气体介质的电气强度知识汇编

1、 2.1 2.1 均匀和稍不均匀电场气隙的击穿特性均匀和稍不均匀电场气隙的击穿特性 平行板电极平行板电极( (消除边缘效应消除边缘效应) ) 工程上很少有极间距很大的均匀电场气隙工程上很少有极间距很大的均匀电场气隙 均匀电场中的击穿电压均匀电场中的击穿电压 a a、分散性小分散性小 直流、交流、直流、交流、50%50%冲击击穿电压基本相同冲击击穿电压基本相同 b b、均匀电场中空气的电气强度大致为：均匀电场中空气的电气强度大致为： 经验公式为：经验公式为： d d：间隙距离；：间隙距离； ：空气相对密度：空气相对密度 )(kVd.d.Ub峰值0862224+= 2.1 2.1 均匀和稍不均匀电

2、场气隙的击穿特性均匀和稍不均匀电场气隙的击穿特性 均匀电场中的击穿电压均匀电场中的击穿电压 球隙、同轴圆筒、气体绝缘组合电器中的分相封闭母线筒球隙、同轴圆筒、气体绝缘组合电器中的分相封闭母线筒 2.1 2.1 均匀和稍不均匀电场气隙的击穿特性均匀和稍不均匀电场气隙的击穿特性 稍不均匀电场中的击穿电压稍不均匀电场中的击穿电压 2.1 2.1 均匀和稍不均匀电场气隙的击穿特性均匀和稍不均匀电场气隙的击穿特性 稍不均匀电场中的击穿电稍不均匀电场中的击穿电 压压 以球隙为例分析击穿特性以球隙为例分析击穿特性 2.1 2.1 均匀和稍不均匀电场气隙的击穿特性均匀和稍不均匀电场气隙的击穿特性 稍均匀电场中

3、的击穿电压稍均匀电场中的击穿电压 以球隙为例分析击穿特性以球隙为例分析击穿特性 4 1 D d D D越大，电场越均匀，击穿场强越高越大，电场越均匀，击穿场强越高 直流、交流、冲击电压基本相同直流、交流、冲击电压基本相同 常见的极不均匀电场气隙常见的极不均匀电场气隙 工程上的极不均匀电场气隙，均可以用两类极工程上的极不均匀电场气隙，均可以用两类极 端端 的模型表示，实际的工程应用可依据这两类电场的模型表示，实际的工程应用可依据这两类电场 类类 型的测量值进行推算：型的测量值进行推算： a).a).棒棒- -棒电极（完全对称结构）棒电极（完全对称结构） 2.2 2.2 极不均匀电场气隙的击穿特性

4、极不均匀电场气隙的击穿特性 常见的极不均匀电场气隙常见的极不均匀电场气隙 工程上的极不均匀电场气隙，均可以用两类极端工程上的极不均匀电场气隙，均可以用两类极端 的模型表示，实际的工程应用可依据这两类电场类的模型表示，实际的工程应用可依据这两类电场类 型的测量值进行推算：型的测量值进行推算： b).b).棒棒- -板电极（完全不对称结构）板电极（完全不对称结构） 2.2 2.2 极不均匀电场气隙的击穿特性极不均匀电场气隙的击穿特性 1. 1. 直流电压直流电压 2.2 2.2 极不均匀电场气隙的击穿特性极不均匀电场气隙的击穿特性 显著特征：显著特征： 平均击穿场强：平均击穿场强： 正极性棒正极性

5、棒- -板间隙：板间隙：7.5kV/cm7.5kV/cm 负极性棒负极性棒- -板间隙：板间隙：20kV/cm20kV/cm 棒棒- -棒间隙：棒间隙：8.5kV/cm8.5kV/cm 稍短间隙稍短间隙 显著特征：显著特征： 平均击穿场强：平均击穿场强： 正极性棒正极性棒- -板间隙：板间隙：4.5kV/cm4.5kV/cm 负极性棒负极性棒- -板间隙：板间隙：10kV/cm10kV/cm 正极性棒正极性棒- -棒间隙：棒间隙：4.8kV/cm4.8kV/cm 1. 1. 直流电压直流电压 较长间隙较长间隙 2. 2. 工频交流电压工频交流电压 特点：特点： 1 1、棒、棒- -板间隙击穿总

