氣體電介質(zhì)的絕緣特性四

1、氣體電介質(zhì)的絕緣特性四1第1頁(yè)，共58頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)56分，星期四1.6 電場(chǎng)形式、電壓波形與擊穿電壓的關(guān)系電場(chǎng)形式 均勻場(chǎng) 稍不均勻場(chǎng) 極不均勻場(chǎng)電壓波形 持續(xù)作用電壓直流 工頻 沖擊電壓雷電沖擊 操作沖擊2第2頁(yè)，共58頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)56分，星期四1.6.1 均勻電場(chǎng)分散性小直流擊穿電壓工頻擊穿電壓50%沖擊擊穿電壓 均勻電場(chǎng)中空氣的擊穿電壓經(jīng)驗(yàn)公式d-間隙距離(cm) -空氣相對(duì)密度 3第3頁(yè)，共58頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)56分，星期四均勻電場(chǎng)，標(biāo)準(zhǔn)大氣狀態(tài)條件，穩(wěn)態(tài)電壓作用時(shí)，空氣間隙的擊穿電壓峰值Ub與極間距離的關(guān)系 4第4頁(yè)，共5

2、8頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)56分，星期四1.6.2 稍不均勻電場(chǎng) 分散性小直流擊穿電壓、工頻擊穿電壓、50%沖擊擊穿電壓三者基本相等擊穿電壓與電場(chǎng)的均勻度相關(guān)。越均勻，擊穿電壓越高出現(xiàn)電暈，即會(huì)發(fā)展為擊穿極性效應(yīng)5第5頁(yè)，共58頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)56分，星期四1.6.2 稍不均勻電場(chǎng)極性效應(yīng)： 不接地時(shí)，無(wú)極性效應(yīng)， 但通常會(huì)接地，此時(shí)有極性效應(yīng)6第6頁(yè)，共58頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)56分，星期四當(dāng)dD/4，電場(chǎng)相當(dāng)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(dāng)dD/4，大地對(duì)電場(chǎng)的 畸變作用使間隙電場(chǎng)分布 不對(duì)稱，Ub有極性效應(yīng) 負(fù)極

3、性時(shí)的擊穿電壓略低 于正極性時(shí)的數(shù)值 同一間隙距離下，球電極直徑越大，由于電場(chǎng)均勻程度增加，擊穿電壓也越高 7第7頁(yè)，共58頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)56分，星期四1.6.3 極不均勻電場(chǎng) 波形影響大，分散性大，極性效應(yīng)明顯極性效應(yīng)：最高：負(fù)棒正板，平均擊穿場(chǎng)強(qiáng) 約為10kV/cm次高：棒棒，平均擊穿場(chǎng)強(qiáng) 約為4.85.0kV /cm最低：正棒負(fù)板，平均擊穿場(chǎng)強(qiáng) 約為4.5kV/cm（一） 直流擊穿電壓8第8頁(yè)，共58頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)56分，星期四“棒棒”和“棒板”空氣氣隙的直流擊穿特性“棒棒”和“棒板”長(zhǎng)間隙的直流擊穿特性9第9頁(yè)，共58頁(yè)，2022年，5月20日，

4、23點(diǎn)56分，星期四（二） 工頻擊穿電壓在棒-板間隙中，擊穿總是在棒為正的半周期內(nèi)，電壓達(dá)到幅值附近時(shí)發(fā)生工頻擊穿電壓稍低于直流電壓下的擊穿電壓 （這是由于前半周期留下的空間電荷對(duì)棒極前方的電 場(chǎng)有所加強(qiáng)的緣故）棒-棒間隙的擊穿電壓棒-板間隙的要高一些 （這是由于棒-棒的電場(chǎng)更均勻一些）擊穿電壓具有“飽和現(xiàn)象”。10第10頁(yè)，共58頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)56分，星期四“棒棒”和“棒板”長(zhǎng)氣隙的工頻擊穿特性 1棒棒 2棒板 在d2m，擊穿電壓與氣隙距離的關(guān)系出現(xiàn)“飽和”趨勢(shì)11第11頁(yè)，共58頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)56分，星期四(三) 雷電沖擊50%擊穿電壓高于穩(wěn)態(tài)擊穿電

