Methoden voor het verbeteren van de elektrische sterkte van gasvormige media

Om de grootte van de stroomvoorziening te verminderen, wordt altijd gehoopt dat de lengte of isolatieafstand van de luchtspleet zo klein mogelijk zal zijn. Voor dit doel moeten maatregelen worden genomen om de elektrische sterkte van het gasmedium te verbeteren. Vanuit een praktisch oogpunt zijn er twee manieren om de afbraakspanning van de luchtspleet te vergroten: één is om de elektrische veldverdeling in de luchtspleet te verbeteren om het zo uniform mogelijk te maken; De andere is om te proberen het ionisatieproces in het gasmedium te verzwakken of te onderdrukken. De specifieke methoden zijn:

1. Verbeter de vorm van de elektrode om de distributie van het elektrische veld te verbeteren

Hoe uniformer het elektrische veldverdeling, hoe groter de gemiddelde afbraakveldsterkte van de luchtspleet. Daarom kan de maximale elektrische veldsterkte in de luchtspleet worden verminderd, kan de elektrische veldverdeling worden verbeterd en kan de afbraakspanning van de luchtspaar worden verhoogd door de elektrodevorm te verbeteren (de krommingstraal van de elektrode te vergroten, waardoor het haar en scherpe hoeken op het oppervlak van de elektrode, enz.) Worden geëlimineerd.

Het gebruik van afscherming om de krommingstraal van de elektrode te vergroten, is een veel voorkomende methode. Als je de "staafplaat" luchtspaar met de ergste elektrische sterkte als een voorbeeld neemt, kan de afbraakspanning van de luchtspleet effectief worden verhoogd als een metalen bal met een geschikte diameter wordt geïnstalleerd.

De hoogspanningsuitlaten van veel hoogspannings elektrische apparaten (zoals het bovenste uiteinde van de hoogspanningsbusgeleiderstang van vermogensapparatuur) hebben scherpe vormen, en afschermingsdeksels zijn vaak vereist om de maximale veldsterkte in de ruimte in de buurt van de uitlaat te verminderen en de corona-invelagel te verhogen. De vorm en grootte van het afschermingsdeksel moet worden geselecteerd zodat de corona -oprichtingspanning groter is dan de maximale werkspanning van het apparaat op de grond. De eenvoudigste afschermingshoes is natuurlijk een bolvormige afschermingspaal.

Voorbeelden van het toepassen van het afschermingsprincipe om de distributie van het elektrische veld op ultra-hoge spanningstransmissielijnen te verbeteren om de corona-beginspanning te vergroten, zijn onder meer: ​​beschermende fittingen (egaliserende ringen) geïnstalleerd op isolatorreeksen van ultra-hoge spanningslijnen en uitgebreide diametergeleiders die worden gebruikt op ultrahoge spanningslijnen.

2. Het gebruik van ruimtelading om de distributie van het elektrische veld te verbeteren

Omdat corona -ontlading moet plaatsvinden voordat de luchtspleet van extreem ongelijk elektrisch veld wordt afgebroken, kan onder bepaalde omstandigheden de ruimtelading die door de ontlading zelf wordt gegenereerd ook worden gebruikt om de distributie van de elektrische veld in de ruimte aan te passen en te verbeteren om de afbraakspanning van de luchtafstand te vergroten. Het nemen van de "draadplaat" en "draad-wire" luchtopeningen als voorbeelden, wanneer de draaddiameter tot zekere mate wordt gereduceerd, zal de stroomafbraakspanning van de luchtspleet toenemen met de reductie van de draaddiameter, wat resulteert in het zogenaamde "dunne draadeffect". De reden is dat de uniforme ruimtelaaglaag gevormd door de corona -ontlading van de dunne draad de verdeling van het elektrische veld in de luchtspleet kan verbeteren, wat resulteert in een toename van de afbraakspanning; Wanneer de draaddiameter groot is, omdat het draadoppervlak niet absoluut glad is, verschijnt corona en borstelvormige ontlading in sommige delen voordat de uniforme totale corona op het gehele oppervlak optreedt, dus de afbraakspanning is vergelijkbaar met die van de "staafplaat" of "staaf-rod" luchtgap.

