提高气体介质电气强的方法

有屏障气隙的击穿 电压与该屏障的安装位 置有很大的关系。以图 2—15所示的“棒一板” 气隙为例，最有利的屏
障位置在x=(1/5～1/6)d
处，这时该气隙的电气 强度在正极性直流时约 可增加为2～3倍。
但当棒为负极性时， 即使屏障放在最有利 的位置，也只能略微 提高气隙的击穿电压 (例如20％)，而在大 多数位置上，反而使 击穿电压有不同程度 的降低。
如果把空气加以压缩，使气压大大超过 0.1MPa(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。
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2、采用高电气强度气体
第五节 提高气体介质电 气强度的方法
一、改善电场分布 电场分布越均匀，气隙的平均击穿场强越高。 工程上，改善电场分布主要采取的方法有： 1、改进电极形状以改善电场分布 2、利用空间电荷改善电场分布 3、极不均匀电场中采用屏蔽改善电场分布
a、增大电极的曲率半径 利用屏蔽来增大电极的曲率半径是一
许多高压电气装置的高压出线端(例如电力设备
高压套管导杆上端)具有尖锐的形状，往往需要加装
屏蔽罩来降低出线端附近空间的最大场强，提高电晕
起始电压。屏蔽罩的形状和尺寸应选得使其电晕起始
电压
U
大于装置的最大对地工作电压U
c
g
.m
ax
，即：
Uc U g.max
最简单的屏蔽罩当然是球形屏蔽极，它的半
径R 按下式选择：
R Ug.max Ec
式中 Ec ：电晕放电起始场强。
超高压输电线路上应用屏蔽原理来改善电场 分布以提高电晕起始电压的实例有：超高压线路 绝缘子串上安装的保护金具(均压环)、超高压线 路上采用的扩径导线等。
2、利用空间电荷改善电场分布
由于极不均匀电场气隙被击穿前一定先出现 电晕放电，所以在一定条件下，还可以利用放电 本身所产生的空间电荷来调整和改善空间的电场 分布，以提高气隙的击穿电压。
在冲击电压下，屏障的作用要小一些，因 为这时积聚在屏障上的空间电荷较少。
显然，屏障在均匀或稍不均匀电场的场合 就难以发挥作用了。
二、消弱或抑制电离过程 工程上，主要采取的方法有：
1、采用高气压 2、采用强电负性气体 3、采用高真空
1、采用高气压
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，可见 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。
3、采用高真空
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。
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。
种常用的方法。以电气强度最差的“棒一板” 气隙为例，如果在棒极的端部加装一只直径 适当的金属球，就能有效地提高气隙的击穿 电压。
右图表明采用不 同直径屏蔽球时的效 果，例如在极间距离 为100cm时，采用一直 径 为 75cm 的 球 形 屏 蔽 极就可使气隙的击穿 电压约提高1倍。
b、消除电极表面的毛刺、尖角
屏障用绝缘材料制成，但它本身的绝缘性能 无关紧要，重要的是它的密封性(拦住带电粒子的 能力)。它一般安装在电晕间隙中，其表面与电力 线垂直。
屏障的作用取决于它所拦住的与电晕电极同 号的空间电荷，这样就能使电晕电极与屏障之间 的空间电场强度减小，从而使整个气隙的电场分 布均匀化。
如图所示，虽然这时 屏障与另一电极之间的空 间电场强度反而增大了， 但其电场形状变得更象两 块平板电极之间的均匀电 场，所以整个气隙的电气 强度得到了提高。
强电负性气体：它容易俘获自由电子而形成负离 子，负离子的碰撞能力弱，消弱了放电发展过程
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。
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。
细线效应：在一定距离内，采用细线，利用均匀的 电晕层Fra Baidu bibliotek善电场
3、采用屏障改善电场分布（极不均匀电场） 由于气隙中的电场分布和气体放电的发展
过程都与带电粒子在气隙空间的产生、运动和 分布密切有关，所以在气隙中放置形状和位置 合适、能阻碍带电粒子运动和调整空间电荷分 布的屏障，也是提高气体介质电气强度的一种 有效方法。