第一章气隙的击穿特性(二)

1、1.7 1.7 提高气体间隙击穿电压的措施提高气体间隙击穿电压的措施两个途径：两个途径： 一、改善电场分布，使之尽量均匀一、改善电场分布，使之尽量均匀 改进电极形状改进电极形状 利用空间电荷畸变电场的作用利用空间电荷畸变电场的作用 二、利用其它方法来削弱气体中的电离过程二、利用其它方法来削弱气体中的电离过程 ( (一）改进电极形状以改善电场分布一）改进电极形状以改善电场分布 n增大电极曲率半径增大电极曲率半径 减减小表面场强。如变压器小表面场强。如变压器套管端部加球形屏蔽罩套管端部加球形屏蔽罩；采用扩径导线等；采用扩径导线等n改善电极边缘改善电极边缘 电极边电极边缘做成弧形；尽量使其缘做成弧形

2、；尽量使其与某等位面相近与某等位面相近n使电圾具有最佳外形使电圾具有最佳外形 如穿墙高压引线上加金如穿墙高压引线上加金属扁球；墒洞边缘做成属扁球；墒洞边缘做成近似垂接线旋转体近似垂接线旋转体（二）利用空间电荷畸变电场的作用（二）利用空间电荷畸变电场的作用 n 极不均匀电场中击穿前发极不均匀电场中击穿前发生电晕放电，利用放电产生生电晕放电，利用放电产生的空间电荷改善电场分布，的空间电荷改善电场分布，提高击穿电压提高击穿电压 n直径直径D D20mm20mm及及16mm16mm时时，击穿电压曲线的直线部分，击穿电压曲线的直线部分和尖一板间隙相近和尖一板间隙相近n导线直径减为导线直径减为3mm3mm

3、以至以至0.5mm0.5mm时，击穿电压曲线时，击穿电压曲线的直线部分陡度大为增加，的直线部分陡度大为增加，曲线逐渐与均匀电场中的相曲线逐渐与均匀电场中的相近近 “ “细线效应细线效应”（三）极不均匀电场中屏障的采用（三）极不均匀电场中屏障的采用 n在电场极不均匀的空气在电场极不均匀的空气间隙中，放入薄片固体间隙中，放入薄片固体绝缘材料（例如纸或纸绝缘材料（例如纸或纸板），在一定条件下，板），在一定条件下，可以显著提高间隙的击可以显著提高间隙的击穿电压穿电压 n原理是屏障积聚空间电原理是屏障积聚空间电荷，改善电场分布荷，改善电场分布 n随着屏障位置不同，击随着屏障位置不同，击穿电压发生了很大的

4、变穿电压发生了很大的变化，尖电极的极性不同化，尖电极的极性不同，屏障的影响也有别，屏障的影响也有别 n尖电极为正极性尖电极为正极性 屏障离尖电极过近，屏屏障离尖电极过近，屏障效应将随之而减弱障效应将随之而减弱 n尖电极为负极性尖电极为负极性 屏障离开尖电极一定距屏障离开尖电极一定距离，设置屏障反而将离，设置屏障反而将降低间隙的击穿电压降低间隙的击穿电压 屏障离尖电极过近屏障离尖电极过近 ，仍仍有相当的屏降效应有相当的屏降效应 n工频电压下屏障的作用工频电压下屏障的作用 设置屏障可以显著提高间隙的击穿电压。设置屏障可以显著提高间隙的击穿电压。n雷电冲击电压下屏障的作用雷电冲击电压下屏障的作用 尖

5、电极具有正极性时，设置屏障可显著提高间尖电极具有正极性时，设置屏障可显著提高间隙的击穿电压隙的击穿电压 负极性时设置屏障后，间隙的击穿电压和没有负极性时设置屏障后，间隙的击穿电压和没有屏障时相差不多屏障时相差不多（四）高气压的采用（四）高气压的采用 n减小电子的平均自由行程，削弱电离过程减小电子的平均自由行程，削弱电离过程例：大气压力下空气的电气强度仅约为变压器油的例：大气压力下空气的电气强度仅约为变压器油的1/51/5 1/81/8，提高压力至，提高压力至1 1 1.5MPa1.5MPa，空气的电气强度，空气的电气强度和一般的液、固态绝缘材料如变压器油、电瓷、云母和一般的液、固态绝缘材料如变

