SF6高压开关学习-第三章

1、西安交通大学高电压技术教研室 丁卫东GIS装置及其绝缘技术GIS装置及其绝缘技术2007年10月1日第三章 表面粗糙度和导电微粒对SF6绝缘的影响Xian Jiaotong University-3-内容GIS的绝缘弱点电极材料对放电的影响电极表面粗糙度对放电的影响电极的面积效应导电微粒污染的影响控制微粒污染作用的技术Xian Jiaotong University-4-GIS的绝缘弱点SF6气体绝缘不是完美无缺的对均匀间隙，当p=0.1 MPa时，SF6气体的击穿电场高达89 kV/cm，但在实际工程应用中，SF6气体间隙的耐受电压远远达不到期望值。在许多情况下，运行电压只是实验室中所测得的

2、耐受电压的10%。 SF6气体绝缘对电场集中很敏感电极表面粗糙度导电微粒污染 支撑绝缘子的沿面放电 VFTO的问题Xian Jiaotong University-5-电极材料对放电的影响电极材料加工工艺 不同清洗方法击穿电压不同电极材料对放电有影响？电极材料对SF6间隙的耐电强度无显著影响本质因素：表面粗糙度不同材料，采取不同加工方法后，电极表面的微观结构不同，使得电极表面轮廓算术平均偏差Ra有很大差别的缘故。SF6气体绝缘对电场集中敏感击穿电压不同Xian Jiaotong University-6-电极表面粗糙度对放电的影响0)(pEpEs)/(/ )()(0pEpxEcx由于表面不是完

3、全光滑的，在实际应用条件下，气体间隙的击穿起始E/p小于(E/p)0。这种现象可以用电极表面粗糙度系数来描述。物理模型彼得逊模型坦特福德模型)(21 )(33RxRExEa电场分布cxKdxx0)(0)(cx其中流注击穿判据)(pRg得到Xian Jiaotong University-7-电极表面粗糙度对放电的影响当pR比较小时，接近1，这意味着粗糙度对击穿没有任何影响。当pR比较大时，击穿电压大幅下降crpRpR 判据Xian Jiaotong University-8-电极表面粗糙度对放电的影响气体的优异值越大，越能容忍表面粗糙度如果采用坦特福特模型，会得到同样的结果，事实上，无论突起的

4、形状如何，突起物对原电场击穿特性无影响的临界条件可以写为：KBph 亦即MpEcKBKph0)(B=c(E/p)0，M为气体的优异值实际的电极上，通常有多过连续突起，由于突起之间的相互屏蔽作用，使得突起高度对电场的畸变作用减小，这时粗糙度开始下降的临界值开始变大。Xian Jiaotong University-9-电极的面积效应SF6气体间隙的击穿电压与电极的面积有关在增加电极面积不会改变SF6气体间隙电场分布的情况下，间隙的击穿电压随着电极面积增加而降低。在冲击电压下，击穿概率将随着电极面积的增大而增大。(电极表面缺陷出现的概率)随着面积增加，击穿场强逐渐降低并收敛于渐近值。大面积电极受表

5、面粗糙度影响小于小面积电极。实验室条件下，使用小面积电极所得到的SF6间隙击穿电压值，不能直接用于实际的大型绝缘系统。Xian Jiaotong University-10-电极的面积效应电极的老练在一定的条件下，气体间隙的击穿电压开始随着放电次数的增加而提高，最后达到稳定值。这种现象的出现是由于电极的老练过程而引起的。气体间隙击穿电压的提高，是由于放电烧掉了落在电极表面的灰尘或电极表面的毛刺引起的。在高压实验中，试验前经常要老练电极以得到稳定有效的实验结果。太光滑的电极和太粗糙的电极老练都用处不大。Xian Jiaotong University-11-导电微粒污染的影响导电微粒的危害诱发气

