第一章 气隙的击穿特性(二)

（四）高气压的采用

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 1/51/8 ，提高压力至 11.5MPa ，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

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
1．由于含有卤族元素，气体具有很强的电负性，气体 分子容易和电子结合成为负离子，削弱电子的碰撞电 离能力，同时又加强复合过程 ２．气体的分子量比较大，分子直径较大，电子在其 中的自由行程缩短，不易积聚能量，从而减少其碰撞 电离能力 ３．电子和这些气体的分子相遇时，还易于引起分子 发生极化等过程，增加能量损失，从而减弱其碰撞电 离能力


（二）利用空间电荷畸变电场的作用

极不均匀电场中击穿前发 生电晕放电，利用放电产生 的空间电荷改善电场分布， 提高击穿电压 直径D＝20mm及16mm时 ，击穿电压曲线的直线部分 和尖一板间隙相近 导 线 直 径 减 为 3mm 以 至 0.5mm 时，击穿电压曲线 的直线部分陡度大为增加， 曲线逐渐与均匀电场中的相 近 —— “细线效应”
均匀电场中的沿面放电




固体介质表面不是绝对光滑，存在一定的粗糙程度，这使得 表面电场分布发生畸变 固体介质表面电阻不可能完全均匀，各处表面电阻不相同， 当界面上有泄漏电流流过时，界面上压降分布不均匀，使电 场分布不均匀，发生畸变，使沿面闪络电压降低 固体介质与空气接触的情况：由于潮气吸附到固体介质的表 面而形成薄水膜，其中的离子受电场的驱动而沿着界面移动 ，电极附近的表面上积聚的电荷较多，从而沿面电压分布变 的不均匀。因此，降低了闪络电压。 固体介质与电极接触的状况：当它们接触不良，存在小气隙 时，由于空气的介电常数比固体介质低，间隙中的场强比平 均场强大得多，小气隙内将首先发生放电，所产生的带电粒 子沿着固体介质的表面移动，原有电场发生畸变，使沿面闪 络电压有所降低

目前工程上已得到采用的是六氟化硫（SF6）。SF6 除了其电气强度很高以外，还具有优良的灭弧性能 ，很适合用于高压断路器中 SF6 已不仅用来制作单台电气设备（如 SF6 断路器 、避雷器、电容器等），而且发展成了各种组合设 备，即将整套送变电设备组成一体，密封后充以 SF6 气体，如全封闭组合电器、气体绝缘变电所、 充气输电管道等。这些 SF6 组合设备具有很多优点 ，如可大大节省占地面积、简化运行维护等等
（五）高真空的采用

削弱间隙中的碰撞电离过程，从而显著增高间隙的击 穿电压 高真空中击穿机理发生了改变
距离较小时，间隙的 击穿和阴极的强场 放射密切有关 在距离较大时，击穿 是由“全电压效应 ”引起的 分散性很大：电极材 料、电极表面的光 洁度及清洁度
（六）高电气强度气体的采用
含卤族元素的气体化合物，如六氟化硫（SF6）、氟利 昂（CCl2F2）等，其电气强度比空气的要高很多。称 为高电气强度气体
B
'
A'
图1-42 淋雨时绝缘子的闪络路径 淋雨时绝缘子的闪络路径

绝缘子污染状态下的沿面放电

积污、受潮、干区形成、局部电弧 发生污闪事故往往是大面积范围的，因为一个区域 内的绝缘子积污、受潮状况是差不多的。所以容易 发生大面积多点污闪事故。 污闪时自动重合闸成功率远低于雷击闪络时的情况 ，因而往往导致事故的扩大和长时间停电。 就经济损失而言，污闪在各类事故中居首位。


（三）极不均匀电场中屏障的采用

在电场极不均匀的空气 间隙中，放入薄片固体 绝缘材料（例如纸或纸 板），在一定条件下， 可以显著提高间隙的击 穿电压 原理是屏障积聚空间电 荷，改善电场分布 随着屏障位臵不同，击 穿电压发生了很大的变 化，尖电极的极性不同 ，屏障的影响也有别


