改第5章-六氟化硫气体绝缘课件-理化生-高中教育-教育专区

高电压绝缘技术第五章六氟化硫气体绝缘山东省特高压输变电核本与气体重点实验室GIS变电站优点：1)体积小2)灭弧能力强3)不受外界影响(a)220kV

敞开式变电站

(b)220kV

GIS

变电站图1-1220kV

敞开式与GIS

变电站Fig.

1-

1220kV

universal

open-typeand

GIS

substation山东省特高压输变电技术与气位

重点实验室隔离开关气室在线检测传感器弹簧操作装置机构在线检测传感器断路器局部放电在线监测传感器母线山东省特高压输变电核本与气体行重点实验室电流互感器电压互感器圆板形盘形锥形(C)2)SF₆

与绝缘子沿面绝缘

一

-24

屏蔽罩；4—锥形绝缘子；

山东省特高压输变电格本与氢伤

5

静触头；6一屏蔽罩3管杆；套电F导S；5瓷套图1)SF6

气隙绝缘

⁶第

一

节

引

言绝缘结构3

)

出

线

绝

缘

(套管

)第

一

节

引

言绝缘结构山

东省特高压输第

一

节

引

言SF₆

的物理化学性质1)无色无味2)较高的介电强度3)优良的灭弧能力4)不可燃5)放电时会产生有毒物质6高压下会液化7)能与水发生反应产生腐蚀

物质山东省特高压输变电核本与气体行重点实验室1)SFs

会聚集在地面—防室息—工作面要

通风2)杂质有毒—严格控制纯度3)在设备内部吸附剂4)工作人员接触有毒气体时要带放毒面具

和防护手套第

一

节

引

言SF。

的物理化学性质山东省特高压输变电核本与气体行重点实验室第二节均匀场和稍不均匀场中SF₆

的击穿2.1

SF₆的介电强度1)均匀电场中介电强度约为相同气压下空气的2.5～3倍2)0.3MPa

时约和变压器油的相当山东省特高压输变电校00.1

0.2

0.3

0.4p(MPa)图5-7

SF⁶

气体、空气、变压器油在工频电压下的击穿电压1—空气；2—SF₆

;3—

变压器油14012010080602312.5

12.5(

峰

值

,

k

v

)4020e75第二节均匀场和稍不均匀场中SF₆

的击穿2.1

SF₆的介电强度原因：1)极强的电负性，容易吸附电子形成负离子，阻碍放电的

形成和发展2)分子直径大，使电子平均自由行程缩短，不易积累能量，而SF₆

的电离电位较大，因而减小了电离的可能性3)电子与气体分子相遇时，因极化增加能量损耗，减弱其

碰撞电离能力山东省特高压输变电核本与气体行重点实验室第二节均匀场和稍不均匀场中SF

₆

的击穿2.2

SF₆

的电离系数电子崩发展过程中，电子数目计算：Y=E

x5a-]C

电子电离系数电子附着系数α

=

α

-

1

有

效

电

离

系

数山东省特高压输变电核术与氢体重点实验室第二节均匀场和稍不均匀场中SF₆的击穿申重系数a/p

=

f(E/p)

(2-20)当E/p

大于临界值(E/p)m=885kV/(cmMPa)

时，有

效电离系数大于零，放电才可能在20度且E/p处于600~1200kV/(cmMPa)

时SF6

的

a/p=f(E/p)的关系可写为：2550veD1arMBF₅,i

vemnPβ

=27.v1图5-8

SF⁶

的a/p

与E/p

的关系(E/p)[kV

·cm⁻¹

·

(MPa)-|](z

lp)l

em-1.

