氣體電介質(zhì)的絕緣特性(四).ppt

高電壓技術(shù) 高電壓工程系戴玲dailing 2 1 6電場形式 電壓波形與擊穿電壓的關(guān)系 電場形式均勻場稍不均勻場極不均勻場電壓波形持續(xù)作用電壓 直流工頻沖擊電壓 雷電沖擊操作沖擊 3 1 6 1均勻電場 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中空氣的擊穿電壓經(jīng)驗公式 d 間隙距離 cm 空氣相對密度 4 均勻電場 標準大氣狀態(tài)條件 穩(wěn)態(tài)電壓作用時 空氣間隙的擊穿電壓峰值Ub與極間距離的關(guān)系 5 1 6 2稍不均勻電場 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的均勻度相關(guān) 越均勻 擊穿電壓越高出現(xiàn)電暈 即會發(fā)展為擊穿極性效應 6 1 6 2稍不均勻電場 極性效應 不接地時 無極性效應 但通常會接地 此時有極性效應 7 當d D 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d D 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 8 1 6 3極不均勻電場 波形影響大 分散性大 極性效應明顯 極性效應 最高 負棒正板 平均擊穿場強約為10kV cm次高 棒棒 平均擊穿場強約為4 8 5 0kV cm最低 正棒負板 平均擊穿場強約為4 5kV cm 一 直流擊穿電壓 9 棒 棒 和 棒 板 空氣氣隙的直流擊穿特性 棒 棒 和 棒 板 長間隙的直流擊穿特性 10 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) 電壓達到幅值附近時發(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棒極前方的電場有所加強的緣故 棒 棒間隙的擊穿電壓棒 板間隙的要高一些 這是由于棒 棒的電場更均勻一些 擊穿電壓具有 飽和現(xiàn)象 11 棒 棒 和 棒 板 長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 12 三 雷電沖擊50 擊穿電壓 高于穩(wěn)態(tài)擊穿電壓 直流擊穿電壓或工頻擊穿電壓幅值 分散性較大 其標準偏差可取3 擊穿通常發(fā)生在波尾 和間隙距離大致呈線性關(guān)系 即無飽和趨勢 因為作用時間短 間隙距離加大后 需要提高先導發(fā)展速度才能完成放電 因此擊穿電壓提高 13 四 操作沖擊50 擊穿電壓 擊穿通常發(fā)生在波頭部分 擊穿電壓與波頭時間呈現(xiàn)出U形曲線 放電時延和空間電荷共同作用的結(jié)果 飽和 效應 形成先導后 放電易于發(fā)展 鄰近效應 電場分布情況對操作沖擊50 擊穿電壓影響很大 當接地物體靠近放電間隙時 會顯著減低正極性擊穿電壓 稍微提高負極性擊穿電壓 14 1 7大氣條件對氣隙擊穿特性的影響 標準大氣條件 氣壓P0 101 3kPa 溫度t0 20 絕對濕度f0 11g m3 非標準大氣條件要換算到標準大氣條件 反映空氣密度 15 一 空氣相對密度的影響 氣壓P增大時 帶電粒子的平均自由行程減小 因此在運動中積累的動能就小 擊穿電壓升高溫度T增大時 空氣相對密度減小 平均自由行程增大 擊穿電壓降低 P 氣壓 kPa t 溫度 度 16 一 空氣相對密度的影響 0 95 1 05范圍內(nèi)變動時 間隙的擊穿電壓與相對密度成正比 實際試驗或運行條件下 當 與1相差較大時 須用空氣密度校正系數(shù)Kd對擊穿電壓U進行校正 在大氣條件下 空氣間隙的擊穿電壓隨 的增大而升高 17 二 濕度的影響 濕度增加 電離能力下降 對放電過程起到抑制作用 濕度越大 間隙的擊穿電壓也會越高 k是絕對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) 非標準濕度情況下的擊穿電壓的換算公式 18 綜合氣壓 溫度 濕度的影響 19 三 對海拔高度的校正 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 我國的國家標準規(guī)定 1000m H 4000m地區(qū)的U與平原地區(qū)外絕緣的Up的關(guān)系為 20 1 8提高氣體間隙擊穿電壓的措施 兩條途徑 一 改善電場分布二 削弱氣體中的電離過程 21 一 改進電極形狀 增大電極曲率半徑改善電極邊緣 一 改善電場分布 22 一 改進電極形狀 使電極具有最佳外形 23 二 利用空間電荷畸變電場 細線效應D增大后 局部毛刺點的強烈電離 產(chǎn)生刷狀放電細線效應只對穩(wěn)態(tài)電壓有作用 對雷電波沒有作用 24 三 極不均勻電場中采用屏障 直流電壓作用下尖 板的擊穿電壓和屏障的關(guān)系 25 三 極不均勻電場中采用屏障 DC 棒電極為正極性時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電場在x d 0 2時擊穿電壓的提高最顯著 約為2 3倍 棒電極為負極性時總趨勢同與正棒下的屏蔽效應 當屏蔽層離開電極一定距離后 吸附的負離子將加強板前電場 使擊穿電壓低于無屏蔽的情況 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 與均勻電場下的擊穿電壓接近 26 三 極不均勻電場中采用屏障 DC 27 三 極不均勻電場中采用屏障 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 28 三 極不均勻電場中采用屏障 屏蔽層插入電暈電極側(cè) 可提高擊穿電壓 屏蔽層僅對持續(xù)作用電壓 DC 工頻 有效而對雷電波作用很小 29 二 削弱或抑制電離過程 采用高氣壓采用強電負性氣體采用高真空 30 一 采用高氣壓 基本原理 氣壓提高 減小 動能減小 U提高 1 2 8MPa5 0 1MPa 當氣壓在10個大氣壓下時 擊穿電壓隨氣壓增大線性增加 再提高P 會飽和壓縮空氣可用于內(nèi)絕緣 如斷路器 高壓標準電容等 31 二 采用強電負性氣體 鹵化物氣體電氣強度高 32 二 采用強電負性氣體 鹵化物氣體電氣強度高的原因 1 具有很強的電負性 負離子即削弱電離 又加強復合 2 分子量大 分子直徑大 電子的 減小 3 電離過程伴隨離解過程 需要更多能量 33 二 采用強電負性氣體 選用鹵化物的原則 1液化溫度要低 2應具有良好的化學穩(wěn)定性 3經(jīng)濟上應當合理 價格便宜 能大量供應目前得到工程廣泛應用的是SF6及SF6混合氣體 34 二 采用強電負性氣體 SF6 SF6的絕緣性能1 強電負性 電氣強度高2 對電場均勻度敏感SF6的性能只有在均勻電場中才能充分發(fā)揮 在極不均勻場中 擊穿電壓下降很快 在極不均勻電場中 氣壓與擊穿電壓緊密相關(guān) 35 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 36 SF6的絕緣性能 影響絕緣性能的因素 電場均勻度 氣壓 電極表面缺陷 導電微粒 37 SF6的液化特性 1 一般不會液化 38 SF6的液化特性 2 純凈的SF6無毒 但分解物有毒 有腐蝕性電子碰撞 熱輻射 光輻射會導致SF6分解如電弧 局放 火花放電等3 水分的危害水分會與氣體分解物形成氫氟酸 腐蝕材料 引起凝露 降低表面閃絡電壓 解決辦法 用吸附劑吸附分解物和水分 39 SF6混合氣體的特性 SF6 N2混合氣體中的與E p1 純N2 2 SF6含量為10 3 SF6含