技能培訓(xùn)專題 氣休間隙的放電（二）

36.2 電壓波形對放電的影響 36.2.1 穩(wěn)態(tài)電壓下的放電 36.2.2 雷電沖擊電壓下的放電 1.標準波形 為檢測設(shè)備絕緣耐受雷電沖擊電壓的能力，在實驗室中可以利用信號發(fā)生器產(chǎn)生高壓，以模擬雷電放電引起的過電壓，我國規(guī)定的高電壓波形如圖所示： 2.放電時間 衡量被測設(shè)備被電壓擊穿時的擊穿特性 (1).間隙擊穿要滿足二個條件 a.一定的電壓幅值 b.一定的電壓作用時間 (2).統(tǒng)計時延t s 通常把電壓達間隙的靜態(tài)擊穿電壓U0開始到間隙中出現(xiàn)第一個有效電子為止所需的時間 (3).放電形成時延tf 從第一個有效電子到間隙完成擊穿所需的時間（電子崩、流注、主放電）。 (4).放電時延tL：tL=ts+tf 3. 50%沖擊放電電壓U50% 當 較小時，設(shè)備中氣體狀態(tài)不變，說明沒有被擊穿，設(shè)備有一定的絕緣能力，如果逐漸提高電壓，氣體就有可能被擊穿， U50%就是用來描述設(shè)備絕緣耐受沖擊電壓能力的參數(shù)。 由于設(shè)備中氣體被擊穿有一定的分散性，當電壓達到一定數(shù)值后，氣體出現(xiàn)擊穿現(xiàn)象，但可能是有時出現(xiàn)，有時不出現(xiàn)，所以在工程上規(guī)定，當實驗重復(fù)時，在該電壓下有50%的可能被擊穿，則該電壓被稱為此設(shè)備的U50%。 50%沖擊放電電壓與靜態(tài)放電壓的比值稱為絕緣的沖擊系數(shù)β 為工頻擊穿電壓 4. 伏秒特性 (1) 定義 同一波形、不同幅值的沖擊電壓下，間隙上出現(xiàn)的電壓最大值和放電時間的關(guān)系曲線。 目的是更好地描述間隙的擊穿特性，確定保護方法，特性主要通過實驗數(shù)據(jù)獲得。方法是對間隙保持采用標準的沖擊電壓波形，逐漸升高電壓幅值，得到間隙的放電電壓幅值和放電時間的關(guān)系曲線，由于間隙放電時間具有分散性，因此，伏秒特性不是一根曲線，而是一個帶狀區(qū)域。 (2) 曲線求取方法 (3) 實際意義 S1被保護設(shè)備的伏秒特性曲線，S2保護設(shè)備的伏秒特性曲線 （a）圖正確的配合，即任何情況下避雷器都會先動作從而起到保護作用 （b）圖不正確的配合，在幅值很高的陡坡作用下避雷器不能起到保護作用 36.2.3 操作沖擊電壓下的放電 當電力系統(tǒng)在操作或發(fā)生事故時，因狀態(tài)的突然變化而導(dǎo)致電路中電感、電容發(fā)生諧振引起的過電壓現(xiàn)象稱為操作過電壓。 測試的標準波形與雷擊波形相似：250/2500us。 主要對象：300KV以上的高壓工頻電網(wǎng)，特別是線與地之間。 數(shù)值：當S=1—20M范圍時：最小擊穿電壓為： U=3.4/（1+8/S） MV 36.3 空氣密度和濕度對放電的影響 前面介紹的不同氣隙在各種電壓下的擊穿特性均對應(yīng)于標準大氣條件和正常海拔高度 由于大氣的壓力、溫度、濕度等條件都會影響空氣的密度、電子自由行程長度、碰撞電離及附著過程，所以也必然會影響氣隙的擊穿電壓。 海拔高度的影響亦與此類似，因為隨著海拔高度的增加，空氣的壓力和密度均下降 國標規(guī)定的大氣條件：壓力：p0=101.3kPa(760mmHg)；溫度：t0=20攝氏度或T0=293K；絕對濕度：hc=11g/m3 一、對空氣密度的校正 相對密度d： 當d在0.95到1.05之間時,實驗數(shù)據(jù)表明空氣間隙的擊穿電壓U與d幾乎成正比 二、對濕度的校正 大氣中所含的水氣分子能俘獲自由電子而形成負離子，這對氣體中的放電過程顯然起著抑制作用，可見大氣的濕度越大，氣隙的擊穿電壓也會增高。 