6、压器油、电瓷、云母等的电气强度相接近等的电气强度相接近 n压缩空气绝缘及其它压缩气体绝缘在一些电气压缩空气绝缘及其它压缩气体绝缘在一些电气设备中已得到采用设备中已得到采用如：高压空气断路器、高压标准电容器等如：高压空气断路器、高压标准电容器等n均匀电场中的击穿电压均匀电场中的击穿电压在一定的压力范围内，击在一定的压力范围内，击穿场强的提高遵循巴申穿场强的提高遵循巴申定律，并且击穿场强大定律，并且击穿场强大致和气压成正比致和气压成正比 大约从大约从1MPa1MPa开始，实验开始，实验结果和巴申定律的分歧结果和巴申定律的分歧就逐渐明显了就逐渐明显了 n不均匀电场中的击穿电压不均匀电场中的击穿电压不

7、均匀电场中提高气压后，间隙的击穿电压也将高不均匀电场中提高气压后，间隙的击穿电压也将高于大气压力下的数值于大气压力下的数值在高气压下，电场均匀程度对击穿电压的影响比在在高气压下，电场均匀程度对击穿电压的影响比在大气压力下要显著得多，电场均匀程度下降，击大气压力下要显著得多，电场均匀程度下降，击穿电压将剧烈降低穿电压将剧烈降低湿度对击穿电压有很大影响。湿度增加时击穿电压湿度对击穿电压有很大影响。湿度增加时击穿电压明显下降；电场不均匀，则下降程度更显著明显下降；电场不均匀，则下降程度更显著 （五）高真空的采用（五）高真空的采用n削弱间隙中的碰撞电离过程，从而显著增高间隙的击削弱间隙中的碰撞电离过程

8、，从而显著增高间隙的击穿电压穿电压 n高真空中击穿机理发生了改变高真空中击穿机理发生了改变距离较小时，间隙的距离较小时，间隙的击穿和阴极的强场击穿和阴极的强场放射密切有关放射密切有关在距离较大时，击穿在距离较大时，击穿是由是由“全电压效应全电压效应”引起的引起的 分散性很大：电极材分散性很大：电极材料、电极表面的光料、电极表面的光洁度及清洁度洁度及清洁度 n含卤族元素的气体化合物，如六氟化硫（含卤族元素的气体化合物，如六氟化硫（SFSF6 6）、氟利）、氟利昂（昂（CClCCl2 2F F2 2）等，其电气强度比空气的要高很多。称）等，其电气强度比空气的要高很多。称为高电气强度气体为高电气强度

9、气体 （六）高电气强度气体的采用（六）高电气强度气体的采用n 卤化物气体电气强度高的原因卤化物气体电气强度高的原因 1 1由于含有卤族元素，气体具有很强的电负性，气体由于含有卤族元素，气体具有很强的电负性，气体分子容易和电子结合成为负离子，削弱电子的碰撞电分子容易和电子结合成为负离子，削弱电子的碰撞电离能力，同时又加强复合过程离能力，同时又加强复合过程气体的分子量比较大，分子直径较大，电子在其气体的分子量比较大，分子直径较大，电子在其中的自由行程缩短，不易积聚能量，从而减少其碰撞中的自由行程缩短，不易积聚能量，从而减少其碰撞电离能力电离能力电子和这些气体的分子相遇时，还易于引起分子电子和这些气

10、体的分子相遇时，还易于引起分子发生极化等过程，增加能量损失，从而减弱其碰撞电发生极化等过程，增加能量损失，从而减弱其碰撞电离能力离能力n对高电气强度气体的要求对高电气强度气体的要求1 1液化温度要低，采用高电气强度气体时，常常同液化温度要低，采用高电气强度气体时，常常同时提高压力，以便更大程度的提高间隙的击穿电压，时提高压力，以便更大程度的提高间隙的击穿电压，缩小设备的体积和重量。所以这些气体的液化温度要缩小设备的体积和重量。所以这些气体的液化温度要低，以便在较低的运行温度下，还能施加相当的压力低，以便在较低的运行温度下，还能施加相当的压力2 2应具有良好的化学稳定性，不易腐蚀设备中的其应具有

11、良好的化学稳定性，不易腐蚀设备中的其它材料，无毒，不会爆炸，不易燃烧，即使在放电过它材料，无毒，不会爆炸，不易燃烧，即使在放电过程中也不易分解等程中也不易分解等3 3经济上应当合理，价格便宜，能大量供应经济上应当合理，价格便宜，能大量供应 n目前工程上已得到采用的是六氟化硫（目前工程上已得到采用的是六氟化硫（SFSF6 6）。）。SFSF6 6除了其电气强度很高以外，还具有优良的灭弧性能除了其电气强度很高以外，还具有优良的灭弧性能，很适合用于高压断路器中，很适合用于高压断路器中nSFSF6 6已不仅用来制作单台电气设备（如已不仅用来制作单台电气设备（如SF6SF6断路器断路器、避雷器、电容器等

