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1、气体介质的电气强度均匀直流电场的击穿特性稍不均匀电场气隙的击穿特性2.1 不同电压形式下气隙的击穿电压不同电压形式下气隙的击穿电压均匀电场：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2-1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：Ub=24.55d+6.66 dkVUb-击穿电压峰值,kVd -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：Ub=f(d)n 在均匀电场中，间隙距离比较
2、小，各处场强基本相等，而且电场也是对称的，故此击穿前无电晕，无极性效应，放电所需的时间很短。因此，在不同形式电压（直流、工频、雷电冲击、操作冲击）作用下，其击穿电压（直流电压的平均值、工频电压的峰值、冲击电压的U50%）都相同，击穿电压的分散性也很小。2.1.2 稍不均匀电场气隙的击穿电压与均匀电场相似，冲击系数接近1，冲击击穿电压与工频击穿电压及直流击穿电压相等。1、球间隙若球间距离d，球极直径为DdD/4时，不均匀度增大，大地影响加大一般取d D/2范围内工作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和击穿电压随内筒外直径r变化规律如图2-3所示。小结（
3、本节完）均匀电场o消除电极边缘效应的平板电极o板间距离d一般不大o击穿特性符合巴申定律稍不均匀电场冲击系数接近1，冲击击穿电压与工频击穿电压及直流击穿电压相等来说，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。2.1.3 极不均匀电场气隙的击穿电压在各种各样的极不均匀电场气隙中：“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。对于实际工程中遇到的各种极不均匀电场气隙直流电压工频交流电压雷电冲击电压操作冲击电压气隙在各种电压下的击穿特性：1、直流电压“棒棒”和“棒板”击穿特性见图2-1。可以看出：“
4、棒板”负极性击穿电压大大高于正极性击穿电压。图图2-1 2-1 棒一板、棒一棒间隙的直流击穿电压棒一板、棒一棒间隙的直流击穿电压UUbb与间隙距离与间隙距离dd的关系的关系2、工频交流电压升压方式：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。图2-2是空气中棒间隙的工频击穿电压与气隙长度的关系曲线，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。从图中可以看出
5、，随着气隙长度的增大，“棒-板”气隙的平均击穿场强明显降低，即存在“饱和”现象。各种气隙的工频击穿电压分散性一般不大，其标准偏差值不会超过2%-3%。当气隙的击穿场强“饱和”时，再增大“棒-板”气隙的长度，已不能有效地提高其工频击穿电压。在1.5/40uS雷电冲击电压作用下，“棒-棒”和“棒-板”气隙的50冲击击穿电压与极间距离d的关系如图24所示。3、雷电冲击电压气隙长度更大的实验结果见图29。对于1.2/50uS标准冲击电压波上述两图亦适用。由图可见，“棒板”气隙的冲击击穿电压具有明显的极性效应，棒极为正极性的击穿电压比负极性时数值低得多。四、操作冲击电压我国采用如图117所示的250/2
6、500us标准操作冲击波形。随着输电电压的不断提高：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也应采用操作冲击电压来进行高压试验下面来看一下极不均匀电场长气隙时操作冲击电压下的击穿具有的特点：(1)操作冲击电压波形对气隙的电气强度有很大的影响，击穿电压U50%(s)与波前时间Tcr的关系曲线呈现“U”形，在某一最不利的波前时间Tc下，出现极小值。(2)气隙的操作冲击电压不但远低于雷电冲击电压，在某些波前时间范围内，甚至比工频击穿电压还要低。各种类型作用电压下，以操作冲击电压下的电气强度最小。在确定电力设施的空气间距时，必须考虑到这一重要情况。(
7、4)操作冲击电压下的气隙击穿电压和放电时间的分散性都要比雷电冲击电压下大得多。(3)极不均匀电场长气隙的操作冲击击穿特性具有显著的“饱和特征”，而其雷电冲击击穿特性却是线性的。电气强度最差的正极性“棒板”气隙的饱和现象最为严重，尤其是在气隙长度大于5m以后，这对特高压输电技术来说，是一个极其不利的制约因素。小结直流电压下“棒板”负极性击穿电压大大高于正极性击穿电压工频交流电压下“棒-棒”气隙的击穿电压要比“棒-板”气隙高一些雷电冲击电压下“棒板”电极，棒极为正极性的击穿电压比负极性时数值低得多掌握操作冲击电压下击穿特点（本节完）2.2 大气条件对空气间隙击穿电压的影响标准大气条件：标准大气条件
