氣體介質的電氣強度知識匯編

1、 2.1 2.1 均勻和稍不均勻電場氣隙的擊穿特性均勻和稍不均勻電場氣隙的擊穿特性 平行板電極平行板電極( (消除邊緣效應消除邊緣效應) ) 工程上很少有極間距很大的均勻電場氣隙工程上很少有極間距很大的均勻電場氣隙 均勻電場中的擊穿電壓均勻電場中的擊穿電壓 a a、分散性小分散性小 直流、交流、直流、交流、50%50%沖擊擊穿電壓基本相同沖擊擊穿電壓基本相同 b b、均勻電場中空氣的電氣強度大致為：均勻電場中空氣的電氣強度大致為： 經(jīng)驗公式為：經(jīng)驗公式為： d d：間隙距離；：間隙距離； ：空氣相對密度：空氣相對密度 )(kVd.d.Ub峰值0862224+= 2.1 2.1 均勻和稍不均勻電

2、場氣隙的擊穿特性均勻和稍不均勻電場氣隙的擊穿特性 均勻電場中的擊穿電壓均勻電場中的擊穿電壓 球隙、同軸圓筒、氣體絕緣組合電器中的分相封閉母線筒球隙、同軸圓筒、氣體絕緣組合電器中的分相封閉母線筒 2.1 2.1 均勻和稍不均勻電場氣隙的擊穿特性均勻和稍不均勻電場氣隙的擊穿特性 稍不均勻電場中的擊穿電壓稍不均勻電場中的擊穿電壓 2.1 2.1 均勻和稍不均勻電場氣隙的擊穿特性均勻和稍不均勻電場氣隙的擊穿特性 稍不均勻電場中的擊穿電稍不均勻電場中的擊穿電 壓壓 以球隙為例分析擊穿特性以球隙為例分析擊穿特性 2.1 2.1 均勻和稍不均勻電場氣隙的擊穿特性均勻和稍不均勻電場氣隙的擊穿特性 稍均勻電場中

3、的擊穿電壓稍均勻電場中的擊穿電壓 以球隙為例分析擊穿特性以球隙為例分析擊穿特性 4 1 D d D D越大，電場越均勻，擊穿場強越高越大，電場越均勻，擊穿場強越高 直流、交流、沖擊電壓基本相同直流、交流、沖擊電壓基本相同 常見的極不均勻電場氣隙常見的極不均勻電場氣隙 工程上的極不均勻電場氣隙，均可以用兩類極工程上的極不均勻電場氣隙，均可以用兩類極 端端 的模型表示，實際的工程應用可依據(jù)這兩類電場的模型表示，實際的工程應用可依據(jù)這兩類電場 類類 型的測量值進行推算：型的測量值進行推算： a).a).棒棒- -棒電極（完全對稱結構）棒電極（完全對稱結構） 2.2 2.2 極不均勻電場氣隙的擊穿特性

4、極不均勻電場氣隙的擊穿特性 常見的極不均勻電場氣隙常見的極不均勻電場氣隙 工程上的極不均勻電場氣隙，均可以用兩類極端工程上的極不均勻電場氣隙，均可以用兩類極端 的模型表示，實際的工程應用可依據(jù)這兩類電場類的模型表示，實際的工程應用可依據(jù)這兩類電場類 型的測量值進行推算：型的測量值進行推算： b).b).棒棒- -板電極（完全不對稱結構）板電極（完全不對稱結構） 2.2 2.2 極不均勻電場氣隙的擊穿特性極不均勻電場氣隙的擊穿特性 1. 1. 直流電壓直流電壓 2.2 2.2 極不均勻電場氣隙的擊穿特性極不均勻電場氣隙的擊穿特性 顯著特征：顯著特征： 平均擊穿場強：平均擊穿場強： 正極性棒正極性