6、是在棒的极板间隙击穿总是在棒的极 性为正时击穿。性为正时击穿。 2 2、击穿电压与距离近似成直线关、击穿电压与距离近似成直线关 系，大间隙下击穿电压有饱和趋系，大间隙下击穿电压有饱和趋 势（见后页）势（见后页） 3 3、平均击穿场强、平均击穿场强 棒棒- -棒间隙：棒间隙：3.8kV(3.8kV(有效值有效值)/cm)/cm 棒棒- -板间隙：板间隙：3.35kV(3.35kV(有效值有效值)/cm)/cm 长长 间间 隙隙 3. 3. 雷电冲击电压雷电冲击电压 2.2 2.2 极不均匀电场气隙的击穿特性极不均匀电场气隙的击穿特性 s50/2.1 3. 3. 雷电冲击电压雷电冲击电压 2.2

7、2.2 极不均匀电场气隙的击穿特性极不均匀电场气隙的击穿特性 3. 3. 雷电冲击电压雷电冲击电压 2.2 2.2 极不均匀电场气隙的击穿特性极不均匀电场气隙的击穿特性 特点：特点： 1 1、棒棒- -板间隙板间隙冲击击穿电压具有明显的冲击击穿电压具有明显的极性效应极性效应；正棒击；正棒击 穿电压比负棒低得多。穿电压比负棒低得多。 2 2、棒棒- -棒间隙棒间隙也有也有不大的极性效应不大的极性效应，这是由于大地的影响，这是由于大地的影响， 使不接地的那个电极附近电场增强。使不接地的那个电极附近电场增强。 4. 4. 操作冲击电压操作冲击电压 s2500/250 2.2 2.2 极不均匀电场气隙

8、的击穿特性极不均匀电场气隙的击穿特性 4. 4. 操作冲击电压操作冲击电压 2.2 2.2 极不均匀电场气隙的击穿特性极不均匀电场气隙的击穿特性 4. 4. 操作冲击电压操作冲击电压 第第2 2节节 极不均匀电场气隙的击穿特性极不均匀电场气隙的击穿特性 4. 4. 操作冲击电压操作冲击电压 2.2 2.2 极不均匀电场气隙的击穿特性极不均匀电场气隙的击穿特性 特点：特点： 1 1、50%50%的操作冲击电压依赖于冲击电压的上升时间的操作冲击电压依赖于冲击电压的上升时间TcrTcr。 2 2、50%50%的操作冲击电压并非介于雷电冲击电压和工频交的操作冲击电压并非介于雷电冲击电压和工频交 流击穿

9、电压之间。它远低于雷电冲击电压，甚至在某些流击穿电压之间。它远低于雷电冲击电压，甚至在某些 上升时间范围内，还低于工频交流击穿电压。上升时间范围内，还低于工频交流击穿电压。 3 3、饱和特性、饱和特性 4 4、分散性更大（可以理解为伏秒特性带宽更宽）。、分散性更大（可以理解为伏秒特性带宽更宽）。 高海拔地区的高海拔地区的 高纬度地区高纬度地区 沿海地区沿海地区 2.3 2.3 大气条件对气隙击穿特性的影响及其校正大气条件对气隙击穿特性的影响及其校正 为何要对不同大气条件下的击穿特性进行校正为何要对不同大气条件下的击穿特性进行校正 我国国标规定的标准大气条件我国国标规定的标准大气条件 2.3 2

10、.3 大气条件对气隙击穿特性的影响及其校正大气条件对气隙击穿特性的影响及其校正 压力：压力：101.3 kPa101.3 kPa 温度：温度：293 K293 K 绝对湿度：绝对湿度：11 g/m11 g/m 大气条件改变，如在大气条件改变，如在 ，气压、气体密度、，气压、气体密度、 温度、湿度等条件均改变。温度、湿度等条件均改变。 在此条件下测量的气隙击在此条件下测量的气隙击 穿数据与在标准大气条件穿数据与在标准大气条件 下所测数据不具有可比性。下所测数据不具有可比性。 2.3 2.3 大气条件对气隙击穿特性的影响及其校正大气条件对气隙击穿特性的影响及其校正 空气密度校正因数空气密度校正因数

11、 湿度校正因数湿度校正因数 采用校正的方法采用校正的方法 0dh U KKU= = d K h K 1. 1. 对空气密度的校正对空气密度的校正 = m d K T p Kd9 . 2= 2.3 2.3 大气条件对气隙击穿特性的影响及其校正大气条件对气隙击穿特性的影响及其校正 适用于短气隙适用于短气隙(1 m)(1 m) 适用于长气隙情况适用于长气隙情况 式中的式中的m是与电极形状、气隙长度、电压类型及极性有是与电极形状、气隙长度、电压类型及极性有 关的值，应用时可查阅国家标准。关的值，应用时可查阅国家标准。 2. 2. 对湿度的校正对湿度的校正 = h Kk 2.3 2.3 大气条件对气隙击

