氣體電介質(zhì)絕緣及應(yīng)用項(xiàng)目二：電介質(zhì)的放電擊穿理論陳莉2023.02.20目錄CONTENTS氣體絕緣材料的應(yīng)用04.提高氣隙擊穿電壓的措施03.伏秒特性02.常見(jiàn)氣體絕緣材料01.知己知彼，百戰(zhàn)不殆常見(jiàn)氣體絕緣材料20世紀(jì)60年代開(kāi)始作為絕緣媒質(zhì)和滅弧媒質(zhì)使用于某些電氣設(shè)備中；至今已是除空氣外應(yīng)用最廣泛的氣體介質(zhì)。

SF6氣體的物理化學(xué)特性:絕緣強(qiáng)度滅弧能力SF6氣體變壓器油空氣100倍在0.29Mpa壓力時(shí)空氣合變壓器油的絕緣能力對(duì)比常見(jiàn)氣體絕緣材料

目前SF6不但應(yīng)用于單一電力設(shè)備，如：SF6斷路器、氣體絕緣變壓器等。也被廣泛采用于將多種變電設(shè)備集于一體并密閉充SF6氣體的容器之內(nèi)的封閉式氣體絕緣組合電器（GIS）和充氣管輸電線等裝置中。伏秒特性伏－秒特性：在同一沖擊電壓波形下，擊穿電壓值與放電時(shí)延（或電壓作用時(shí)間）有關(guān)的特性。它可以全面地反映間隙在沖擊電壓作用下的擊穿特性。用實(shí)驗(yàn)確定間隙伏－秒特性的方法：保持沖擊電壓的波形不變，逐漸升高電壓使間隙發(fā)生擊穿，并根據(jù)示波圖記錄擊穿電壓U與擊穿時(shí)間t。擊穿發(fā)生在波前或峰值，取此刻值擊穿發(fā)生在波尾，取峰值未擊穿100%伏秒特性0%伏秒特性50%伏秒特性50%沖擊擊穿電壓圖2-2擊穿電壓與擊穿時(shí)間關(guān)系圖2-3伏-秒特性帶狀比例值伏秒特性（a）正確配合（b）不正確配合絕緣的伏－秒特性避雷器的伏－秒特性伏秒特性曲線的應(yīng)用：

主要用于比較不同設(shè)備絕緣的沖擊擊穿特性，在保護(hù)設(shè)備和被保護(hù)設(shè)備的絕緣配合上具有重要的意義。是防雷設(shè)計(jì)中實(shí)現(xiàn)保護(hù)設(shè)備和被保護(hù)設(shè)備的絕緣配合的依據(jù)。圖2-4被保護(hù)設(shè)備的變壓器與保護(hù)設(shè)備避雷器的伏-秒特性配合關(guān)系提高氣隙擊穿電壓的措施從實(shí)用角度出發(fā)，要提高氣隙的擊穿電壓不外乎采用兩條途徑：①改善氣隙中的電場(chǎng)分布，使之盡可能均勻；②改變氣體的狀態(tài)和種類，設(shè)法削弱和抑制氣體介質(zhì)中的游離過(guò)程。改進(jìn)電極形狀以改善電場(chǎng)分布利用空間電荷改善電場(chǎng)分布采用屏障采用高氣壓采用高電氣強(qiáng)度氣體采用高真空改善電場(chǎng)分布削弱或抑制游離過(guò)程

（1）改變電極形狀

例如采用屏蔽罩、擴(kuò)徑導(dǎo)線等增大電極曲率半徑，或改善電極邊緣形狀以消除邊緣效應(yīng)。圖2-5長(zhǎng)空氣間隙的交流擊穿電壓棒－板棒－棒導(dǎo)線－桿塔支柱導(dǎo)線－導(dǎo)線提高氣隙擊穿電壓的措施提高氣隙擊穿電壓的措施（3）極不均勻電場(chǎng)中屏障的使用

屏障靠近尖（棒）電極或板電極時(shí)，屏障效應(yīng)消失，正、負(fù)極性下出現(xiàn)很大差別。

（2）利用空間電荷對(duì)原電場(chǎng)的畸變作用

例如利用電暈放電產(chǎn)生的空間電荷來(lái)改善極不均勻場(chǎng)間隙中電場(chǎng)分布，從而提高間隙的擊穿電壓。圖2-6正尖－板間隙中屏障的影響提高氣隙擊穿電壓的措施屏障應(yīng)靠近棒電極，使比較均勻的電場(chǎng)區(qū)擴(kuò)大。但離棒電極過(guò)近時(shí)，屏障上空間電荷的分布將變得不均勻而使屏障效應(yīng)減弱，因此屏障有一最佳位置。圖2-7直流電壓下尖－板空氣間隙的擊穿電壓和屏障位置的關(guān)系注：虛線為正尖-負(fù)板實(shí)線為負(fù)尖-正板提高氣隙擊穿電壓的措施（4）

高氣壓的采用均勻電場(chǎng)中幾種絕緣介質(zhì)的擊穿電壓與距離的關(guān)系1－2.8MPa的空氣2－0.7MPa的SF63－高真空4－變壓器油5－0.1MPa的SF66－大氣提高氣隙擊穿電壓的措施（5）高真空的采用采用高真空也可以減弱氣隙中的碰撞游離過(guò)程，從而顯著提高氣隙的擊穿電壓。目前高真空僅在真空斷路器中得到實(shí)際應(yīng)用，真空不但絕緣性能較好，而且還具有很強(qiáng)的滅弧能力，所以用于配電網(wǎng)中的真空斷路器還是很合適的。氣體絕緣材料的應(yīng)用（1）SF6和一些氟里昂氣體屬于強(qiáng)電負(fù)性氣體，其絕緣強(qiáng)度比空氣高得多，因此用于電氣設(shè)備時(shí)其氣壓不必太高，使設(shè)備的制造和運(yùn)行得以簡(jiǎn)化。（2）氟里昂12（CCI2F2）的絕緣強(qiáng)度與SF6相近，其液化溫度也可滿足戶內(nèi)設(shè)備的條件，但為保護(hù)大氣中的臭氧層，國(guó)際上早已將氟里昂12列入第一批需限制和禁用的氟里昂。（3）SF6的價(jià)格較高，用于斷路器時(shí)（氣壓在0.7MPa左右）液化溫度不能滿足高寒地區(qū)要求，在工程應(yīng)用中有時(shí)采用SF6混合氣體。已得到應(yīng)用的混合氣體是SF6-N2混合氣體，通常其混合比在50%∶50%左右，其液化溫度能滿足高寒地區(qū)要求，絕緣強(qiáng)度約為純SF6的85％左右。（4）SF6氣體溫室效應(yīng)相當(dāng)于CO2的23900倍，且SF6氣體不會(huì)自然分解，在大氣中壽命長(zhǎng)達(dá)3200年。因此目前的技