第5讲气体电介质的绝缘特性(四)

1、1.7 1.7 大气条件对气隙击穿特性的影响大气条件对气隙击穿特性的影响u标准大气条件： 气压 P0=101.3kPa，温度 t0=20或T0=273K绝对湿度 h0=11g/m3。 非标准大气条件要换算到标准大气条件反映空气密度反映空气密度空气间隙和电气设备外部绝缘的击穿电压会受到气压空气间隙和电气设备外部绝缘的击穿电压会受到气压、湿度、温度等大气条件的影响。、湿度、温度等大气条件的影响。一、空气相对密度的影响一、空气相对密度的影响u气压P增大时，带电粒子的平均自由行程减小，因此在运动中积累的动能就小；击穿电压升高u温度T增大时，空气相对密度减小，平均自由行程增大，击穿电压降低。tPttPP

2、TPPT27389. 22732730000P：气压，kPa；t：温度，度一、空气相对密度的影响一、空气相对密度的影响 0.951.05范围内变动时，间隙的击穿电压与相对密度成正比，实际试验或运行条件下 当与1相差较大时，须用空气密度校正系数Kd对击穿电压U进行校正 0UUnmdttppK)273273()(000UKUd在大气条件下，空气间隙的击穿电压随的增大而升高二、湿度的影响二、湿度的影响u理论湿度增加，电离能力下降，对放电过程起到抑制作用湿度越大，间隙的击穿电压也会越高。u实验湿度对击穿电压的影响比较复杂： 在均匀或稍不均匀电场中空气间隙的击穿电压随空气湿度的增加而增加，但程度极微弱，

3、可忽略不计；推测原因，可能均匀场中平均击穿场强较高，电子运动速度较快，分子不易吸附电子，故湿度对其影响小。 在极不均匀场中，平均场强较低，易形成负离子，击穿击穿电压随空气湿度的增加而增加；不均匀场间隙的放电电压需要进行湿度校正 三、对海拔高度的校正三、对海拔高度的校正 随着海拔增高，空气逐渐稀薄，气压下降，空气密度减小，增大，电离能力增大，间隙的击穿电压降低。 我国的国家标准规定：1000mHa4000m地区的U与平原地区同电压等级设备外绝缘的Up的关系为4101 . 11aaHKPaUKU 1.81.8 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条途径：两条途径：一、改善电场分布

4、一、改善电场分布二、削弱或抑制气体中的电离过二、削弱或抑制气体中的电离过程程 ( (一）改进电极形状及表面状况一）改进电极形状及表面状况n增大电极曲率半径增大电极曲率半径 n改善电极边缘改善电极边缘一、改善电场分布一、改善电场分布( (一）改进电极形状一）改进电极形状n使电极具有最佳外形使电极具有最佳外形（二）（二） 利用空间电荷改善电场分布利用空间电荷改善电场分布n 细 线 效 应 ， 即细 线 效 应 ， 即在线在线-板结构中电板结构中电极距离在一定范极距离在一定范围内有可能提高围内有可能提高间隙的击穿电压间隙的击穿电压n D增大后，局部增大后，局部毛刺点的强烈电毛刺点的强烈电离，产生刷状

5、放离，产生刷状放电电n细线效应只对稳细线效应只对稳态电压有作用，态电压有作用，对雷电波没有作对雷电波没有作用用在极不均匀电场中，发生电晕放电，在极不均匀电场中，发生电晕放电，利用放电自身产生的空间电荷来改善电场分布利用放电自身产生的空间电荷来改善电场分布（三）（三） 极不均匀电场中采用屏障极不均匀电场中采用屏障直流电压作用下尖板的击穿电压和屏障的关系u屏障本身的击穿屏障本身的击穿电压不高，但可以电压不高，但可以拦住与电晕电极同拦住与电晕电极同号的空间电荷，使号的空间电荷，使得电晕电极与屏障得电晕电极与屏障之间电场减弱，并之间电场减弱，并在屏障与极板之间在屏障与极板之间形成比较均匀的电形成比较均

