高电压第3章气体介质的电气强度.ppt

《高电压第3章气体介质的电气强度.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高电压第3章气体介质的电气强度.ppt（93页珍藏版）》请在三一办公上搜索。

1、,第3章 气体间隙的击穿强度,第3章 气体间隙的击穿强度,选择架空输电线路和变电所的各种空气间距值时,确定电力设备外绝缘的尺寸和安装条件时,设计气体绝缘组合电器的内绝缘结构时,工程实践中，常常会遇到必须对气体介质的电气强度作出定量估计的情况，如：,气体放电的发展过程比较复杂、影响因素很多，因而要想用理论计算的方法来求取各种气隙的击穿电压是相当困难和不可靠的。掌握气体介质的电气强度及其各种影响因素,了解提高气体介质电气强度的途径和措施非常重要。,通常都采用实验的方法来求取某些典型电极所构成的气隙的击穿特性，以满足工程实用的需要。典型电极如：“棒一板”电极“棒一棒”电极“球一球”电极 同轴圆筒电极

2、,气体电气强度取决于：,电场形式 均匀或稍不均匀电场中，气体击穿场强为30kV/cm,极不均匀电场，先出现电晕,所加电压的类型,工频交流电压,直流电压,雷电过电压,操作过电压,第3章 气体间隙的击穿强度,操作冲击下的击穿,雷电冲击电压下的击穿,稳态电压下的击穿,大气密度和湿度对击穿的影响,SF6气体间隙下的击穿,提高气隙击穿电压的措施,3.1 稳态电压下的击穿特性,均匀电场的击穿特性 稍不均匀电场气隙的击穿特性 球间隙 同轴圆筒极不均匀电场气隙的击,一、均匀电场中的击穿,如果平板间距很大，则为了消除电极边缘效应，必须将电极的尺寸选得很大，这是不现实的。因此工程中一般极间距离（d）不大。,均匀电

3、场只有一种，那就是消除了电极边缘效应的平板电极之间的电场。,均匀电场：两个电极形状完全相同且对称布置，因而不存在极性效应。均匀电场中各处的电场强度均相等，击穿所需的时间极短 在直流、工频和冲击电压作用下的击穿电压实际上都相同 击穿电压的分散性很小，伏秒特性很快就变平，冲击系数1,图3-1为实验所得到的均匀电场空气间隙击穿电压特性。它也可用下页的经验公式来表示：,图3-1 均匀电场中空气间隙的击穿电压峰值Ub随间距d的变化,kV,-击穿电压峰值,kV-极间距离-空气相对密度,上式完全符合巴申定律，因为它也可改写成：,由上式或图3-1可知，随着极间距离d的增大，击穿场强Eb稍有下降，在d=110c

4、m的范围内，其击穿场强约为30kV/cm。,相应的平均击穿场强：,(kV/cm),1、球间隙当两球对称布置，测量对地对称的直流电压时，无极性效应，冲击击穿电压与工频击穿电压及直流击穿电压相等。若球间距离d，球极直径为D dD/4 d D/2时，不均匀度增大，大地影响加大，即不接地的球为正极性时击穿电压较负极性时略高（参见小节），而工频交流电压作用下击穿电压的峰值则与负极性时相同。一般取d D/2范围内工作，若d D/2.则因放电分散性增大，不能保证测量的精度,二、稍不均匀电场中的击穿,图3-2 球间隙中一球接地时的电场分布(a)球水平放置(b)球垂直放置,图3-3 一球接地时球隙测压器的击穿电

5、压 Ub与间距d的关系,2、同轴圆筒,外筒内半径R=10cm，改变内筒外半径r之值，气隙起始电晕电压Uc和击穿电压Ub随内筒外直径r变化规律如图所示。,即r/R0.1时，间隙属稍不均匀电场范畴，击穿前不出现电晕 当r/R 0.33时击穿电压出现极大值上述电气设备在绝缘设计时宜尽量将r/R选取在0.250.4的范围内,图3-4 空气中同轴圆柱电极的电晕起始电压Uc及击穿电压Ub与内电极半径r的关系(内电极为负极性),稍不均匀场间隙中击穿电压Ub 的表达式为:,式中 Em击穿时间隙中的最大场强；d间隙距离；f间隙的电场不均匀系数。由式可见，d过小或 f过大都会使Ub下降。,3、其他形状的电极布置,

