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(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 3 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 4 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 5 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) 6 1 6 2稍不均勻電場(chǎng) 極性效應(yīng) 不接地時(shí) 無極性效應(yīng) 但通常會(huì)接地 此時(shí)有極性效應(yīng) 7 當(dāng)d D 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)d D 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 8 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 8 5 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 9 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 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(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 11 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) 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(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 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(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)極性擊穿電壓 14 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 15 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)能就小 擊穿電壓升高溫度T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 16 一 空氣相對(duì)密度的影響 0 95 1 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 17 二 濕度的影響 濕度增加 電離能力下降 對(duì)放電過程起到抑制作用 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 18 綜合氣壓 溫度 濕度的影響 19 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 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(chǎng)分布二 削弱氣體中的電離過程 21 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 22 一 改進(jìn)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(chǎng) 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)雷電波沒有作用 24 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 25 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)擊穿電壓的提高最顯著 約為2 3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 26 三 極不均勻電場(chǎng)中采用屏障 DC 27 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 28 三 極不均勻電場(chǎng)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(duì)持續(xù)作用電壓 DC 工頻 有效而對(duì)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(qiáng)電負(fù)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(dòng)能減小 U提高 1 2 8MPa5 0 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 31 二 采用強(qiáng)電負(fù)性氣體 鹵化物氣體電氣強(qiáng)度高 32 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 電離過程伴隨離解過程 需要更多能量 33 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 34 二 采用強(qiáng)電負(fù)性氣體 SF6 SF6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) 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(chǎng)均勻度 氣壓 電極表面缺陷 導(dǎo)電微粒 37 SF6的液化特性 1 一般不會(huì)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(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 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