6、匀的电场，从而提高击穿场，从而提高击穿电压。电压。u随着屏障位置不随着屏障位置不同，击穿电压不同同，击穿电压不同。（三）（三） 极不均匀电场中采用屏障极不均匀电场中采用屏障-DC-DC棒电极为正极性棒电极为正极性当屏障里电极过近时，屏障上正电荷的分布不均匀，屏障前方又出现了极不均匀场，造成了电离发展的有利条件，击穿电压降低；在x/d=0.2时击穿电压的提高最显著，约为23倍。棒电极为负极性时棒电极为负极性时 总趋势同与正棒负板下间隙相近。当屏障离开电极一定距离后，吸附的负离子将加强板前电场，使击穿电压低于无屏蔽的情况。当屏障靠近负极棒时，强电场下电子速度高，可穿透屏障；相反正离子为屏障所挡而大

7、量积聚，故屏障带正电荷，削弱了屏障前方的电场，提高击穿电压。 最高提高0.2倍棒极极性不同时，屏障的影响也有区别：棒极极性不同时，屏障的影响也有区别：（三）（三） 极不均匀电场中采用屏障直流极不均匀电场中采用屏障直流（三）（三） 极不均匀电场中采用屏障工频极不均匀电场中采用屏障工频工频作用下尖板的击穿电压与屏蔽层位置的关系工频下，击穿在正半波发生，因此，屏蔽层也可显著提高击穿电压。在冲击电压下，由于屏障来不及积累足够空间电荷，屏障作用不大。（三）（三） 极不均匀电场中采用屏障极不均匀电场中采用屏障u 屏蔽层插入电晕电极侧，可提高击穿电压。u 屏蔽层仅对持续作用电压（DC，工频）有效 而对雷电波

8、作用很小。二、二、 削弱或抑制电离过程削弱或抑制电离过程u采用高气压u采用强电负性气体u采用高真空（一）（一） 采用高气压采用高气压u基本原理：气压提高减小动能减小U提高12.8MPa 50.1MPa在均匀电场中，当气压在10个大气压下时，击穿电压随气压增大线性增加。再提高P，会饱和压缩空气可用于内绝缘，如断路器、高压标准电容等。2.8MPa的压缩空气具有很高的击穿电压，但高气压对电气设备外壳的密封性和机械强度有很高要求（二）（二） 采用强电负性气体采用强电负性气体卤化物气体电气强度高（二）（二） 采用强电负性气体采用强电负性气体卤化物气体电气强度高的原因：1）具有很强的电负性，负离子即削弱电

9、离， 又加强复合；2）分子量大，分子直径大，电子的减小。3）电离过程伴随离解过程，需要更多能量。 例如：SF6，在实验中没有观察到 离子，主要观察到的是 ，这意味着每个电离都伴随着分子理解。要使SF6分子电离，不仅要供给电离能，还必须要更给离解能。 6SF5SF（二）（二） 采用强电负性气体采用强电负性气体选用卤化物的原则：1 液化温度要低，应具有良好的化学稳定性2 该在气体中发生放电时不易分解、燃烧，不产生有毒物质3 经济上应当合理，价格便宜，能大量供应 目前得到工程广泛应用的是SF6及SF6混合气体（二）（二） 采用强电负性气体采用强电负性气体SFSF6 6SF6的绝缘性能的绝缘性能1）

10、强电负性，电气强度高，在均匀电场中气体间隙的击穿电压为2） 对电场均匀度敏感 SF6的性能只有在均匀电场中才能充分发挥，在极不均匀场中，击穿电压下降很快。 在极不均匀电场中，气压与击穿电压紧密相关38. 05 .88PdUbSFSF6 6的绝缘性能的绝缘性能影响绝缘性能的因素：u电场均匀度；u气压；u电极表面缺陷；u导电微粒；SFSF6 6的液化特性的液化特性1） 一般不会液化SF6的液化特性的液化特性2) 纯净的SF6无毒，但分解物有毒，有腐蚀性 电子碰撞、热辐射、光辐射会导致SF6分解 如电弧、局放、火花放电等 3） 水分的危害 水分会与气体分解物形成氢氟酸，腐蚀材料，引起 凝露，降低表面闪络电压。 解决办法：用吸附剂吸附分解物和水分。SF6混合气体的特性混合气体的特性SF6N2混合气体中的与E/p 1纯N2； 2SF6含量为10%； 3SF6含量为25%； 4