6、球状电极的电场不均匀系数大于相同半径的圆柱电极；间隙距离增大时，电场不均匀系数也增大。,“棒棒”气隙：完全对称性“棒板”气隙：最大不对称性,其它类型不均匀电场气隙击穿特性介于这两种之间。,.直流、工频及冲击击穿电压间的差别比较明显，分散性较大，且极性效应显著.对于实际工程中遇到的各种极不均匀电场气隙来说，均可按其电极的对称程度分别选用“棒-棒”或“棒-板”两种典型气隙的击穿特性曲线来估计其电气强度。,在各种各样的极不均匀电场气隙中：,三、极不均匀电场中的击穿,一、直流电压,“棒棒”和“棒板”击穿特性见图3-6。,可以看出：“棒板”负极性击穿电压大大高于正极性击穿电压，而尖尖电极则介于两者之间。

7、棒板间隙：棒具有正极性时，平均击穿场强约为4.5kV/cm；棒具有负极性时约为l0kV/cm棒棒间隙的平均击穿场强约为5.4kV/cm,图3-6 空气中尖板和尖尖电极的直流击穿电压与间距的关系,升压方式：电压慢电压慢慢升高，直至发生击穿。升压的速率一般控制在每秒升高预期击穿电压值的3。“棒-棒”气隙的工频击穿电压要比“棒-板”气隙高一些，因为相对而言，“棒-棒”气隙的电场要比“棒-板”气隙稍为均匀一些。,二、工频交流电压,可以看出，在气隙长度d不超过1m时，“棒-棒”与“棒-板”气隙的工频击穿电压几乎一样，但在d进一步增大后，二者的差别就变得越来越大了。工频电压下棒板电极击穿总是发生在棒为正极

8、性的半周，其击穿电压的峰值与正直流电压下棒板电极的击穿电压相近。,当d50crn时，棒棒间隙的平均击穿场强Eb约为3.8kV/cm(有效值)或5.36kV/cm(峰值)；棒板间隙，约为3.35kV/cm(有效值)或4.8kV/cm（峰值）。,图3-7 棒棒和棒板空气间隙的工频击穿电压（有效值）与间距的关系,1.在电力系统中一方面应采取措施限制大气过电压，另一方面应保证高压电气设备能耐受一定水平的雷电过电压。2.雷电过电压是一种持续时间极短的脉冲电压，在这种电压作用下绝缘的击穿具有与稳态电压下击穿不同的特点 3.操作冲击电压是模拟电力系统中操作过电压的。操作冲击电压的持续时间比雷电冲击电压要长。

9、,3.2 雷电冲击电压下的击穿,标准雷电冲击电压如下图所示：T1视在波前时间；T2视在半峰值时间；Um冲击电压峰值,国际电工委员会(IEC)和我国国家标准规定为：T1=1.2s 30%；T2=50s20%，通常写成1.2/50s。,一、冲击电压的标准波形,图3-8 标准雷电冲击电压波形T1波前时间 T2半峰值时间 Umax冲击电压峰值,二、标准操作冲击电压波,用来等效模拟电力系统中操作过电压波，一般也用非周期性双指数波。波前时间Tcr=250s20%；半峰值时间T2=2500s60%。可写成250/2500s冲击波。,Tcr波前时间；T2半峰值时间；Um冲击电压峰值,三、放电时延,足够大的电场

10、强度或足够高的电压 在气隙中存在能引起电子崩并导致流注和主放电的有效电子 需要有一定的时间，让放电得以逐步发展并完成击穿,完成气隙击穿的三个必备条件：,完成击穿所需放电时间是很短的（微秒级）：直流电压、工频交流等持续作用的电压，满足上述三个条件不成问题；当所加电压变化速度很快、作用时间很短的冲击电压，因有效作用时间短，以微秒计，此时放电时间就变成一个重要因素。,放电时间的组成：,总放电时间 td=t1+ts+tf 后面两个分量之和称为放电时延 t=ts+tf,图3-9 冲击击穿所需时间的示意图,t1气隙在持续电压下的击穿电压为U0，为所加电压从0上升到U0的时间；ts从外施电压达Uo的时刻起，

