气体介质的电气强度.ppt

第二章 气体介质的电气强度,为什么要研究气体介质的电气强度？,气体介质的电气强度与哪些因素有关？,1.气隙的电气强度与电场形式有关,相对于均匀电场和稍不均匀电场，极不均匀电场更容易被击穿。,2.气隙的电气强度与所加电压的类型有关,d,击穿电压的经验公式：,击穿电压的峰值（kV）,空气的相对密度,极间距离（cm）,注：很显然此式符合巴申定律,击穿场强的经验公式：,注：由此式可以估算出，在极间距离在1至10cm范围内，击穿场强约为30,1.稍不均匀电场气隙的击穿特性,工程上常见的两类稍不均匀电场：,球间隙,同轴圆桶,球间隙（球隙测压器）,注：由此图可以看出，在dD/4时，球间隙的电场形式类似与均匀电场,同轴圆桶（标准电容器或分相封闭母线桶）,注：当内桶半径比较小时，气隙电场为极不均匀电场。,R=10,2.2极不均匀电场气隙的击穿特性,典型的极不均匀电场,棒棒气隙,棒板气隙,具有完全的对称性,具有最大的对称性,注：工程实际中的不均匀电场的击穿特性界于这两者之间。,1.直流电压,d,Ub,棒棒气隙,棒板气隙（正）,棒板气隙（负）,极间距离较短时的气隙击穿特性,about 20kV/cm,about 7.5kV/cm,10cm,棒板气隙（正）,棒板气隙（负）,d,Ub,极间距离较长时的气隙击穿特性,10kV/cm左右,4.5kV/cm左右,300cm,HIGH VOLTAGE DC CURRENT TRANSIMISSION,2.工频交流电压,注：各种气隙的工频击穿电压分散性一般不大，其标准差不会超过23。,棒棒气隙,棒板气隙,d,Ub,极间距离较长时的气隙击穿特性,14m,导线杆塔气隙,导线导线气隙,3.雷击冲击电压,U50（kV）,棒棒气隙（负）,注：在雷击过电压的冲击下，击穿电压的分散性比较大其标准差可达3。在50击穿电压下，击穿通常发生在冲击电压的波尾部分。棒间隙工频击穿电压和雷击冲击击穿电压也可以利用39页表21的经验公式求取。,4.操作过电压,Before 1960,4.操作过电压,1.操作冲击电压的波形对气隙的电气强度有很大的影响,？,U50min,2.在某些波前时间内，操作冲击电压的击穿电压甚至远低于工频击穿电压。（图211）,U50min可以利用以下经验公式求得：,3.操作冲击电压的击穿电压具有明显的饱和效应,利用上面的经验公式可以看出，在气隙距离为10m时，平均击穿场强为2kV/cm，而当气隙距离增大到20m时，却降至1.25kV/cm。,4.在操作冲击电压的冲击下，击穿电压的分散性比较大其标准差可达58。也就是说它的伏秒特性带比较宽。,2.3大气条件对气隙击穿电压的影响,GB规定的标准大气条件为：,标准大气条件下的气隙击穿电压,关于密度：,气隙不长时：,空气相对密度：,关于湿度：,均匀电场,不均匀电场,对海拔高度的校正,2.4提高气体介质电气强度的方法,1.改进电极形状以改善电场分布,2.利用空间电荷改善电场分布（细线效应）,3.采用屏障,强场区电场减小,当屏障与棒极之间的距离约等于间隙的距离的15%至20%时，间隙的击穿电压提高得最多可达到无屏障时的2至3倍,4.采用高气压,气体压力提高后，气体的密度加大，减少了电子的平均自由行程，从而削弱了碰撞游离的过程。如高压空气断路器和高压标准电容器等,5.采用高强度气体,SF6气体属强电负性气体,容易吸附电子成为 负离子,从而削弱了游离过程.提高压力后可 相当于一般液体或固体绝缘的绝缘强度. 它是一种无色、无味、无臭、无毒、不燃的 不活泼气体，化学性能非常稳定，无腐蚀作 用。它具有优良的灭弧性能，其灭弧能力是 空气的100倍，故极适用于高压断路器中,6.采用真空,气体间隙中压力很低时，电子的平均自由行程已增大到极间空间很难产生碰撞游离的程度。如真空电容器、真空断路器等,真空电容器,真空断路器,2.5 六氟化硫和气体绝缘电气设备,户外式（outdoor）SF6气体绝缘负荷开关,SF6气体绝缘金属封闭开关柜,为什么使用SF6气体作为绝缘介质和灭弧介质？,电气强度好（空气的2.5倍）,灭弧性能佳（空气的100倍）,对电场的均匀程度更为敏感（相对于空气）,1.六氟化硫的绝缘性能,均匀电场中SF6的击穿,电负性气体的有效碰撞电离系数：,电子附着系数,电负性气体流注自持放电条件,击穿电压,均匀电场中SF6的击穿,稍不均匀电场中SF6的击穿,击穿场强不与气压成正比（均匀电场中成正比）,极性对于气隙击穿电压的影响与极不均匀电场中的情况相反（负极性下的击穿电压低）,极不均匀电场中SF6的击穿,极不均匀电场中SF6击穿的异常现象,“驼峰”现象（工频曲线）,“驼峰” 区段内雷电冲击击穿电压明显低于静态击穿电压（冲击系数低至0.6）,影响击穿场强的其它因素,为什么气体绝缘电气设备的设计场强远低于理论击穿场强？,电极表面缺陷：,电极表面加工粗糙（以粗糙度Ra衡量）,电极表面随机缺陷（与面积有关）,导电微粒：,2.六氟化硫理化特性方面 的若干问题,为什么SF6气体是唯一在工程上得到广泛应用的强电负性气体？,高电气强度+良好的理化性能,液化问题（液化温度较低，一般不存在液化问题）,毒性分解物（且具有一定的腐蚀性，通常采用吸附剂（活性氧化铝与分子筛）吸附）,含水量（危害极大）,3. SF6混合气体,纯SF6气体的缺点：,价格较高，液化温度不够低，对电场不均匀度太敏感,催生了SF6混合气体的出现，目前工业上获得应用的是SF6-N2混合气体,RES,1.0,1.0,N2- SF6混合气体中SF6气体的含量,4. 气体绝缘电气设备,封闭式气体绝缘组合电器（GIS）,优点： 大大节省占地面积和空