提高气体间隙击穿电压的措施

积污地点：城市>农村；化工厂、 积污地点：城市>农村；化工厂、火电 厂、冶炼厂等重污染地区
污层受潮条件：多雾；常下毛毛雨；易凝露地 区；长期干旱。 污闪事故后果大于雷击事故后果： 因为雷击仅发生在一点，可实现自动重合闸， 停电短，影响小。 污闪一般为一片地区，难实现自动重合闸，停 电长，影响大。
引 言：
如果发生闪络并形成短 路，断路器要跳闸 线路落雷后 形成入侵波入侵变电所
• 输电线路中雷害的方式有两种：一种是雷击于 线路引起的直击雷过电压；另一种是由于电磁 感应引起的感应雷过电压。 雷击杆塔塔顶 雷直击线路 绕 击
雷击线路档距中间 雷击大地形成的 感 应 雷 雷击杆塔形成的
• 输电线路防雷性能的好坏用耐雷水平和 雷击跳闸率来描述。 •耐雷水平是指雷击线路时，线路绝缘不发 生冲击闪络所能承受的最大雷电流幅值； •雷击跳闸率是指每100km长的线路每年由 于雷击引起的跳闸次数。
如图，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。
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 “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。
（二）、极性效应
引出：同一个针对板的不对称极不均匀电场，极间 距离为4cm，当针极为正时，击穿电压是35kV；当 针极为负时，击穿电压是80kV；而针对针的对称极 不均匀电场，极间距离是4cm 时，击穿电压为45 kV。 为什么会有这么大的区别？
1、 极性效应：不对称极不均 匀电场中曲率半径小的电极所 带电荷极性对击穿电压的影响。
§6.4 输电线防雷措施 1、架设避雷线； 2、降低接地电阻； 3、架设耦合地线； 4、采用不平衡绝缘； 5、装设自动重合闸； 6、采用消弧线圈接地方式； 7、装设管型避雷器； 8、加强绝缘。 我国线路防雷现状及 技术综述
一、电力系统的电压等级是如何划分 的、依据是什么？
高 压 1kV 低压 0.4kV 0.22kV 36V
控制气体含水量的措施： 避免在高湿度气体条件下进行装配工作； 安装前所有部件都要经过干燥处理； 保证良好的密封，否则会使设备内的SF6气 体泄漏到大气中去，而大气中的水气也会渗入 设备内。
五、六氟化硫混合气体 SF6气体价格较高 液化温度不够低 对电气不均匀度太敏感 目前国内外都在研究SF6混合气体，以期在某 些场合用SF6混合气体来代替SF6气体 目前已获工业应用的是SF6-N2混合气体，主 要用作高寒地区断路器的绝缘媒质和灭弧材料， 采用的混合比通常为50%：50%或60%：40%。
一、补充的基本概念 1、放电：在电场的作用下由于游离使流过电介质 电流增大的现象。 2 2、击穿：电介质在电场作用下丧失其绝缘性能，形 成沟通两极的放电。 3、击穿电压：使电介质失去其绝缘性能所需要的最 低、临界、外加电压。
4、击穿场强：在均匀电场中，使电介质失去 其绝缘性能所需要的最低、临界、外加电场强 度。 5、绝缘强度：电介质不失去其绝缘性能所 能承受的最高、临界、外加电场强度。 6、绝缘水平：电气设备出厂时保证承受的试 验电压。
六、气体绝缘电气设备 （一）封闭式气体绝缘组合电器（GIS） GIS由断路器、隔离开关、接地刀闸、互感器、 避雷器、母线、连线和出线终端等部件组合而成， 全部封闭在SF6金属外壳中。 与传统的敞开式配电装置相比，GIS具有下 列突出优点：
第六章 输电线路防雷
输电线路是电力系统的动脉。由于线路很 长，地处旷野、容易遭受雷击。因此电力系统 的雷害事故多发生在线路上。 •内容提要： 1、输电线路雷害的方式有那些？ 2、输电线路中感应雷过电压是怎样形成的？ 3、输电线路的耐雷水平有多高？ 4、线路的雷击跳闸率是多少？ 5、输电线路的防雷措施有哪些？
