第69講 氣休間隙的放電(二)(新版)

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1、 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.原則波形 為檢測設(shè)備絕緣耐受雷電沖擊電壓的能力，在實(shí)驗(yàn)室中可以運(yùn)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，國內(nèi)規(guī)定的高電壓波形如圖所示： 2.放電時(shí)間 衡量被測設(shè)備被電壓擊穿時(shí)的擊穿特性 (1).間隙擊穿要滿足二個(gè)條件 a.一定的電壓幅值 b.一定的電壓作用時(shí)間 (2).記錄時(shí)延t s 一般把電壓達(dá)間隙的靜態(tài)擊穿電壓U0開始到間隙中浮現(xiàn)第一種有效電子為止所需的時(shí)間 (3).放電形成時(shí)延tf 從第一種有效電子到間隙完畢擊穿所需的時(shí)間（電子崩、流注、主放

2、電）。 (4).放電時(shí)延tL：tL=ts+tf 3. 50%沖擊放電電壓U50% 當(dāng) 較小時(shí)，設(shè)備中氣體狀態(tài)不變，闡明沒有被擊穿，設(shè)備有一定的絕緣能力，如果逐漸提高電壓，氣體就有也許被擊穿， 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(dāng)電壓達(dá)到一定數(shù)值后，氣體浮現(xiàn)擊穿現(xiàn)象，但也許是有時(shí)浮現(xiàn)，有時(shí)不浮現(xiàn)，因此在工程上規(guī)定，當(dāng)實(shí)驗(yàn)反復(fù)時(shí)，在該電壓下有50%的也許被擊穿，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

3、電壓下，間隙上浮現(xiàn)的電壓最大值和放電時(shí)間的關(guān)系曲線。 目的是更好地描述間隙的擊穿特性，擬定保護(hù)措施，特性重要通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)獲得。措施是對間隙保持采用原則的沖擊電壓波形，逐漸升高電壓幅值，得到間隙的放電電壓幅值和放電時(shí)間的關(guān)系曲線，由于間隙放電時(shí)間具有分散性，因此，伏秒特性不是一根曲線，而是一種帶狀區(qū)域。 (2) 曲線求取措施 (3) 實(shí)際意義 S1被保護(hù)設(shè)備的伏秒特性曲線，S2保護(hù)設(shè)備的伏秒特性曲線 （a）圖對的的配合，即任何狀況下避雷器都會先動作從而起到保護(hù)作用 （b）圖不對的的配合，在幅值很高的陡坡作用下避雷器不能起到保護(hù)作用 36.2.3 操作沖擊電壓下的放電 當(dāng)

4、電力系統(tǒng)在操作或發(fā)生事故時(shí)，因狀態(tài)的忽然變化而導(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。 測試的原則波形與雷擊波形相似：250/2500us。 重要對象：300KV以上的高壓工頻電網(wǎng)，特別是線與地之間。 數(shù)值：當(dāng)S=1—20M范疇時(shí)：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 前面簡介的不同氣隙在多種電壓下的擊穿特性均相應(yīng)于原則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，因此也必然會影響氣隙的擊穿電壓。 海拔高度的影響亦

5、與此類似，由于隨著海拔高度的增長，空氣的壓力和密度均下降 國標(biāo)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(dāng)d在0.95到1.05之間時(shí),實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表白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(fù)離子，這對氣體中的放電過程顯然起著克制作用，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，可以忽視不計(jì) 在極不均勻電場中，濕度的影響就很明顯了，這時(shí)可以用下面

6、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)電壓的影響可運(yùn)用某些經(jīng)驗(yàn)公式求得 國內(nèi)國標(biāo)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，其實(shí)驗(yàn)電壓U應(yīng)為平原地區(qū)外絕緣的實(shí)驗(yàn)電壓Up乘以海拔校正因數(shù)足Ka即： 而式中H為安裝點(diǎn)的海拔高度，單位是m 36.4 SF6氣體中的放電 電場特性 合用于均勻電場和稍不均勻電場 極性效應(yīng)： SF6氣體絕緣構(gòu)造的絕緣水平由負(fù)極性電壓決定 時(shí)間特性：記錄時(shí)延及分散性增大，氣隙總的

7、擊穿時(shí)間及分散性增大 壓力特性 較為合適范疇;0.1Mpa

8、 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(diǎn)和其她某些影響擊穿電壓的偶爾因素浮現(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(qiáng)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)、水分和其她氣態(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 混合氣體的使用重要因素有：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；可減少絕緣設(shè)備的成本。此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 (

9、一）改善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(qiáng)。如變壓器套管端部加球形屏蔽罩；采用擴(kuò)徑導(dǎo)線等改善電極邊沿：電極邊沿做成弧形；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）運(yùn)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，運(yùn)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(shí)，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(shí)，擊穿電壓曲線的直線部分陡度大為增長，曲線逐漸與均勻電場中的相近 —— “細(xì)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

10、入薄片固體絕緣材料（例如紙或紙板），在一定條件下，可以明顯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 壓縮空氣絕緣及其他壓縮氣體絕緣在某些電氣設(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，從而明顯增高間隙的擊穿電壓 n 高真空中擊穿機(jī)理發(fā)生了變化 高電氣強(qiáng)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(qiáng)度比空氣的要高諸多。稱為高電氣強(qiáng)度氣體