12、穿特性的影响及其校正大气条件对气隙击穿特性的影响及其校正 大气中的水分可以吸附电子形成负离子，抑制放电的发生。大气中的水分可以吸附电子形成负离子，抑制放电的发生。 均匀电场或稍不均匀电场均匀电场或稍不均匀电场：湿度对这类电场的影响不大。：湿度对这类电场的影响不大。 极不均匀电场极不均匀电场：湿度对这类电场的影响较大。需用湿度校：湿度对这类电场的影响较大。需用湿度校 正因数加以修正。正因数加以修正。 k k与绝对湿度和电压类型有关与绝对湿度和电压类型有关 与电极形状、气隙长度、电压类型及其极性有关与电极形状、气隙长度、电压类型及其极性有关 3. 3. 对海拔高度的校正对海拔高度的校正 - = =

13、 - ap 4a UK U 1 K 1.1 H10 第第3 3节节 大气条件对气隙击穿特性的影响及其校正大气条件对气隙击穿特性的影响及其校正 我国幅员辽阔，运行于高海拔地区的电力设施不占少数。我国幅员辽阔，运行于高海拔地区的电力设施不占少数。 特别是近年来的西部开发和青藏铁路的建设，大量的电气特别是近年来的西部开发和青藏铁路的建设，大量的电气 设备涌入西部的高海拔地区。设备涌入西部的高海拔地区。 1000 mH UcUc为加装屏蔽罩后的起始电压；为加装屏蔽罩后的起始电压； UgmaxUgmax为设备对地最大电压；为设备对地最大电压； R R为球屏蔽罩的半径；为球屏蔽罩的半径； EcEc为球屏蔽

14、罩的电晕起始场强。为球屏蔽罩的电晕起始场强。 2.4 2.4 提高气体介质电气强度的方法提高气体介质电气强度的方法 2 2、利用空间电荷改善电场分布、利用空间电荷改善电场分布 ：当架空线路的导线直径减小到一定程度时，当架空线路的导线直径减小到一定程度时， 对应间隙的工频击穿场强反而会增大。其原因就是电对应间隙的工频击穿场强反而会增大。其原因就是电 晕产生的空间电荷改善了电场。晕产生的空间电荷改善了电场。 利用空间电荷效应改善电场在应用中难度较大，因为空间电荷利用空间电荷效应改善电场在应用中难度较大，因为空间电荷 的密度、位置等均不易控制。的密度、位置等均不易控制。 电晕电晕空间电荷空间电荷改善

15、电场改善电场 2.4 2.4 提高气体介质电气强度的方法提高气体介质电气强度的方法 3 3、采用介质阻挡方法、采用介质阻挡方法 目的：阻碍带电粒子的运动，积聚空间电荷并改善目的：阻碍带电粒子的运动，积聚空间电荷并改善 电场分布。电场分布。 2.4 2.4 提高气体介质电气强度的方法提高气体介质电气强度的方法 3 3、采用介质阻挡方法、采用介质阻挡方法 安装距离安装距离： dx) 6 1 5 1 (= 正极性直流击穿电压可提高正极性直流击穿电压可提高2-3倍倍 负极性直流击穿电压可提高约负极性直流击穿电压可提高约10% 屏蔽材料屏蔽材料：绝缘介质（玻璃、环氧树脂、聚四氟乙烯等）绝缘介质（玻璃、环

16、氧树脂、聚四氟乙烯等） 放置位置放置位置：放在电极之间，其表面与电力线垂直。放在电极之间，其表面与电力线垂直。 4 4、采用高气压的方法、采用高气压的方法 原理：减小电子的平均原理：减小电子的平均 自由行程，抑制电离过自由行程，抑制电离过 程的发生。程的发生。 2.4 2.4 提高气体介质电气强度的方法提高气体介质电气强度的方法 5 5、采用高电气强度气体、采用高电气强度气体 原理：原理：具有很强的具有很强的，由其化合成的气体，由其化合成的气体 通常具有很强的通常具有很强的，进而可以抑制放电。，进而可以抑制放电。 气体：六氟化硫、氟里昂气体：六氟化硫、氟里昂高电气强度气体高电气强度气体 六氟化

