【正文】 2021~3000181。s；第二個半波為反極性 ， 它的峰值約占第一個 半波峰值的 4/5。 操作沖擊電壓下的擊穿 由圖可知： 50%操作沖擊擊穿電壓具有極小值 ， 對應(yīng)于極小值的波前時間隨氣隙距離加大而增大 。 這是放電延時和空間電荷遷移造成的 。U形曲線極小值左邊 Eb隨 tf的減小而增大是放電延時時間在起作用 。U形曲線極小值右邊 Eb隨 tf的增加而增大 ， 是因為電壓作用時間增加后空間電荷遷移的范圍擴大 ， 改善了氣隙中的電場分布 ， 從而使擊穿電壓提高 。 操作沖擊電壓下極不均勻場長氣隙呈U形曲線 ， 如圖 。 雖然操作沖擊電壓的變化速度和作用均介于工頻交流電壓和雷電沖擊電壓之間 ， 但氣隙的操作沖擊擊穿電壓不僅遠低于雷電沖擊擊穿電壓 ， 在某些波前時間內(nèi) ， 甚至比工頻擊穿電壓還低 。 操作沖擊電壓下的擊穿 ? 雖然操作沖擊電壓的變化速度和作用均介于工頻交流電壓和 雷電沖擊電壓之間 ， 但氣隙的操作沖擊擊穿電壓不僅遠低于 雷電沖擊擊穿電壓 ， 在某些波前時間內(nèi) ， 甚至比工頻擊穿電 壓還低 。 ? 極不均勻電場長氣隙的操作擊穿特性也具有飽和特征 ， 其飽和程度與電極對稱度 、 操作沖擊極性 、 波形形狀等有關(guān) ， 隨著極間距離的增大 ， 氣隙的飽和更甚 ， 這對發(fā)展特高壓技術(shù)是很不利的 。 ? 操作沖擊電壓下的氣隙擊穿電壓和放電時間的分散性都比雷電沖擊電壓大得多 ， 此時極不均勻電場的相應(yīng)標(biāo)準偏差可達 5%－8%。 ?對空氣密度的校正 ?對濕度的校正 ?對海拔的校正 大氣條件對氣隙擊穿特性的影響 第四節(jié) 大氣條件對氣隙擊穿特性的影響 前面介紹的不同氣隙在各種電壓下的擊穿特性均對應(yīng)于 標(biāo)準大氣條件 和 正常海拔高度 。 由于大氣的 壓力 、 溫度 、 濕度 等條件都會影響空氣的密度、電子自由行程長度、碰撞電離及附著過程，所以也必然會影響氣隙的擊穿電壓。 海拔高度 的影響亦與此類似，因為隨著海拔高度的增加，空氣的壓力和密度均下降。 壓力 ： p0=(760mmHg)； 溫度 ： t0=20攝氏度或 T0=293K； 絕對濕度 ： hc=11g/m3。 國標(biāo)規(guī)定的大氣條件： 正由于此，在不同大氣條件和海拔高度下所得出的擊穿電壓實測數(shù)據(jù)都必須換算到某種標(biāo)準條件下才能互相進行比較。 上式不僅適用于氣隙的擊穿電壓，也適用于外絕緣的沿面閃絡(luò)電壓。 0UKKUhd?：空氣密度校正因數(shù) ：濕度校正因數(shù) dKhK 實驗條件下的氣隙擊穿電壓 與標(biāo)準大氣條件下的擊穿電壓 之間關(guān)系： U0 U 在進行高壓試驗時，也往往要根據(jù)實際試驗時的大氣條件，將試驗標(biāo)準中規(guī)定的標(biāo)準大氣條件下的試驗電壓值換算得出實際應(yīng)加的試驗電壓值。 下面分別討論各個校正因數(shù)的取值： 一、對空氣密度的校正 空氣密度與壓力和溫度有關(guān)。空氣的相對密度： T??式中： ：氣壓 ,kPa ：溫度 ,K. pT0UU ??