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电工基础
提高气体间隙击穿电压的措施
2017-03-03 16:37:23 |人围观 |
评论:
希望间隙的绝缘距离尽可能短――雷提高间隙击穿电压
两种途径
改进电极形状
①改善电场分布
利用气体放电本身的空间电荷畸变电场
尽量均匀
②削弱气体中的电离过程
一、电极形状的改进――电场分布均匀,平均击穿场强高
(1)增大电极曲率半径,减小表面场强。图2-25
(2)改善电极边缘――弧形,消除边缘效应
(3)使电极具有最佳外形。
原则:调整电场,降低局部过高场强,提高间隙击穿电压(电气强度)
二、空间电荷的利用
极不均匀电场,击穿前发生电晕现象――利用放电自身产生的空间电荷改善电场分布
例图2-26导线直径小反而击穿电压高,导线直径大,击穿电压与尖-板近――细线效应。
解释:导线直径很小时,导线周围易形成均匀电晕流,电压 电晕流,电晕放电形成的空间电荷使电场分布改变,电晕流均匀,电场分布改善,从而提高了击穿电压。
导线直径大,表面不光滑,存在电场局部强的地方,――电离局部强, 另外强场巨大,电离发展强烈,加强前方电场,削弱了周围附近的电场(类似金属尖端)――电晕易转入刷状放电,击穿电压与尖-板击穿的电压相近。
实验:雷电冲击电压下无细线效应――电压作用时间短,来不及形成空间电荷层。
利用空间电荷(均匀电晕)提高间隙击穿电压――持续电压。
三、极不均匀场中屏障的采用
放入薄片固体绝缘材料,显著提高间隙击穿电压――屏障
与电压种类相关:
① 尖电极正极性,屏障显著提高间隙击穿电压,图2-28
无屏障,尖电极附近正离子形成集中的正空间电荷,促进电离发展击穿电压低。
设置屏障后,正离子积聚并在表面均匀分布,屏障前方形成均匀电场,改善电场分布,提高击穿电压――效果与位置有关。
② 尖电极负极性
屏障靠最近板极,反面降低了击穿电压
③ 工频电压下设置屏障击穿曲线――显著提高击穿电压
④ 雷电冲击电压下
⑤ 均匀、稍不均匀电场,屏障不能提高间隙击穿电压
四、固体绝缘覆盖层
稍不均匀电场,离场强电极表面覆盖固体低绝缘层,提高击穿电压显著,有待进一步得入
五、高气压的采用
大气压下空气电气强度30kV/cm,不高
其他方法――削弱气体电离过程,如内绝缘有条件下,提高气压,减少电子平均行程,削弱电离。特殊注意如下:
(1)电场均匀程度影响 图2-32
间隙距离不变,击穿电压随压力提高而增加,一定程度而变缓,高气压下,电场均匀程度对击穿电压的影响比大气压力下显著均匀程度下降,击穿电压将剧烈降低,高压下,应尽量均匀,但气压不会太高,因为①-
下压力高,击穿电压低,不符合申定律②对容电机械强度及密封要求高
(2)电极表面状态的影响
高气压下,气隙击穿电压和电极表面粗糙度类不大,粗糙――击穿电压低。新电极最初几次击穿电压较低,多次火花击穿后击穿电压提高,分散性小――电极的“老炼”处理污物,湿度等因素在高压下对气隙击穿电压的影响比常压下显著。
结论:高气压下应尽可能改进电极形状,改善电场分布,电极应加工光洁,气体要过滤,充气后需较长时间静化后再使用。
六、高真空的采用
――削弱电极间气体的电离过程,电子自由行程变大,但间隙中E分子可碰撞电离子过程无从发展,提高了击穿电压
P<133x10
-4
Pa E
b
很高
高真空下,击穿场强E
b
与P关系不大,碰撞电离不起主要作用,强场放射是高真空下的击穿机理。
真空断路口
七、高电气强度气体(SF
6
)的采用
卤族云素气体化合物,六氟化硫SF
6
,四氯化碳CCl
4
,氟列昂CCl
2
F
2
电气强度都比空气高很多――高电气强度气体代替空气U
b
体积
相对电气强度――气压,间隙距离相同下,与空气电气强度之比。
SF
6
无色,无味,无毒,非燃性,惰性化合物,无弧性能,无腐蚀作用。
用于大容量高压断路口,高压充气电缆,高压电容口,充气套管中。
缺点:造价高,温室气体,破坏自氧层。
1.SF
6
等气体电气强度高的原因
①含有卤族之素,具有很强的电负性,气体分子容易和电子结合成为负离子,从而削弱了电子的碰撞电离能力,同时又加强了复合过程。
②气体分子量大,直径大,使得电子自由行程缩短,不易积聚能量,减少了电离能力。
③电子与这些气体的分子相遇,易引起分子极地,增加能量损失,减弱电离能力。
2.电子电离系数,附着系数及自持放电条件
SF
6
可用气体放电理论分析,其特殊之处在于具有强烈的电负性,分子吸附电子,而阻碍放电发展的可能性。
电子运动中增加的规律
电离系数:单位长度新增电子数
电子附着系数:单位长度被吸附的次数
有效电离子数
SF
6
仅当E/P>临界值
时
,放电才可能发展
空气
SF
6
是空气的3倍
-E成性关系
崩头电子数
临界值
即
时电子崩转入流注
放电:非自持――自持
代入
3.SF
6
气体间隙的工程击穿场强E
bt
各种因素,粗略估计
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