5、棒- -板間隙：板間隙：7.5kV/cm7.5kV/cm 負極性棒負極性棒- -板間隙：板間隙：20kV/cm20kV/cm 棒棒- -棒間隙：棒間隙：8.5kV/cm8.5kV/cm 稍短間隙稍短間隙 顯著特征：顯著特征： 平均擊穿場強：平均擊穿場強： 正極性棒正極性棒- -板間隙：板間隙：4.5kV/cm4.5kV/cm 負極性棒負極性棒- -板間隙：板間隙：10kV/cm10kV/cm 正極性棒正極性棒- -棒間隙：棒間隙：4.8kV/cm4.8kV/cm 1. 1. 直流電壓直流電壓 較長間隙較長間隙 2. 2. 工頻交流電壓工頻交流電壓 特點：特點： 1 1、棒、棒- -板間隙擊穿總

6、是在棒的極板間隙擊穿總是在棒的極 性為正時擊穿。性為正時擊穿。 2 2、擊穿電壓與距離近似成直線關、擊穿電壓與距離近似成直線關 系，大間隙下?lián)舸╇妷河酗柡挖呄?，大間隙下?lián)舸╇妷河酗柡挖?勢（見后頁）勢（見后頁） 3 3、平均擊穿場強、平均擊穿場強 棒棒- -棒間隙：棒間隙：3.8kV(3.8kV(有效值有效值)/cm)/cm 棒棒- -板間隙：板間隙：3.35kV(3.35kV(有效值有效值)/cm)/cm 長長 間間 隙隙 3. 3. 雷電沖擊電壓雷電沖擊電壓 2.2 2.2 極不均勻電場氣隙的擊穿特性極不均勻電場氣隙的擊穿特性 s50/2.1 3. 3. 雷電沖擊電壓雷電沖擊電壓 2.2

7、2.2 極不均勻電場氣隙的擊穿特性極不均勻電場氣隙的擊穿特性 3. 3. 雷電沖擊電壓雷電沖擊電壓 2.2 2.2 極不均勻電場氣隙的擊穿特性極不均勻電場氣隙的擊穿特性 特點：特點： 1 1、棒棒- -板間隙板間隙沖擊擊穿電壓具有明顯的沖擊擊穿電壓具有明顯的極性效應極性效應；正棒擊；正棒擊 穿電壓比負棒低得多。穿電壓比負棒低得多。 2 2、棒棒- -棒間隙棒間隙也有也有不大的極性效應不大的極性效應，這是由于大地的影響，這是由于大地的影響， 使不接地的那個電極附近電場增強。使不接地的那個電極附近電場增強。 4. 4. 操作沖擊電壓操作沖擊電壓 s2500/250 2.2 2.2 極不均勻電場氣隙

8、的擊穿特性極不均勻電場氣隙的擊穿特性 4. 4. 操作沖擊電壓操作沖擊電壓 2.2 2.2 極不均勻電場氣隙的擊穿特性極不均勻電場氣隙的擊穿特性 4. 4. 操作沖擊電壓操作沖擊電壓 第第2 2節(jié)節(jié) 極不均勻電場氣隙的擊穿特性極不均勻電場氣隙的擊穿特性 4. 4. 操作沖擊電壓操作沖擊電壓 2.2 2.2 極不均勻電場氣隙的擊穿特性極不均勻電場氣隙的擊穿特性 特點：特點： 1 1、50%50%的操作沖擊電壓依賴于沖擊電壓的上升時間的操作沖擊電壓依賴于沖擊電壓的上升時間TcrTcr。 2 2、50%50%的操作沖擊電壓并非介于雷電沖擊電壓和工頻交的操作沖擊電壓并非介于雷電沖擊電壓和工頻交 流擊穿

9、電壓之間。它遠低于雷電沖擊電壓，甚至在某些流擊穿電壓之間。它遠低于雷電沖擊電壓，甚至在某些 上升時間范圍內，還低于工頻交流擊穿電壓。上升時間范圍內，還低于工頻交流擊穿電壓。 3 3、飽和特性、飽和特性 4 4、分散性更大（可以理解為伏秒特性帶寬更寬）。、分散性更大（可以理解為伏秒特性帶寬更寬）。 高海拔地區(qū)的高海拔地區(qū)的 高緯度地區(qū)高緯度地區(qū) 沿海地區(qū)沿海地區(qū) 2.3 2.3 大氣條件對氣隙擊穿特性的影響及其校正大氣條件對氣隙擊穿特性的影響及其校正 為何要對不同大氣條件下的擊穿特性進行校正為何要對不同大氣條件下的擊穿特性進行校正 我國國標規(guī)定的標準大氣條件我國國標規(guī)定的標準大氣條件 2.3 2