的球-板间隙，击穿电压和距离的关系曲线都比较接近。就是 说，在极不均匀电场中，击穿电压主要决定于间隙距离，而 与电极形状的关系不大。因此在工程实践中常用棒-板或棒棒这两种类型间隙的击穿特性曲线作为选择绝缘距离的参考。 3、在工频电压作用下，棒-板间隙的击穿总是发生在棒的极性 为正、电压达幅值时，并且其击穿电压（幅值）和直流电压下 的正棒-负板的击穿电压相近。棒-棒间隙的平均击穿场强为 3.8kV（有效值）/cm或5.36kV（幅值）/cm，棒-板间隙稍低一 些，约为3.35kV（有效值）/cm或4.8kV（幅值）/cm。
以330kV线路用19片绝缘 子为例：相电压为209.5kV, 如果每片绝缘子分担的电压 相等,则每片绝缘子分担的 电压约为11kV。盘式绝缘 子的起晕电压为22—25kV， 按理说330kV线路绝缘子上 不应该发生电晕，但事实上， 330kV线路在正常设计和运 行时就有电晕，为什么？ ？
五、绝缘子串上的电位分布
三、伏安特性曲线
伏安特性曲线：电介质在电场作 用下，流过电介质的电流与外加电 压的关系曲线。
2、伏安特性曲线
I
A
B
C
0
UA
UB
UC
O~A段：电流随着电压 的升高而增大，但此时 电流很小，饱和电流密 度为10-19A/cm2的数量级。 电阻率达1022 ·m，空气 处于良好的绝缘状态， 流过间隙的电流为泄漏 U 电流。
三、采用屏障
由于气隙中百度文库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。
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。
资料
特高压1000kV及以上(UHV) 电能污染 超高压250~1000kV(EHV) 电晕 普通高压1~250kV（HV）
电压等级划分的级差为2~3倍。
二、为什么采用高电压？
U2 P∝ Z
电力系统输送的电能P正比于电压的平方（U2 ）， 反比于系统阻抗Z，而系统阻抗Z正比于线路长
所以采用高电压是大功率远距离输电 大功率远距离输电的要求，要实现大功 大功率远距离输电 率远距离输电唯一可行的措施就是采用高电压。作为二次 能源，输送电能要较输送一次能源经济、快捷、安全、方 便、清洁。
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。
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。
（三）影响击穿场强的其它因素 气体绝缘电气设备的设计场强值远低于理论击 穿场强，这是因为有许多影响因素会使它的击穿场 强下降。此处仅介绍其中两种主要影响因素，即电 电 极表面缺陷和导电微粒 极表面缺陷 导电微粒。 导电微粒 1.电极表面缺陷 图2—19表示电极 表面粗糙度Ra对SF6，气 体电气强度Eb的影响。
六、汤逊理论的适用范围
汤逊理论适用于低气压、短间隙、均匀电 场。间隙的划分：2cm以下的为短间隙、2— 100cm为一般间隙、100cm及以上的为长间隙。 汤逊理论解释不了一般间隙、标准大气压 下气隙的放电： 1、按汤逊理论计算的击穿电压比实际值高； 2、按汤逊理论计算的击穿所需时间比实际 值长； 3、一般间隙的击穿电压与阴极材料无关； 4、放电形状不同
吸附分解物和吸附水分
常用的吸附剂有： 活性氧化铝和分子筛 通常对于不存在电弧和火花的场合，吸附剂的放 置量不小于SF6气体重量的10%，约隔五年更换一 次；对于存在电弧和火花的场合，吸附剂的放置 量和更换周期应按电弧强度和频度等因素决定。
3、含水量
水分是SF6气体中危害最大的杂质，因为： 水分会影响气体的分解物 与HF形成氢氟酸，引起材料的腐蚀与导致机械 故障 低温时引起固体介质表面凝露，使闪络电压急 剧降低
其原因是绝缘子上的电位分布是不均匀的，第 一片绝缘子上分担的电压为11.5%相电压，即 24.1kV,已经超过起晕电压。为什么电压分布是 不均匀的呢？
五、绝缘子串上的电位分布
电容：任意两点之间 有电位差、又存在中 间介质的话就可以等 效出电容。
通常绝缘子的等效电容为 50—70pF，绝缘子与铁塔 之间的等效电容为4-5pF，
五、绝缘子串上的电位分布
由于导线与绝缘 子铁脚之间也存 在电位差，同样 存在着杂散电容， 此电容一般为0.51 pF.