在均勻和稍不均勻電場中，、濕度的影響就不太明顯，可以忽略不計 在極不均勻電場中，濕度的影響就很明顯了，這時可以用下面的濕度校正因數(shù)來加以修正 式中的因數(shù)k與絕對濕度和電壓類型有關(guān)，而指數(shù)w之值則取決于電極形狀、氣隙長度、電壓類型及其極性。 三、對海拔的校正 海拔高度對氣隙的擊穿電壓和外絕緣的閃絡(luò)電壓的影響可利用一些經(jīng)驗公式求得 我國國家標準規(guī)定：對于安裝在海拔高于1000m、但不超過4000m處的電力設(shè)施外絕緣，其試驗電壓U應(yīng)為平原地區(qū)外絕緣的試驗電壓Up乘以海拔校正因數(shù)足Ka即： 而式中H為安裝點的海拔高度，單位是m 36.4 SF6氣體中的放電 電場特性 適用于均勻電場和稍不均勻電場 極性效應(yīng)： SF6氣體絕緣結(jié)構(gòu)的絕緣水平由負極性電壓決定 時間特性：統(tǒng)計時延及分散性增大，氣隙總的擊穿時間及分散性增大 壓力特性 較為適宜范圍;0.1Mpa<p20< 0.4Mpa 36.4.1均勻場和稍不均勻場中的放電 SF6 氣體絕緣的一個重要特點就是電場的均勻性對擊穿電壓的影響遠比空氣大。 在稍不均勻電場中，sF 氣體的擊穿電壓和間隙距離d的關(guān)系曲線就已經(jīng)呈現(xiàn)明顯的飽和現(xiàn)象， 36.4.2 極不均勻中放電的特點 極不均勻電場中SF6氣體放電有異?，F(xiàn)象，即擊穿電壓并不總是隨氣壓的增大而升高，而是一條駝峰曲線，且在駝峰區(qū)擊穿的沖擊系數(shù) 至于在極不均勻電場中的擊穿電壓不僅隨間隙距離d出現(xiàn)飽和特性，而且其數(shù)值也和空氣的接近了。 36.4.3 電極表面缺陷和導(dǎo)電微粒的影響 氣體的間隙擊穿電壓還具有面積效應(yīng)，也就是面積越大，電極表面的尖點和其他一些影響擊穿電壓的偶然因素出現(xiàn)的概率也就越大，因而擊穿電壓隨之下降。s 氣體的絕緣強度除了受電極表面粗糙度和電極表面面積影響，還受到電極材料、電極表面覆蓋層、導(dǎo)電雜質(zhì)、水分和其他氣態(tài)雜質(zhì)以及電壓波形和極性的影響。 36.4.4 混合氣體的采用 sF 混合氣體的使用主要原因有：混合氣體對電場不均勻性不像純sF 氣體那樣敏感，可解決高寒地區(qū)sF6氣體液化的問題；可降低絕緣設(shè)備的成本。另外大容量的氣體絕緣變壓器中，為了保證散熱，也需要使用sF 混合氣體。 36.5 提高氣隙擊穿電壓的措施 36.5.1 改善電場分布 (一）改進電極形狀以改善電場分布 增大電極曲率半徑：減小表面場強。如變壓器套管端部加球形屏蔽罩；采用擴徑導(dǎo)線等改善電極邊緣：電極邊緣做成弧形；盡量使其與某等位面相近 使電極具有最佳外形：如穿墻高壓引線上加金屬扁球 （二）利用空間電荷畸變電場的作用 極不均勻電場中擊穿前發(fā)生電暈放電，利用放電產(chǎn)生的空間電荷改善電場分布，提高擊穿電壓 直徑D＝20mm及16mm時，擊穿電壓曲線的直線部分和尖一板間隙相近 導(dǎo)線直徑減為3mm以至0.5mm時，擊穿電壓曲線的直線部分陡度大為增加，曲線逐漸與均勻電場中的相近 —— “細線效應(yīng)” （三）極不均勻電場中屏障的采用 在電場極不均勻的空氣間隙中，放入薄片固體絕緣材料（例如紙或紙板），在一定條件下，可以顯著提高間隙的擊穿電壓 原理是屏障積聚空間電荷，改善電場分布 隨著屏障位置不同，擊穿電壓發(fā)生了很大的變化，尖電極的極性不同，屏障的影響也有別 36.5.2 削弱電離過程 高氣壓的采用 減小電子的平均自由行程，削弱電離過程 壓縮空氣絕緣及其它壓縮氣體絕緣在一些電氣設(shè)備中已得到采用 高真空的采用 n 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 n 高真空中擊穿機理發(fā)生了改變 高電氣強度氣體的采用 含鹵族元素的氣體化合物，如六氟化硫（SF6）、氟利昂（CCl2F2）等，其電氣強度比空氣的要高很多。稱為高電氣強度氣體 5頁