10、.3 大氣條件對氣隙擊穿特性的影響及其校正大氣條件對氣隙擊穿特性的影響及其校正 壓力：壓力：101.3 kPa101.3 kPa 溫度：溫度：293 K293 K 絕對濕度：絕對濕度：11 g/m11 g/m 大氣條件改變，如在大氣條件改變，如在 ，氣壓、氣體密度、，氣壓、氣體密度、 溫度、濕度等條件均改變。溫度、濕度等條件均改變。 在此條件下測量的氣隙擊在此條件下測量的氣隙擊 穿數(shù)據(jù)與在標準大氣條件穿數(shù)據(jù)與在標準大氣條件 下所測數(shù)據(jù)不具有可比性。下所測數(shù)據(jù)不具有可比性。 2.3 2.3 大氣條件對氣隙擊穿特性的影響及其校正大氣條件對氣隙擊穿特性的影響及其校正 空氣密度校正因數(shù)空氣密度校正因數(shù)

11、 濕度校正因數(shù)濕度校正因數(shù) 采用校正的方法采用校正的方法 0dh U KKU= = d K h K 1. 1. 對空氣密度的校正對空氣密度的校正 = m d K T p Kd9 . 2= 2.3 2.3 大氣條件對氣隙擊穿特性的影響及其校正大氣條件對氣隙擊穿特性的影響及其校正 適用于短氣隙適用于短氣隙(1 m)(1 m) 適用于長氣隙情況適用于長氣隙情況 式中的式中的m是與電極形狀、氣隙長度、電壓類型及極性有是與電極形狀、氣隙長度、電壓類型及極性有 關的值，應用時可查閱國家標準。關的值，應用時可查閱國家標準。 2. 2. 對濕度的校正對濕度的校正 = h Kk 2.3 2.3 大氣條件對氣隙擊

12、穿特性的影響及其校正大氣條件對氣隙擊穿特性的影響及其校正 大氣中的水分可以吸附電子形成負離子，抑制放電的發(fā)生。大氣中的水分可以吸附電子形成負離子，抑制放電的發(fā)生。 均勻電場或稍不均勻電場均勻電場或稍不均勻電場：濕度對這類電場的影響不大。：濕度對這類電場的影響不大。 極不均勻電場極不均勻電場：濕度對這類電場的影響較大。需用濕度校：濕度對這類電場的影響較大。需用濕度校 正因數(shù)加以修正。正因數(shù)加以修正。 k k與絕對濕度和電壓類型有關與絕對濕度和電壓類型有關 與電極形狀、氣隙長度、電壓類型及其極性有關與電極形狀、氣隙長度、電壓類型及其極性有關 3. 3. 對海拔高度的校正對海拔高度的校正 - = =

13、 - ap 4a UK U 1 K 1.1 H10 第第3 3節(jié)節(jié) 大氣條件對氣隙擊穿特性的影響及其校正大氣條件對氣隙擊穿特性的影響及其校正 我國幅員遼闊，運行于高海拔地區(qū)的電力設施不占少數(shù)。我國幅員遼闊，運行于高海拔地區(qū)的電力設施不占少數(shù)。 特別是近年來的西部開發(fā)和青藏鐵路的建設，大量的電氣特別是近年來的西部開發(fā)和青藏鐵路的建設，大量的電氣 設備涌入西部的高海拔地區(qū)。設備涌入西部的高海拔地區(qū)。 1000 mH UcUc為加裝屏蔽罩后的起始電壓；為加裝屏蔽罩后的起始電壓； UgmaxUgmax為設備對地最大電壓；為設備對地最大電壓； R R為球屏蔽罩的半徑；為球屏蔽罩的半徑； EcEc為球屏蔽

