电场电压气象措施

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1、高 电 压 工 程 系何 正 浩 1 .6 电场形式、电压波形与击穿电压的关系 电 场 形 式 均 匀 场 稍 不 均 匀 场 极 不 均 匀 场 电 压 波 形 持 续 作 用 电 压 直 流 工 频 冲 击 电 压 雷 电 冲 击 操 作 冲 击 2 1 .6 .1 均匀电场分 散 性 小直 流 击 穿 电 压 工 频 击 穿 电 压 50%冲击 击 穿 电 压 均 匀 电 场 中 空 气 的 击 穿 电 压 经 验 公 式d-间 隙 距 离 (cm) -空 气 相 对 密 度 3ddU 08.622.240 均 匀 电 场 ， 标 准 大 气 状 态 条 件，稳 态 电 压 作 用 时

2、，空 气 间 隙 的 击 穿 电 压 峰 值 Ub与 极 间 距 离 的 关 系 4 1 .6 .2 稍不均匀电场 分 散 性 小直 流 击 穿 电 压 、 工 频 击 穿 电 压 、 50%冲 击击 穿 电 压 三 者 基 本 相 等击 穿 电 压 与 电 场 的 均 匀 度 相 关 。 越 均 匀 ，击 穿 电 压 越 高出 现 电 晕 ， 即 会 发 展 为 击 穿极 性 效 应 5 1 .6 .2 稍不均匀电场极 性 效 应 ： 不 接 地 时 ， 无 极 性 效 应 ， 但 通 常 会 接 地 ， 此 时 有 极 性 效 应 6 当 d D/4 ， 电 场 相 当 均 匀 ， 直 流

3、 电 压 、 工 频 电 压 及 冲 击 电 压 作 用 下 ， 击 穿 电 压 都 相 同 当 d D/4 ， 大 地 对 电 场 的 畸 变 作 用 使 间 隙 电 场 分 布 不 对 称 ， Ub有 极 性 效 应 负 极 性 时 的 击 穿 电 压 略 低 于 正 极 性 时 的 数 值 同 一 间 隙 距 离 下 ， 球 电 极 直径 越 大 ， 由 于 电 场 均 匀 程 度增 加 ， 击 穿 电 压 也 越 高 。 72Dd 1 .6 .3 极不均匀电场波形影响大，分散性大，极性效应明显 8 极 性 效 应 ：最 高 ： 负 棒 正 板 ， 平 均 击 穿 场 强 约 为 10k

4、V/cm；次 高 ： 棒 棒 ， 平 均 击 穿 场 强 约 为 4.85.0kV /cm；最 低 ： 正 棒 负 板 ， 平 均 击 穿 场 强 约 为 4.5kV/cm。（ 一 ） 直 流 击 穿 电 压 “ 棒 棒 ” 和 “ 棒 板 ”空 气 气 隙 的 直 流 击 穿 特 性 “ 棒 棒 ” 和 “ 棒 板 ”长 间 隙 的 直 流 击 穿 特 性 9 （ 二 ） 工 频 击 穿 电 压 在 棒 -板 间 隙 中 ， 击 穿 总 是 在 棒 为 正 的 半 周 期 内 ， 电 压达 到 幅 值 附 近 时 发 生 工 频 击 穿 电 压 稍 低 于 直 流 电 压 下 的 击 穿 电

5、 压 （ 这 是 由 于 前 半 周 期 留 下 的 空 间 电 荷 对 棒 极 前 方 的 电 场 有 所 加 强 的 缘 故 ） 棒 -棒 间 隙 的 击 穿 电 压 比 棒 -板 间 隙 的 要 高 一 些 （ 这 是 由 于 棒 -棒 的 电 场 更 均 匀 一 些 ） 击 穿 电 压 具 有 “ 饱 和 现 象 ” 。 10 “ 棒 棒 ” 和 “ 棒 板 ” 长 气 隙 的 工 频 击 穿 特 性 1棒 棒 2棒 板 u在 d2m， 击 穿 电 压与 气 隙 距 离 的 关 系出 现 “ 饱 和 ” 趋 势 11 (三 ) 雷 电 冲 击 50%击 穿 电 压u高 于 稳 态 击