七、绝缘子污染状态下的沿面放电 污闪） （污闪）
环境应力：雨、露、雪、雾、风等气候条件和工业 粉尘、废气、自然盐碱、灰尘、鸟粪等污秽物的污 染。 闪络形成：毛毛雨、雾、露等不利天气时，污层 将被水分湿润，电导增大，工作电压下泄漏电流 增大。绝缘子表面上不断延伸发展局部电弧（称 为爬电），一旦达到某一临界长度时，自动贯穿 两极，形成沿面闪络。污闪可分为积污、受潮、 干区形成、局部电弧的出现和发展。
高电压下的绝缘问题。因为在电力系统三大技 么？ 术材料（导电材料、导磁材料和绝缘材料）中 绝缘的影响力最大：
1、因为绝缘限制了设备的温升、限制了温升也就限制了 设备的容量、体积和重量； 例：用青壳纸和电缆纸作绝缘的10.5kV、10MW的发电机， 改用粉云母纸作绝缘，其他条件不变时，发电机容量就提高 到12.5MW，可见绝缘限制了设备的容量。 2、绝缘限制了设备的寿命； 3、绝缘限制了电力系统的投资。
度L ，所以P正比于U2，反比于L。
输电电压等级与输送自然功率 以220kV 输送自然功率132MW为基准
输送电压(kV) 输送能力比较 值 220 1 330 2.23 500 765 1100 150 0
6.5 16.7 39.24 75.3 5 4 0 6倍
6倍多
三、要采用高电压首先要解决的技术问题是什
2、分析：（针极为正、板极为负）针极附近产生 的电晕，带电粒子定向运动，正离子向板极运动， 由于速度慢，就在针极附近形成电荷积累区，使 未游离区的电场强度增大，而导致击穿电压降低。
试验数据
1、均匀电场的击穿场强为30kV/cm，极不均匀电 场的平均击穿场强为5 kV/cm。随着间隙距离的 增大，击穿电压随着增大，但击穿场强是随着降 低的，因为击穿电压的增加速度没有距离增加的 2、在极不均匀电场的情况下，不管棒-板间隙或是不同直径 速度快。
B 点以后：电流为微安级。 C点以后：流过间隙的电流急剧加大，由于回路中 串联了保护电阻，此时放电管两端的电压略有下降。
四、汤逊理论
20世纪初，汤逊从均匀电场、低 气压（低于26.66kpa•cm）短间隙气隙 的气体放电实验出发，总结出较系统 的气体放电理论。汤逊理论的实质是 电子崩理论。
汤逊理论
四、如何解决绝缘问题？
1、寻找和研制新型的绝缘材料； 例：由于瓷吹避雷器使作用在被保护设备上的残压降 低，使原设计额定电压为400 kV的输变电系统升压为 500 kV的系统。 2、限制作用在绝缘上的过电压。
而绝缘被破坏的最主要原因就是电力系统过电压。
五、高电压技术课程讲授的两个问题： 绝缘问题和过电压问题是本课程的 两大内容。
可以看出：GIS的工 作气压越高，则Ra对Eb 的影响越大，因而对电 极表面加工的技术要求 也越高。
电极表面粗糙度大时，表面突起处的局部电场 强度要比气隙的平均电场强度大得多，因而可在 宏观上平均场强尚未达到临界值时就诱发击穿。
除了表面粗糙度外，电极表面还会有其它零星 的随机缺陷，电极表面积越大，这类缺陷出现的概 率也越大。所以电极表面积越大，SF6气体的击穿 场强越低，这一现象被称为“面积效应 面积效应”。 面积效应 2.导电微粒 设备中的导电微粒有两大类，即固定微粒和自 由微粒，前者的作用与电极表面缺陷相似，而后者 因会在极间跳动而对SF6气体的绝缘性能产生更大的 不利影响。