11、到出现一个能引起击穿的初始电子崩所需的第一个有效自由电子所需的时间，称之为统计时延；tf从出现第一个有效自由电子的时刻起，到放电过程完成所需的时间，也就是电子崩的形成和发展到流注等所需的时间，称为放电形成时延.,图3-9 冲击击穿所需时间的示意图,放电时间td和放电时延t的长短都与所加电压的幅值U有关，总的趋势是U越高，放电过程发展的越快，td和t越短。,td和t都具有统计性,四、50冲击击穿电压（U50%）及冲击系数,1.在工程实际中广泛采用击穿百分比为50时的电压（U50%）来表征气隙的冲击击穿特性。2.50%放电电压，即多次施加电压时有半数会导致击穿的电压值Ub50 实际中，施加10次电

12、压中有4-6次击穿了，这一电压即可认为是50冲击击穿电压。,由于放电时延服从统计规律，因此冲击击穿电压具有一定的分散性。一般的规律是，放电时延越长，则冲击击穿电压的分散性越大，也就是说低概率击穿电压与100%击穿电压的差别越大。,UboUb503,U50%与Uss静态击穿电压的比值称为冲击系数,均匀和稍不均匀电场下，放电时延短，击穿的分散性小，冲击击穿通常发生在波峰附近:1;极不均匀电场中,冲击击穿电压的分散性也较大，放电时延长，冲击击穿常发生在波尾部分:1。,五、伏-秒特性,冲击击穿特性最好用电压和时间两个参量来表示，这种在“电压时间”坐标平面上形成的曲线，通常称为伏秒特性曲线，它表示该气隙

13、的冲击击穿电压与放电时间（电压作用时间)的关系。如图所示：,图3-12 确定间隙伏秒特性的方法,一、伏秒特性曲线的制作,保持一定的冲击电压波形不变，而逐级升高电压，以电压为纵坐标，时间为横坐标电压较低时，击穿一般发生在波尾，取该电压的峰值与击穿时刻，得到相应的点电压较高时，击穿一般发生在波头，取击穿时刻的电压值及该时刻，得到相应的点,图3-12 确定间隙伏秒特性的方法,实际的伏秒特性曲线如下图所示，是一个以上、下包线为界的带状区域。通常取50伏秒特性或平均伏秒特性曲线来表征一个气隙的冲击击穿特性。,1-U0%2-U100%3-U50%,图3-13 空气间隙冲击伏秒特性示意图,二、伏秒特性的用途

14、,间隙伏秒特性的形状决定于电极间电场分布伏秒特性对于比较不同设备绝缘的冲击击穿特性具有重要意义 伏秒特性比50击穿电压提供了更完整的击穿特性数据，因而在绝缘配合中伏秒特性具有重要意义,图3-14 电气设备的绝缘伏秒特性的正确配合（a）与不正确配合（b）1绝缘的伏秒特性 2避雷器的伏秒特性,小 结,（本节完）,放电时间的组成为：tb=t1+ts+tf 冲击电压波形的标准化 标准雷电冲击电压波 标准雷电截波 标准操作冲击电压波 冲击电压下气隙的击穿特性 采用击穿百分比为50时的电压来表征气隙的冲击击穿特性；伏秒特性表征气隙的冲击击穿电压与放电时间的关系。,电力系统在操作或发生事故时，因状态发生突然

15、变化引起电感和电容回路的振荡产生过电压，称为操作过电压，操作过电压峰值有时可高达最大相电压的3-3.5倍 额定电压超过220kV的超高压输电系统，应按操作过电压下的电气特性进行绝缘设计 超高压电力设备（330kV）也应采用操作冲击电压来进行高压试验,四、操作冲击电压 下的击穿,我国采用如图所示的250/2500us标准操作冲击波形。,在一定的波前时间范围内，U50 甚至会比工频击穿电压低，呈现出“形曲线”对应于极小值的波前时间随着间隙距离加大而增加放电时延和空间电荷(形成及迁移)这两类不同因素的影响所造成的,一、操作冲击电压下击穿的U型曲线,图3-15 3m空气间隙的平均击穿场强与操作冲击的波

