序是為了讓導(dǎo)電微粒