(Mp

a)-T(E/p)crit第二节均匀场和稍不均匀场中SF₆

的击穿2.3

自持放电条件均匀电场中，当电子崩头部电子数达到临界值时，电子崩转入流注，放电转入自持阶段由试验得到nαm=0.5×106-³时，转入流注，实现

自持。

山东省特高压输变电核术与氢体重点实验室均匀及稍不均匀电场中：UB=880g,K131即

@至第二节均匀场和稍不均匀场中SF₆

的击穿2.4

SF₆的巴申曲线最小击穿电压为507V,在pd=3.5X105MPacm

时得到。当压力不大时，相同

pd

有相同的U、压力较大时，出现偏离、pd(MPa

·cm)图5

-

9

SF6

气体的巴申曲线山东省特高压输变电技本与气体行重点实验室(

峰

值

，

k

V

)第二节均匀场和稍不均匀场中SF₆

的击穿2.5

电极表面状态的影响现象：实际击穿Ep

小于(E/p)at,而且巴申曲线有分支解释：电极表面有突出物当电子崩由突出物处开始发展，达到一定长度而使崩头电子数达到临界值nu

时，间隙击穿

图5-11

均匀电场中，SF⁶

工频击穿电压

U,

与间隙距离

d

的关系p:1—0.1MPa;

2—0.2MPa;3—0

.5MPa山东省特高压输变电教术与气位重点实验室以有教值,lv)d(mm)第二节均匀场和稍不均匀场中SF₆

的击穿2.5

电极表面状态的影响击穿条件：当SF₆

压力较低时，(K/β)/p值较大。此时电子崩需要延伸至整个间隙(xc=d-h),

且间隙内各处E/p应较高，才可以使得上式左侧的积分过程达到右侧

的击穿数值，因此，p较低时E/p>(E/p)cnit。山东省特高压输变电技术与气位

重点实验室图5

-

12

平行平板电极及极间电场分析(a

)

具有突出物的平行平

板电极；(

b

)

沿通过突出物水平线方向的电场分布；(

c)

沿远离突出物处水平线方向的电场分布(E/p)crit。当压力在某

一

个数值时，

E/p=(E/p)cnt,

此

时

的

压

力

记

作pk,

称

为

临

界压力，代入下式

得：即临界压力与突出物高度h有关，用(ph)cn表示。当ph>(ph)cnt

时

，

E/p<(E/p)crit当SF₆

压力较高时，

(K/β)/p值较小。此时突出物附近电场局部增强，电子崩无需要延伸至整个间隙

(x。=d-h),

而是

(x<<d-h),

即可使得上式左侧的积分过程达到右侧的击穿数值，因此，

p

较高时E/p<山东省特高压输变电技本与气体行重点实验室p:1—0.033MPa;2—0.

1MPa;3—0.3MPa;4—0.5MPa临界压力p₂

:E

√p=(E/p)amt

时的压力(ph)nt

=6MPa,um临界击穿压力与突出物高度h有关比较气体绝缘，要同时考虑(Ep)

和(ph)山东省特高压输变电技术与气体矿重点实验室第二节均匀场和稍不均匀场中SF₆

的击穿2.5

电极表面状态的影响当ph>(ph)ant时，E/p随ph

的增加而下降图5-

15

球-板电极间

SF₆

的

Ub与

p

的关系d:1—

13mm;2—25mm;3—51mm山东省特高压输变电技术与气位第二节均匀场和稍不均匀场中SF₆

的击穿2.6

导电微粒的影响U,随p的增加出现

饱和现象重点实验室(D(MV)F(MPa)SF₆

气体对灰尘和导电微粒十分

敏感，而少量气体杂质或绝缘微

粒不会有明显影响导电微粒的影响机理：1)附着在电极表面，形成突

出物2)交流电场中，导电微粒在

某一电极上充电，在另一电

极上放电导致间隙击穿击穿电压的影响(电极为直径15/25mm的同轴圆柱)微粒直径：1—清洁状态；2—

1.6mm;山东省特高压输变电核

3—3.2mm;

4—6.4mm第二节均匀场和稍不均匀场中SF₆

的击穿2.6

导电微粒的影响2.0p(MPa)图5-

16

自由铝球形微粒对

SF₆(

有

效

值

,

k

v

)电极面积越大时，电极表面严重突出物和一些

影响击穿电压的偶然因素出现的概率也越大，

因而击穿电压下降。第二节均匀场和稍不均匀场中SF₆

的击穿2.7

面积效应山东省特高压输变电核本与气体行重点实验室电子崩转变为流注的条件即为

击穿条件电场的不均匀程度对击穿电压

影响很大，特别是最大电场——实际中尽量减小最大电场，例对同轴圆柱结构取R=3r。击穿电压有饱和现象和极性效应第二节均匀场和稍不均匀场中SF₆的击穿2

.