6、穿 电 压 （ 直 流 击 穿 电 压 或 工 频 击 穿 电 压 幅值 ） 。u分 散 性 较 大 。 其 标 准 偏 差 可 取 3%。u击 穿 通 常 发 生 在 波 尾 。u和 间 隙 距 离 大 致 呈 线 性 关 系 ， 即 无 饱 和 趋 势 。 （ 因 为 作 用 时 间 短 ， 间 隙 距 离 加 大 后 ， 需 要 提 高 先 导 发 展 速度 才 能 完 成 放 电 ， 因 此 击 穿 电 压 提 高 ） 12值持 续 电 压 下 的 击 穿 电 压击 穿 电 压 值雷 电 冲 击冲 击 系 数 %50 (四 ) 操 作 冲 击 50%击 穿 电 压u击 穿 通 常 发

7、生 在 波 头 部 分 。u击 穿 电 压 与 波 头 时 间 呈 现 出 U形 曲 线 。 （ 放 电 时 延 和 空 间 电 荷 共 同 作 用 的 结 果 ）u“ 饱 和 ” 效 应 。（ 形 成 先 导 后 ,放 电 易 于 发 展 ）u“ 邻 近 效 应 ”（ 电 场 分 布 情 况 对 操 作 冲 击 50%击 穿 电 压 影 响 很 大 。 当 接 地物 体 靠 近 放 电 间 隙 时 ， 会 显 著 减 低 正 极 性 击 穿 电 压 ， 稍 微 提高 负 极 性 击 穿 电 压 。 ） 13 1 .7 大气条件对气隙击穿特性的影响 标 准 大 气 条 件 ： 气 压 P0=1

8、01.3kPa，温 度 t0=20绝 对 湿 度 f0=11g/m3。 非 标 准 大 气 条 件 要 换 算 到 标 准 大 气 条 件 14 反 映 空 气 密 度 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 。 15 tPttPPTPPT 27389.2273273 000 0P： 气 压 ， kPa； t： 温

9、 度 ， 度 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 160UU nmd ttppK )273273()( 00 0UKU d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 湿 度 增 加 ， 电 离 能 力 下 降 ， 对 放 电 过 程 起 到 抑 制 作用 湿 度

10、越 大 ， 间 隙 的 击 穿 电 压 也 会 越 高 。 k是 绝 对 湿 度 和 电 压 种 类 的 函 数 ； 指 数 的 值 取 决 于 电 极 形 状 、 间隙 距 离 、 电 压 种 类 及 其 极 性 17 kKh hKUU 0 湿 度 矫 正 系 数 ：非 标 准 湿 度 情 况 下的 击 穿 电 压 的 换 算公 式 ： 综 合 气 压 、 温 度 、 湿 度 的 影 响 18 0UKKU hd 三 、 对 海 拔 高 度 的 校 正 随 着 海 拔 增 高 ， 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

11、的 国 家 标 准 规 定 ： 1000mH4000m地 区 的 U与平 原 地 区 外 绝 缘 的 Up的 关 系 为 19 4101.1 1 HKa PaUKU 1 .8 提高气体间隙击穿电压的措施两 条 途 径 ：一 、 改 善 电 场 分 布二 、 削 弱 气 体 中 的 电 离 过 程 20 (一 ） 改 进 电 极 形 状n 增 大 电 极 曲 率 半 径 n 改 善 电 极 边 缘 21 一 、 改 善 电 场 分 布 (一 ） 改 进 电 极 形 状n使 电 极 具 有 最 佳 外 形 22 （ 二 ） 利 用 空 间 电 荷 畸 变 电 场 n 细 线 效 应 D增 大 后

12、， 局 部毛 刺 点 的 强 烈 电 离 ，产 生 刷 状 放 电细 线 效 应 只 对 稳 态电 压 有 作 用 ， 对 雷电 波 没 有 作 用 23 （ 三 ） 极 不 均 匀 电 场 中 采 用 屏 障 24 直 流 电 压 作用 下 尖 板的 击 穿 电 压和 屏 障 的 关系 （ 三 ） 极 不 均 匀 电 场 中 采 用 屏 障 -DC棒 电 极 为 正 极 性 时 正 离 子 聚 集 在 屏 障 上 ，并 沿 表 面 均 匀 分 布 ， 削 弱了 正 棒 头 部 的 强 电 场 在 x/d=0.2时 击 穿 电 压 的提 高 最 显 著 ， 约 为 2 3倍 。 棒 电 极 为