17、硫是目前电气工程领域除空气外应用最六氟化硫是目前电气工程领域除空气外应用最 多的绝缘气体。多的绝缘气体。 2.4 2.4 提高气体介质电气强度的方法提高气体介质电气强度的方法 6 6、采用高真空、采用高真空 原理：分子间距大，碰撞电离难。原理：分子间距大，碰撞电离难。 2.5 2.5 六氟化硫和气体绝缘电气设备六氟化硫和气体绝缘电气设备 简介简介 六氟化硫气体在六氟化硫气体在2020世纪世纪6060年代开始作为绝缘媒质和年代开始作为绝缘媒质和 灭弧介质。首先应用于断路器，之后不断发展，已灭弧介质。首先应用于断路器，之后不断发展，已 成为除空气外应用最广泛的介质。成为除空气外应用最广泛的介质。

18、1.1.六氟化硫气体的性能六氟化硫气体的性能 无色、无味、无毒的优良气体，分解温度高约无色、无味、无毒的优良气体，分解温度高约800 K800 K。 其电气强度是空气耐电强度的其电气强度是空气耐电强度的2.32.32.52.5倍倍, ,其原因为：其原因为： 1 1、分子量大（为、分子量大（为146146），密度大（相同条件下，是空气的），密度大（相同条件下，是空气的 5 5倍），属重气体。倍），属重气体。 2 2、具有电负性（亲和势约为、具有电负性（亲和势约为4.10 eV4.10 eV），易俘获电子，减），易俘获电子，减 少了引起电离的电子数。因此具有较好的灭弧性能（空气少了引起电离的电子数

19、。因此具有较好的灭弧性能（空气 的的100100倍）。倍）。 2.5 2.5 六氟化硫和气体绝缘电气设备六氟化硫和气体绝缘电气设备 2.2.六氟化硫气体的击穿特性六氟化硫气体的击穿特性 在分析电负性气体的碰撞电离和放电过程时，除考虑在分析电负性气体的碰撞电离和放电过程时，除考虑 电子碰撞电离的电子碰撞电离的过程，还要考虑电负性气体吸附电子过程，还要考虑电负性气体吸附电子 的的过程。过程。 ：一个电子沿电场方向运动：一个电子沿电场方向运动的行程中，的行程中， 发生的电子附着次数的平均值。发生的电子附着次数的平均值。 =- 电负性气体的有效电子碰撞电离系数为：电负性气体的有效电子碰撞电离系数为：

20、2.5 2.5 六氟化硫和气体绝缘电气设备六氟化硫和气体绝缘电气设备 2.2.六氟化硫气体的击穿特性六氟化硫气体的击穿特性 均匀电场中电子崩的增长规律：均匀电场中电子崩的增长规律： d a enn 0 = =-=d( )dK10.5 2.5 2.5 六氟化硫和气体绝缘电气设备六氟化硫和气体绝缘电气设备 SF6的击穿电压为：的击穿电压为： 38. 0+5 .88=pdUb pdUb5 .88= 工业上工业上pd1 Mpa.mm，上式近似的取：上式近似的取： p p：气压：气压MpaMpa， d d：极间距离，：极间距离，mmmm 则则100 kPa时的击穿场强约为时的击穿场强约为88.5 kV/

21、cm，是空气的，是空气的3倍。倍。 2.2.六氟化硫气体的击穿特性六氟化硫气体的击穿特性 2.5 2.5 六氟化硫和气体绝缘电气设备六氟化硫和气体绝缘电气设备 2.2.六氟化硫气体的击穿特性六氟化硫气体的击穿特性 均均 匀匀 和和 稍稍 不不 均均 匀匀 电电 场场 2.5 2.5 六氟化硫和气体绝缘电气设备六氟化硫和气体绝缘电气设备 2.2.六氟化硫气体的击穿特性六氟化硫气体的击穿特性 极极 不不 均均 匀匀 电电 场场 2.5 2.5 六氟化硫和气体绝缘电气设备六氟化硫和气体绝缘电气设备 2.2.六氟化硫气体的击穿特性六氟化硫气体的击穿特性 关键词关键词 毛刺毛刺 凸起凸起 电极电极 粗糙