8

稍

不

均

匀

电

场

中SF₆

的

击

穿d(mm)图5-21

不同气压下，

SF₆

操作冲击(410/2880μs)50%

击穿电压与间隙距离的关系p:1—0.3MPa;2—0.4MPa((ky)根据间隙的绝缘利用

系数

(Eav/Emax)

来

判断。当r<r

时，先电晕后

击穿当r>r

时，击穿前无

局部放电气压-—Ue;———U₆山东省特高压输变电技术与气位

重点实验室第三节极不均匀场中SF₆

的击穿3.1

极不均匀电场图5-24

正极性直流电压下，球-板电极(间隙距离2cm)

间

SF₆

局部放电起始电压U.、击穿电压

U,

与球半径r

的

关

系l9.

(3kV)r(cm)与均匀电场中的击穿电压相比，SFs

气体在极不均匀电场中击

穿电压下降的程度比空气大。SFs

的击穿电压比空气的提高

不多，甚至接近：1)随着电场强度的增加，SF₆

中电子崩内电子数的增长

比空气中快=》起始电压高出不多2)棒极周围的空间电荷较集

中，未形成有效的均匀电荷层

即自

屏蔽效应r(mm)图5-26

尖-板电极间，气压为0.1MPa

的SF6及空气的局部放电起始电压

U。与电极曲率半径

r

的关系1—空气；2—SF6第三节极不均匀场中SF₆

的

击

穿3.2

极不均匀电场中的击穿山东省特高压输变电技本与气体行重点实验室[(kV)图5-31

正极性直流电压下，1.27cm方形棒-棒间隙(距离5.1cm)

的击穿电压U,

及局部放电起始电压

U.第三节极不均匀场中SF₆

的击穿3.3

击穿电压与气压气压不太高时，击

穿前先出现局部放

电。

击穿电压出现

最大值的原因是局

部放电。重

点

实

验

室[7,(kV)p(MPa)第四节

SF₆

的冲击击穿特性放电时延较长，分散性较大实际中多采用稍不均匀场，加之带电质点不

易扩散，空间电荷的屏蔽效果差，操作冲击

击穿电压与工频击穿电压基本相同。操作冲击的击穿电压低于雷电冲击的击穿电

压

。多采用稍不均匀场=》伏秒特性比较平坦负极性雷电冲击击穿电压有可能低于正极性山东省特高压输变电核本与气体行重点实验室(MV)100冲击电压作用时间t(μs)图

5

-

3

4

SF₆

与空气间隙的绝缘配合依理重点实验室图5-321.2/50

μus雷电冲击电压作用下，同轴圆柱电极(直径11/30cm)

间

SF₆

的伏秒特性(a)

正极性；

(b)

负极性第四节

SF₆

的冲击击穿特性CYMv)ld(μs)

(b)la(μs)(a)第五节

SF₆

中沿固体介

质表面的放电3.1

电场不均匀程度的影响(c)图5-

35

具有SF⁶

气体和固体介质(er=4.95)的同轴圆柱电极(直径1.35/4cm)

间的等位面

(a)α=90°;(b)a<90°;(c)a>90'图5-

36

利用系数η与倾斜角α的关系(a)外圆柱等位面利用系数n外圆柱外圆柱(b)(a)

(b)图5

-

39

同轴圆柱结构中，绝缘安装处的结构(a)

有小气隙；

(b)

无小气隙的第五节

SF₆

中沿固体介质表面的放电3