14、罩的電暈起始場強。為球屏蔽罩的電暈起始場強。 2.4 2.4 提高氣體介質電氣強度的方法提高氣體介質電氣強度的方法 2 2、利用空間電荷改善電場分布、利用空間電荷改善電場分布 ：當架空線路的導線直徑減小到一定程度時，當架空線路的導線直徑減小到一定程度時， 對應間隙的工頻擊穿場強反而會增大。其原因就是電對應間隙的工頻擊穿場強反而會增大。其原因就是電 暈產(chǎn)生的空間電荷改善了電場。暈產(chǎn)生的空間電荷改善了電場。 利用空間電荷效應改善電場在應用中難度較大，因為空間電荷利用空間電荷效應改善電場在應用中難度較大，因為空間電荷 的密度、位置等均不易控制。的密度、位置等均不易控制。 電暈電暈空間電荷空間電荷改善

15、電場改善電場 2.4 2.4 提高氣體介質電氣強度的方法提高氣體介質電氣強度的方法 3 3、采用介質阻擋方法、采用介質阻擋方法 目的：阻礙帶電粒子的運動，積聚空間電荷并改善目的：阻礙帶電粒子的運動，積聚空間電荷并改善 電場分布。電場分布。 2.4 2.4 提高氣體介質電氣強度的方法提高氣體介質電氣強度的方法 3 3、采用介質阻擋方法、采用介質阻擋方法 安裝距離安裝距離： dx) 6 1 5 1 (= 正極性直流擊穿電壓可提高正極性直流擊穿電壓可提高2-3倍倍 負極性直流擊穿電壓可提高約負極性直流擊穿電壓可提高約10% 屏蔽材料屏蔽材料：絕緣介質（玻璃、環(huán)氧樹脂、聚四氟乙烯等）絕緣介質（玻璃、環(huán)

16、氧樹脂、聚四氟乙烯等） 放置位置放置位置：放在電極之間，其表面與電力線垂直。放在電極之間，其表面與電力線垂直。 4 4、采用高氣壓的方法、采用高氣壓的方法 原理：減小電子的平均原理：減小電子的平均 自由行程，抑制電離過自由行程，抑制電離過 程的發(fā)生。程的發(fā)生。 2.4 2.4 提高氣體介質電氣強度的方法提高氣體介質電氣強度的方法 5 5、采用高電氣強度氣體、采用高電氣強度氣體 原理：原理：具有很強的具有很強的，由其化合成的氣體，由其化合成的氣體 通常具有很強的通常具有很強的，進而可以抑制放電。，進而可以抑制放電。 氣體：六氟化硫、氟里昂氣體：六氟化硫、氟里昂高電氣強度氣體高電氣強度氣體 六氟化

17、硫是目前電氣工程領域除空氣外應用最六氟化硫是目前電氣工程領域除空氣外應用最 多的絕緣氣體。多的絕緣氣體。 2.4 2.4 提高氣體介質電氣強度的方法提高氣體介質電氣強度的方法 6 6、采用高真空、采用高真空 原理：分子間距大，碰撞電離難。原理：分子間距大，碰撞電離難。 2.5 2.5 六氟化硫和氣體絕緣電氣設備六氟化硫和氣體絕緣電氣設備 簡介簡介 六氟化硫氣體在六氟化硫氣體在2020世紀世紀6060年代開始作為絕緣媒質和年代開始作為絕緣媒質和 滅弧介質。首先應用于斷路器，之后不斷發(fā)展，已滅弧介質。首先應用于斷路器，之后不斷發(fā)展，已 成為除空氣外應用最廣泛的介質。成為除空氣外應用最廣泛的介質。

18、1.1.六氟化硫氣體的性能六氟化硫氣體的性能 無色、無味、無毒的優(yōu)良氣體，分解溫度高約無色、無味、無毒的優(yōu)良氣體，分解溫度高約800 K800 K。 其電氣強度是空氣耐電強度的其電氣強度是空氣耐電強度的2.32.32.52.5倍倍, ,其原因為：其原因為： 1 1、分子量大（為、分子量大（為146146），密度大（相同條件下，是空氣的），密度大（相同條件下，是空氣的 5 5倍），屬重氣體。倍），屬重氣體。 2 2、具有電負性（親和勢約為、具有電負性（親和勢約為4.10 eV4.10 eV），易俘獲電子，減），易俘獲電子，減 少了引起電離的電子數(shù)。因此具有較好的滅弧性能（空氣少了引起電離的電子數(shù)