16、前时间的关系1棒棒（一极接地）2导线板间隙 3工频击穿场强,二、长间隙在操作冲击电压下的击穿强度,极不均匀电场长气隙的操作冲击击穿特性具有“饱和特征”，而其雷电冲击击穿特性却是线性的，远比操作冲击下高；间隙距离越大，则最小击穿电压与标准操作冲击波下的击穿电压的差别越大。当间隙长度达25m时，操作冲击下的最低击穿强度仅约lkV/cm 这对特高压输电技术来说，是一个极其不利的制约因素,图3-16 空气中棒板间隙在正极性雷电冲击和操作冲击波下的击穿电压11.2/50s波 2250/2500s 波 3最小击穿电压,50击穿电压极小值的经验公式 式中 d 间隙距离，m上式对于1 20m的长间隙和试验结果

17、很好地符合,1.前面介绍的不同气隙在各种电压下的击穿特性均对应于标准大气条件和正常海拔高度。,2.由于大气的压力、温度、湿度等条件都会影响空气的密度、电子自由行程长度、碰撞电离及附着过程，所以也必然会影响气隙的击穿电压。,3.海拔高度的影响亦与此类似，因为随着海拔高度的增加，空气的压力和密度均下降。,3.4 大气密度和湿度对击穿的影响,气隙的击穿电压随大气密度或湿度的增加而升高 原因：大气密度升高而击穿电压升高：随着空气密度的增大，气体中自由电子的平均自由程缩短了，不易造成撞击电离。湿度的增加而击穿电压升高：水蒸汽是电负性气体，易俘获自由电子形成负离子，使自由电子的数量减少，阻碍了电离的发展。

18、（极不均匀电场）,压力：p0=101.3kPa(760mmHg)；,温度：t0=20摄氏度或T0=293K；,绝对湿度：hc=11g/m3。,国标规定的大气条件：,正由于此，在不同大气条件和海拔高度下所得出的击穿电压实测数据都必须换算到某种标准条件下才能互相进行比较。,上式不仅适用于气隙的击穿电压，也适用于外绝缘的沿面闪络电压。,：空气密度校正因数：湿度校正因数,实验条件下的气隙击穿电压 与标准大气条件下的击穿电压 之间关系：,一、大气校正因数,在进行高压试验时，也往往要根据实际试验时的大气条件，将试验标准中规定的标准大气条件下的试验电压值换算得出实际应加的试验电压值。,下面分别讨论各个校正因

19、数的取值：,1、对空气密度的校正,空气密度校正系数K1取决于相对空气密度，其表达式如下：,式中指数m与电极形状、气隙长度、电压类型及其极性有关。,在极不均匀电场中，湿度的影响很明显，这时可以用下面的湿度校正因数来加以修正：,K取决于试验电压的类型并为绝对湿度h与相对空气密度的比率h/的函数。为实用起见，可采用图3-17的曲线来近似求取。指数m和W仍在研究中，其近似值在图3-18中给出,2、对湿度的校正,3.指数m和W,我国幅员辽阔，有不少电力设施(特别是输电线路)位于高海拔地区。随着海拔高度的增大，空气变得逐渐稀薄，大气压力和相对密度减小，使空气密度减小，因而空气的电气强度也将降低。,海拔高度

20、对外绝缘的放电电压的影响可利用一些经验公式估计求得。,二、海拔的影响,我国国家标准GB311.1-1997规定：对于拟用在海拔高于1000m、但不超过4000m处的电力设施外绝缘及干式变压器的绝缘，在非高海拔地区进行试验时，其试验电压U应为标准状态下的试验电压Us乘以海拔校正因数足KA即：,六氟化硫(SF6)气体：20世纪60年代开始作为绝缘媒质和灭弧媒质使用于某些电气设备(首先是断路器)中；至今已是除空气外应用最广泛的气体介质。,3.4 六氟化硫(SF6)气体间隙中的击穿,SF6的电气强度约为空气的2.5倍，灭弧能力更高达空气的100倍以上，所以在超高压和特高压的范畴内，它已完全取代绝缘油和