實驗表明，當(dāng) 處于 ～ ，氣隙的擊穿電壓幾乎與 成正比，即此時的空氣密度校正因數(shù) ，因而： ???dK? 在大氣條件下，氣隙的擊穿電壓隨 的增大而提高。 ??氣隙不很長 (例如不超過 1m)時：上式能足夠準確地適用于各種電場型式和各種電壓類型下作近似的工程估算。 ?更長的空氣間隙：擊穿電壓與大氣條件變化的關(guān)系，并不是一種 簡單的線性關(guān)系，而是隨電極形狀、電壓類型和氣隙長度而變化的 復(fù)雜 關(guān)系。 除了在氣隙長度不大、電場也比較均勻或長度雖大、但擊穿電壓仍隨氣隙長度呈線性增大 (如雷電沖擊電壓 )的情況下，上式仍可適用外，其他情況下的空氣密度校正因數(shù)應(yīng)按下式求?。? nmd ttppK??????????????????2 7 32 7 3 00 式中指數(shù) m， n與電極形狀、氣隙長度、電壓類型及其極性有關(guān)，其值在 ～ ,具體取值國家標(biāo)準中有規(guī)定。 二、對濕度的校正 大氣中所含的水氣分子能俘獲自由電子而形成負離子，這對氣體中的放電過程顯然起著抑制作用，可見大氣的濕度越大，氣隙的擊穿電壓也會增高。 ?在均勻和稍不均勻電場中，放電開始時，整個氣隙的電場強度都較大，電子的運動速度較快，不易被水氣分子所俘獲，因而濕度的影響就不太明顯，可以忽略不計。 例如用球隙測量高電壓時，只需要按空氣相對密度校正其擊穿電壓就可以了，而不必考慮濕度的影響。 ?在 極不均勻電場 中，濕度的影響就很明顯了，這時可以用下面的濕度校正因數(shù)來加以修正： ?kKh ? 式中的因數(shù) k與絕對濕度和電壓類型有關(guān)，而指數(shù)?之值則取決于電極形狀、氣隙長度、電壓類型及其極性。 三、對海拔的校正 我國幅員遼闊，有不少電力設(shè)施 (特別是輸電線路 )位于高海拔地區(qū)。隨著海拔高度的增大，空氣變得逐漸稀薄，大氣壓力和相對密度減小，因而空氣的電氣強度也將降低。 海拔高度對氣隙的擊穿電壓和外絕緣的閃絡(luò)電壓的影響可利用一些經(jīng)驗公式求得。 我國國家標(biāo)準規(guī)定：對于安裝在海拔高于 1000m、但不超過 4000m處的電力設(shè)施外絕緣，其試驗電壓 U應(yīng)為平原地區(qū)外絕緣的試驗電壓 Up乘以海拔校正因數(shù)足 Ka即： pa UKU ?而： 式中 H為安裝點的海拔高度，單位是 m。 1???? HK a（本節(jié)完） ?在不同大氣條件和海拔高度下所得出的擊穿電壓實測數(shù)據(jù)都必須換算到某種標(biāo)準條件下才能互相進行比較。 ?對 空氣密度、濕度和海拔，分別有不同的校正方法。 小 結(jié) 第五節(jié) 空氣氣隙在各種電壓下的擊 穿特性 第六節(jié) 沿面放電及房污對策 為了縮小電力設(shè)施的尺寸，總希望將氣隙長度或絕緣距離盡可能取得小一些，為此就應(yīng)采取措施來提高氣體介質(zhì)的電氣強度。從實用角度出發(fā)，要提高氣隙的擊穿電壓不外乎采用兩條途徑： ?改善氣隙中的電場分布，使之均勻； ?設(shè)法削弱和抑制氣體介質(zhì)中的電離過程。 提高氣體介質(zhì)電氣強度的方法 ?改進電極形狀以改善電場分布 ?利用空間電荷改善電場分布 ?