气体电介质绝缘及应用课件

气体电介质绝缘及应用项目二：电介质的放电击穿理论陈莉2023.02.20目录CONTENTS气体绝缘材料的应用04.提高气隙击穿电压的措施03.伏秒特性02.常见气体绝缘材料01.知己知彼，百战不殆常见气体绝缘材料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中；至今已是除空气外应用最广泛的气体介质。

SF6气体的物理化学特性:绝缘强度灭弧能力SF6气体变压器油空气100倍在0.29Mpa压力时空气合变压器油的绝缘能力对比常见气体绝缘材料

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）和充气管输电线等装置中。伏秒特性伏－秒特性：在同一冲击电压波形下，击穿电压值与放电时延（或电压作用时间）有关的特性。它可以全面地反映间隙在冲击电压作用下的击穿特性。用实验确定间隙伏－秒特性的方法：保持冲击电压的波形不变，逐渐升高电压使间隙发生击穿，并根据示波图记录击穿电压U与击穿时间t。击穿发生在波前或峰值，取此刻值击穿发生在波尾，取峰值未击穿100%伏秒特性0%伏秒特性50%伏秒特性50%冲击击穿电压图2-2击穿电压与击穿时间关系图2-3伏-秒特性带状比例值伏秒特性（a）正确配合（b）不正确配合绝缘的伏－秒特性避雷器的伏－秒特性伏秒特性曲线的应用：

主要用于比较不同设备绝缘的冲击击穿特性，在保护设备和被保护设备的绝缘配合上具有重要的意义。是防雷设计中实现保护设备和被保护设备的绝缘配合的依据。图2-4被保护设备的变压器与保护设备避雷器的伏-秒特性配合关系提高气隙击穿电压的措施从实用角度出发，要提高气隙的击穿电压不外乎采用两条途径：①改善气隙中的电场分布，使之尽可能均匀；②改变气体的状态和种类，设法削弱和抑制气体介质中的游离过程。改进电极形状以改善电场分布利用空间电荷改善电场分布采用屏障采用高气压采用高电气强度气体采用高真空改善电场分布削弱或抑制游离过程

（1）改变电极形状

例如采用屏蔽罩、扩径导线等增大电极曲率半径，或改善电极边缘形状以消除边缘效应。图2-5长空气间隙的交流击穿电压棒－板棒－棒导线－杆塔支柱导线－导线提高气隙击穿电压的措施提高气隙击穿电压的措施（3）极不均匀电场中屏障的使用

屏障靠近尖（棒）电极或板电极时，屏障效应消失，正、负极性下出现很大差别。

（2）利用空间电荷对原电场的畸变作用

例如利用电晕放电产生的空间电荷来改善极不均匀场间隙中电场分布，从而提高间隙的击穿电压。图2-6正尖－板间隙中屏障的影响提高气隙击穿电压的措施屏障应靠近棒电极，使比较均匀的电场区扩大。但离棒电极过近时，屏障上空间电荷的分布将变得不均匀而使屏障效应减弱，因此屏障有一最佳位置。图2-7直流电压下尖－板空气间隙的击穿电压和屏障位置的关系注：虚线为正尖-负板实线为负尖-正板提高气隙击穿电压的措施（4）

高气压的采用均匀电场中几种绝缘介质的击穿电压与距离的关系1－2.8MPa的空气2－0.7MPa的SF63－高真空4－变压器油5－0.1MPa的SF66－大气提高气隙击穿电压的措施（5）高真空的采用采用高真空也可以减弱气隙中的碰撞游离过程，从而显著提高气隙的击穿电压。目前高真空仅在真空断路器中得到实际应用，真空不但绝缘性能较好，而且还具有很强的灭弧能力，所以用于配电网中的真空断路器还是很合适的。气体绝缘材料的应用（1）SF6和一些氟里昂气体属于强电负性气体，其绝缘强度比空气高得多，因此用于电气设备时其气压不必太高，使设备的制造和运行得以简化。（2）氟里昂12（CCI2F2）的绝缘强度与SF6相近，其液化温度也可满足户内设备的条件，但为保护大气中的臭氧层，国际上早已将氟里昂12列入第一批需限制和禁用的氟里昂。（3）SF6的价格较高，用于断路器时（气压在0.7MPa左右）液化温度不能满足高寒地区要求，在工程应用中有时采用SF6混合气体。已得到应用的混合气体是SF6-N2混合气体，通常其混合比在50%∶50%左右，其液化温度能满足高寒地区要求，绝缘强度约为纯SF6的85％左右。（4）SF6气体温室效应相当于CO2的23900倍，且SF6气体不会自然分解，在大气中寿命长达3200年。因此目前的技