13、 负 极 性 时 总 趋 势 同 与 正 棒 下 的 屏蔽 效 应 。 当 屏 蔽 层 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 。 最 高 提 高 0.2倍 25在 中 间 一 段 范 围 内 ， 带 屏 蔽 的 击 穿 电 压 （ 不 论 极 性 ） 与均 匀 电 场 下 的 击 穿 电 压 接 近 （ 三 ） 极 不 均 匀 电 场 中 采 用 屏 障 DC 26 （ 三 ） 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

14、位 置 的 关 系 27 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 （ 三 ） 极 不 均 匀 电 场 中 采 用 屏 障 屏 蔽 层 插 入 电 晕 电 极 侧 ， 可 提 高 击 穿 电 压 。 屏 蔽 层 仅 对 持 续 作 用 电 压 （ DC， 工 频 ） 有 效 而 对 雷 电 波 作 用 很 小 。 28 二 、 削 弱 或 抑 制 电 离 过 程 采 用 高 气 压 采 用 强 电 负 性 气 体 采 用 高 真 空 29 （ 一 ） 采 用 高 气 压 基 本 原 理 ： 气 压 提 高 减 小 动 能 减 小

15、 U提 高 301 2.8MPa 5 0.1MPa 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 。 （ 二 ） 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 既 削 弱 电 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

16、多 能 量 。 31 （ 二 ） 采 用 强 电 负 性 气 体卤 化 物 气 体 电 气 强 度 高 32 （ 二 ） 采 用 强 电 负 性 气 体选 用 卤 化 物 的 原 则 ：1 液 化 温 度 要 低 ;2 应 具 有 良 好 的 化 学 稳 定 性 ;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 SF 6及 SF6混 合 气 体 33 （ 二 ） 采 用 强 电 负 性 气 体 SF6SF6的 绝 缘 性 能1） 强 电 负 性 ， 电 气 强 度 高2） 对 电 场 均 匀 度 敏 感 SF6的 性

17、 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 。 34 38.05.88 PdUb SF6的 绝 缘 性 能 针 球 气 隙 中 的 SF6气 体 （ 针 极 曲 率 半 径 1mm， 球 半 径 50mm， 极 间距 30mm） 在 不 同 类 型 电 压 下 的 击 穿 电 压 与 压 力 的 关 系 35 u空 间 电 荷 的 作用 ， 使 得 工 频 高于 雷 电u随 着 气 压 的 提高 ， 空 间 电 荷 作用 减 小 ， 因 此 Ub下 降 SF6的 绝 缘 性 能影 响 绝 缘 性 能 的 因 素

18、 ： 电 场 均 匀 度 ； 气 压 ； 电 极 表 面 缺 陷 ； 导 电 微 粒 ； 36 SF6的 液 化 特 性1） 一 般 不 会 液 化 37 SF6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

19、和 水 分 。 38 SF6混 合 气 体 的 特 性 SF6 N2混 合 气 体 中 的 与 E/p 1 纯 N2； 2 SF6含 量 为 10%； 3 SF6含 量 为 25%； 4 SF6含 量 为 50%； 5 纯 SF6 39 混 合 气 体 ： N2、 CO2、 空 气 与 SF6 混 合 降 低 液 化 温 度 降 低 对 电 场 的 敏 感 度 （ 三 ） 采 用 高 真 空气 隙 击 穿 电 压 与 真 空 压 力 的 关 系 40 u 接 近 真 空 阶 段 ： 碰撞 电 离 的 几 率 太 小， Ub提 高u 高 真 空 阶 段 ： 小 距 离 时 ： 强 场发 射 、 金 属 气 化 大 距 离 时 ： 全 电压 效 应u 真 空 中 的 U b与 电 极材 料 、 表 面 光 洁 度、 清 洁 度 有 关