2.1气体介质的绝缘特性.ppt

2.1.2 均匀电场中气体间隙击穿电压与气体密度的关系 1.气体间隙击穿电压与气体密度的关系 在均匀电场中，气体间隙的击穿电压与气体密度有关，因而与压力有关。当温度不变压力变化时，气体密度发生变化，压力升高密度增大，电子向阳极运动的过程中，容易与分子发生碰撞，每两次碰撞的自由行程缩短。行程短，动能不足，不容易游离。击穿电压会升高；反之，气体密度小，虽然碰撞次数减少，但行程大大增加。容易游离，击穿电压降低。但如果气体过于稀薄，即真空状态。碰撞次数大大减少。击穿电压也会升高。 2.1.3 电场是否均匀对空气间隙击穿电压的影响 气体间隙的击穿电压与电场是否均匀有关。在标准大气压下，温度为20℃时，均匀电场中空气间隙的击穿场强大约为30kV/cm（峰值）。直流击穿电压和工频击穿电压幅值接近相等。不均匀电场中空气间隙的击穿电压大大下降，具体数据还与电极形状、间隙长短、作用电压种类（直流、交流、冲击电压）有关。如果是直流和冲击电压，还要考虑极性效应的影响。如不均匀电场的间隙大于50cm时，负极性的直流击穿电压（负极施压，正极接地）平均击穿场强约为10kV/cm，而正极性的直流击穿场强平均约为4.5kV/cm，与均匀电场的击穿场强30kV/cm相比，小的多。 2.1.6 影响气体间隙击穿电压的因素 1、气体状态对击穿电压的影响 气压和温度（影响密度）对击穿电压有重要的影响。 湿度对气体间隙的击穿电压也有一定的影响。湿度增大，气体间隙的击穿电压增高。因为随着湿度的增大，空气中的水分增加，电子与水分子发生碰撞的机会增多，水分子捕获自由电子形成负离子增多。加强复合的作用，因而对气体中的放电过程起到抑制的作用，击穿电压增高。 2、电压作用时间（电压波形）对击穿电压的影响 电压作用时间与电压的波形有关。工频电压、冲击电压和直流电压的波形都不同。冲击电压的雷电冲击和操作冲击其波前时间和半峰值时间也都不同。 在均匀电场中，空气间隙的雷电冲击击穿电压比工频击穿电压高的多。但是对于操作冲击电压，如果其波前时间与对应的空气间隙距离相比较，正好处于临界波前时间的数值附近，则操作冲击电压可能低于工频击穿电压的幅值。在极不均匀场中，棒为正极时，直流击穿电压等于工频击穿电压。棒为负极时，直流击穿电压高于工频击穿电压，工频击穿一般发生在棒极电压处于正半波时。 3、电压的极性对击穿电压的影响 均匀电场的空气间隙，其击穿电压与电压极性无关。稍不均匀电场或极不均匀电场中的棒—棒间隙，由于电极对称，因此击穿电压也与电压极性无关。对于极不均匀电场中的棒—板间隙，空气间隙的直流或冲击击穿电压与棒极的极性有关，一般是负极性放电电压高。 4、电场的均匀程度对击穿电压的影响 电场的均匀程度对空气间隙的击穿特性有很大影响。电场越均匀，击穿电压越高。电场是否均匀还可以根据间隙击穿前电极附近是否存在稳定的电晕放电来区分：在均匀中，电极附近不会存在稳定的电晕放电。如果电压升高，电极附近首先出现稳定的电晕放电，在继续升高电压后，间隙才被击穿，则称为极不均匀电场。如果电场不均匀，但还还不存在稳定的电晕放电，电晕一旦出现，间隙立刻击穿，则称为稍不均匀电场。 5、电极材料和光洁度对击穿电压的影响 气体间隙的击穿电压还与电极材料的种类和电极的种类和电极的光洁度有关。 如不锈钢电极和铝制电极在其他条件都相同时，间隙的击穿电压也不一样。铝电极表面容易发射电子，击穿电压较低，不锈钢电极的空气间隙击穿电压略高。 新电极表面会存在小毛刺，因此需进行老练处理，通过对电极加压老练处理，除去电极表面的小毛刺后，不仅提高间隙的击穿电压，而且击穿电压的分散性减小。 6、不同气体种类对击穿电压的影响 气体的种类不同，气体间隙的击穿电压也不同。特别是某些含卤族元素的气体，如六氟化硫、二氯二氟二碳和四氟化碳等，在一切条件都相同的条件下，其击穿电压比空气高几倍，称为高强度气体。因为它们的分子尺寸大，而且具有很强的负电性。由于分子尺寸大，电子在运动时自由行程短，运动的电子不易发生碰撞游离，由于有很强的负电性，中性分子容量吸附电子变为负离子，对复合有利，也使气体击穿电压提高。 2.1.7 SF6气体的特性 目前，六氟化硫气体在66kV及以上电压等级的开关设备中应用十分普遍，几乎替代了矿物油。在10—35kV的中压设备中也日益推广使用。 1.SF6气体的电气强度与气体压力和棒极极性的关系 SF6气体在普通状态下是无色、无味、无毒、不燃、不助燃的惰性气体。密度为空气的5倍。在均匀电场中，同为一个大气压时，电气强度为空气2.3—3倍。 SF6充气设备一般在适当的充气压力下，这样可以获得需要的电气强度。如压力在0.3MPa时绝缘强度与变压器油相当。如果电场不均匀则影响这一效果。因此，SF6电气设备在结构设计时要特别注意尽可能