5、壓（直流擊穿電壓或工頻擊穿電壓幅值）。 分散性較大。其標(biāo)準(zhǔn)偏差可取3%。擊穿通常發(fā)生在波尾。和間隙距離大致呈線性關(guān)系，即無(wú)飽和趨勢(shì)。 （因?yàn)樽饔脮r(shí)間短，間隙距離加大后，需要 提高先導(dǎo)發(fā)展速度才能完成放電，因此擊 穿電壓提高） 12第12頁(yè)，共58頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)56分，星期四(四) 操作沖擊50%擊穿電壓擊穿通常發(fā)生在波頭部分。擊穿電壓與波頭時(shí)間呈現(xiàn)出U形曲線。 （放電時(shí)延和空間電荷共同作用的結(jié)果）“飽和”效應(yīng)。 （形成先導(dǎo)后,放電易于發(fā)展）“鄰近效應(yīng)” （電場(chǎng)分布情況對(duì)操作沖擊50%擊穿電壓影響很大 。當(dāng)接地物體靠近放電間隙時(shí)，會(huì)顯著減低正極 性擊穿電壓，稍微提高負(fù)極性擊穿

6、電壓。）13第13頁(yè)，共58頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)56分，星期四1.7 大氣條件對(duì)氣隙擊穿特性的影響標(biāo)準(zhǔn)大氣條件： 氣壓 P0=101.3kPa，溫度 t0=20絕對(duì)濕度 f0=11g/m3。 非標(biāo)準(zhǔn)大氣條件要換算到標(biāo)準(zhǔn)大氣條件反映空氣密度14第14頁(yè)，共58頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)56分，星期四一、空氣相對(duì)密度的影響氣壓P增大時(shí)，帶電粒子的平均自由行程減小，因此在運(yùn)動(dòng)中積累的動(dòng)能就?。粨舸╇妷荷邷囟萒增大時(shí)，空氣相對(duì)密度減小，平均自由行程增大，擊穿電壓降低。P：氣壓，kPa；t：溫度，度15第15頁(yè)，共58頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)56分，星期四一、空氣相對(duì)密

7、度的影響 0.951.05范圍內(nèi)變動(dòng)時(shí)，間隙的擊穿電壓與相對(duì)密度成正比，實(shí)際試驗(yàn)或運(yùn)行條件下 當(dāng)與1相差較大時(shí)，須用空氣密度校正系數(shù)Kd對(duì)擊穿電壓U進(jìn)行校正 在大氣條件下，空氣間隙的擊穿電壓隨的增大而升高16第16頁(yè)，共58頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)56分，星期四二、濕度的影響濕度增加，電離能力下降，對(duì)放電過(guò)程起到抑制作用濕度越大，間隙的擊穿電壓也會(huì)越高。 k是絕對(duì)濕度和電壓種類的函數(shù)；指數(shù)的值取決于電極形狀、間隙距離、電壓種類及其極性 濕度矯正系數(shù)：非標(biāo)準(zhǔn)濕度情況下的擊穿電壓的換算公式：17第17頁(yè)，共58頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)56分，星期四綜合氣壓、溫度、濕度的影響18

8、第18頁(yè)，共58頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)56分，星期四三、對(duì)海拔高度的校正 隨著海拔增高，空氣密度減小，增大，電離能力增大，間隙的擊穿電壓降低。 我國(guó)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：1000mH4000m地區(qū)的電力設(shè)施外絕緣實(shí)驗(yàn)電壓U與平原地區(qū)外絕緣的Up的關(guān)系為19第19頁(yè)，共58頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)56分，星期四1.8 提高氣體間隙擊穿電壓的措施兩條途徑：一、改善電場(chǎng)分布二、削弱氣體中的電離過(guò)程 20第20頁(yè)，共58頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)56分，星期四(一）改進(jìn)電極形狀增大電極曲率半徑 改善電極邊緣一、改善電場(chǎng)分布21第21頁(yè)，共58頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)5

