SKL-PES 输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室(三) 直流.PPT

阴极材料发射电子的机制有二种，即热电子发射和强场电子发射。同时考虑这二种发射时，阴极的电流密度则为： T为阴极温度，φ为阴极材料的功函数，即逸出功，E为电极表面电场强度，A1、A2为常数，j为决定于起关键作用的T、E和φ三个参数。 正极性电弧的电解液阴极受自身饱和特性和溶液沸点的限制，其温度T大大低于负极性电弧的金属阴极，因此，负极性电弧的金属阴极更适合于热电子发射。且负极性电弧金属阴极表面总存在一些凸起之外，易于形成局部强电场，负极性电弧阴极更适合于强场发射。 金属内有大量的自由电子，且金属的逸出功φ较小，大约为几个电子伏特，因此负极性电弧金属阴极适合发射电子；而电解液中仅有大量的正、负离，缺乏自由电子，因此，正极性电弧阴极不适合于电子发射。 金属阴极有较强的电子发射能力，因而能形成较大的阴极区电流，由电流的连续可知，相应的电弧电流则比较大，因此负极性电弧的弧柱压降比较小，这是负极性污闪电压低第一个原因。 金属阴极有较强的发射电子能力，外部电源只需提供较低的压降，就可产生阴极电流，因此，负极性电弧的阴极压降较小，这是负极性污闪电压低的第二个原因。实验证明，金属阴极压降约几十伏，电解液阴极压降约700V。 金属阴极有较强的发射电子能力，易于形成较大的电弧电流，因此负极性电弧更强更稳定，更易于飘离绝缘子表面而不熄弧。 综上所述，负极性电弧金属阴极材料的强电子发射能力，是造成较低的负极性污闪电压的主要原因。也就是说，正、负极性电弧阴极材料发射电子能力的差异，是造成单电弧直流污闪极性效应的主要原因。 (4) 单电弧极性效应的原因 (二) 瓷和玻璃绝缘子串污闪的极性效应 负极性污闪初始阶段 污闪临闪阶段 正极性污闪初始阶段 清洁区 清洁区 绝缘子串污闪过程中，每片绝缘子的上、下金具处均能引发电弧，因此，正、负极性污闪都是由多个电弧引发的，而且这些电弧既有正极性电弧又有负极性电弧。 由于这些正、负极性电弧是串联的，具有相同的电弧电流，因此负极性电弧的金属阴极的强电子发射能力不再显得突出，即负极性电弧的金属阴极不再是造成负极性污闪电压的主要原因。 在正极性电弧的金具(阳极)侧均能够形成一片清洁区。这是由于电弧产生的正离子运动速度较慢(与电子相比)，易于被污秽颗粒吸附，带电污秽颗粒在电场力作用下向负极性方向移动，使金属阳极侧留下一片清洁区。清洁区的作用类似于高阻干区，其上承受的电压较高，易于产生电弧。 具有较高温度(与周围空气相比)的等离子体电弧的质量比周围空气轻，具有向上飘浮的特点。负极性试验的清洁区位于绝缘子上表面，因此清洁区上形成的电弧易于飘离绝缘子上表面，并于上一片绝缘子下电极处产生的电弧连接。连接的电弧一方面受到电场力的外推作用，另一方面又受到绝缘子内侧空气因受热膨胀产生的外推作用，于是不断外移，最后连接相临两片绝缘子的伞裙外缘，造成伞间电弧桥接，相当于缩短了绝缘子的爬电距离，因此负极性污闪电压较低。 正极性污闪试验的清洁区位于绝缘子下表面，清洁区上形成的电弧贴在绝缘子的下表面，不能向上飘浮，难以形成伞间电弧桥接，这使绝缘子的爬电距离利用率较高，相应地，正极性污闪电压较高。 由此可知，正极性电弧金属阳极侧产生的清洁区在辅助以绝缘子的形状因素是造成负极性污闪电压低的主要原因。 总结－直流绝缘子串污闪存在极性效应的原因 污秽绝缘子的操作冲击特性 5.5 无论是交流输电，还是直流输电，系统均存在操作过电压。当操作冲击数值较低时，相对于运行电压的污闪电压则是外绝缘选择的决定性因素；当运行电压较高时，外绝缘的操作冲击污闪电压就显得非常突出，直流输电系统尤其如此。在进行外绝缘设计时，应当考虑绝缘子在超过线路经常出现的操作冲击时不发生闪络。 现有试验结果表明：污秽绝缘子的操作冲击闪络电压比清洁而干燥，或清洁淋雨时明显降低。且正极性操作冲击污闪电压比负极性低。因此，一般情况下讨论正极性操作冲击的污闪特性。 (一) 纯操作冲击的电气强度 污秽导致纯操作冲击特性降低，放电电压仅为工频峰值的1.9~2.3倍。可能导致空载下绝缘子串有湿润污秽时合闸瞬间引起闪络。 污秽绝缘子的操作冲击闪络电压均随着污秽程度的增加而降低。 耐雾型绝缘子 (XWP-70) 纯操作冲击耐受电压与盐密的关系(+180/2400μS) (二) 有预加交流或直流电压时的操作冲击特性 污秽绝缘子施加操作冲击电压之前，如果有预加交流或直流电压时，将引起大片干燥带的形成，该干燥带在绝缘子长度或泄漏路径方向导致湿污层连续性的破坏，相当于污秽分布不均匀而致使污层导电性的连续性遭受破坏，因此，此时操作冲击强度下降程度比纯操作冲击严重。 附图 操作冲击作用下悬式绝缘子串50% 污闪电压和波头的关系(波长为3000μs) 附图 操作冲击作用下悬式