Методы улучшения электрической прочности газообразной среды

Чтобы уменьшить размер электроэнергии, всегда есть надежда, что длина воздушного зазора или изоляционное расстояние будет максимально небольшим. Для этой цели необходимо принять меры для улучшения прочности электрической газовой среды. С практической точки зрения, существует два способа увеличения напряжения разбивки воздушного зазора: один из них заключается в улучшении распределения электрического поля в воздушном зазоре, чтобы сделать его максимально равномерным; Другой - попытаться ослабить или подавить процесс ионизации в газовой среде. Конкретные методы:

1. Улучшите форму электрода для улучшения распределения электрического поля

Чем более равномерное распределение электрического поля, тем выше средняя прочность поля воздушного зазора. Следовательно, максимальная высота электрического поля в воздушном зазоре может быть уменьшена, распределение электрического поля может быть улучшено, а напряжение разрушения воздушного зазора может быть увеличено путем улучшения формы электрода (увеличивая радиус кривизны электрода, устраняя волосы и острые углы на поверхности электрода и т. Д.).

Использование экранирования для увеличения радиуса кривизны электрода является общим методом. В качестве примера в качестве примера можно эффективно повышаться воздушный зазор «стержня» с наихудшей электрической прочностью, если на конце стержневого шеста установлен металлический шарик с подходящим диаметром, напряжение авиации воздушного зазора может быть эффективно увеличено.

Высокие розетки многих высоковольтных электрических устройств (таких как верхний конец высоковольтного втулка направляющего стержня оборудования для силового оборудования) имеют острые формы, а защитные крышки часто требуются для снижения максимальной силы поля в пространстве вблизи выходов и увеличения напряжения на основе короны. Форма и размер экранирующей крышки должны быть выбраны таким образом, чтобы напряжение на основе его короны больше, чем максимальное рабочее напряжение устройства на землю. Самая простая экранирующая крышка, конечно, - сферический экранирующий полюс.

Примеры применения принципа экранирования для улучшения распределения электрического поля на линии сверхвысокого напряжения, чтобы увеличить напряжение на основе короны, включают в себя: защитные фитинги (выравнивающие кольца), установленные на строках изолятора сверхвысоких линий напряжения, и расширенные проводники диаметра, используемые ультра-высокими линиями напряжения.

2. Использование пространственного заряда для улучшения распределения электрического поля

Поскольку корон -разряд должен произойти до того, как воздушный зазор чрезвычайно неровного электрического поля будет разбит, при определенных условиях пространственный заряд, генерируемый самим разрядом, также может быть использован для регулировки и улучшения распределения электрического поля в пространстве для увеличения напряжения разбивки воздушного зазора. В качестве примеров, когда диаметр провода уменьшается в определенной степени, в качестве примеров, когда диаметр провода уменьшается до определенной степени, напряжение разбивки частоты мощности воздушного зазора увеличится с уменьшением диаметра провода, что приведет к так называемому «эффекту тонкого проволоки». Причина заключается в том, что равномерный слой пространственного заряда, образованный корон -разрядом тонкого провода, может улучшить распределение электрического поля в воздушном зазоре, что приводит к увеличению напряжения разрушения; Когда диаметр проволоки большой, поскольку поверхность провода не может быть абсолютно гладкой, в некоторых частях появится выброс в форме короны и кисти, прежде чем на всей поверхности произойдет однородная общая корона, поэтому его напряжение разрушения аналогично напряжению «стержня» или «стержневого воздушного зазора».

3. Использование барьеров

Поскольку распределение электрического поля в воздушном зазоре и процесс разработки газовых разрядов тесно связаны с генерацией, перемещением и распределением заряженных частиц в пространстве воздушного зазора, размещение барьера с подходящей формой и положением в воздушном зазоре, которые могут затруднить движение заряженных частиц, и корректировать распределение пространственного заряда также является эффективным способом улучшения прочности электрической газовой среды.

Барьер сделан из изоляционного материала, но его собственная изоляция не важна. Важно его герметизация (способность блокировать заряженные частицы). Обычно он устанавливается в промежутке Corona, а его поверхность перпендикулярна электрическим линиям.

Эффект барьера зависит от пространственного заряда того же знака, что и электрод Corona, который он блокирует, так что пространственное электрическое поле между электродом Corona и барьером может быть уменьшена, что делает распределение электрического поля всего униформы воздушного зазора. Хотя в настоящее время прочность на пространственное электрическое поле между барьером и другим электродом увеличивается, его форма электрического поля становится больше похожей на однородное электрическое поле между двумя плоскими электродами, поэтому электрическая прочность всего воздушного зазора улучшается.

Напряжение разбивки барьерного воздушного зазора во многом связано с позицией установки барьера. Если это воздушный зазор «палки», оба электрода будут иметь корон-разряд, поэтому барьер должен быть установлен рядом с обоим электродами для достижения результатов.

При импульсном напряжении эффект барьера меньше, потому что в настоящее время пространственный заряд, накопленный на барьере, меньше.

Очевидно, что барьер трудно сыграть роль в случае равномерного или слегка неоднородного электрического поля.

