2.5提高气体介质电气强度的方法

最简单的屏蔽罩当然是球形屏蔽极，它的 半径R按下式选择：
超高压输电线路上应用屏蔽原理来改善电 场分布以提高电晕起始电压的实例有： 超高压线路绝缘子串上安装的保护金具 (均压环)、超高压线路上采用的扩径导 线等。
二、利用空间电荷改善电场分布
• 由于极不均匀电场气隙被击穿前一定先 出现电晕放电，所以在一定条件下，还 可以利用放电本身所产生的空间电荷来 调整和改善空间的电场分布，以提高气 隙的击穿电压。
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。
小 结
球形屏蔽极可以显著改善电场分布，提高气隙的击穿 电压； 在气Βιβλιοθήκη Baidu中放置形状和位置合适、能阻挡带电粒子运动 和调整空间电荷分布的屏蔽，可明显提高气隙击穿电 压； 高气压和高强度气体相结合是一种有效的气体绝缘形 式； 高真空气体主要用于配电网真空断路器中。
五、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 满足以下条件： 液化温度要低，这样才能同时采用高气 压； 良好的化学稳定性，出现放电时不易分 解、不燃烧或爆炸、不产生有毒物质； 生产不太困难，价格不过于昂贵。
图2-13表明采用不 同直径屏蔽球时的 效果，例如在极间 距离为100cm时， 采用一直径为75cm 的球形屏蔽极就可 使气隙的击穿电压 约提高1倍。
• 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 大于装置的最大对地工作 电压 ，即：
第五节 提高气体介质电气强度 的方法
改进电极形状以改善电场分布 利用空间电荷改善电场分布 采用屏障 采用高气压 采用高电气强度气体 采用高真空
为了缩小电力设施的尺寸，总希望将气隙 长度或绝缘距离尽可能取得小一些，为 此就应采取措施来提高气体介质的电气 强度。从实用角度出发，要提高气隙的 击穿电压不外乎采用两条途径： 改善气隙中的电场分布，使之均匀； 设法削弱和抑制气体介质中的电离过程。
• SF6同时满足以上条件，而且还具备优异 的灭弧能力，其他有关的技术性能也相 当好，因此SF6及其混合气体在电力系统 中得到了广泛应用
六、采用高真空
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。
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。
四、采用高气压
• 图2—16为不同气 压的空气和SF6气 体、电瓷、变压 器油、高真空等 的电气强度比较。 从图上可以看出： 2．8MPa的压缩空 气具有很高的击 穿电压。
• 但采用高气压会 对电气设备外壳 的密封性和机械 强度提出很高的 要求，往往难以 实现。如果用SF6 来代替空气，为 了达到同样的电 气强度，只要采 用0．7MPa左右的 气压就够了。
• 如图(2-14)，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。以图2—15所 示的“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。
• 在常压下空气的电气强度是比较低的， 约为30kV/cm。即使采取上述各种措施来 尽可能改善电场，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。
三、采用屏障
• 由于气隙中的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。
一、改进电极形状以改善电场分布
电场分布越均匀，气隙的平均击穿场强也 就越大。因此，可以通过改进电极形状 的方法来减小气隙中的最大电场强度， 以改善电场分布，提高气隙的击穿电压。 如： 增大电极的曲率半径 消除电极表面的毛刺 消除电极表面尖角
利用屏蔽来增大电极的曲率半径是一种常 用的方法。以电气强度最差的“棒一板” 气隙为例，如果在棒极的端部加装一只 直径适当的金属球，就能有效地提高气 隙的击穿电压。