12、），而且发展成了各种组合设、避雷器、电容器等），而且发展成了各种组合设备，即将整套送变电设备组成一体，密封后充以备，即将整套送变电设备组成一体，密封后充以SF6SF6气体，如全封闭组合电器、气体绝缘变电所、气体，如全封闭组合电器、气体绝缘变电所、充气输电管道等。这些充气输电管道等。这些SF6SF6组合设备具有很多优点组合设备具有很多优点，如可大大节省占地面积、简化运行维护等等，如可大大节省占地面积、简化运行维护等等1.8 1.8 沿面放电沿面放电u均匀电场中的沿面放电均匀电场中的沿面放电u极不均匀电场具有强垂直分量时的沿面放电极不均匀电场具有强垂直分量时的沿面放电u极不均匀电场具有弱垂直分量时

13、的沿面放电极不均匀电场具有弱垂直分量时的沿面放电u固体介质表面有水膜时的沿面放电固体介质表面有水膜时的沿面放电u绝缘子污染状态下的沿面放电绝缘子污染状态下的沿面放电沿面放电的几种典型电场分布形式（a）均匀电场；（b）弱垂直分量的不均匀电场；（c）强垂直分量的不均匀电场u均匀电场中的沿面放电均匀电场中的沿面放电n固体介质表面不是绝对光滑，存在一定的粗糙程度，这使得表面电场分布发生畸变n固体介质表面电阻不可能完全均匀，各处表面电阻不相同，当界面上有泄漏电流流过时，界面上压降分布不均匀，使电场分布不均匀，发生畸变，使沿面闪络电压降低 n固体介质与空气接触的情况：由于潮气吸附到固体介质的表面而形成薄水

14、膜，其中的离子受电场的驱动而沿着界面移动，电极附近的表面上积聚的电荷较多，从而沿面电压分布变的不均匀。因此，降低了闪络电压。 n固体介质与电极接触的状况：当它们接触不良，存在小气隙时，由于空气的介电常数比固体介质低，间隙中的场强比平均场强大得多，小气隙内将首先发生放电，所产生的带电粒子沿着固体介质的表面移动，原有电场发生畸变，使沿面闪络电压有所降低 u极不均匀电场具有强垂直分量时的沿面放电极不均匀电场具有强垂直分量时的沿面放电 沿套管表面的放电u极不均匀电场具有弱垂直分量时的沿面放电极不均匀电场具有弱垂直分量时的沿面放电 n沿面闪络电压与空气击穿电压差别不大沿面闪络电压与空气击穿电压差别不大u

15、固体介质表面有水膜时的沿面放电固体介质表面有水膜时的沿面放电 淋雨时绝缘子的闪络路径由于雨淋时绝缘子表面上的水膜大都是不由于雨淋时绝缘子表面上的水膜大都是不均匀和不连续的，因而造成有水膜覆盖的均匀和不连续的，因而造成有水膜覆盖的表面电导大，无水膜处的表面电导小，绝表面电导大，无水膜处的表面电导小，绝大部分外加电压由干表面来承受。绝缘子大部分外加电压由干表面来承受。绝缘子在雨中有三种可能的闪络途径：在雨中有三种可能的闪络途径：l沿着表面沿着表面AB和干表面和干表面BCA发展；在这发展；在这种情况下，被工业区的雨水（电导率约为种情况下，被工业区的雨水（电导率约为0.01S/m）淋湿的绝缘子的闪络电压（称）淋湿的绝缘子的闪络电压（称湿闪电压）只有干闪电压的湿闪电压）只有干闪电压的40%50% l沿着湿表面沿着湿表面AB和空气间隙和空气间隙BA发展；发展；在这种情况下，空气间隙在这种情况下，空气间隙BA中只有分中只有分散的雨滴，气隙的击穿电压降低不多，雨散的雨滴，气隙的击穿电压降低不多，雨水电导率大小的影响不大，绝缘子的湿闪水电导率大小的影响不大，绝缘子的湿闪电压不会降低太多电压不会降低太多 l沿着湿表面沿着湿表面AB和水流和水流BB发展；在这发展；在这种情况下，伞裙