發布日期：2022-11-05 點擊率：65
為了縮小電力設施的尺寸，總希望將氣隙長度或絕緣距離盡可能取得小一些，為此就得采取措施來提高氣體介質的電氣強度。從實用角度出發，要提高氣隙的擊穿電壓不外乎采用兩條途徑;一是改善氣隙中的電場分布，使之盡量均勻；二是設法削弱或抑制氣體介質中的電離過程。具體的方法有:
一、改進電極形狀以改善電場分布
電場分布越均勻，氣隙的平均擊穿場強也就越大。因此，可以通過改進電極形狀(增大電極的曲率半徑、消除電極表面的毛剩、尖角等)的方法來減小氣隙中的最大電場強度、改善電場分布、提高氣隙的擊穿電壓。
利用屏蔽來增大電極的曲率半徑是一種常用的方法。以電氣強度最差的“棒-板”氣隙為例，如果在棒極的端部加裝一只直徑適當的金屬球,就能有效地提高氣隙的擊穿電壓。
許多高壓電氣裝置的高壓出線端(例如電力設備高壓套管導桿上端)具有尖銳的形狀,往往需要加裝屏蔽罩來降低出線端附近空間的最大場強，提高電暈起始電壓。屏蔽罩的形狀和尺寸應選得使其電暈起始電壓大于裝置的最大對地工作電壓。最簡單的屏蔽罩當然是球形屏蔽極。
在超高壓輸電線路上應用屏蔽原理來改善電場分布以提高電暈起始電壓的實例有：超高壓線路絕緣子串上安裝的保護金具(均壓環)、超高壓線路上采用的擴徑導線等。
二、利用空間電荷改善電場分布
由于極不均勻電場氣隙被擊穿前一定先出現電暈放電,所以在一定條件下，還可以利用放電本身所產生的空間電荷來調整和改善空間的電場分布，以提高氣隙的擊穿電壓。以“導線-平板”、“導線-導線”氣隙為例,當導線直徑減小到一定程度以后，氣隙的工頻擊穿電壓反而會隨著導線直徑的減小而提高，出現所謂“細線效應”。其原因在于細線的電暈放電所形成的均勻空間電荷層，能改善氣隙中的電場分布，導致擊穿電壓的提高;而在導線直徑較大時，由于導線表面不可能絕對光滑，所以在整個表面發生均勻的總體電暈之前就會在個別局部先出現電暈和刷形放電，因此其擊穿電壓就與“棒-板”或“棒-棒”氣隙相近了。
三、采用屏障
由于氣隙中的電場分布和氣體放電的發展過程都與帶電粒子在氣隙空間的產生、運動和分布密切有關，所以在氣隙中放置形狀和位置合適、能阻礙帶電粒子運動和調整空間電荷分布的屏障,也是提高氣體介質電氣強度的一種有效方法。
屏障用絕緣材料制成，但它本身的絕緣性能無關緊要，重要的是它的密封性(攔住帶電粒子的能力)。它一般安裝在電暈間隙中，其表面與電力線垂直。
屏障的作用取決于它所攔住的與電暈電極同號的空間電荷，這樣就能使電暈電極與屏障之間的空間電場強度減小，從而使整個氣隙的電場分布均勻化。雖然這時屏障與另一電極之間的空間電場強度反而增大了，但其電場彤狀變得更像兩塊平板電極之間的均勻電場，所以整個氣隙的電氣強度得到了提高。
有屏障氣隙的擊穿電壓與該屏障的安裝位置有很大的關系。如果是“棒棒”氣隙，兩個電極都將發生電暈放電，所以應在兩個電極附近都安裝屏障,方能收效。
在沖擊電壓下，屏障的作用要小一些，因為這時積聚在屏障上的空間電荷較少。
顯然，屏障在均勻或稍不均勻電場的場合就難以發揮作用了。
四、采用高氣壓
