Metoder för att förbättra den elektriska styrkan hos gasformiga medier

För att minska storleken på kraftanläggningar hoppas man alltid att luftgaplängden eller isoleringsavståndet kommer att vara så litet som möjligt. För detta ändamål måste åtgärder vidtas för att förbättra den elektriska styrkan hos gasmediet. Ur praktisk synvinkel finns det två sätt att öka nedbrytningsspänningen för luftgapet: en är att förbättra den elektriska fältfördelningen i luftgapet för att göra det så enhetligt som möjligt; Den andra är att försöka försvaga eller undertrycka joniseringsprocessen i gasmediet. De specifika metoderna är:

1. Förbättra elektrodens form för att förbättra den elektriska fältfördelningen

Ju mer enhetlig den elektriska fältfördelningen, desto större är den genomsnittliga nedbrytningsfältstyrkan för luftgapet. Därför kan den maximala elektriska fältstyrkan i luftgapet minskas, den elektriska fältfördelningen kan förbättras och nedbrytningsspänningen på luftgapet kan ökas genom att förbättra elektrodformen (öka elektrodens krökningsradie, vilket eliminerar håret och skarpa hörn på elektrodens yta etc.).

Att använda skärmning för att öka elektrodens krökningsradie är en vanlig metod. Genom att ta "stavplattan" luftgapet med den värsta elektriska styrkan som exempel, om en metallkula med en lämplig diameter är installerad i slutet av stångpolen, kan nedbrytningsspänningen för luftgapet ökas effektivt.

Högspänningsuttagen för många högspänningselektriska enheter (såsom den övre änden av högspänningsbussningsguide stången av kraftutrustning) har skarpa former, och skärmskydd krävs ofta för att minska den maximala fältstyrkan i utrymmet nära utloppen och öka corona-startspänningen. Formen och storleken på det skärmningskåpan bör väljas så att dess corona startspänning är större än den maximala arbetsspänningen för anordningen till marken. Det enklaste skärmskyddet är naturligtvis en sfärisk skärmstång.

Exempel på att applicera skärmprincipen för att förbättra den elektriska fältfördelningen på extremt hög spänningsöverföringsledningar för att öka spänningen i koronans början inkluderar: Skyddsbeslag (utjämnar ringar) installerade på isolatorsträngar av ultralat spänningslinjer och utvidgade diameterledare som används på ultralathöga spänningar.

2. Använda rymdladdning för att förbättra den elektriska fältfördelningen

Eftersom Corona -urladdning måste ske innan luftgapet för extremt ojämnt elektriskt fält bryts ned, under vissa förhållanden, kan rymdavgiften som genereras av själva urladdningen också användas för att justera och förbättra den elektriska fältfördelningen i rymden för att öka nedbrytningsspänningen för luftgapet. Genom att ta "trådplattan" och "trådtråd" luftgap som exempel, när tråddiametern reduceras i viss utsträckning, kommer kraftfrekvensnedbrytningen för luftgapet att öka med reduktionen av tråddiametern, vilket resulterar i den så kallade "tunna trådeffekten". Anledningen är att det enhetliga rymdladdningsskiktet som bildas av koronautloppet av den tunna tråden kan förbättra den elektriska fältfördelningen i luftgapet, vilket resulterar i en ökning av nedbrytningsspänningen; När tråddiametern är stor, eftersom trådytan inte kan vara helt smidig, kommer korona och borstformad urladdning att visas i vissa delar innan den enhetliga totala korona uppstår på hela ytan, så dess nedbrytningsspänning liknar den för "stavplattan" eller "stav-stång" luftgap.

3. Användning av hinder

Eftersom den elektriska fältfördelningen i luftgapet och utvecklingsprocessen för gasutsläpp är nära besläktade med genereringen, rörelse och distribution av laddade partiklar i luftgapet är också ett barriär med en lämplig form och position i luftgapet som kan hindra rörelsen av laddade partiklar och justera den rumsliga laddningsfördelningen är också ett effektivt sätt för att förbättra den elektriska styrkan hos gasmediet.

Barriären är tillverkad av isolerande material, men dess egen isoleringsprestanda är inte viktig. Det som är viktigt är dess tätning (förmågan att blockera laddade partiklar). Det är vanligtvis installerat i Corona -gapet, och dess yta är vinkelrätt mot de elektriska linjerna.

Effekten av barriären beror på rymdladdningen för samma tecken som koronelektroden som den blockerar, så att den rumsliga elektriska fältstyrkan mellan koronaelektroden och barriären kan minskas, vilket gör att den elektriska fältfördelningen för hela luftgapuniformen. Även om den rumsliga elektriska fältstyrkan mellan barriären och den andra elektroden ökas vid denna tidpunkt, blir dess elektriska fältform mer som det enhetliga elektriska fältet mellan två plana elektroder, så den elektriska styrkan hos hela luftgapet förbättras.

Fördelningsspänningen för barriärens luftgap har mycket att göra med installationspositionen för barriären. Om det är ett "stick-stick" luftgap kommer båda elektroderna att ha koronautsläpp, så barriären bör installeras nära båda elektroderna för att uppnå resultat.

Under impulspänningen är effekten av barriären mindre eftersom den rumsliga laddningen som samlas på barriären är mindre vid denna tid.

Uppenbarligen är barriären svår att spela en roll i fallet med enhetligt eller något icke-enhetligt elektriskt fält.

