高电压 气体间隙的击穿强度2.docx

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高电压气体间隙的击穿强度2

高电压工程基础

3气体间隙的击穿强度

虽然用气体放电理论可以解释气体击穿的试验现象和规律，但理论还不完善，不能对击穿电压进行精确的计算。

实际工程上一般通过参考一些典型电极的击穿电压来选择绝缘距离；或根据实际电极的位置，通过试验来确定击穿电压。

空气间隙

的放电与外施电压的形式电场的情况？

电极形状

大气环境有关

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3.3操作冲击电压下的击穿

操作过电压由电力系统在操作或故障时，因系统状态突然变化引起的持续时间较长、幅值高于系统相电压几倍（最高可达3～3.5倍）的冲击电压。

330kV以下设备，用工频耐压试验来考核绝缘可承受的操作冲击的能力；

330kV及以上设备，需进行操作冲击试验。

－－长间隙操作冲击。

在均匀电场和稍不均匀电场中，气隙的50％（雷电和操作）与工频击穿电压（峰值）几乎相同。

3.5SF6气体间隙的击穿

SF6是理想的气体绝缘介质和灭弧介质，在均匀电场中SF6气体的绝缘强度约为空气的2.5倍，其灭弧能力是空气的100以上。

SF6气体的液化温度较低，一般可满足工程实际的应用，如0.75MPa（7个大气压，作为断路器的绝缘）的液化温度是－25℃，0.45MPa（4个大气压，作为GIS绝缘）的液化温度不高于－40℃。

SF6气体的应用可大大降低设备尺寸，与空气介质相比，500kV的GIS是敞开式的1/50。

SF6气体广泛应用于高压断路器、GIS、充气管道电缆，充SF6气体的变压器和开关柜也在发展中。

只有在均匀电场和稍不均匀电场，SF6气体才能发挥其优异的绝缘性能，因而一般应用SF6气体做绝缘时，应尽量保证其电场的均匀性。

此外，SF6气体中水含量的增加，将会大大降低其绝缘性能，因而使用中应定期检测其微水含量。

SF6气体价格高，温室效应相当于CO2的23900倍，且SF6气体不会自然分解，在大气中寿命长达3200年。

一般工程中多采用N2-SF6混合气体。

3.6提高气隙击穿电压的措施

提高气隙击穿电压一般有两种途径：

改善电场分布，使之均匀化；设法削弱或抑制气体介质中的电离过程。

¾改善电场分布的措施

（1）改变电极形状

增大电极曲率半径：

如采用屏蔽罩、扩径导线等增大电极曲率半径以减小最大场强；

改善电极边缘形状：

电极边缘做成弧形，或尽量使之与等位面相近，以消除边缘效应；

使电极有最佳外形：

电场优化

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（2）利用空间电荷对原电场的畸变作用

例如利用电晕放电产生的空间电荷来改善极不均匀场间隙中电场分布，从而提高间隙的击穿电压。

但应该指出，上述细线效应只存在于一定的间隙距离范围之内，间隙距离超过一定值，细线也将产生刷状放电，从而破坏比较均匀的电晕层，使击穿电压与尖－板或尖－尖间隙的相近了。

另外，此种提高击穿电压的方法仅在持续作用电压下才有效，在雷电冲击电压下并不适用。

（3

）极不均匀电场中屏障的使用有屏障正棒击穿电压提高3～4倍；正尖－板间隙中屏障的作用

屏障靠近尖电极或板电极时，屏障效应消失，正、负极性下出现很大差别。

负棒击穿电压提高0.2倍。

屏障应靠近尖电极，但离尖电极过

近，屏障上空间电荷分布不均使屏障效应减弱。

屏障最佳位置0.2。

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¾

高气压的采用高气压的密封问题

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¾强电负性气体的应用

（1）SF6和一些氟里昂气体属于强电负性气体，其绝缘强度比空气高得多，可大大缩小设备尺寸，降低工作气压。

（2）氟里昂12（CCl2F2）的绝缘强度与SF6相近，其液化温度也可满足户内设备的条件，但可破坏臭氧层，国际上将氟里昂12禁用的氟里昂。

（3）SF6的价格较高，用于断路器时（气压在0.7MPa左右）液化温度（－25℃）不能满足高寒地区要求，在工程应用中采用1:

1的SF6-N2混合气体，其液化温度能满足高寒地区要求，绝缘强度约为纯SF6的85％左右。

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钢

铜

铝

锌

稍不均匀电场中高真空的直流击穿电压与电极材料的关系

在完全相同的实验条件下，击穿电压随电极材料熔点的提高而增大，因为强场发射电流达到临界电流密度，致使金属微细突起物迅速熔化成金属蒸气导致击穿。

因而在真空介质中可采取措施降低电极的温度以提高其击穿电压。