Metoder til forbedring af den elektriske styrke af gasformige medier

For at reducere størrelsen på effektfaciliteter håber man altid, at luftgaplængden eller isoleringsafstanden vil være så lille som muligt. Til dette formål skal der træffes foranstaltninger for at forbedre gasmediets elektriske styrke. Fra et praktisk synspunkt er der to måder at øge nedbrydningsspændingen på luftspalten: den ene er at forbedre den elektriske feltfordeling i luftgabet for at gøre det så ensartet som muligt; Den anden er at forsøge at svække eller undertrykke ioniseringsprocessen i gasmediet. De specifikke metoder er:

1. Forbedre elektrodens form for at forbedre den elektriske feltfordeling

Jo mere ensartet den elektriske feltfordeling er, jo større er den gennemsnitlige nedbrydningsfeltstyrke for luftgabet. Derfor kan den maksimale elektriske feltstyrke i luftgabet reduceres, den elektriske feltfordeling kan forbedres, og nedbrydningsspændingen for luftspalten kan øges ved at forbedre elektrodeformen (forøgelse af krumningsradius for elektroden, hvilket eliminerer håret og skarpe hjørner på overfladen af ​​elektroden osv.).

Brug af afskærmning til at øge elektrodens krumningsradius er en almindelig metode. Ved at tage "stangpladen" luftgap med den værste elektriske styrke som et eksempel, hvis en metalkugle med en passende diameter er installeret i slutningen af ​​stangpolen, kan nedbrydningsspændingen på luftgabet øges effektivt.

De højspændingssteder i mange højspændings elektriske enheder (såsom den øverste ende af højspændingsbøsningsguide-stangen af ​​kraftudstyr) har skarpe former, og afskærmningsdæksler kræves ofte for at reducere den maksimale feltstyrke i rummet nær afsætningsmulighederne og øge corona-indførelsesspændingen. Formen og størrelsen på afskærmningsdækslet skal vælges, så dens korona -startspænding er større end den maksimale arbejdsspænding for enheden til jorden. Det enkleste afskærmningsdæksel er selvfølgelig en sfærisk afskærmningsstang.

Eksempler på anvendelse af afskærmningsprincippet for at forbedre den elektriske feltfordeling på ultrahøj spændingstransmissionslinjer for at øge corona-startspændingen inkluderer: beskyttende fittings (udligning af ringe) installeret på isolatorstrenge af ultrahøj spændingslinjer og udvidede diameterledere, der anvendes på ultrahøjspændingslinjer.

2. Brug af pladsafgift til at forbedre den elektriske feltfordeling

Da corona -udladning skal forekomme, før luftgabet på ekstremt ujævnt elektrisk felt er nedbrudt under visse betingelser, kan rumladningen, der genereres af selve udladningen, også bruges til at justere og forbedre den elektriske feltfordeling i rummet for at øge nedbrydningsspændingen for luftspalten. Ved at tage "trådpladen" og "wire-wire" lufthuller som eksempler, når tråddiameteren til en vis grad reduceres, vil luftafbrydelsesspændingen for luftgabet stige med reduktionen af ​​tråddiameteren, hvilket resulterer i den såkaldte "tynde trådeffekt". Årsagen er, at det ensartede rumladningslag, der er dannet af koronaudladningen af ​​den tynde ledning, kan forbedre den elektriske feltfordeling i luftgabet, hvilket resulterer i en stigning i nedbrydningsspændingen; Når tråddiameteren er stor, da trådoverfladen ikke kan være helt glat, vises korona og børsteformet udladning i nogle dele, før den ensartede samlede korona forekommer på hele overfladen, så dens nedbrydningsspænding ligner den for "stangpladen" eller "stangstangen" luftgap.

3. brug af barrierer

Da den elektriske feltfordeling i luftgabet og udviklingsprocessen for gasudladning er tæt knyttet til generering, bevægelse og fordeling af ladede partikler i luftgabetområdet, er det også en effektiv måde at forbedre den elektriske styrke på gasmediet, der kan hindre bevægelsen af ​​ladede partikler og justere den rumlige ladningsfordeling, også en effektiv måde at forbedre den elektriske styrke på gasmediet.

Barrieren er lavet af isolerende materiale, men dets egen isoleringsydelse er ikke vigtig. Det, der er vigtigt, er dens forsegling (evnen til at blokere ladede partikler). Det er generelt installeret i Corona Gap, og dens overflade er vinkelret på de elektriske linjer.

Effekten af ​​barrieren afhænger af pladsladningen for det samme tegn som koronaelektroden, som den blokerer, så den rumlige elektriske feltstyrke mellem koronaelektroden og barrieren kan reduceres, hvilket gør den elektriske feltfordeling af hele luftgabetuniformen. Selvom den rumlige elektriske feltstyrke mellem barrieren og den anden elektrode øges på dette tidspunkt, bliver dens elektriske feltform mere som det ensartede elektriske felt mellem to flade elektroder, så den elektriske styrke af hele luftgabet forbedres.

Opdelingsspændingen for barrierer luftgap har meget at gøre med installationspositionen af ​​barrieren. Hvis det er en "stick-stick" luftgap, vil begge elektroder have koronaudladning, så barrieren skal installeres i nærheden af ​​begge elektroder for at opnå resultater.

Under impulsspænding er effekten af ​​barrieren mindre, fordi den rumlige ladning, der akkumuleres på barrieren, er mindre på dette tidspunkt.

Det er klart, at barrieren er vanskelig at spille en rolle i tilfælde af ensartet eller lidt ikke-ensartet elektrisk felt.