采用屏障 ?采用高氣壓 ?采用高電氣強度氣體 ?采用高真空 改善電場分布 削弱或抑制電離過程 一、改進電極形狀以改善電場分布 電場分布越均勻，氣隙的平均擊穿場強也就越大。因此，可以通過改進電極形狀的方法來減小氣隙中的最大電場強度，以改善電場分布，提高氣隙的擊穿電壓。如： ?增大電極的曲率半徑 ?消除電極表面的毛刺 ?消除電極表面尖角 利用 屏蔽 來增大電極的曲率半徑是一種常用的方法。以電氣強度最差的 “ 棒一板 ” 氣隙為例，如果在棒極的端部加裝一只直徑適當(dāng)?shù)慕饘偾?，就能有效地提高氣隙的擊穿電壓? 圖 128表明采用不同直徑屏蔽球時的效果，例如在極間距離為 100cm時，采用一直徑為 75cm的球形屏蔽極就可使氣隙的擊穿電壓約提高 1倍。 m a UU ? 許多高壓電氣裝置的高壓出線端 (例如電力設(shè)備高壓套管導(dǎo)桿上端 )具有尖銳的形狀，往往需要加裝 屏蔽罩 來降低出線端附近空間的最大場強，提高電暈起始電壓。屏蔽罩的形狀和尺寸應(yīng)選得使其電暈起始電壓 大于裝置的最大對地工作電壓 ，即： cU 最簡單的屏蔽罩當(dāng)然是球形屏蔽極，它的半徑 R按下式選擇： 超高壓輸電線路上應(yīng)用屏蔽原理來改善電場分布以提高電暈起始電壓的實例有：超高壓線路絕緣子串上安裝的保護金具 (均壓環(huán) )、超高壓線路上采用的擴徑導(dǎo)線等。 cgEUR m a x.?式中 ：電暈放電起始場強。 cE二、利用空間電荷改善電場分布 由于極不均勻電場氣隙被擊穿前一定先出現(xiàn)電暈放電，所以在一定條件下，還可以利用放電本身所產(chǎn)生的空間電荷來調(diào)整和改善空間的電場分布，以提高氣隙的擊穿電壓。 三、采用屏障 由于氣隙中的電場分布和氣體放電的發(fā)展過程都與帶電粒子在氣隙空間的產(chǎn)生、運動和分布密切有關(guān)，所以在氣隙中放置形狀和位置合適、能阻礙帶電粒子運動和調(diào)整空間電荷分布的屏障，也是提高氣體介質(zhì)電氣強度的一種有效方法。 屏障的作用取決于它所攔住的與電暈電極同號的空間電荷，這樣就能使電暈電極與屏障之間的空間電場強度減小，從而使整個氣隙的電場分布均勻化。 屏障用絕緣材料制成，但它本身的絕緣性能無關(guān)緊要，重要的是它的密封性 (攔住帶電粒子的能力 )。它一般安裝在電暈間隙中，其表面與電力線垂直。 如圖 (129)，雖然這時屏障與另一電極之間的空間電場強度反而增大了，但其電場形狀變得更象兩塊平板電極之間的均勻電場，所以整個氣隙的電氣強度得到了提高。 有屏障氣隙的擊穿電壓與該屏障的安裝位置有很大的關(guān)系。以圖 1—30所示的 “ 棒一板 ” 氣隙為例，最有利的屏障位置在x=(1/5～ 1/6)d處，這時該氣隙的電氣強度在正極性直流時約可增加為 2～ 3倍。 但當(dāng)棒為負極性時，即使屏障放在最有利的位置，也只能略微提高氣隙的擊穿電壓 (例如20％ )，而在大多數(shù)位置上，反而使擊穿電壓有不同程度的降低。 在沖擊電壓下，屏障的作用要小一些，因為這時積聚在屏障上的空間電荷較少。 顯然，屏障在均勻或稍不均勻電場的場合就難以發(fā)揮作用了。 四、采用高氣壓 在常壓下空氣的電氣強度是比較低的，約為30kV/cm。