3. Gebruik van barrières

Aangezien de distributie van het elektrische veld in de luchtspaar en het ontwikkelingsproces van gasafvoer nauw verband houden met de generatie, beweging en verdeling van geladen deeltjes in de luchtspaarruimte, waardoor een barrière wordt geplaatst met een geschikte vorm en positie in de luchtspleet die de beweging van geladen deeltjes kan belemmeren en de ruimtelijke ladingsverdeling kan worden aangepast, is het ook een effectieve manier om de elektrische sterkte van het gasmedium te verbeteren.

De barrière is gemaakt van isolatiemateriaal, maar de eigen isolatieprestaties zijn niet belangrijk. Wat belangrijk is, is de afdichting (het vermogen om geladen deeltjes te blokkeren). Het wordt meestal geïnstalleerd in de corona -opening en het oppervlak staat loodrecht op de elektrische lijnen.

Het effect van de barrière hangt af van de ruimtelading van hetzelfde teken als de corona -elektrode dat deze blokkeert, zodat de ruimtelijke elektrische veldsterkte tussen de corona -elektrode en de barrière kan worden verminderd, waardoor de elektrische veldverdeling van het gehele luchtafwijkingsuniform wordt gemaakt. Hoewel de ruimtelijke elektrische veldsterkte tussen de barrière en de andere elektrode op dit moment wordt verhoogd, lijkt de vorm van elektrische veld meer op het uniforme elektrische veld tussen twee platte elektroden, dus de elektrische sterkte van de gehele luchtspleet is verbeterd.

De afbraakspanning van de Barrier Air Gap heeft veel te maken met de installatiepositie van de barrière. Als het een "stick-stick" luchtspleet is, hebben beide elektroden corona-ontlading, dus de barrière moet in de buurt van beide elektroden worden geïnstalleerd om resultaten te bereiken.

Onder impulsspanning is het effect van de barrière kleiner omdat de ruimtelijke lading op de barrière op dit moment minder is.

Het is duidelijk dat de barrière moeilijk is om een ​​rol te spelen in het geval van een uniform of enigszins niet-uniform elektrisch veld.

4. Gebruik hoge luchtdruk

De elektrische sterkte van lucht bij normale druk is relatief laag, ongeveer 3 0 kv/cm. Zelfs als de bovenstaande maatregelen worden genomen om het elektrische veld zoveel mogelijk te verbeteren, kan de gemiddelde afbraakveldsterkte deze limiet niet overschrijden. Het is te zien dat de elektrische luchtsterkte bij normale druk veel lager is dan die van algemene vaste en vloeibare media. Als de lucht echter wordt gecomprimeerd en de druk veel groter is dan 0,1 MPa (1ATM), kan de elektrische sterkte ook aanzienlijk worden verbeterd. Dit komt vooral omdat het vergroten van de luchtdruk de vrije padlengte van elektronen aanzienlijk kan verminderen, waardoor het ionisatieproces wordt verzwakt en remmen. Als de lucht kan worden vervangen door sommige gassen met een hoge elektrische sterkte (zoals zwavelhexafluoride) tijdens het gebruik van hoge druk, kunnen betere resultaten worden bereikt.

5. Gebruik een hoog elektrisch sterkte -gas

Onder de vele gassen hebben sommige zeer elektronegatieve gassen die halogeenelementen bevatten [zoals zwavelhelderhelder en freon bijzonder hoge elektrische sterkte (veel hoger dan lucht), zodat ze hoge elektrische sterkte gassen kunnen worden genoemd. Het gebruik van deze gassen om lucht te vervangen kan natuurlijk de afbraakspanning van de luchtspleet sterk verhogen, en zelfs het mengen van sommige van dergelijke gassen in de lucht kan de elektrische sterkte aanzienlijk verhogen.

Opgemerkt moet worden dat om dit type gas praktisch in engineering te laten toepassen, het niet voldoende is om alleen te vertrouwen op zijn hoge elektrische sterkte. Ze moeten ook voldoen aan bepaalde andere vereisten, zoals: ① Lage liquefactietemperatuur (zodat hoge gasdruk tegelijkertijd kan worden gebruikt); ② Goede chemische stabiliteit, niet gemakkelijk te ontbinden, verbranden of exploderen, en geen giftige stoffen produceren wanneer ontlading in het gas optreedt; ③ Niet te moeilijk om te produceren en niet te duur.

