【正文】 ； ? 當(dāng)棒為負(fù)極性 ? 屏障離棒極很近時(shí)，有一定的屏障效果； ? 屏障離開棒電極一定距離，設(shè)置屏障反而降低間隙的擊穿電壓 11()56xd?? 工頻電壓下屏障的作用 ? 設(shè)置屏障可以顯著提高間隙的擊穿電壓。 ? 雷電沖擊電壓下屏障的作用 ? 棒電極具有正極性時(shí)，設(shè)置屏障可顯著提高間隙的擊穿電壓 ? 棒極性為負(fù)時(shí)設(shè)置屏障后，間隙的擊穿電壓和沒有屏障時(shí)相差不多 在沖擊電壓下 ， 屏障的作用要小一些 ， 因?yàn)檫@時(shí)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 。 ? 高氣壓的采用 采用改善電場分布，來提高擊穿電壓的方法，其平均擊穿場強(qiáng)仍然 ≤均勻電場中大氣壓下空氣的電氣強(qiáng)度 (約30kV/cm)，這個數(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 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(qiáng)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(jī)械強(qiáng)度提出 很高的要求 ， 往往難以實(shí)現(xiàn) 。如果用 SF6來代替空氣 ，為了達(dá)到同樣的電氣強(qiáng)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 采用高氣壓時(shí)，下面因素的影響應(yīng)給予注意： （ 1）電場均勻度的影響 在高氣壓下，電場均勻度對擊穿電壓的影響比在大氣壓力下顯著的多。電場均勻度下降，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，電極表面應(yīng)光潔，氣體要濾去塵埃和水分。 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 。 ? 強(qiáng)電負(fù)性氣體的應(yīng)用 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。 在電弧或局部放電的高溫作用下， SF6會產(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或稍不均勻電場中使用 。 缺點(diǎn)：價(jià)高、液化溫度不夠低，對電場的不均勻度太敏感。 措施：常用 SF6N2混合氣體。 ? 高真空的采用 擊穿電壓 擊穿場強(qiáng) 間隙距離對擊穿的影響： 規(guī)律： 擊穿場強(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，電子從陰極到陽極經(jīng)過了巨大的電位差，積聚了很大的動能。高能電子轟擊陽極時(shí)能使陽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? 擊穿機(jī)理： 強(qiáng)場發(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。 ? 采用高度真空可以提高氣隙的擊穿電壓的原因： 削弱間隙中的碰撞電離過程 ，從而顯著增高間隙的擊穿電壓。 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? 稍不均勻電場中高真空的直流擊穿電壓與電極材料的關(guān)系 鋅 鋁 銅 鋼 電極材料與電極溫度對高真空交流擊穿電壓的影響 對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 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)中總會使用固體絕緣材料，這些固體絕緣材料會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。 真空斷路器 小 結(jié)： ? 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(yùn)動和調(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。 ?小結(jié) 純空氣隙擊穿理論 與 電場均勻度 有關(guān) 均勻電場 湯遜理論 流注理論 內(nèi)容： α過程＋ γ過程 自持放電條件： γ(eαd－ 1) ≥1 適用范圍： 低氣壓、短氣隙 內(nèi)容： 電子崩 ＋流注過程 自持放電條件： eαd＝ 常數(shù)（ 108） 適用范圍： 高氣壓、長氣隙 不均勻電場 電暈放電： 極不均勻電場特有的自持放 電現(xiàn)象 極性效應(yīng) 正棒 — 負(fù)板 電暈起始電壓高 間隙擊穿電壓低 負(fù)棒 — 正板 電暈起始電壓低 間隙擊穿電壓高 純空氣隙擊穿理論 與 電壓類型 有關(guān) 靜態(tài)擊穿電壓（直流、工頻） 放電時(shí)間足夠，擊穿電壓有確定值 標(biāo)準(zhǔn)波形 U50%： 擊穿百分比為 50%的擊穿電壓 vt特性： 氣隙的沖擊擊穿電壓與放電 時(shí)間的關(guān)系。用于絕緣配合 雷電沖擊擊穿電壓 特點(diǎn) 非周期性雙指數(shù)衰減波 衰減震蕩操作沖擊波 飽和現(xiàn)象： 增大氣隙的長度，不 能提高其擊穿電壓。 波形 U形曲線： 一定波前時(shí)間內(nèi) ， U50%比工頻擊穿電壓低 操作沖擊擊穿電壓 標(biāo)準(zhǔn)波形 ?小結(jié) 純空氣隙擊穿理論 與 氣體狀態(tài) 有關(guān) 空氣密度 相對密度 空氣濕度 影響： 氣隙的擊穿電壓隨 δ的增高而提高 影響： 濕度越大，氣隙的擊穿電壓增高 校正 海拔高度 空氣 SF6 物理化學(xué)： 無色、無味，化學(xué)性能穩(wěn)定，電負(fù)性 絕緣特性： 擊穿電壓是空氣的 ，滅弧性能大約是空氣的 100倍 混合氣體： 較好保持純 SF6的絕緣性能；更好的物理化學(xué)特性 (液化溫度低 )。能取得很大的經(jīng)濟(jì)效益 氣體絕緣電氣設(shè)備： 封閉式絕緣組合電器、氣體 絕緣變壓器、氣體絕緣管道輸電線 校正： U ≈δU0 影響： 海拔高度越大，氣隙的擊穿電壓越低 校正 ： U = Ka Up 與 氣體種類 有關(guān) 411 . 1 1 0aK H ?? ???小結(jié) 00273 2 . 8 92 7 3 2 7 3P T t PPP T t P t? ?? ? ? ???nbsb UU H?提高氣體介質(zhì)電氣強(qiáng)度的方法 改善電場分布 改進(jìn)電極形狀 使電場分布更加均勻 利用放電產(chǎn)生的空間電荷改善電場分布，使電場均勻度提高 采用高氣壓 減小電子平均自由行程，削弱電離過程 積聚空間電荷，改善電場分布 利用空間電荷畸變電場 利用屏障 削弱氣體電離過程 采用高電氣強(qiáng)度氣體 削弱間隙中的碰撞電離過程 采用高真空 鹵族元素：很強(qiáng)的電負(fù)性；分子直徑大，電子自由行程短；易發(fā)生極化現(xiàn)象 ?小結(jié)