21、压缩空气而成为唯一的断路器灭弧媒质。,1.目前SF6不但应用于单一电力设备，如：SF6断路器、气体绝缘变压器等。2.也被广泛采用于将多种变电设备集于一体并密闭充SF6气体的容器之内的封闭式气体绝缘组合电器（GIS）和充气管输电线等装置中。3.SF6气体绝缘可使电气设备减小占地面积和体积，例如500kV 的GIS体积只有敞开式配电装置的1/50左右。另一方面，SF6气体绝缘与变压器油相比则有防火、防爆的优点。,气体绝缘电气设备（一）封闭式气体绝缘组合电器（GIS）GIS由断路器、隔离开关、接地刀闸、互感器、避雷器、母线、连线和出线终端等部件组合而成，全部封闭在SF6金属外壳中。与传统的敞开式配电

22、装置相比，GIS具有下列突出优点：,（1）大大节省占地面积和空间体积：额定电压越高，节省得越多。,（2）运行安全可靠：GIS的金属外壳是接地的，即可防止运行人员触及带电导体，又可使设备运行不受污秽、雨雪、雾露等不利的环境条件的影响。（3）有利于环境保护，使运行人员不受电场和磁场的影响。（4）安装工作量小、检修周期长,(1)电容量小：GIC的电容量大约只有充油电缆的1/4 左右，因此其充电电流小、临界传输距离长。,(2)损耗小：常规充油电缆常因电介质损耗较大而难以用于特高压，而GIC的绝缘主要是气体介质，其介质损耗可忽略不计，已研制成特高压等级的产品。,（二）气体绝缘管道输电线 气体绝缘管道输电

23、线亦可称为气体绝缘电缆（GIC)，它与充油电缆相比具有下列优点：,(3)传输容量大：常规电缆由于制造工艺等方面的原因，其缆芯截面一般不超过2000mm2，而GIC则无此限制，所以GIC的传输容量要比充油电缆大，而且电压等级越高，这一优点越明显。,(4)能用于大落差场合。,(三)气体绝缘变压器,气体绝缘变压器（GIT）与传统的油浸式变压器相比有以下优点：,（1）GIT是防火防爆型变压器，特别适用于城市高层建筑的供电和用于地下矿井等有防火防爆要求的场合。,（2）气体传递振动的能力比液体小，所以GIT的噪声小于油浸变压器。,（3）气体介质不会老化，简化了维护工作。,除了以上所介绍的气体绝缘电气设备外

24、，SF6气体还日益广泛应用到一些其他电气设备中，诸如：气体绝缘开关柜 环网供电单元 中性点接地电阻器 中性点接地电容器 移相电容器 标准电容等,一、SF6的绝缘性能,SF6具有较高的电气强度，主要是因为其具有很强的电负性，容易俘获自由电子而形成负离子(电子附着过程)，电子变成负离子后,其引起碰撞电离的能力就变得很弱，因而削弱了放电发展过程。,与均匀电场中的击穿电压相比，SF6在极不均匀电场中击穿电压下降的程度比空气要大得多。SF6 优异的绝缘性能只有在电场比较均匀的场合才能得到充分的发挥。,电场的不均匀程度对SF6电气强度影响远比对空气的大,在设计以 SF6 气体作为绝缘的各种电气设备时，应尽

25、可能使气隙中的电场均匀化，采用屏蔽等措施以消除一切尖角处的极不均匀电场，使 SF6 优异的绝缘性能得到充分的利用。,(一)均匀和稍不均匀电场中SF6的击穿,SF6电负性气体中的碰撞电离和放电过程时，除了考虑第一章中所说的 过程外，还应计及电子附着过程，它可用一个与电子碰撞电离系数 的定义相似的电子附着系数 来表示，的定义是一个电子沿电场方向运动1cm的行程中所发生的电子附着次数平均值。可见在电负性气体中的有效碰撞电离系数 应为：,参照式2-11，可写出均匀电场中的电子崩增长规律：,应注意：在一般气体中，正离子数等于新增的电子数；而在电负性气体中，正离子数等于新增的电子数与负离子数之和。所以在汤