尖电极为正极性
气体 氮 二氧化碳 六氟化硫 氟利昂 四氯化碳 化学组成 N2 CO2 SF6 CCl2F2 CCl4 分子量 28 44 146 121 153.8 相对电气强度 1.0 0.9 2.32.5 2.42.6 6.3 液化温度/ 0C -195.8 -78.5 -63.8 -28 +76


卤化物气体电气强度高的原因
屏障离尖电极过近，屏 障效应将随之而减弱

尖电极为负极性
屏障离开尖电极一定距 离，设臵屏障反而将 降低间隙的击穿电压 屏障离尖电极过近 ，仍 有相当的屏降效应

工频电压下屏障的作用 设臵屏障可以显著提高间隙的击穿电压。

雷电冲击电压下屏障的作用
尖电极具有正极性时，设臵屏障可显著提高间 隙的击穿电压 负极性时设臵屏障后，间隙的击穿电压和没有 屏障时相差不多

均匀电场中的击穿电压
在一定的压力范围内，击 穿场强的提高遵循巴申 定律，并且击穿场强大 致和气压成正比
大约从 1MPa 开始，实验 结果和巴申定律的分歧 就逐渐明显了

不均匀电场中的击穿电压
不均匀电场中提高气压后，间隙的击穿电压也将高 于大气压力下的数值 在高气压下，电场均匀程度对击穿电压的影响比在 大气压力下要显著得多，电场均匀程度下降，击 穿电压将剧烈降低 湿度对击穿电压有很大影响。湿度增加时击穿电压 明显下降；电场不均匀，则下降程度更显著

§1.8 沿面放电


均匀电场中的沿面放电
极不均匀电场具有强垂直分量时的沿面放电
极不均匀电场具有弱垂直分量时的沿面放电
固体介质表面有水膜时的沿面放电

绝缘子污染状态下的沿面放电
沿面放电的几种典型电场分布形式 （a）均匀电场；（b）弱垂直分量的不均匀电场；（c）强垂直分量的不均匀电场

高电压技术
§1.7 提高气体间隙击穿电压的措施
两个途径：
一、改善电场分布，使之尽量均匀
改进电极形状
利用空间电荷畸变电场的作用
二、利用其它方法来削弱气体中的电离过程
(一）改进电极形状以改善电场分布

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 ；采用扩径导线等 改善电极边缘 电极边 缘做成弧形；尽量使其 与某等位面相近 使电圾具有最佳外形 如穿墙高压引线上加金 属扁球；墒洞边缘做成 近似垂接线旋转体

对源自文库电气强度气体的要求
1．液化温度要低，采用高电气强度气体时，常常同 时提高压力，以便更大程度的提高间隙的击穿电压， 缩小设备的体积和重量。所以这些气体的液化温度要 低，以便在较低的运行温度下，还能施加相当的压力 2．应具有良好的化学稳定性，不易腐蚀设备中的其 它材料，无毒，不会爆炸，不易燃烧，即使在放电过 程中也不易分解等 3．经济上应当合理，价格便宜，能大量供应




极不均匀电场具有强垂直分量时的沿面放电
1
1 1
(a)
2
(
2
b)
(
沿套管表面的放电 图1-39 沿套管表面的放电
c)
2

极不均匀电场具有弱垂直分量时的沿面放电

沿面闪络电压与空气击穿电压差别不大

固体介质表面有水膜时的沿面放电
A B
C
由于雨淋时绝缘子表面上的水膜大都是不 均匀和不连续的，因而造成有水膜覆盖的 表面电导大，无水膜处的表面电导小，绝 大部分外加电压由干表面来承受。绝缘子 在雨中有三种可能的闪络途径： 沿着表面AB和干表面BCA＇发展；在这 种情况下，被工业区的雨水（电导率约为 0.01S/m）淋湿的绝缘子的闪络电压（称 湿闪电压）只有干闪电压的40%～50% 沿着湿表面AB和空气间隙BA‘发展； 在这种情况下，空气间隙BA’中只有分 散的雨滴，气隙的击穿电压降低不多，雨 水电导率大小的影响不大，绝缘子的湿闪 电压不会降低太多 沿着湿表面AB和水流BB＇发展；在这 种情况下，伞裙间气隙被连续的水流所短 接，湿闪电压将降到很低的数值，这些在 倾盆大雨时才会发生