高電壓-氣體間隙的擊穿強(qiáng)度-資料下載頁(yè)
2025-04-30 18:19本頁(yè)面
【正文】 ，屏蔽作用減弱。 高電壓工程基礎(chǔ) 對(duì)負(fù)棒 板間隙，屏障的作用效果某些部分與正棒 板相似 ,但是有許多不同的地方，說明如下： ? 當(dāng)屏障較靠近板極處，間隙擊穿電壓反而降低。 因?yàn)闊o屏障時(shí)，負(fù)離子擴(kuò)散于空間，部分消失于電極，影響電場(chǎng)分布的主要是正離子，它削弱了前方的電場(chǎng)。但是設(shè)置屏障后，屏障上聚集大量的負(fù)離子影響了電場(chǎng)分布，加強(qiáng)了前方電場(chǎng)。因此屏障較遠(yuǎn)離棒極后，設(shè)置的屏障反而減低了間隙的擊穿電壓。 ? 當(dāng)屏障離棒極過近時(shí)，仍然具有屏障作用。 因?yàn)殡娮铀俣雀?，可以穿透屏障，從而屏障上無法聚集大量負(fù)電荷，而屏障另一邊由電離造成的正電荷被屏障阻擋，使屏障帶正電，因此屏障和板極間的電場(chǎng)被削弱，當(dāng)屏障緊靠棒極時(shí)，仍具有屏蔽效應(yīng) . 高電壓工程基礎(chǔ) 直流電壓下棒－板空氣間隙的擊穿電壓和屏障位置的關(guān)系 高電壓工程基礎(chǔ) 工頻電壓下棒－板空氣間隙的擊穿電壓和屏障位置的關(guān)系 （屏障的作用與直流電壓作用下正棒 板的情況相近） 高電壓工程基礎(chǔ) 高氣壓的采用 采用改善電場(chǎng)分布，來提高擊穿電壓的方法，其平均擊穿場(chǎng)強(qiáng)仍然 ≤均勻電場(chǎng)中大氣壓下空氣的電氣強(qiáng)度 (約30kV/cm)，這個(gè)數(shù)值并不高，可見常壓下空氣的電氣強(qiáng)度要比一般固體和液體介質(zhì)的電氣強(qiáng)度低得多。 提高氣體壓力，減小電子的平均自由行程，可以削弱氣體中的電離過程，提高擊穿電壓。 均勻電場(chǎng)中幾種絕緣介質(zhì)的擊穿電壓與距離的關(guān)系 1－ 2－ SF6 3－高真空 4－變壓器油 5－ SF6 6－大氣 高電壓工程基礎(chǔ) 采用高氣壓時(shí)，下面因素的影響應(yīng)給予注意： （ 1）電場(chǎng)均勻度的影響 在高氣壓下，電場(chǎng)均勻度對(duì)擊穿電壓的影響比在大氣壓力下顯著的多。電場(chǎng)均勻度下降，擊穿電壓降劇烈降低。 所以采用高氣壓的電氣設(shè)備應(yīng)使電場(chǎng)盡可能均勻。 （ 2）電極表面狀態(tài)的影響 在高氣壓下，氣隙的擊穿電壓與電極表面的粗糙度有很大的關(guān)系。 濕度、表面污物等因素在高氣壓下對(duì)氣隙擊穿電壓的影響比常壓下顯著。 高氣壓下，應(yīng)盡可能采用均勻電場(chǎng)，電極表面應(yīng)光潔，氣體要濾去塵埃和水分。 高電壓工程基礎(chǔ) 強(qiáng)電負(fù)性氣體的應(yīng)用 采用高氣壓方法的缺點(diǎn) : (1) 到達(dá)一定限度后，設(shè)備密封困難，成本大大提高。 (2) 提高到 10個(gè)大氣壓后，再提高氣壓，效果大大下降。 (3) 空氣中的氧在高氣壓下因擊穿時(shí)的火花可能引起絕緣材料的燃燒 。 高電壓工程基礎(chǔ) 許多含鹵族元素的強(qiáng)電負(fù)性氣體電氣強(qiáng)度特別高，因而可稱之為高電氣強(qiáng)度氣體。采用這些氣體來代替空氣，可以大大提高間隙的擊穿電壓，縮小設(shè)備尺寸，降低工作氣壓。 高電氣強(qiáng)度氣體僅僅滿足電氣強(qiáng)度高是不夠的，還必須同時(shí)滿足以下條件： ? 液化溫度要低，這樣才能同時(shí)采用高氣壓； ? 良好的化學(xué)穩(wěn)定性，出現(xiàn)放電時(shí)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(jià)格不過于昂貴。 