9、6分，星期四(一）改進(jìn)電極形狀使電極具有最佳外形22第22頁(yè)，共58頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)56分，星期四（二） 利用空間電荷改善電場(chǎng)分布 細(xì)線效應(yīng) D增大后，局部毛刺點(diǎn)的強(qiáng)烈電離，產(chǎn)生刷狀放電細(xì)線效應(yīng)只對(duì)穩(wěn)態(tài)電壓有作用，對(duì)雷電波沒(méi)有作用23第23頁(yè)，共58頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)56分，星期四（三） 極不均勻電場(chǎng)中采用屏障直流電壓作用下尖板的擊穿電壓和屏障的關(guān)系24第24頁(yè)，共58頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)56分，星期四（三） 極不均勻電場(chǎng)中采用屏障-DC棒電極為正極性時(shí) 正離子聚集在屏障上，并沿表面均勻分布，削弱了正棒頭部的強(qiáng)電場(chǎng) 在x/d=0.2時(shí)擊穿電壓的提

10、高最顯著，約為23倍。棒電極為負(fù)極性時(shí) 總趨勢(shì)同與正棒下的屏蔽效應(yīng)。 當(dāng)屏蔽層離開(kāi)電極一定距離后，吸附的負(fù)離子將加強(qiáng)板前電場(chǎng)，使擊穿電壓低于無(wú)屏蔽的情況。 最高提高0.2倍在中間一段范圍內(nèi)，帶屏蔽的擊穿電壓（不論極性）與均勻電場(chǎng)下的擊穿電壓接近25第25頁(yè)，共58頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)56分，星期四（三） 極不均勻電場(chǎng)中采用屏障DC26第26頁(yè)，共58頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)56分，星期四（三） 極不均勻電場(chǎng)中采用屏障工頻工頻作用下尖板的擊穿電壓與屏蔽層位置的關(guān)系工頻下，擊穿在正半波發(fā)生，因此，屏蔽層也可顯著提高擊穿電壓27第27頁(yè)，共58頁(yè)，2022年，5月20日，23

11、點(diǎn)56分，星期四（三） 極不均勻電場(chǎng)中采用屏障(總結(jié)) 屏蔽層插入電暈電極側(cè)，可提高擊穿電壓。 屏蔽層僅對(duì)持續(xù)作用電壓（DC，工頻）有效 而對(duì)雷電波作用很小。28第28頁(yè)，共58頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)56分，星期四二、 削弱或抑制電離過(guò)程采用高氣壓采用強(qiáng)電負(fù)性氣體采用高真空29第29頁(yè)，共58頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)56分，星期四（一） 采用高氣壓基本原理：氣壓提高減小動(dòng)能減小U提高12.8MPa 50.1MPa當(dāng)氣壓在10個(gè)大氣壓下時(shí)，擊穿電壓隨氣壓增大線性增加。再提高P，會(huì)飽和壓縮空氣可用于內(nèi)絕緣，如斷路器、高壓標(biāo)準(zhǔn)電容等。30第30頁(yè)，共58頁(yè)，2022年，5月20