26、逊理论中不能将式(218)中的 简单地用(-)来代替而得出电负性气体的自持放电条件。,式中：n0-阴极表面处的初始电子数；na-到达阳极时的电子数,由于强电负性气体在实用中所处条件均属于流注放电的范畴可参照式(124)写出均匀电场中电负性气体的流注自持放电条件为：,实验研究证明：对于SF6气体，常数K=10.5，相应的击穿电压为：,(317),在工程应用中，通常pd1MPa mm，所以上式可近似地写成：,气体绝缘电气设备中最常见的是稍不均匀电场气隙，例如同轴圆筒间的气隙。,式(317)和式(318)均表明，在均匀电场中SF6气体的击穿也遵循巴申定律。它在0.1MPa(1atm)下的击穿场强，几

27、乎是空气的3倍。,图3-21给出R/r=1.67406的同轴圆筒中SF6的击穿场强Eb与气压p的关系曲线，由图中可见击穿场强并不与气压成正比，而是增加得少一些。,图3-21 同轴圆柱电极中SF6气体的击穿场强与气压的关系（t20）试验点：1工频电压1min（峰值）2-190/3600s操作冲击波 3-1.2/500s雷电冲击波,在稍不均匀电场中，极性对于气隙击穿电压的影响与极不均匀电场中的情况是相反的，此时负极性下的击穿电压反而比正极性时低10左右。冲击系数很小，雷电冲击时约为1.25，操作冲击时更小，只有1.051.1。,(二)极不均匀电场中SF6的击穿,在极不均匀电场中，SF6气体的击穿有

28、异常现象，主要表现在以下两个方面：,如图所示，首先是工频击穿电压随气压的变化曲线存在“驼峰”；,图3-23 正棒板间隙的棒电极端部曲率半径r变化时SF6的直流电晕起始电压Uc和击穿电压Ub随气压p的变化,其次是驼峰区段内的雷电冲击击穿电压明显低于静态击穿电压，其冲击系数可低至06左右，如图324所示。,图3-24 30mm尖球间隙中SF6的交流击穿电压（峰值）与正冲击击穿电压的比较（锥尖端部曲率半径为1mm，球半径为50mm）,虽然驼峰曲线在压缩空气中一般要在气压高达1MPa左右才开始出现，而在SF6气体中，驼峰常出现在0.10.2MPa的气压下，即在工作气压以下。因此，在进行绝缘设计时应尽可

29、能设法避免极不均匀电场的情况。,极不均匀电场中SF6气体击穿的异常现象与空间电荷的运动有关。空间电荷对棒极的屏蔽作用会使击穿电压提高，但在雷电冲击电压的作用下，空间电荷来不及移动到有利的位置，故其击穿电压低于静态击穿电压；气压提高时空间电荷扩散得较慢，因此在气压超过0.10.2MPa时，屏蔽作用减弱，工频击穿电压会下降。,图3-23 正棒板间隙的棒电极端部曲率半径r变化时SF6的直流电晕起始电压Uc和击穿电压Ub随气压p的变化,（三）影响击穿场强的其它因素,气体绝缘电气设备的设计场强值远低于理论击穿场强，这是因为有许多影响因素会使它的击穿场强下降。此处仅介绍其中两种主要影响因素，即电极表面缺陷

30、和导电微粒。,1.电极表面缺陷,图325表示电极表面粗糙度Ra对SF6，气体电气强度Eb的影响。,图3-25 SF6中电极表面粗糙度系数与电极表面粗糙度R的关系图中气压值：10.05MPa 20.1MPa 30.15MPa 40.25MPa 50.4MPa,可以看出：GIS的工作气压越高，则Ra对Eb的影响越大，因而对电极表面加工的技术要求也越高。,原因：电极表面粗糙度大时，表面突起处的局部电场强度要比气隙的平均电场强度大得多，因而可在宏观上平均场强尚未达到临界值时就诱发击穿。,除了表面粗糙度外，电极表面还会有其它零星的随机缺陷，电极表面积越大，这类缺陷出现的概率也越大。所以电极表面积越大，S