19、。因此具有較好的滅弧性能（空氣 的的100100倍）。倍）。 2.5 2.5 六氟化硫和氣體絕緣電氣設備六氟化硫和氣體絕緣電氣設備 2.2.六氟化硫氣體的擊穿特性六氟化硫氣體的擊穿特性 在分析電負性氣體的碰撞電離和放電過程時，除考慮在分析電負性氣體的碰撞電離和放電過程時，除考慮 電子碰撞電離的電子碰撞電離的過程，還要考慮電負性氣體吸附電子過程，還要考慮電負性氣體吸附電子 的的過程。過程。 ：一個電子沿電場方向運動：一個電子沿電場方向運動的行程中，的行程中， 發(fā)生的電子附著次數(shù)的平均值。發(fā)生的電子附著次數(shù)的平均值。 =- 電負性氣體的有效電子碰撞電離系數(shù)為：電負性氣體的有效電子碰撞電離系數(shù)為：

20、2.5 2.5 六氟化硫和氣體絕緣電氣設備六氟化硫和氣體絕緣電氣設備 2.2.六氟化硫氣體的擊穿特性六氟化硫氣體的擊穿特性 均勻電場中電子崩的增長規(guī)律：均勻電場中電子崩的增長規(guī)律： d a enn 0 = =-=d( )dK10.5 2.5 2.5 六氟化硫和氣體絕緣電氣設備六氟化硫和氣體絕緣電氣設備 SF6的擊穿電壓為：的擊穿電壓為： 38. 0+5 .88=pdUb pdUb5 .88= 工業(yè)上工業(yè)上pd1 Mpa.mm，上式近似的?。荷鲜浇频娜。?p p：氣壓：氣壓MpaMpa， d d：極間距離，：極間距離，mmmm 則則100 kPa時的擊穿場強約為時的擊穿場強約為88.5 kV/

21、cm，是空氣的，是空氣的3倍。倍。 2.2.六氟化硫氣體的擊穿特性六氟化硫氣體的擊穿特性 2.5 2.5 六氟化硫和氣體絕緣電氣設備六氟化硫和氣體絕緣電氣設備 2.2.六氟化硫氣體的擊穿特性六氟化硫氣體的擊穿特性 均均 勻勻 和和 稍稍 不不 均均 勻勻 電電 場場 2.5 2.5 六氟化硫和氣體絕緣電氣設備六氟化硫和氣體絕緣電氣設備 2.2.六氟化硫氣體的擊穿特性六氟化硫氣體的擊穿特性 極極 不不 均均 勻勻 電電 場場 2.5 2.5 六氟化硫和氣體絕緣電氣設備六氟化硫和氣體絕緣電氣設備 2.2.六氟化硫氣體的擊穿特性六氟化硫氣體的擊穿特性 關鍵詞關鍵詞 毛刺毛刺 凸起凸起 電極電極 粗糙

22、度粗糙度 面積效應面積效應 2.5 2.5 六氟化硫和氣體絕緣電氣設備六氟化硫和氣體絕緣電氣設備 2.2.六氟化硫氣體的擊穿特性六氟化硫氣體的擊穿特性 -+ 2.5 2.5 六氟化硫和氣體絕緣電氣設備六氟化硫和氣體絕緣電氣設備 2.2.六氟化硫氣體的擊穿特性六氟化硫氣體的擊穿特性 -+ 表面電荷表面電荷 2.5 2.5 六氟化硫和氣體絕緣電氣設備六氟化硫和氣體絕緣電氣設備 3.3.六氟化硫理化特性方面的若干問題六氟化硫理化特性方面的若干問題 a. a. 液化問題液化問題 SF6高壓斷路器工作氣壓高壓斷路器工作氣壓0.7 MPa；GIS工作氣壓工作氣壓0.45 MPa。 -20-20-40-40