8、：压力压力p0=101.3kPa(760mmHg)温度温度t0=20或或T0=293K湿度湿度hc=11g/m3实际击穿电压校正：实际击穿电压校正：空气湿度校正系数空气湿度校正系数空气密度校正系数空气密度校正系数标准大气条件下的击穿电压标准大气条件下的击穿电压2.2.1 气压、温度对击穿电压的影响空气的相对密度，即实际气体密度空气的相对密度，即实际气体密度 与标准大气条件下的密度之比与标准大气条件下的密度之比气隙间距小于气隙间距小于1m时：时：2.2.2 湿度对击穿电压的影响 在均匀和稍不均匀电场中，湿度的影响不大，在均匀和稍不均匀电场中，湿度的影响不大，在极不均匀电场中：在极不均匀电场中：k
9、与绝对湿度和电压类型有关，与绝对湿度和电压类型有关，与电极形状、气隙与电极形状、气隙 长度、电压类型及极性有关长度、电压类型及极性有关 2.2.3 海拔高度对击穿电压的影响国标规定：国标规定：1000mH4000m，电力设施外绝缘的试，电力设施外绝缘的试验电压应为平原地区外绝缘的试验电压乘以海拔校正验电压应为平原地区外绝缘的试验电压乘以海拔校正系数：系数：2.3 提高气隙击穿电压的措施(1).改进电极形状以改善电场分布改进电极形状以改善电场分布2.3.1 改善电场分布使之尽量均匀(2).利用空间电荷改善电场分布利用空间电荷改善电场分布增大电极曲率半径，消除电极表面毛刺、尖角等；增大电极曲率半径
10、，消除电极表面毛刺、尖角等；常用的方法是利用屏蔽罩来增大电极的曲率半径。常用的方法是利用屏蔽罩来增大电极的曲率半径。线线板、线板、线线电极中的线电极中的“细线效应细线效应”:导线直径很小时，导线周围容易形成比较均匀的电晕层，由于电晕层比较均匀，电场分布改善，提高了击穿电压(3).极不均匀电场中采用屏蔽极不均匀电场中采用屏蔽在气隙中的适当位置放置用绝缘材料作成的屏蔽，在气隙中的适当位置放置用绝缘材料作成的屏蔽，阻碍带电粒子运动和调整空间电荷分布，从而提高阻碍带电粒子运动和调整空间电荷分布，从而提高气隙击穿电压气隙击穿电压(2).高真空的采用高真空的采用2.3.2 削弱气体的游离过程(1).采用高
11、气压采用高气压0.10.52.05100.1 0.3 0.5(kV)pd(133.3Pacm)5012 3103001000(3).采用高电气强度气体采用高电气强度气体主要是含卤族元素的气体，比空气的耐电强度高得多，主要是含卤族元素的气体，比空气的耐电强度高得多，如：如：SF6，CCL2 F2(氟利昂氟利昂)，CCL4 原因：原因：分子量大，分子直径大，不易撞击游离分子量大，分子直径大，不易撞击游离 很强的电负性，俘获电子成负离子很强的电负性，俘获电子成负离子 GIS：Gas Insulated Switchgear用做绝缘介质的条件：用做绝缘介质的条件：(1)液化温度要低液化温度要低 (2)
12、良好的化学稳定性良好的化学稳定性 (3)有实用的经济性有实用的经济性 SF6 应用最广泛应用最广泛 2.4 六氟化硫气体的绝缘特性六氟化硫气体的绝缘特性简介 1900年SF6首次出现；1960s开始作为绝缘和灭弧介质使用；SF6的电气强度约为空气的2.5 倍，灭弧能力高达空气的100倍以上，目前广泛应用于220kV以上电气设备中，如SF6断路器、气体绝缘变压器（GIT)、充气管道输电线(GIC)、封闭式气体绝缘组合电器(GIS)等。GIS：Gas Insulated Switchgear(Substation)GIT：Gas Insulated TransformerGIC：Gas Insul
13、ated Cable2.4.1 SF6气体的理化特性1.液化问题在40 T80，P1MPamm，所以kV 对SF6气体，实验得出K10.5，相应的击穿电压为：4.稍不均匀电场中的极性效应与极不均匀电场中的情况相反，此时负极性下的击穿电压比正极性时低10左右。因为在稍不均匀电场中不能形成稳定的电晕放电，电晕起始电压就是其击穿电压三.影响击穿场强的其他因素 除电场均匀程度外，主要有：2.导电微粒不利影响，在装配和维修时注意清洁1.电极表面缺陷表面越粗糙，击穿场强越低；电极表面积越大，击穿场强越低“面积效应”五.封闭式气体绝缘组合电器（GIS）1.什么是GIS，Gas Insulated Switchgear(Substation)GIS是把整个变电站除变压器外的一次设备，包括断路器、隔离开关、接地开关（刀闸）、互感器、避雷器、母线、连线和出线终端等组合在一个充SF6气体的金属密闭室中而组成。2.采用GIS组合电器的好处 与敞开式相比，大大节省占地面积和空间体积，额定电压越高，节省得越多；运行安全可靠，GIS的金属外壳是接地的，既可防止运行人员触及带电导体，又可使设备的运行不受污秽、雨雪、雾露等不利的环境条件的影响；现场安装工作量小，检修周期长