31、F6气体的击穿场强越低，这一现象被称为“面积效应”。,2.导电微粒,设备中的导电微粒有两大类，即固定微粒和自由微粒，前者的作用与电极表面缺陷相似，而后者因会在极间跳动而对SF6气体的绝缘性能产生更大的不利影响。,对策：设置微粒陷阱、电极“老练”,二、六氟化硫理化特性方面的若干问题,气体要作为绝缘媒质应用于工程实际，不但应具有高电气强度，而且还要具备良好的理化特性。SF6气体是唯一获得广泛应用的强电负性气体的原因即在于此。SF6气体实际应用中的理化特性介绍：,(一）液化问题,现代SF6高压断路器的气压在0.7MPa左右，而GIS中除断路器外其余部分的充气压力一般不超过0.45MPa。如果20 C

32、时的充气压力为075MPa(相当于断路器中常用的工作气压），则对应的液化温度约为-25 C，如果20 C时的充气压力为0.45MPa，则对应的液化温度为-40 C，可见一般不存在液化问题，只有在高寒地区才需要对断路器采用加热措施，或采用SF6-N2混合气体来降低液化温度。,(二）毒性分解物,纯净的SF6气体是无毒惰性气体，180摄氏度以下时它与电气设备中材料的相容性与氮气相似。但SF6的分解物有毒，并对材料有腐蚀作用，因此必须采取措施以保证人身和设备的安全。,使SF6气体分解的原因：电子碰撞、热和光辐射.,在电气设备中引起分解的原因主要是前两种，它们均因放电而出现。大功率电弧（断路器触头间的电

33、弧或GIS等设备内部的故障电弧）的高温会引起SF6气体的迅速分解，而火花放电、电晕或局部放电也会引起SF6气体的分解。,吸附分解物和吸附水分,常用的吸附剂有：,活性氧化铝和分子筛,通常吸附剂的放置量不小于SF6气体重量的10%.,针对SF6气体毒性分解物的措施：通常采用吸附剂.吸附剂主要有两方面作用：,控制气体含水量的措施：避免在高湿度气体条件下进行装配工作；安装前所有部件都要经过干燥处理；保证良好的密封，否则会使设备内的SF6气体泄漏到大气中去，而大气中的水气也会渗入设备内。,(三）含水量,水分是SF6气体中危害最大的杂质，因为：,水分会影响气体的分解物,与HF形成氢氟酸，引起材料的腐蚀与导

34、致机械故障,低温时引起固体介质表面凝露，使闪络电压急剧降低,三、六氟化硫混合气体,SF6气体价格较高,液化温度不够低,对电气不均匀度太敏感,目前国内外都在研究SF6混合气体，以期在某些场合用SF6混合气体来代替SF6气体,目前已获工业应用的是SF6-N2混合气体，主要用作高寒地区断路器的绝缘媒质和灭弧材料，采用的混合比通常为50%：50%或60%：40%。,为了缩小电力设施的尺寸，总希望将气隙长度或绝缘距离尽可能取得小一些，为此就应采取措施来提高气体介质的电气强度。从实用角度出发，要提高气隙的击穿电压不外乎采用两条途径：,改善气隙中的电场分布，使之均匀；,设法削弱和抑制气体介质中的电离过程。,

35、3.6 提高气体介质电气强度的方法,(一）改进电极形状以改善电场分布,增大电极曲率半径 减小表面场强。如变压器套管端部加球形屏蔽罩；采用扩径导线等改善电极边缘 电极边缘做成弧形；尽量使其与某等位面相近使电极具有最佳外形 如穿墙高压引线上加金属扁球；墒洞边缘做成近似垂接线旋转体,3.6.1 改善电场分布的措施,图3-30 长空气间隙的交流击穿电压1棒板 2棒棒 3导线杆塔支柱 4导线导线,（二）利用空间电荷畸变电场的作用,极不均匀电场中击穿前发生电晕放电，利用放电产生的空间电荷改善电场分布，提高击穿电压 直径D20mm及16mm时，击穿电压曲线的直线部分和尖一板间隙相近导线直径减为3mm以至0.