Er zijn maar weinig gassen die tegelijkertijd aan alle bovenstaande vereisten kunnen voldoen. Op dit moment is het enige hoge elektrische sterkte -gas dat op grote schaal is gebruikt in engineering SF6 en het gemengde gas. Naast de hoge elektrische sterkte heeft SF6 Gas ook een uitstekende boogd blalsvermogen en zijn andere gerelateerde technische eigenschappen ook redelijk goed. Verschillende voedingsapparatuur en gesloten combinatie elektrische apparaten gemaakt van SF6 -gas als een isolatiemedium en boogd blussen hebben een reeks uitstekende voordelen, zoals het aanzienlijk sparen van vloerruimte en ruimtevolume, veilige en betrouwbare werking, vereenvoudigde installatie en onderhoud, enz., Dus de ontwikkelingsprospects zijn zeer breed.

6. Gebruik hoog vacuüm

Het gebruik van hoog vacuüm kan ook het botsingsionisatieproces in de luchtsplein verzwakken en de afbraakspanning van de luchtspleet aanzienlijk verhogen. Als het uitsplitsingsproces in een hoog vacuüm volledig wordt verklaard door de gasontladingstheorie, zal de resulterende afbraakspanning extreem hoog zijn (op dit moment is het moeilijk voor elektronen om te botsen met neutrale moleculen bij het oversteken van de afstandsafstand en het is moeilijk om voldoende botsing ionisatie te veroorzaken). De werkelijke situatie is echter niet zo. Wanneer de afstand tussen de elektroden klein is, is de elektrische intensiteit van een hoog vacuüm inderdaad zeer hoog en kan zelfs die van gecomprimeerd SF6-gas overschrijden. Wanneer de afstand tussen de elektrode toeneemt, neemt de spanning echter langzaam toe en is de elektrische intensiteit ervan aanzienlijk lager dan de afbraakveldsterkte van gecomprimeerd gas. Dit geeft aan dat het afbraakmechanisme van een hoog vacuüm op dit moment is veranderd en er is een nieuw fysiek proces naar voren gekomen, dus het kan niet langer eenvoudig worden verklaard door de vorige gasafvoertheorie.

Onderzoek naar vacuümuitval toont aan dat wanneer de afstand tussen de elektroden klein is, de afbraak van hoog vacuüm gerelateerd is aan de sterke veldemissie op het kathodeoppervlak. De stroom die ertoe wordt veroorzaakt, zal de lokale verwarming van de elektrode veroorzaken en metaalgas vrijgeven, waardoor de vacuümdiploma daalt en afbraak veroorzaakt; Wanneer de afstand tussen de elektroden groot is, wordt de afbraak veroorzaakt door het zogenaamde "volledige spanningseffect". Op dit moment, naarmate de afstand tussen de elektrode en de afbraakspanning toeneemt, kunnen de elektronen veel kinetische energie verzamelen wanneer ze van de kathode over het vacuüm naar de anode vliegen. Deze energieke elektronen zullen positieve ionen en fotonen vrijgeven bij het bombarderen van het anodeoppervlak, dat de oppervlakte-ionisatie op de kathode zal versterken. Deze herhaalde werking zal steeds meer elektronenstroom produceren, waardoor de elektrode lokaal wordt verdampt en leidt tot de afbraak van de opening. Dit is het zogenaamde "volledige spanningseffect".

Daarom, naarmate de afstand tussen de elektroden toeneemt, wordt de gemiddelde afbraakveldsterkte kleiner en kleiner. De afbraakspanning van de vacuümspleet is gerelateerd aan vele factoren zoals elektrodemateriaal, oppervlakteafwerking en netheid (inclusief de hoeveelheid en het type geadsorbeerd gas), dus deze is zeer verspreid.

Er zijn niet veel gevallen waarin een hoog vacuüm daadwerkelijk wordt gebruikt als een isolatiemedium in stroomuitrusting, vooral omdat verschillende vaste of vloeibare media meestal worden gebruikt in de isolatiestructuur van verschillende apparatuur. Ze zullen geleidelijk gas vrijgeven in het vacuüm, waardoor het moeilijk is om lang een hoog vacuüm te behouden. Momenteel wordt hoog vacuüm alleen gebruikt in vacuümstroomonderbrekers. Vacuüm heeft niet alleen goede isolatieprestaties, maar heeft ook een sterke boerenvermogen, dus het is nog steeds zeer geschikt voor vacuümstroomonderbrekers in distributienetwerken.