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SF6氣體在不均電場擊穿電壓與壓力關系

文章出處:www.qnmzq.com 作者:Abdie 人氣: 發表時間:2016-08-15 15:52:15

影響SF6氣體擊穿電壓的因素如下:

(1) 電場的均勻性。SF6的擊穿電壓在均勻性不同的電場中差異較大。在均勻電場中,SF6的擊穿電壓比在極不均勻電場中大,而這種影響遠比空氣大得多。(2) SF6的工作壓力。提高SF6的工作壓力是提高SF6擊穿電壓的途徑之一,但工作壓力也不能過高,否則SF6會液化。同時還應注意,SF6的擊穿電壓有隨氣壓增高而趨于飽和現象,電場越不均勻越容易飽和。因此只有在保證SF6被液化,并保證電場相當均勻的條件下提高SF6工作壓力才最為有效。

(3) SF6氣體為不純物。SF6中混有空氣、氮氣等不純氣體或導電微粒時,則可顯著降低其絕緣能力。SF6氣體的導電微粒受電場作用而移動,逐步形成“導電小橋”,從而導致擊穿電壓下降。

(4) 電極表面。隨著電極表面積的增大,SF6的擊穿電壓下降。電極表面越粗糙,則擊穿電壓越低。經過多次放電處理后的電極表面比較光滑,擊穿電壓有增高的趨勢。

電場的不均勻程度對SF6電氣強度的影響遠比對空氣的大。   

六氟化硫具有較高的電氣強度,主要是因為其具有很強的電負性,容易俘獲自由電子而形成負離子(電子附著過程),電子變成負離子后,其引起碰撞電離的能力就變得很弱,因而削弱了放電發展過程。

與均勻電場中的擊穿電壓相比,SF6在極不均勻電場中擊穿電壓下降的程度比空氣要大得多。SF6優異的絕緣性能只有在電場比較均勻的場合才能得到充分的發揮。

在設計以六氟化硫氣體作為絕緣的各種電氣設備時,應盡可能使氣隙中的電場均勻化,采用屏蔽等措施以消除一切尖角處的極不均勻電場,使SF6優異的絕緣性能得到充分的利用。

六氟化硫 (SF6氣體)

(一)均勻和稍不均勻電場中SF6的擊穿均勻和稍不均勻電場中SF6的擊穿SF6氣體

SF6電負性氣體中的碰撞電離和放電過程時,除了考慮α過程外,還應計及電子附著過程,它可用一個與電子碰撞電離系數α的定義相似的電子附著系 數η 來表示,η的定義是一個電子沿電場方向運動1cm的行程中所發生的電子附著次數平均值。可見 在電負性氣體中的有效碰撞電離系數 應為:α = αη

均勻電場中的電子崩增長規律:na = n0 e (α η ) d

式中:n0-陰極表面處的初始電子數; na-到達陽極時的電子數

這時應該注意:在一般氣體中,正離子數等于新增的電 這時應該注意子數;而在電負性氣體中,正離子數等于新增的電子數與負離子數之和。

由于強電負性氣體在實用中所處條件均屬于流注放電的范疇,所以這里不再討論其湯遜自持放電條件,而直接 探討其流注自持放電條件。為此,可參照式(120)寫出均 勻電場中電負性氣體的流注自持放電條件為:(α η ) = K

實驗研究證明:對于SF6氣體,常數K=10。5,相應的擊穿電壓為:Ub = 88。5 pd + 0。38

(kV)式中:p-氣壓,Mpa,d-極間距離,mm

在工程應用中,通常pd<1MPa mm,所以上式可近似地寫 成:Ub ≈ 88。5 pd

式(216)和式(217)均表明,在均勻電場中SF6氣體的擊穿也遵循巴申定律。它在0。1MPa(1atm)下的擊穿場強Eb = Ub ≈ 88。5kV / cm ,幾乎是空氣的3倍。

在氣體絕緣電氣設備中最常見的是稍不均勻電場氣隙,例如同 軸圓筒間的氣隙。

在稍不均勻電場中,極性對于氣隙擊穿電壓的影響 與極不均勻電場中的情況是相反的,此時負極性下的擊穿電壓反而比正極性時低10%左右。沖擊系數很小,雷電沖擊時約為1.25,操作沖擊時更小,只有1.05~1.1。

(二) 極不均勻電場中SF6的擊穿

極不均勻電場中SF6氣體擊穿的異常現象與空間電荷的運動有關。 

空間電荷對棒極的屏蔽作用會使擊穿電壓提高,但在雷電沖擊電壓的作用下,空間電荷來不及移動到有利的位 置,故其擊穿電壓低于靜態擊穿電壓;氣壓提高時空間電荷擴散得較慢,因此在氣 壓超過0.1~0.2MPa時,屏蔽作用減弱,工 頻擊穿電壓會下降。

(三)影響擊穿場強的其它因素

六氟化硫氣體絕緣電氣設備的設計場強值遠低于理論擊穿場強,這是因為有許多影響因素會使它的擊穿場強下降。此處僅介紹其中兩種主要影響因素,即電極表面缺陷和導電微粒。

1.電極表面缺陷圖表示電極表面粗糙度Ra對SF6,氣體電氣強度Eb的影響。

可以看出:GIS的工作氣壓越高,則Ra對Eb的影響越大,因而對電極表面加工的技術要求也越高。

電極表面粗糙度大時,表面突起處的局部電場強度要比氣隙的平均電場強度大得多,因而可在宏觀上平均場強尚 未達到臨界值時就誘發擊穿。

除了表面粗糙度外,電極表面還會有其它零星的隨機缺陷,電極表面積越大,這類缺陷出現的概率也越大。所以電極表面積越大,SF6氣體的擊穿場強越低,這一現象被稱為 “面積效應”。

2.導電微粒設備中的導電微粒有兩大類,即固定微粒和自由微粒, 前者的作用與電極表面缺陷相似,而后者因會在極間跳動 而對SF6氣體的絕緣性能產生更大的不利影響。



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