提高气体间隙击穿电压的措施ppt课件
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高电压 技术 提高气体间隙击穿电压的措施
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
350 700
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 c 大于装置的最大对地工作电压 U g简单的屏蔽罩当然是球形屏蔽极，它的半径R
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。
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。
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。
六、采用高电气强度气体
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。
但仅仅满足高电气强度是不够的，还必须
很大，立体空间尺寸很大，整体表面又要
十分光洁的电极是不易制作的。
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
350 700
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 c 大于装置的最大对地工作电压 U g简单的屏蔽罩当然是球形屏蔽极，它的半径R
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。
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。
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。
六、采用高电气强度气体
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。
但仅仅满足高电气强度是不够的，还必须
很大，立体空间尺寸很大，整体表面又要
十分光洁的电极是不易制作的。
高压电技术1-7 提高气隙击穿电压的措施
改善电场分布
改善电场分布
改进电极形状 屏障 利用空间电荷畸变电场的作用
改善电场分布 改进电极形状
① 增大电极曲率半径减小表面场强 如变压器套管端部加球形屏蔽罩
改善电场分布 改进电极形状
② 改善电极边缘 电极边缘做成弧形
改善电场分布 改进电极形状
③ 使电极具有最佳外形 如：穿墙高压引线上加金属扁球
工程上常见电场大多数是极不均匀电场； 工程上遇到极不均匀电场时，可由典型电极的击穿电压来修正绝缘
距离，对称电场参照“棒－棒”电极数据；不对称电场可参照“棒 －板”电极数据； 放电的分散性大，且极性效应明显。
Ub-→|+>Ub+→|-
（二）外施电压种类及间隙距离对Ub的影响
均匀电场中 不同电压波形下Ub(峰值)相同，放电分散性小；
稍不均匀电场中 不同电压波形下Ub基本相同， 放电分散性不大，极性效应不显著；
极不均匀电场中 直流、工频及冲击电压间差别明显。
（二）外施电压种类及间隙距离对Ub的影响
极不均匀电场中 直流、工频及冲击电压间差别明显。 1、直流电压下的击穿特性 （1）棒—板间隙存在极性效应
Ub-→|+>Ub+→|-
能量，减少其碰撞游离。 ③ 电子和这些气体的分子相遇，易于引起分子发生极化等过程，增加能
量损失，减弱碰撞游离。
小结
提高气隙击穿电压的措施 改善电场分布 高气压 高真空 高抗电强度气体
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高电压技术
第Байду номын сангаас章 气体电介质的电气性能
• 1.1 气体中带电质点的产生和消失 • 1.2 均匀电场小气隙的击穿 • 1.3 均匀电场大气隙的击穿 • 1.4 不均匀电场气隙的击穿 • 1.5 冲电击压下气隙的击穿特性 • 1.6 大气条件对气隙击穿电压的影响 • 1.7 提高气隙击穿电压的措施 • 1.8 沿面放电和污闪事故
1.8-1.9-提高气体间隙击穿电压的措施 沿面放电
工频电压下的屏障的作用 工频电压下极不均匀电场中同 样能形成大量空间电荷，故屏 障同样具有积聚空间电荷、改 善电场的作用。 没有屏障时，尖-板间隙中工频 电压下击穿是在尖电极具有正 极性的半周内发生的。所以工 频电压下，设置屏障可以显著 提高间隙的击穿电压。 工频电压下，设臵屏障可以显著提高间隙的击穿电压。
高电压技术
第1篇 电介质的电气特性
李 化 leehua@
1 气体电介质的绝缘特性
1.1 气体中带电粒子的产生和消失 1.2 均匀电场中气体的击穿 1.3 不均匀电场中气体的击穿 1.4 气体间隙的稳态击穿电压 1.5 雷电冲击作用下气体间隙的击穿
1.6 操作冲击作用下气体间隙的击穿
12
（二）削弱或抑制电离过程-采用高气压
① 原理：减小电子的平均自由行程，削弱电离过程
例：大气压力下空气的电气强度仅约为变压器油的1/5～1/8，提高 压力至1～1.5MPa，空气的电气强度和一般的液、固态绝缘材料如变 压器油、电瓷、云母等的电气强度相接近
② 高气压下应尽可能的改善电场分布，使电场均匀，否则用高 气压来提高击穿电压的效果不明显 因为电场的不均匀对击穿电压的影响比大气压对击穿电压 的影响要大得多。Why？ ③ 压缩空气绝缘及其它压缩气体绝缘在一些电气设备中已得到 采用。如高压空气断路器、高压标准电容器等
在标准大气条件下，某距离为4m的棒-极间隙 的正极性50％操作冲击击穿电压为1130kV。在 夏季某日温度为30℃，气压99.8kPa的大气条 件下，问其正极性50%操作冲击击穿电压为多 少kV?
PT0 99.8 273 20 0.953 PT 101.3 273 30 0
16
（二）削弱或抑制电离过程-采用强电负性气体
高电压技术
第1篇 电介质的电气特性
李 化 leehua@
1 气体电介质的绝缘特性
1.1 气体中带电粒子的产生和消失 1.2 均匀电场中气体的击穿 1.3 不均匀电场中气体的击穿 1.4 气体间隙的稳态击穿电压 1.5 雷电冲击作用下气体间隙的击穿
1.6 操作冲击作用下气体间隙的击穿
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（二）削弱或抑制电离过程-采用高气压
① 原理：减小电子的平均自由行程，削弱电离过程
例：大气压力下空气的电气强度仅约为变压器油的1/5～1/8，提高 压力至1～1.5MPa，空气的电气强度和一般的液、固态绝缘材料如变 压器油、电瓷、云母等的电气强度相接近
② 高气压下应尽可能的改善电场分布，使电场均匀，否则用高 气压来提高击穿电压的效果不明显 因为电场的不均匀对击穿电压的影响比大气压对击穿电压 的影响要大得多。Why？ ③ 压缩空气绝缘及其它压缩气体绝缘在一些电气设备中已得到 采用。如高压空气断路器、高压标准电容器等
在标准大气条件下，某距离为4m的棒-极间隙 的正极性50％操作冲击击穿电压为1130kV。在 夏季某日温度为30℃，气压99.8kPa的大气条 件下，问其正极性50%操作冲击击穿电压为多 少kV?
PT0 99.8 273 20 0.953 PT 101.3 273 30 0
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（二）削弱或抑制电离过程-采用强电负性气体
高电压 技术 提高气体间隙击穿电压的措施
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（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 极表面缺陷和导电微粒。
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。
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在工程应用中，通常pd<1MPa• mm，所以上式可近 似地写成：
Ub 88.5pd (kV)
在均匀电场中SF6气体的击穿也遵循巴申定律。它
在0.1MPa(1atm)下的击穿场强
Eb
Ub d
88.5k V/cm，
几乎是空气的3倍。
前面已经提到，在气体绝缘电气设备中最常见 的是稍不均匀电场气隙，例如同轴圆筒间的气隙。
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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。
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六、采用高电气强度气体
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。
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。
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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。