22、度粗糙度 面积效应面积效应 2.5 2.5 六氟化硫和气体绝缘电气设备六氟化硫和气体绝缘电气设备 2.2.六氟化硫气体的击穿特性六氟化硫气体的击穿特性 -+ 2.5 2.5 六氟化硫和气体绝缘电气设备六氟化硫和气体绝缘电气设备 2.2.六氟化硫气体的击穿特性六氟化硫气体的击穿特性 -+ 表面电荷表面电荷 2.5 2.5 六氟化硫和气体绝缘电气设备六氟化硫和气体绝缘电气设备 3.3.六氟化硫理化特性方面的若干问题六氟化硫理化特性方面的若干问题 a. a. 液化问题液化问题 SF6高压断路器工作气压高压断路器工作气压0.7 MPa；GIS工作气压工作气压0.45 MPa。 -20-20-40-40

23、 b. b. 毒性分解物毒性分解物 SF4:SF4:无色，有刺激气味，与水作用无色，有刺激气味，与水作用 生成生成HFHF，有毒。，有毒。 S2F10:S2F10:无色、易挥发、剧毒。无色、易挥发、剧毒。 SOF2SOF2：无色，有刺激性，有毒。：无色，有刺激性，有毒。 SO2F2SO2F2：无色，无味，有毒。：无色，无味，有毒。 SOF4SOF4：无色、有刺激性气味，有毒。：无色、有刺激性气味，有毒。 SF2SF2：化学性能不稳定，有毒。：化学性能不稳定，有毒。 在在GISGIS中放入吸附剂（如活性氧化铝等），吸附有毒物质和水中放入吸附剂（如活性氧化铝等），吸附有毒物质和水 2.5 2.5

24、六氟化硫和气体绝缘电气设备六氟化硫和气体绝缘电气设备 3.3.六氟化硫理化特性方面的若干问题六氟化硫理化特性方面的若干问题 GIS中对微水含量要求十分严格，超标的水分与中对微水含量要求十分严格，超标的水分与 SF6分解物反应，容易生成氢氟酸，腐蚀电极和固体分解物反应，容易生成氢氟酸，腐蚀电极和固体 介质。介质。 含水量一般在含水量一般在以内。以内。 c. c. 含水量含水量 2.5 2.5 六氟化硫和气体绝缘电气设备六氟化硫和气体绝缘电气设备 3.3.六氟化硫理化特性方面的若干问题六氟化硫理化特性方面的若干问题 2.5 2.5 六氟化硫和气体绝缘电气设备六氟化硫和气体绝缘电气设备 常见的廉价气

25、体，如常见的廉价气体，如 氮气、二氧化碳、空氮气、二氧化碳、空 气等，混入很少量的气等，混入很少量的 六氟化硫，即可提高六氟化硫，即可提高 其击穿电压。其击穿电压。 解决高寒地区的解决高寒地区的SF6SF6气气 体液化问题。体液化问题。 d. d. 六氟化硫混合气体六氟化硫混合气体 3.3.六氟化硫理化特性方面的若干问题六氟化硫理化特性方面的若干问题 2.5 2.5 六氟化硫和气体绝缘电气设备六氟化硫和气体绝缘电气设备 4.4.气体绝缘电气设备气体绝缘电气设备 GIS由断路器、隔离开关、接地刀闸、互感器、避雷器、母线和出线由断路器、隔离开关、接地刀闸、互感器、避雷器、母线和出线 终端等部件组合

26、而成，全部封闭在充终端等部件组合而成，全部封闭在充SF6气体的金属外壳中。气体的金属外壳中。 GIS的优点：的优点： 占地少占地少适合我国国情；适合我国国情； 运行安全可靠，外壳接地，不会误伤运行安全可靠，外壳接地，不会误伤 运行人员；运行人员； 防污能力强防污能力强不受风霜雨雪的侵袭；不受风霜雨雪的侵袭； 1.安装简便安装简便、检修周期长。、检修周期长。 2.5 2.5 六氟化硫和气体绝缘电气设备六氟化硫和气体绝缘电气设备 4.4.气体绝缘电气设备气体绝缘电气设备 GIC的优点：的优点： 电容小电容小GIC的电容只有充油电缆的的电容只有充油电缆的1/4左右，故容左右，故容 抗大，容性电流小，传输距离长；抗大，容性电流小，传输距离长； 介质损耗小；介质损耗小； 导体截面积大，传输容量大；导体截面积大，传输容量大； 1.能够用于大落差的场合能够用于大落差的场合。 2.5 2.5 六氟化硫和气体绝缘电气设备六氟化硫和气体绝缘电气设备 4.4.气体绝缘电气设备气体绝缘电气设备 GIT的优点：的优点： GIT是防暴型变压器，非常适合于城市高层建筑的供电是防暴型变压器，非