高電壓工程基礎(chǔ) SF6同時(shí)滿足以上條件，而且還具備優(yōu)異的滅弧能力，因此 SF6及其混合氣體被廣泛用于大容量高壓斷路器、高壓充氣電纜、高壓電容器、高壓充氣套管以及全封閉組合電器中。 SF6等氣體電氣強(qiáng)度高的原因： ? 由于含有鹵族元素，氣體具有很強(qiáng)的電負(fù)性。即氣體分子容易與電子結(jié)合形成負(fù)離子，從而削弱了電子的碰撞電離能力，同時(shí)也加強(qiáng)了復(fù)合過程。 ? 氣體分子量及分子直徑較大，使電子在其中的自由行程縮短，不易積聚能量，從而減少了碰撞電離的能力。 高電壓工程基礎(chǔ) 在電弧或局部放電的高溫作用下， SF6會(huì)產(chǎn)生熱電離，變成硫和氟原子，它們可與電極材料或固體絕緣材料分解釋放出的氧氣作用，生成低氟化合物。當(dāng)氣體中有水分時(shí)，這些低氟化合物會(huì)與水發(fā)生反應(yīng)，生成腐蝕性很強(qiáng)的氫氟酸、硫酸等。 SF6氣體只適合在均勻電場(chǎng)或稍不均勻電場(chǎng)中使用。 缺點(diǎn)：價(jià)高、液化溫度不夠低，對(duì)電場(chǎng)的不均勻度太敏感。 措施：常用 SF6N2混合氣體。 高電壓工程基礎(chǔ) 高真空的采用 按氣體放電理論，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。 真空擊穿機(jī)理： 強(qiáng)場(chǎng)發(fā)射 造成很大的電流密度，導(dǎo)致電極局部過熱并釋放出氣體，發(fā)生金屬氣化，破壞了真空，故引起擊穿。 間隙距離對(duì)擊穿的影響： 規(guī)律 ：擊穿場(chǎng)強(qiáng)隨間距的增加而降低。 原因 ：隨著間隙距離及擊穿電壓的增大，電子從陰極到陽(yáng)極經(jīng)過了巨大的電位差，積聚了很大的動(dòng)能。高能電子轟擊陽(yáng)極時(shí)能使陽(yáng)極釋放出正離子及輻射出光子。正離子及光子到達(dá)陰極后又將加強(qiáng)陰極的表面電離。在此反復(fù)過程中產(chǎn)生越來越大的電子流，使電極局部氣化，導(dǎo)致?lián)舸? 擊穿電壓 擊穿場(chǎng)強(qiáng) 高電壓工程基礎(chǔ) 在完全相同的實(shí)驗(yàn)條件下， 擊穿電壓隨電極材料熔點(diǎn)的提高而增大 ，因?yàn)閺?qiáng)場(chǎng)發(fā)射電流達(dá)到臨界電流密度，致使金屬微細(xì)突起物迅速熔化成金屬蒸氣導(dǎo)致?lián)舸? 稍不均勻電場(chǎng)中高真空的直流擊穿電壓與電極材料的關(guān)系 鋅 鋁 銅 鋼 高電壓工程基礎(chǔ) 電極材料與電極溫度對(duì)高真空交流擊穿電壓的影響 對(duì)電極采取冷卻措施具有與提高電極材料熔點(diǎn)相同的效果，也可使擊穿電壓提高。 銅電極 T＝ 293K 銅電極 T＝ 80K 鋼電極 T＝ 293K 高電壓工程基礎(chǔ) 電力設(shè)備中目前還很少采用高真空作為絕緣，因?yàn)殡娏υO(shè)備的絕緣結(jié)構(gòu)中總會(huì)使用固體絕緣材料，這些固體絕緣材料會(huì)逐漸釋放出吸附的氣體，使真空無法保持。 目前高真空僅在真空斷路器中得到實(shí)際應(yīng)用。真空不但絕緣性能較好，而且還具有很強(qiáng)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。 高電壓工程基礎(chǔ) 小 結(jié)： ? 球形屏蔽極可以顯著改善電場(chǎng)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(yùn)動(dòng)和調(diào)整空間電荷分布的屏障，可明顯提高氣隙擊穿電壓； ? 高氣壓和高電氣強(qiáng)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。 謝謝大家！
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