在常壓下空氣的電氣強度是比較低的，約為30kV/cm。即使采取上述各種措施來盡可能改善電場，其平均擊穿場強也不可能超越這一極限，可見常壓下空氣的電氣強度要比一般固體和液體介質的電氣強度低得多。但是，如果把空氣加以壓縮，使氣壓大大超過0.1MPa(1atm)，那么它的電氣強度也能得到顯著的提高。這主要是因為提高氣壓可以大大減小電子的自由行程長度，從而削弱和抑制了電離過程。如能在采用高氣壓的同時，再以某些高電氣強度氣體(例如六氟化硫)來替代空氣，那就能獲得更好的效果。
五、采用高電氣強度氣體
在眾多的氣體中，有一些含鹵族元素的強電負性氣體[例如六氟化硫、氟里昂的電氣強度特別高(比空氣高得多)，因而可稱之為高電氣強度氣體。采用這些氣體來替換空氣，當然可以大大提高氣隙的擊穿電壓，甚至在空氣中混入一部分這樣的氣體也能顯著提高其電氣強度。
應該指出，這一類氣體要在工程上獲得實際應用，單靠其電氣強度高是不夠的，它們還必須滿足某些其他方面的要求，諸如：①液化溫度要低(這樣才能同時采用高氣壓)；②良好的化學穩定性，在該氣體中出現放電時不易分解、不燃燒或爆炸、不產生有毒物質；③生產不太困難，價格不過于昂貴。
能同時滿足上述各種要求的氣體是很少的，目前工程上唯一獲得廣泛應用的高電氣強度氣體只有SF6及其混合氣體，SF6氣體除了具有很高的電氣強度以外，還具備優異的滅弧能力，其他有關的技術性能也相當好。利用SF6氣體作為絕緣媒質和滅弧媒質制成的各種電力設備和封閉式組合電器具有一系列突出的優點，例如大大節省占地面積和空間體積、運行安全可靠、簡化安裝維護等，因而發展前景十分廣闊。
六、采用高真空
采用高度真空也可以減弱氣隙中的碰撞電離過程而顯著提高氣隙的擊穿電壓。如果完全以氣體放電理論來解釋高真空中的擊穿過程，所得出的擊穿電壓將極高(這時電子穿越極間距離時很難碰撞到中性分子，難以引起足夠多的碰撞電離)，但是實際情況并非如此，在極間距離較小時，高真空的電氣強度的確很高，甚至可以超過壓縮的SF6氣體，但在極間距離增大時，電壓提高較慢，其電氣強度明顯低于壓縮氣體的擊穿場強，這表明此時高真空的擊穿機理已發生了變化，出現了新的物理過程，因而不能再簡單地用前面的氣體放電理論來說明了。
真空擊穿研究表明：在極間距離較小時，高真空的擊穿與陰極表面的強場發射有關，它所引起的電流會導致電極局部發熱而釋放出金屬氣體，使真空度下降而引起擊穿；在極間距離較大時，擊穿將由所謂“全電壓效應”而引起，這時隨著極間距離和擊穿電壓的增大，電子從陰極飛越真空抵達陽極時能積累到很大的動能，這些高能電子轟擊陽極表面時會釋放出正離子和光子，它們又將加強陰極上的表面電離。這樣反復作用會產生出越來越多的電子流，使電極局部氣化而導致間隙的擊穿，這就是所謂“全電壓效應”。
正由于此，隨著極間距離的增大，平均擊穿場強將變得越來越小。真空間隙的擊穿電壓與電極材料、表面光潔度和潔凈度(包括所吸附氣體的數量和種類)等多種因素有關，因而分散性很大。
在電力設備中實際采用高真空作為絕緣媒質的情況還不多，主要因為在各種設備的絕緣結構中大都還要采用各種固體或液體介質，它們在真空中都會逐漸釋出氣體，使高真空難以長期保持。目前高真空僅在真空斷路器中得到實際應用，真空不但絕緣性能較好，而且還具有很強的滅弧能力，所以用于配電網中的真空斷路器還是很合適的。
(慧樸科技，huiputech)
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