23、 b. b. 毒性分解物毒性分解物 SF4:SF4:無色，有刺激氣味，與水作用無色，有刺激氣味，與水作用 生成生成HFHF，有毒。，有毒。 S2F10:S2F10:無色、易揮發(fā)、劇毒。無色、易揮發(fā)、劇毒。 SOF2SOF2：無色，有刺激性，有毒。：無色，有刺激性，有毒。 SO2F2SO2F2：無色，無味，有毒。：無色，無味，有毒。 SOF4SOF4：無色、有刺激性氣味，有毒。：無色、有刺激性氣味，有毒。 SF2SF2：化學性能不穩(wěn)定，有毒。：化學性能不穩(wěn)定，有毒。 在在GISGIS中放入吸附劑（如活性氧化鋁等），吸附有毒物質和水中放入吸附劑（如活性氧化鋁等），吸附有毒物質和水 2.5 2.5

24、六氟化硫和氣體絕緣電氣設備六氟化硫和氣體絕緣電氣設備 3.3.六氟化硫理化特性方面的若干問題六氟化硫理化特性方面的若干問題 GIS中對微水含量要求十分嚴格，超標的水分與中對微水含量要求十分嚴格，超標的水分與 SF6分解物反應，容易生成氫氟酸，腐蝕電極和固體分解物反應，容易生成氫氟酸，腐蝕電極和固體 介質。介質。 含水量一般在含水量一般在以內。以內。 c. c. 含水量含水量 2.5 2.5 六氟化硫和氣體絕緣電氣設備六氟化硫和氣體絕緣電氣設備 3.3.六氟化硫理化特性方面的若干問題六氟化硫理化特性方面的若干問題 2.5 2.5 六氟化硫和氣體絕緣電氣設備六氟化硫和氣體絕緣電氣設備 常見的廉價氣

25、體，如常見的廉價氣體，如 氮氣、二氧化碳、空氮氣、二氧化碳、空 氣等，混入很少量的氣等，混入很少量的 六氟化硫，即可提高六氟化硫，即可提高 其擊穿電壓。其擊穿電壓。 解決高寒地區(qū)的解決高寒地區(qū)的SF6SF6氣氣 體液化問題。體液化問題。 d. d. 六氟化硫混合氣體六氟化硫混合氣體 3.3.六氟化硫理化特性方面的若干問題六氟化硫理化特性方面的若干問題 2.5 2.5 六氟化硫和氣體絕緣電氣設備六氟化硫和氣體絕緣電氣設備 4.4.氣體絕緣電氣設備氣體絕緣電氣設備 GIS由斷路器、隔離開關、接地刀閘、互感器、避雷器、母線和出線由斷路器、隔離開關、接地刀閘、互感器、避雷器、母線和出線 終端等部件組合

26、而成，全部封閉在充終端等部件組合而成，全部封閉在充SF6氣體的金屬外殼中。氣體的金屬外殼中。 GIS的優(yōu)點：的優(yōu)點： 占地少占地少適合我國國情；適合我國國情； 運行安全可靠，外殼接地，不會誤傷運行安全可靠，外殼接地，不會誤傷 運行人員；運行人員； 防污能力強防污能力強不受風霜雨雪的侵襲；不受風霜雨雪的侵襲； 1.安裝簡便安裝簡便、檢修周期長。、檢修周期長。 2.5 2.5 六氟化硫和氣體絕緣電氣設備六氟化硫和氣體絕緣電氣設備 4.4.氣體絕緣電氣設備氣體絕緣電氣設備 GIC的優(yōu)點：的優(yōu)點： 電容小電容小GIC的電容只有充油電纜的的電容只有充油電纜的1/4左右，故容左右，故容 抗大，容性電流小，傳輸距離長；抗大，容性電流小，傳輸距離長； 介質損耗?。唤橘|損耗??； 導體截面積大，傳輸容量大；導體截面積大，傳輸容量大； 1.能夠用于大落差的場合能夠用于大落差的場合。 2.5 2.5 六氟化硫和氣體絕緣電氣設備六氟化硫和氣體絕緣電氣設備 4.4.氣體絕緣電氣設備氣體絕緣電氣設備 GIT的優(yōu)點：的優(yōu)點： GIT是防暴型變壓器，非常適合于城市高層建筑的供電是防暴型變壓器，非