4. Используйте высокое давление воздуха

Электрическая прочность воздуха при нормальном давлении относительно низкая, около 3 0 кВ/см. Даже если вышеуказанные меры принимаются для максимально возможного улучшения электрического поля, средняя прочность поля разрушения не может превышать этот предел. Видно, что электрическая прочность воздуха при нормальном давлении намного ниже, чем у общей твердой и жидкой среды. Однако, если воздух сжат и давление намного больше 0,1 МПа (1ATM), его электрическая прочность также может быть значительно улучшена. Это происходит главным образом потому, что повышение давления воздуха может значительно снизить длину свободного пути электронов, тем самым ослабляя и подавляя процесс ионизации. Если воздух может быть заменен некоторыми высокими электрическими газами (такими как сера гексафторид) при использовании высокого давления, можно достичь лучших результатов.

5. Используйте высокий электрический газ

Среди множества газов некоторые сильно электроотрицательные газы, содержащие галогенные элементы [такие как гексафторид серы и фреон, имеют особенно высокую прочность на электричестве (намного выше воздуха), поэтому их можно назвать газами с высокой электрической прочностью. Использование этих газов для замены воздушной банки, конечно, значительно увеличить напряжение разбивки воздушного зазора, и даже смешение некоторых таких газов в воздух может значительно увеличить его электрическую прочность.

Следует отметить, что для этого типа газа практически применяется в инженерии, недостаточно, чтобы полагаться исключительно на его высокую электроэнергию. Они также должны соответствовать некоторым другим требованиям, таким как: ① низкая температура сжижения (так что высокое давление газа можно использовать одновременно); ② Хорошая химическая стабильность, нелегкая для разложения, сжигания или взрыва, а не продуцировать токсичные вещества, когда сброс происходит в газе; ③ Не слишком сложно производить и не слишком дорого.

Есть очень мало газов, которые могут выполнять все вышеперечисленные требования одновременно. В настоящее время единственным высоким газом электрической прочности, который широко использовался в инженерии, является SF6 и его смешанный газ. В дополнение к своей высокой электрической прочности, SF6 Gas также обладает превосходной способностью потушить дуги, а другие связанные с ним технические свойства также довольно хороши. Различные электроэнергии и закрытая комбинированная электрическая техника, изготовленная из газа SF6 в качестве изоляционной среды и погашения дуги, имеют серию выдающихся преимуществ, таких как значительная экономия пространства и объема пространства, безопасная и надежная работа, упрощенная установка и техническое обслуживание и т. Д., Таким образом, перспективы развития очень широкие.

6. Используйте высокий вакуум

Использование высокого вакуума также может ослабить процесс ионизации столкновения в воздушном зазоре и значительно увеличить напряжение разрушения воздушного зазора. Если процесс разрушения в высоком вакууме полностью объясняется теорией газа, результирующее напряжение разрушения будет чрезвычайно высоким (в настоящее время электроны трудно столкнуться с нейтральными молекулами при пересечении межэлектродного расстояния, и трудно вызвать достаточную ионизацию столкновения). Однако фактическая ситуация не такая. Когда межэлектродное расстояние невелико, электрическая интенсивность высокого вакуума действительно очень высока и может даже превышать интенсивность сжатого газа SF6. Однако, когда расстояние между электродом увеличивается, напряжение медленно увеличивается, а его электрическая интенсивность значительно ниже, чем в поле сжатого поля разрушения. Это указывает на то, что в настоящее время механизм разбивки высокого вакуума изменился, и появился новый физический процесс, поэтому его больше нельзя просто объяснить теорией сброса газа.

Исследования вакуума показывают, что когда межэлектродное расстояние невелико, распад высокого вакуума связан с сильным выбросом поля на поверхности катода. Ток, вызванный им, приведет к локальному нагреву электрода и высвобождает металлический газ, что приведет к падению вакуумной степени и вызовет разрушение; Когда межэлектродное расстояние будет большое, разбивка будет вызвана так называемым «эффектом полного напряжения». В настоящее время, когда между электродным расстоянием и увеличением напряжения расщепления электроны могут накапливать много кинетической энергии, когда они летят из катода через вакуум к аноду. Эти высокоэнергетические электроны высвобождают положительные ионы и фотоны при бомбардировке поверхности анода, что усилит ионизацию поверхности на катоде. Это повторное действие будет производить все больше и больше электронов, в результате чего электрод локально испарился и приведет к разрушению зазора. Это так называемый «эффект полного напряжения».

Из-за этого, по мере увеличения расстояния межэлектродного расстояния средняя прочность поля разрушения станет меньше и меньше. Напряжение расщепления вакуумного зазора связано со многими факторами, такими как электродный материал, поверхностная отделка и чистота (включая количество и тип адсорбированного газа), поэтому он очень рассеян.

Существует не так много случаев, когда высокий вакуум фактически используется в качестве изоляционной среды в электроэнергетике, в основном потому, что различные твердые или жидкие среды в основном используются в изоляционной структуре различного оборудования. Они будут постепенно выделять газ в вакууме, что затрудняет поддержание высокого вакуума в течение длительного времени. В настоящее время высокий вакуум используется только в выключателях вакуумных цепи. Вакуум не только обладает хорошей изоляцией, но также обладает сильной способностью потушить дуги, поэтому он по -прежнему очень подходит для выключателей вакуумных цепи в распределительных сетях.