36、5mm时，击穿电压曲线的直线部分陡度大为增加，曲线逐渐与均匀电场中的相近“细线效应”,图 导线板电极的空气间隙击穿电压（有效值）与间隙距离的关系1导线直径 D=0.5mm 2D=3mm 3D=16mm 4D=20mm虚线尖-板电极间隙 点划线均匀场间隙,（三）极不均匀电场中屏障的采用,在电场极不均匀的空气间隙中，放入薄片固体绝缘材料（例如纸或纸板），在一定条件下，可以显著提高间隙的击穿电压 原理是屏障积聚空间电荷，改善电场分布 随着屏障位置不同，击穿电压发生了很大的变化，尖电极的极性不同，屏障的影响也有别,尖电极为正极性 屏障离尖电极过近，屏障效应将随之而减弱 尖电极为负极性 屏障离开尖电极一

37、定距离，设置屏障反而将降低间隙的击穿电压 屏障离尖电极过近，仍有相当的屏降效应,图3-31 直流电压下尖板空气间隙的击穿电压和屏障位置的关系,工频电压下屏障的作用 设置屏障可以显著提高间隙的击穿电压。雷电冲击电压下屏障的作用尖电极具有正极性时，设置屏障可显著提高间隙的击穿电压负极性时设置屏障后，间隙的击穿电压和没有屏障时相差不多,、削弱电离过程的措施,在常压下空气的电气强度是比较低的，约为30kV/cm。即使采取上述各种措施来尽可能改善电场，其平均击穿场强也不可能超越这一极限，常压下空气的电气强度要比一般固体和液体介质的电气强度低得多。,（一）高气压的采用,如果把空气加以压缩，使气压大大超过0

38、.1MPa(1atm)，那么它的电气强度也能得到显著的提高。这主要是因为提高气压可以大大减小电子的自由行程长度，从而削弱和抑制了电离过程。,如能在采用高气压的同时，再以某些高电气强度气体（例如SF6气体）来代替空气，那就能获得更好的效果。,1.图333为不同气压的空气和SF6气体、电瓷、变压器油、高真空等的电气强度比较。从图上可以看出：28MPa 的压缩空气具有很高的击穿电压。2.但采用高气压会对电气设备外壳的密封性和机械强度提出很高的要求，往往难以实现。如果用SF6来代替空气，为了达到同样的电气强度，只要采用07MPa左右的气压就够了。,1-空气，气压为2.8MPa 5-SF6,0.1Mpa

39、 2-SF6，0.7Mpa 6-空气,0.1Mpa 3-高真空4-变压器油,有一些含卤族元素的强电负性气体电气强度特别高，因而可称之为高电气强度气体。采用这些气体来替换空气，可以大大提高气隙的击穿电压，甚至在空气中混入一部分这样的气体也能显著提高其电气强度。,（二）强电负性气体的应用,但仅仅满足高电气强度是不够的，还必须满足以下条件：,液化温度要低，这样才能同时采用高气压；良好的化学稳定性，出现放电时不易分解、不燃烧或爆炸、不产生有毒物质；,生产不太困难，价格不过于昂贵。,1.含卤族元素的气体化合物，如六氟化硫（SF6）、氟利昂（CCl2F2）等，其电气强度比空气的要高很多。称为高电气强度气体 2.SF6同时满足以上条件，而且还具备优异的灭弧能力，其他有关的技术性能也相当好，因此SF6及其混合气体在电力系统中得到了广泛应用。,采用高真空也可以减弱气隙中的碰撞电离过程而显著提高气隙的击穿电压。,在电力设备中实际采用高真空作为绝缘媒质的情况还不多，主要因为在各种设备的绝缘结构中大都还要采用各种固体或液体介质，它们在真空中都会逐渐释出气体，使高真空难以长期保持。,（三）高真空的采用,目前高真空仅在真空断路器中得到实际应用，真空不但绝缘性能较好，而且还具有很强的灭弧能力，所以用于配电网中的真空断路器还是很合适的。真空放电理论不完善！,