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SF6气体在不均电场击穿电压与压力关系
2021-07-08

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影响SF6气体击穿电压的因素如下:

(1) 电场的均匀性,SF6的击穿电压在均匀性不同的电场中差异较大,在均匀电场中,SF6的击穿电压比在极不均勻电场中大,而这种影响远比空气大得多,(2) SF6的工作压力,提高SF6的工作压力是提高SF6击穿电压的途径之一,但工作压力也不能过高,否则SF6会液化,同时还应注意,SF6的击穿电压有随气压增高而趋于饱和现象,电场越不均勻越容易饱和,因此只有在保证SF6被液化,并保证电场相当均匀的条件下提高SF6工作压力才最为有效。

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(3) SF6气体为不纯物,SF6中混有空气、氮气等不纯气体或导电微粒时,则可显著降低其绝缘能力,SF6气体的导电微粒受电场作用而移动,逐步形成“导电小桥”,从而导致击穿电压下降。

(4) 电极表面,随着电极表面积的增大,SF6的击穿电压下降,电极表面越粗糙,则击穿电压越低,经过多次放电处理后的电极表面比较光滑,击穿电压有增高的趋势。

电场的不均匀程度对SF6电气强度的影响远比对空气的大,   

六氟化硫具有较高的电气强度,主要是因为其具有很强的电负性,容易俘获自由电子而形成负离子(电子附着过程),电子变成负离子后,其引起碰撞电离的能力就变得很弱,因而削弱了放电发展过程。

与均匀电场中的击穿电压相比,SF6在极不均匀电场中击穿电压下降的程度比空气要大得多,SF6优异的绝缘性能只有在电场比较均匀的场合才能得到充分的发挥。

在设计以六氟化硫气体作为绝缘的各种电气设备时,应尽可能使气隙中的电场均匀化,采用屏蔽等措施以消除一切尖角处的极不均匀电场,使SF6优异的绝缘性能得到充分的利用。

六氟化硫 (SF6气体)

(一)均匀和稍不均匀电场中SF6的击穿均匀和稍不均匀电场中SF6的击穿SF6气体

SF6电负性气体中的碰撞电离和放电过程时,除了考虑α过程外,还应计及电子附着过程,它可用一个与电子碰撞电离系数α的定义相似的电子附着系 数η 来表示,η的定义是一个电子沿电场方向运动1cm的行程中所发生的电子附着次数平均值,可见 在电负性气体中的有效碰撞电离系数 应为:α = αη

均匀电场中的电子崩增长规律:na = n0 e (α η ) d

式中:n0-阴极表面处的初始电子数。 na-到达阳极时的电子数

这时应该注意:在一般气体中,正离子数等于新增的电 这时应该注意子数。而在电负性气体中,正离子数等于新增的电子数与负离子数之和。

由于强电负性气体在实用中所处条件均属于流注放电的范畴,所以这里不再讨论其汤逊自持放电条件,而直接 探讨其流注自持放电条件,为此,可参照式(120)写出均 匀电场中电负性气体的流注自持放电条件为:(α η ) = K

实验研究证明:对于SF6气体,常数K=10.5,相应的击穿电压为:Ub = 88.5 pd + 0.38

(kV)式中:p-气压,Mpa,d-极间距离,mm

在工程应用中,通常pd<1MPa mm,所以上式可近似地写 成:Ub ≈ 88.5 pd

式(216)和式(217)均表明,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 ≈ 88.5kV / cm ,几乎是空气的3倍。

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。

在稍不均匀电场中,极性对于气隙击穿电压的影响 与极不均匀电场中的情况是相反的,此时负极性下的击穿电压反而比正极性时低10%左右,冲击系数很小,雷电冲击时约为1.25,操作冲击时更小,只有1.05~1.1。

(二) 极不均匀电场中SF6的击穿

极不均匀电场中SF6气体击穿的异常现象与空间电荷的运动有关,

空间电荷对棒极的屏蔽作用会使击穿电压提高,但在雷电冲击电压的作用下,空间电荷来不及移动到有利的位 置,故其击穿电压低于静态击穿电压。气压提高时空间电荷扩散得较慢,因此在气 压超过0.1~0.2MPa时,屏蔽作用减弱,工 频击穿电压会下降。

(三)影响击穿场强的其它因素

六氟化硫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,此处仅先容其中两种主要影响因素,即电极表面缺陷和导电微粒。

1.电极表面缺陷图表示电极表面粗糙度Ra对SF6,气体电气强度Eb的影响。

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”。

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。

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