即使采取上述各種措施來盡可能改善電場，其平均擊穿場強也不可能超越這一極限，可見常壓下空氣的電氣強度要比一般固體和液體介質(zhì)的電氣強度低得多。 如果把空氣加以壓縮，使氣壓大大超過(1atm)，那么它的電氣強度也能得到顯著的提高。這主要是因為 提高氣壓可以大大減小電子的自由行程長度 ，從而削弱和抑制了電離過程。 如能在采用高氣壓的同時，再以某些高電氣強度氣體（例如 SF6氣體）來代替空氣，那就能獲得更好的效果。 圖 1—31為不同氣壓的空氣和 SF6氣體、電瓷、變壓器油、高真空等的電氣強度比較。從圖上可以看出：2． 8MPa的壓縮空氣具有很高的擊穿電壓。 1空氣，氣壓為 5電瓷 2SF6， 6SF6, 3高真空 7空氣 , 4變壓器油 但采用高氣壓會對電氣設(shè)備外殼的密封性和機械強度提出很高的要求，往往難以實現(xiàn)。如果用SF6來代替空氣，為了達到同樣的電氣強度，只要采用 0． 7MPa左右的氣壓就夠了。 1空氣，氣壓為 5電瓷 2SF6， 6SF6, 3高真空 7空氣 , 4變壓器油 五、采用高電氣強度氣體 有一些含鹵族元素的強電負性氣體電氣強度特別高，因而可稱之為高電氣強度氣體。采用這些氣體來替換空氣，可以大大提高氣隙的擊穿電壓，甚至在空氣中混入一部分這樣的氣體也能顯著提高其電氣強度。 但僅僅滿足高電氣強度是不夠的，還必須滿足以下條件： ?液化溫度要低，這樣才能同時采用高氣壓； ?良好的化學(xué)穩(wěn)定性，出現(xiàn)放電時不易分解、不燃燒或爆炸、不產(chǎn)生有毒物質(zhì)； ?生產(chǎn)不太困難，價格不過于昂貴。 SF6同時滿足以上條件，而且還具備優(yōu)異的滅弧能力，其他有關(guān)的技術(shù) 性能 也相當(dāng)好，因此 SF6及其混合氣體在電力系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用。 六、采用高真空 采用高真空也可以減弱氣隙中的碰撞電離過程而顯著提高氣隙的擊穿電壓。 在電力設(shè)備中實際采用高真空作為絕緣媒質(zhì)的情況還不多，主要因為在各種設(shè)備的絕緣結(jié)構(gòu)中大都還要采用各種固體或液體介質(zhì)，它們在真空中都會逐漸釋出氣體，使高真空難以長期保持。 目前高真空僅在真空斷路器中得到實際應(yīng)用，真空不但絕緣性能較好，而且還具有很強的滅弧能力，所以用于配電網(wǎng)中的真空斷路器還是很合適的。 ?球形屏蔽極可以顯著改善電場分布，提高氣隙的擊穿電壓； ?在氣隙中放置形狀和位置合適、能阻擋帶電粒子運動和調(diào)整空間電荷分布的屏蔽，可明顯提高氣隙擊穿電壓； ?高氣壓和高強度氣體相結(jié)合是一種有效的氣體絕緣形式； ?高真空氣體主要用于配電網(wǎng)真空斷路器中。 （本節(jié)完） 小 結(jié) 補充 六氟化硫和氣體絕緣電氣設(shè)備 ?六氟化硫的絕緣性能 ?六氟化硫理化特性方面的若干問題 ?六氟化硫混合氣體 ?氣體絕緣電氣設(shè)備 六氟化硫 (SF6)氣體： ?20世紀 60年代開始作為絕緣媒質(zhì)和滅弧媒質(zhì)使用于某些電氣設(shè)備 (首先是斷路器 )中； ?至今已是