4. Använd högt lufttryck

Luftens elektriska styrka vid normalt tryck är relativt låg, cirka 3 0 kv/cm. Även om ovanstående åtgärder vidtas för att förbättra det elektriska fältet så mycket som möjligt, kan den genomsnittliga nedbrytningsfältstyrkan inte överstiga denna gräns. Det kan ses att luftens elektriska styrka vid normalt tryck är mycket lägre än för allmänna fasta och flytande medier. Men om luften komprimeras och trycket är mycket större än 0,1MPa (1ATM) kan dess elektriska styrka också förbättras avsevärt. Detta beror främst på att öka lufttrycket kan kraftigt minska den fria väglängden för elektroner och därmed försvaga och hämma joniseringsprocessen. Om luften kan ersättas av vissa gaser med hög elektrisk styrka (såsom svavelhexafluorid) medan du använder högt tryck kan bättre resultat uppnås.

5. Använd gas med hög elektrisk styrka

Bland de många gaserna har vissa mycket elektronegativa gaser som innehåller halogenelement [såsom svavelhexafluorid och freon särskilt hög elektrisk styrka (mycket högre än luft), så att de kan kallas gaser med hög elektrisk styrka. Att använda dessa gaser för att ersätta luftburk naturligtvis kraftigt öka nedbrytningsspänningen på luftgapet, och till och med blanda några av sådana gaser i luften kan öka dess elektriska styrka avsevärt.

Det bör påpekas att för att denna typ av gas praktiskt ska tillämpas inom teknik räcker det inte att förlita sig enbart på sin höga elektriska styrka. De måste också uppfylla vissa andra krav, till exempel: ① Låg kondenseringstemperatur (så att högt gastryck kan användas samtidigt); ② God kemisk stabilitet, inte lätt att sönderdelas, bränna eller explodera och inte producera giftiga ämnen när urladdning sker i gasen; ③ Inte för svårt att producera och inte för dyrt.

Det finns väldigt få gaser som kan uppfylla alla ovanstående krav samtidigt. För närvarande är den enda höga elektriska styrka gasen som har använts i stor utsträckning SF6 och dess blandade gas. Förutom sin höga elektriska styrka har SF6 -gas också utmärkt bågsläckningsförmåga och andra relaterade tekniska egenskaper är också ganska bra. Olika kraftutrustning och stängda kombinationer av elektriska apparater tillverkade av SF6 -gas som ett isolerande medium och ARC -släckmedium har en serie enastående fördelar, såsom att mycket spara golvutrymme och rymdvolym, säker och pålitlig drift, förenklad installation och underhåll, etc., så utvecklingsutsikterna är mycket breda.

6. Använd högt vakuum

Användningen av högt vakuum kan också försvaga kollisionsjoniseringsprocessen i luftgapet och avsevärt öka nedbrytningsspänningen för luftgapet. Om nedbrytningsprocessen i högt vakuum förklaras fullständigt av gasutsläppsteori, kommer den resulterande nedbrytningsspänningen att vara extremt hög (vid denna tid är det svårt för elektroner att kollidera med neutrala molekyler när man korsar mellanelektrodavståndet, och det är svårt att orsaka tillräckligt med kollisionsjonisering). Den faktiska situationen är dock inte så. När interelektrodavståndet är litet är den elektriska intensiteten för högt vakuum verkligen mycket hög och kan till och med överstiga den för komprimerad SF6-gas. Men när interelektrodavståndet ökar ökar spänningen långsamt och dess elektriska intensitet är betydligt lägre än nedbrytningsfältstyrkan för komprimerad gas. Detta indikerar att nedbrytningsmekanismen för högt vakuum har förändrats vid denna tidpunkt, och en ny fysisk process har dykt upp, så att den inte längre kan förklaras av den tidigare gasutsläppsteorin.

Vakuumuppdelningsforskning visar att när interelektrodavståndet är litet är nedbrytningen av högt vakuum relaterat till den starka fältemissionen på katodytan. Strömmen orsakad av den kommer att orsaka lokal uppvärmning av elektroden och frigöra metallgas, vilket gör att vakuumgraden sjunker och orsakar nedbrytning; När interelektrodavståndet är stort orsakas nedbrytningen av den så kallade "fullspänningseffekten". För närvarande, när interelektrodavståndet och nedbrytningsspänningen ökar, kan elektronerna ackumulera mycket kinetisk energi när de flyger från katoden över vakuumet till anoden. Dessa högenergiska elektroner kommer att frigöra positiva joner och fotoner när man bombarderar anodytan, vilket kommer att stärka ytjoniseringen på katoden. Denna upprepade verkan kommer att ge mer och mer elektronflöde, vilket gör att elektroden förångas lokalt och leder till nedbrytningen av gapet. Detta är den så kallade "fullspänningseffekten".

På grund av detta, när interelektrodavståndet ökar, kommer den genomsnittliga nedbrytningsfältstyrkan att bli mindre och mindre. Uppdelningsspänningen för vakuumgapet är relaterat till många faktorer såsom elektrodmaterial, ytfinish och renlighet (inklusive mängden och typen av adsorberad gas), så det är mycket spridd.

Det finns inte många fall där högvakuum faktiskt används som ett isolerande medium i kraftutrustning, främst för att olika fasta eller flytande medier mestadels används i isoleringsstrukturen för olika utrustning. De kommer gradvis att frigöra gas i vakuumet, vilket gör det svårt att upprätthålla högt vakuum under lång tid. För närvarande används högvakuum endast i vakuumbrytare. Vakuum har inte bara god isoleringsprestanda, utan har också stark bågsläckningsförmåga, så det är fortfarande mycket lämpligt för vakuumbrytare i distributionsnätverk.