4. brug højt lufttryk

Luftens elektriske styrke ved normalt tryk er relativt lav, ca. 3 0 kV/cm. Selv hvis ovenstående foranstaltninger træffes for at forbedre det elektriske felt så meget som muligt, kan det gennemsnitlige opdelingsfeltstyrke ikke overstige denne grænse. Det kan ses, at luftens elektriske styrke ved normalt tryk er meget lavere end for generelle faste og flydende medier. Men hvis luften er komprimeret, og trykket er meget større end 0,1MPa (1ATM), kan dens elektriske styrke også forbedres markant. Dette skyldes hovedsageligt, at stigning i lufttrykket i høj grad kan reducere den frie sti -længde af elektroner og derved svække og hæmme ioniseringsprocessen. Hvis luften kan erstattes af nogle høje elektriske styrker (såsom svovl hexafluorid), mens der bruges højt tryk, kan der opnås bedre resultater.

5. Brug høj elektrisk styrke gas

Blandt de mange gasser har nogle stærkt elektronegative gasser indeholdende halogenelementer [såsom svovlhexafluorid og Freon særlig høj elektrisk styrke (meget højere end luft), så de kan kaldes høje elektriske styrker. Brug af disse gasser til at erstatte luft kan naturligvis øge nedbrydningsspændingen på luftgabet, og endda at blande nogle af sådanne gasser i luften kan øge dens elektriske styrke markant.

Det skal påpeges, at det for denne type gas praktisk talt anvendes i teknik, er det ikke nok til kun at stole på sin høje elektriske styrke. De skal også opfylde visse andre krav, såsom: ① Lav flydende temperatur (så høj gastryk kan bruges på samme tid); ② God kemisk stabilitet, ikke let at nedbryde, forbrænde eller eksplodere og ikke producere giftige stoffer, når udledning forekommer i gassen; ③ Ikke for svært at fremstille og ikke for dyrt.

Der er meget få gasser, der kan opfylde alle ovenstående krav på samme tid. På nuværende tidspunkt er den eneste høje elektriske styrkegas, der er blevet brugt i vid udstrækning i teknik, SF6 og dens blandede gas. Ud over sin høje elektriske styrke har SF6 -gas også fremragende lysbue -slukningsevne, og andre relaterede tekniske egenskaber er også ganske gode. Forskellige strømudstyr og lukket kombination af elektriske apparater lavet af SF6 -gas som et isolerende medium og lysbue -slukningsmedium har en række fremragende fordele, såsom meget at spare gulvplads og rumvolumen, sikker og pålidelig drift, forenklet installation og vedligeholdelse osv., Så udviklingsmulighederne er meget brede.

6. Brug højt vakuum

Anvendelsen af ​​højt vakuum kan også svække kollisionsioniseringsprocessen i luftgabet og øge nedbrydningsspændingen for luftspalten. Hvis nedbrydningsprocessen i højt vakuum forklares fuldstændigt ved gasudladningsteori, vil den resulterende nedbrydningsspænding være ekstremt høj (på dette tidspunkt er det vanskeligt for elektroner at kollidere med neutrale molekyler, når man krydser mellemelektrodens afstand, og det er vanskeligt at forårsage nok kollision ionisering). Den faktiske situation er dog ikke sådan. Når den inter-elektrodeafstand er lille, er den elektriske intensitet af højt vakuum faktisk meget høj og kan endda overstige den komprimerede SF6-gas. Når afstand mellem elekrodet øges, øges spændingen imidlertid langsomt, og dens elektriske intensitet er signifikant lavere end nedbrydningsfeltstyrken for komprimeret gas. Dette indikerer, at nedbrydningsmekanismen for højt vakuum er ændret på dette tidspunkt, og en ny fysisk proces er fremkommet, så den kan ikke længere blot forklares med den tidligere gasafladningsteori.

Vakuumfordelingsforskning viser, at når inter-elektrodeafstanden er lille, er nedbrydningen af ​​højt vakuum relateret til den stærke feltemission på katodeoverfladen. Strømmen forårsaget af den vil forårsage lokal opvarmning af elektroden og frigive metalgas, hvilket får vakuumgraden til at falde og forårsage nedbrydning; Når afstand mellem elektrodes er stor, vil nedbrydningen være forårsaget af den såkaldte "fuld spændingseffekt". På dette tidspunkt, som mellemelektrodens afstand og nedbrydningsspændingen, kan elektronerne akkumulere en masse kinetisk energi, når de flyver fra katoden over vakuumet til anoden. Disse højenergi-elektroner frigiver positive ioner og fotoner, når man bombarderer anodeoverfladen, hvilket vil styrke overfladeioniseringen på katoden. Denne gentagne handling vil producere mere og mere elektronstrøm, hvilket får elektroden til at blive lokalt fordampet lokalt og føre til nedbrydningen af ​​kløften. Dette er den såkaldte "fuld spændingseffekt".

På grund af dette, når afstand mellem eleksten stiger, vil den gennemsnitlige nedbrydningsfeltstyrke blive mindre og mindre. Nedbrydningsspændingen for vakuumgabet er relateret til mange faktorer, såsom elektrodemateriale, overfladefinish og renlighed (inklusive mængden og typen af ​​adsorberet gas), så det er meget spredt.

Der er ikke mange tilfælde, hvor høj vakuum faktisk bruges som et isolerende medium i kraftudstyr, hovedsageligt fordi forskellige faste eller flydende medier for det meste bruges i isoleringsstrukturen af ​​forskellige udstyr. De frigiver gradvist gas i vakuumet, hvilket gør det vanskeligt at opretholde højt vakuum i lang tid. På nuværende tidspunkt bruges højt vakuum kun i vakuumafbrydere. Vakuum har ikke kun god isoleringsydelse, men har også en stærk lysslukningsevne, så det er stadig meget velegnet til vakuumafbrydere i distributionsnetværk.