6、体间隙击穿造成沿面放电形成局部放电，分解SF6气体，从而危害绝缘系统的安全非金属微粒对SF6气体绝缘系统的影响很小，一般不需要特殊关注Xian Jiaotong University-12-导电微粒污染的影响微粒尺寸和形状直径低至1m的金属微粒仍然能引起击穿电压的降低细长型微粒的影响要比球形微粒大的多Xian Jiaotong University-13-导电微粒污染的影响导电微粒的运动：在一定条件下，导电微粒有可能在电场力的作用下在SF6绝缘系统中运动，影响微粒运动的因素包括：微粒形状、微粒密度、间隙电场分布、微粒所带电荷量 HVE 运行方向 Fq Ffric Fgrad G x GE x0

7、 r 0 z 0 导电微粒 HVE 运行方向 Fq Fvisc Fgrad G x GE x0 r 0 z 0 导电微粒 不均匀电场下自由导电微粒受力模型 (a)微粒在接地电极表面时 (b)微粒在间隙中悬浮时 重力、气体浮力、净电荷所受电场力、介电电泳力、摩擦力、气体粘滞阻力等Xian Jiaotong University-14-导电微粒污染的影响直流电压下，微粒在电场的作用下起跳并飞向另一电极，并在电极间来回运动。如果微粒端部强电场处出现电晕，将产生“飞萤”现象，微粒将徘徊在负电极附近。Xian Jiaotong University-15-导电微粒污染的影响交流电压下，微粒运动与直流电压

8、不同，微粒起跳后，并不马上穿越间隙，只有当电压明显增加后才开始穿越。起跳穿越击穿微粒越长，对击穿电压的影响越大Xian Jiaotong University-16-导电微粒污染的影响脉冲电压下，微粒受力持续时间很短，在脉冲持续时间之内，微粒基本不会移动，故脉冲电压对微粒的运动基本没有什么影响。直流、交流、脉冲电压下自由导电微粒影响的比较直流下出现飞萤现象，击穿电压降低很多起跳后并不马上穿越间隙，有可能以很长周期徘徊接近某一电极对自由导电微粒的运动影响较小Xian Jiaotong University-17-导电微粒污染的影响固定微粒的影响相当于电极上长了“毛刺”起晕电压低，造成局部放电冲击

9、电压下击穿电压低Xian Jiaotong University-18-导电微粒污染的影响导电微粒诱发击穿的机理微粒端部电场发生畸变使得电场集中运动微粒周围气体密度下降微粒与电极之间的微放电造成的触发作用微粒端部与电极接触瞬间的冲击电场Xian Jiaotong University-19-控制微粒污染作用的技术(1)电极上覆盖介质覆盖介质有助于提高击穿电压（阻止微粒获得电荷）覆盖介质厚度小于250m的范围内，击穿电压将随着介质厚度的增加而增加。Xian Jiaotong University-20-控制微粒污染作用的技术覆盖介质的副产品：改善电极粗糙度对击穿电压的影响Xian Jiaoton

10、g University-21-控制微粒污染作用的技术随着混合气体（SF6/N2）中SF6含量减少，pR的临界值上升，这表明SF6/N2混合气体绝缘系统更能容忍表面粗糙度的影响。同样，混合气体也比纯SF6绝缘系统更能容忍导电微粒的影响。(2)采用混合气体（SF6/N2）绝缘Xian Jiaotong University-22-控制微粒污染作用的技术Xian Jiaotong University-23-控制微粒污染作用的技术(3)改进支撑绝缘子的结构设计x mmG.E.H.V.E.140160170180150Init. p.lifta=0.5 mm (SUS)ABCD绝缘子和外壳接触处改为

11、钝角插入金属屏蔽电极Xian Jiaotong University-24-控制微粒污染作用的技术 x0 x0采用带棱的绝缘子Xian Jiaotong University-25-控制微粒污染作用的技术 Bottom viewCross sectional viewH.V.EEscape & oscillatex0a=1.0 mm (SUS)Trap-rib spacerx0Par. initial positionLow field particle trap采用带微粒捕获陷阱的绝缘子倾斜的屏蔽电极Xian Jiaotong University-26-控制微粒污染作用的技术(4)微粒陷阱+粘性涂料(5)电压老练GIS安装完成之后，将交流电压连续升压至试验电压值的方法是冒险的。逐级加压来老练是更加可取的方法。这种试验程序是为了让导电微粒