氟化硫和气体绝缘电气设备.ppt
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1、第四节 六氟化硫和气体绝缘电气设备,六氟化硫的绝缘性能 六氟化硫理化特性方面的若干问题 六氟化硫混合气体 气体绝缘电气设备,六氟化硫(SF6)气体:,20世纪60年代开始作为绝缘媒质和灭弧媒质使用于某些电气设备(首先是断路器)中;至今已是除空气外应用最广泛的气体介质。,SF6的电气强度约为空气的2.5倍,灭弧能力更高达空气的100倍以上,所以在超高压和特高压的范畴内,它已完全取代绝缘油和压缩空气而成为唯一的断路器灭弧媒质。,目前SF6不但应用于单一电力设备,如:SF6断路器、气体绝缘变压器等;也被广泛采用于将多种变电设备集于一体并密闭充SF6气体的容器之内的封闭式气体绝缘组合电器(GIS)和充
2、气管输电线等装置中。,一、SF6的绝缘性能,SF6具有较高的电气强度,主要是因为其具有很强的电负性,容易俘获自由电子而形成负离子(电子附着过程),电子变成负离子后,其引起碰撞电离的能力就变得很弱,因而削弱了放电发展过程。,电场的不均匀程度对SF6电气强度的影响远比对空气的大。与均匀电场中的击穿电压相比,SF6在极不均匀电场中击穿电压下降的程度比空气要大得多。SF6 优异的绝缘性能只有在电场比较均匀的场合才能得到充分的发挥。在设计以 SF6 气体作为绝缘的各种电气设备时,应尽可能使气隙中的电场均匀化,采用屏蔽等措施以消除一切尖角处的极不均匀电场,使 SF6 优异的绝缘性能得到充分的利用。,(一)
3、均匀和稍不均匀电场中SF6的击穿,SF6电负性气体中的碰撞电离和放电过程时,除了考虑第一章中所说的 过程外,还应计及电子附着过程,它可用一个与电子碰撞电离系数 的定义相似的电子附着系数 来表示,的定义是一个电子沿电场方向运动1cm的行程中所发生的电子附着次数平均值。可见在电负性气体中的有效碰撞电离系数应为:,参照式1-7,可写出均匀电场中的电子崩增长规律:式中:n0-阴极表面处的初始电子数;na-到达阳极时的电子数这时应该注意:在一般气体中,正离子数等于新增的电子数;而在电负性气体中,正离子数等于新增的电子数与负离子数之和。所以在汤逊理论中不能将式(114)中的 简单地用(-)来代替而得出电负
4、性气体的自持放电条件。,由于强电负性气体在实用中所处条件均属于流注放电的范畴,所以这里不再讨论其汤逊自持放电条件,而直接探讨其流注自持放电条件。为此,可参照式(120)写出均匀电场中电负性气体的流注自持放电条件为:实验研究证明:对于SF6气体,常数K=10.5,相应的击穿电压为:式中:p-气压,Mpa,d-极间距离,mm,在工程应用中,通常pd1MPa mm,所以上式可近似地写成:式(216)和式(217)均表明,在均匀电场中SF6气体的击穿也遵循巴申定律。它在0.1MPa(1atm)下的击穿场强,几乎是空气的3倍。前面已经提到,在气体绝缘电气设备中最常见的是稍不均匀电场气隙,例如同轴圆筒间的
5、气隙。,图217给出R/r=1.67406的同轴圆筒中SF6的击穿场强Eb与气压p的关系曲线,由图中可见击穿场强并不与气压成正比,而是增加得少一些。,在稍不均匀电场中,极性对于气隙击穿电压的影响与极不均匀电场中的情况是相反的,此时负极性下的击穿电压反而比正极性时低10左右。冲击系数很小,雷电冲击时约为1.25,操作冲击时更小,只有1.051.1。,(二)极不均匀电场中SF6的击穿,在极不均匀电场中,SF6气体的击穿有异常现象,主要表现在以下两个方面:如图所示,首先是工频击穿电压随气压的变化曲线存在“驼峰”;,其次是驼峰区段内的雷电冲击击穿电压明显低于静态击穿电压,其冲击系数可低至06左右,如图
6、218所示。,虽然驼峰曲线在压缩空气中也存在,但一般要在气压高达1MPa左右才开始出现,而在SF6气体中,驼峰常出现在0.10.2MPa的气压下,即在工作气压以下。因此,在进行绝缘设计时应尽可能设法避免极不均匀电场的情况。,极不均匀电场中SF6气体击穿的异常现象与空间电荷的运动有关。我们知道,空间电荷对棒极的屏蔽作用会使击穿电压提高,但在雷电冲击电压的作用下,空间电荷来不及移动到有利的位置,故其击穿电压低于静态击穿电压;气压提高时空间电荷扩散得较慢,因此在气压超过0.10.2MPa时,屏蔽作用减弱,工频击穿电压会下降。,(三)影响击穿场强的其它因素,气体绝缘电气设备的设计场强值远低于理论击穿场
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