12、日，23點(diǎn)56分，星期四（二） 采用強(qiáng)電負(fù)性氣體鹵化物氣體電氣強(qiáng)度高1個(gè)大氣壓31第31頁(yè)，共58頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)56分，星期四（二） 采用強(qiáng)電負(fù)性氣體鹵化物氣體電氣強(qiáng)度高的原因：1）具有很強(qiáng)的電負(fù)性，負(fù)離子即削弱電離， 又加強(qiáng)復(fù)合；2）分子量大，分子直徑大，電子的減小。3）電離過(guò)程伴隨離解過(guò)程，需要更多能量。 32第32頁(yè)，共58頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)56分，星期四（二） 采用強(qiáng)電負(fù)性氣體選用鹵化物的原則：1 液化溫度要低，2 應(yīng)具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性，3 經(jīng)濟(jì)上應(yīng)當(dāng)合理，價(jià)格便宜，能大量供應(yīng) 目前得到工程廣泛應(yīng)用的是SF6及SF6混合氣體第3133第33頁(yè)，共5

13、8頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)56分，星期四（二） 采用強(qiáng)電負(fù)性氣體SF6SF6的絕緣性能1） 強(qiáng)電負(fù)性，電氣強(qiáng)度高2） 對(duì)電場(chǎng)均勻度敏感 SF6的性能只有在均勻電場(chǎng)中才能充分發(fā)揮，在極不均勻場(chǎng)中，擊穿電壓下降很快。 在極不均勻電場(chǎng)中，氣壓與擊穿電壓緊密相關(guān)34第34頁(yè)，共58頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)56分，星期四SF6的絕緣性能針球氣隙中的SF6氣體（針極曲率半徑1mm，球半徑50mm，極間距30mm）在不同類型電壓下的擊穿電壓與壓力的關(guān)系 空間電荷的作用，使得工頻高于雷電隨著氣壓的提高，空間電荷作用減小，因此Ub下降35第35頁(yè)，共58頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)56

14、分，星期四SF6的絕緣性能影響絕緣性能的因素：電場(chǎng)均勻度；氣壓；電極表面缺陷；導(dǎo)電微粒；36第36頁(yè)，共58頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)56分，星期四SF6的液化特性1） 一般不會(huì)液化37第37頁(yè)，共58頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)56分，星期四SF6的液化特性2) 純凈的SF6無(wú)毒，但分解物有毒，有腐蝕性 電子碰撞、熱輻射、光輻射會(huì)導(dǎo)致SF6分解 如電弧、局放、火花放電等 3） 水分的危害 水分會(huì)與氣體分解物形成氫氟酸，腐蝕材料，引起 凝露，降低表面閃絡(luò)電壓。 解決辦法：用吸附劑吸附分解物和水分。38第38頁(yè)，共58頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)56分，星期四SF6混合氣體的

15、特性SF6N2混合氣體中的與E/p 1純N2； 2SF6含量為10%； 3SF6含量為25%； 4SF6含量為50%； 5純SF6 混合氣體：N2、 CO2、空氣與SF6 混合 降低液化溫度 降低對(duì)電場(chǎng)的敏 感度39第39頁(yè)，共58頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)56分，星期四（三） 采用高真空氣隙擊穿電壓與真空壓力的關(guān)系 接近真空階段：碰撞電離的幾率太小，Ub提高高真空階段： 小距離時(shí)：強(qiáng)場(chǎng)發(fā)射、金屬氣化大距離時(shí)：全電壓效應(yīng)真空中的Ub與電極材料、表面光潔度、清潔度有關(guān)40第40頁(yè)，共58頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)56分，星期四1.9 沿面放電 沿空氣與固體介質(zhì)表面發(fā)生的氣體放電現(xiàn)

16、象稱為沿面放電。研究意義：一個(gè)絕緣裝置的實(shí)際耐壓水平由沿面 放電電壓決定。研究范圍：表面干燥、清潔時(shí)的沿面放電電壓 表面潮濕、污穢時(shí)的沿面放電電壓41第41頁(yè)，共58頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)56分，星期四1.9 沿面放電沿面放電的幾種典型電場(chǎng)分布形式 均勻電場(chǎng)強(qiáng)垂直分量弱垂直分量42第42頁(yè)，共58頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)56分，星期四1.9.1 均勻電場(chǎng)中的沿面放電 在平行平板中放置瓷柱，雖然瓷柱不影響電場(chǎng)分布，但放電總發(fā)生在瓷柱表面，且擊穿電壓比純空氣低很多。43第43頁(yè)，共58頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)56分，星期四1.9.1 均勻電場(chǎng)中的沿面放電機(jī)理分析：1

