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气体介质的击穿现象
48页1、电气试验的基本知识主主讲:于:于兰芝芝CONTENTS绝缘材料的电气性能绝缘材料的电气性能01.气体绝缘材料及其击穿特性气体绝缘材料及其击穿特性02.液体绝缘材料及其击穿特性液体绝缘材料及其击穿特性03.固体绝缘材料及其击穿特性固体绝缘材料及其击穿特性04.v不不均匀电场中气体的击穿过程均匀电场中气体的击穿过程【学习任务】了解极不均匀电场中的电晕放电和极性效应,熟悉直流电压和工频电压作用下极不均匀电场中气体间隙的击穿场强。01气体介质的击穿现象2典型的不均匀电场电极结构典型的不均匀电场电极结构v不不均匀电场中气体的击穿过程均匀电场中气体的击穿过程 球间隙球间隙(稍不均匀)稍不均匀)输电线空气绝缘(极不均匀)输电线空气绝缘(极不均匀)01气体介质的击穿现象2稍不均匀电场稍不均匀电场极不均匀电场极不均匀电场与均匀电场类似,间隙击穿与均匀电场类似,间隙击穿前没有放电迹象。前没有放电迹象。间隙击穿前在高场强区会出现间隙击穿前在高场强区会出现蓝紫色光晕,并发出蓝紫色光晕,并发出“咝咝咝咝”的响声,称为的响声,称为电晕放电电晕放电。刚出。刚出现电晕时的电压称为现电晕时的电压称为电晕起始电晕起始电压
2、。电压。不均匀电场放电特点v不不均匀电场中气体的击穿过程均匀电场中气体的击穿过程01气体介质的击穿现象2电晕放电实例v不不均匀电场中气体的击穿过程均匀电场中气体的击穿过程一、电晕放电一、电晕放电01气体介质的击穿现象201气体介质的击穿现象2极不均匀电场中,间隙中的最大场强与平均场强相差很大。距曲率半径小的电极越近,场强越大。当间隙上的电压升高时,在间隙中的平均场强远未达到平均击穿场强的情况下,曲率半径小的电极附近空间的局部场强将首先达到足以引起强烈游离的数值,在这一局部区域内形成自持放电,称电晕放电。可看到该电极周围有薄薄的蓝紫色的发光层,还可听到咝咝的声音,嗅到臭氧的气味。电晕层发光是由于伴随着游离而存在的复合以及由激发态回到正常态的反激发辐射光子造成的。一、电晕放电一、电晕放电01气体介质的击穿现象2一、电晕放电一、电晕放电电晕放电是极不均匀电场所特有的一种自持放电形式。开始发生电晕时的电压称电晕起始电压,而电极表面的电场强度称电晕起始电场强度。01气体介质的击穿现象1.6电晕放电的不利影响电晕放电的不利影响1 1、产生能量损耗、产生能量损耗工程上经常遇到极不均匀电场。架空输电线
3、路就是一个例子。雨雪等恶劣天气时,在高压输电线路附近常可听到电晕的咝咝声,夜晚还可以看到导线周围有紫色晕光。气体放电过程中的光、声、热的效应以气体放电过程中的光、声、热的效应以及化学反应等都要引起能量损耗及化学反应等都要引起能量损耗,表1-5为超高压输电线路年平均电晕损耗;一、电晕放电一、电晕放电01气体介质的击穿现象22、产生高频电磁波,干扰通信电晕放电的不利影响电晕放电的不利影响一、电晕放电一、电晕放电01气体介质的击穿现象23、电晕放电还使空气发生化学反应,生成臭氧、氮氧化物等产物,臭氧、氮氧化物等产物是强氧化剂和腐蚀剂,会对气体中的固体介质及金属电极造成损伤或腐蚀。因此电晕在高压特别是超高压、特高压中要严加限制。因此电晕在高压特别是超高压、特高压中要严加限制。电晕放电的不利影响电晕放电的不利影响一、电晕放电一、电晕放电01气体介质的击穿现象2限制电晕的方法限制电晕的方法1、改进电极形状,增大曲率半径变电站或开关站220kV及以上电压等级的母线通常采用管型母线,使母线周围电场分布均匀,提高起晕电压,限制电晕。一、电晕放电一、电晕放电01气体介质的击穿现象22、对输电线路采用分裂导
4、线与单根导线相比,分裂导线附近的电磁场分布发生了变化,每相电荷分布在该相的各根分导线上,这样就等效于加大了该相导线的半径,减小了导线表面电荷密度,因而降低导线表面电场强度,从而抑制电晕放电。限制电晕的方法限制电晕的方法一、电晕放电一、电晕放电四四分分裂裂导导线线01气体介质的击穿现象2 我国设计要求:我国设计要求:220kV220kV及以下输电线路要求在恶劣天气下也无可见电晕及以下输电线路要求在恶劣天气下也无可见电晕,500kV 500kV输电线路要求在好天气下夜间无可见电晕。输电线路要求在好天气下夜间无可见电晕。一、电晕放电一、电晕放电01气体介质的击穿现象2对于电极形状不对称的极不均匀电场间隙,如棒对于电极形状不对称的极不均匀电场间隙,如棒-板间隙,棒的极性不同时,间隙的起晕电压和击板间隙,棒的极性不同时,间隙的起晕电压和击穿电压各不相同,这种现象称为穿电压各不相同,这种现象称为极性效应极性效应。极性效应是不对称的极不均匀电场所具有的特性极性效应是不对称的极不均匀电场所具有的特性之一。之一。v不不均匀电场中气体的击穿过程均匀电场中气体的击穿过程01气体介质的击穿现象2正棒正棒负板间
5、隙负板间隙负棒负棒正板间隙正板间隙u极性效应是由棒的极极性效应是由棒的极性不同时,间隙中的性不同时,间隙中的空间电荷对外电场的空间电荷对外电场的畸变作用不同引起的。畸变作用不同引起的。u无论棒的极性如何,无论棒的极性如何,棒极附近均为强电场棒极附近均为强电场区,该处气体首先发区,该处气体首先发生游离,形成电子崩。生游离,形成电子崩。电子崩发展方向电子崩发展方向电子崩发展方向电子崩发展方向二、极性效应二、极性效应01气体介质的击穿现象2电场畸变使棒附近电场减弱难于形成流注电场畸变使棒附近电场增强易于形成流注即易于转入自持放电(电晕放电)即难于形成自持放电(电晕放电)起晕电压:起晕电压:负棒负棒正板间隙正板间隙 正棒正棒负板间隙负板间隙正棒负板 负棒正板二、极性效应二、极性效应01气体介质的击穿现象2二、极性效应二、极性效应正空间电荷在间隙深处产生的场强与正空间电荷在间隙深处产生的场强与外加电压产生的场强方向一致,加强外加电压产生的场强方向一致,加强了朝向板极的电场,有利于流注向间了朝向板极的电场,有利于流注向间隙深处发展,故其击穿电压较低。隙深处发展,故其击穿电压较低。间隙深处的电场被削
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