17、） 固體介質(zhì)與電極接觸不良，空氣間隙發(fā)生局放 ，形成的帶電粒子沿介質(zhì)表面移動(dòng)。 在連接處涂導(dǎo)電粉末或者導(dǎo)電膠2） 潮氣形成水膜，其中的離子在電場(chǎng)下運(yùn)動(dòng)， 造成沿面電壓分布不均，畸變電場(chǎng)。 憎水性材料3） 在瓷柱表面的凸凹處，發(fā)生電場(chǎng)畸變，產(chǎn)生空氣 間隙擊穿。帶電粒子分布在固體表面，畸變?cè)须?場(chǎng)，降低了閃絡(luò)電壓。4） 固體表面電阻不均，造成泄漏電流的壓降分 布不均，使電場(chǎng)畸變，降低沿面閃絡(luò)電壓。44第44頁(yè)，共58頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)56分，星期四1.9.1 均勻電場(chǎng)中的沿面放電45第45頁(yè)，共58頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)56分，星期四1.9.2 極不均勻場(chǎng)具有強(qiáng)垂直分

18、量 的沿面放電沿套管表面的放電電暈放電細(xì)絲狀的輝光放電滑閃放電46第46頁(yè)，共58頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)56分，星期四1.9.2 極不均勻場(chǎng)具有強(qiáng)垂直分量 的沿面放電第一階段：由于接地法蘭附近電力線密集，首先出現(xiàn)電暈。第二階段：隨著電壓升高，出現(xiàn)平行的許多火花細(xì)線，具有輝光放電的特征。第三階段：電壓繼續(xù)升高，帶電粒子的運(yùn)動(dòng)造成介質(zhì)表面局部發(fā)熱，引起氣體熱電離，出現(xiàn)樹(shù)枝狀火花，位置不固定，稱為滑閃放電。第四階段，電壓再升高，滑閃貫通兩級(jí)，形成沿面閃絡(luò)。47第47頁(yè)，共58頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)56分，星期四1.9.2 極不均勻場(chǎng)具有強(qiáng)垂直分量 的沿面放電 滑閃放電在交流和

19、沖擊下表現(xiàn)明顯。隨電壓增加，滑閃長(zhǎng)度增長(zhǎng)變快，因此單靠加長(zhǎng)距離提高閃絡(luò)電壓效果不明顯。玻璃管壁變薄，滑閃電壓降低。48第48頁(yè)，共58頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)56分，星期四1.9.3 極不均勻場(chǎng)具有弱垂直分量 的沿面放電沒(méi)有熱電離和明顯的滑閃放電；介質(zhì)表面電荷聚集對(duì)電場(chǎng)畸變影響不大；沿面閃絡(luò)電壓與空氣擊穿電壓差別不大。實(shí)驗(yàn)表明：這種絕緣子的干式閃絡(luò)電壓基本上隨極間距離的增加而增加。49第49頁(yè)，共58頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)56分，星期四1.9.3 極不均勻場(chǎng)具有弱垂直分量 的沿面放電50第50頁(yè)，共58頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)56分，星期四三種情況比較：均勻場(chǎng)中的沿面閃絡(luò)電壓最高，有垂直分量的沿面放電電壓低得多；具有強(qiáng)垂直分量的沿面放電電壓很低，因?yàn)槌霈F(xiàn)了熱電離和滑閃放電。51第51頁(yè)，共58頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)56分，星期四提高沿面放電電壓的方法以套管型結(jié)構(gòu)為例，也即強(qiáng)垂直分量下的沿面放電鏈形等值回路為:略去了介質(zhì)的體積電阻52第52頁(yè)，共58頁(yè)，202