氣體介質(zhì)的電氣強(qiáng)度

1氣體種類：空氣和高介電強(qiáng)度氣體（SF6氣體）電壓種類：持續(xù)作用電壓（直流、交流）；沖擊電

壓（雷電沖擊、操作沖擊）電場分布：電極形狀、間隙距離、電壓極性；當(dāng)間

隙距離相同時(shí)，電場越均勻擊穿電壓越高氣體狀態(tài)：一般要折算到標(biāo)準(zhǔn)大氣狀態(tài)氣隙擊穿特性的影響因素第一節(jié)

均勻和稍不均勻電場氣隙的擊穿特性31、均勻電場中的擊穿電壓：

a、分散性小直流、工頻交流電壓（也包括沖擊電壓）作用下?lián)舸╇妷夯鞠嗤琤、均勻電場中空氣的電氣強(qiáng)度大致為30kV(峰值)/cmd：間隙距離；

δ：空氣相對密度；

Ub

擊穿電壓峰值一、持續(xù)作用電壓下氣隙的擊穿特性U

=

24.55δd

+

6.66

經(jīng)驗(yàn)公式為：(kV)b實(shí)驗(yàn)所得的

均勻電場空

氣間隙的擊

穿電壓特性1、均勻電場氣隙的擊穿特性a、

與均勻電場相似，

分散性很小直流、工頻交流（也包括沖擊電壓）

作用下，

擊穿

電壓基本相同b、

不同于極不均勻電場，

一旦出現(xiàn)自持放電，

立即導(dǎo)

致氣隙擊穿，

而不發(fā)生電暈現(xiàn)象c、

稍不均勻電場不對稱時(shí)，

雖有極性效應(yīng)，

但不明顯d、

擊穿電壓和電場不均勻程度有極大關(guān)系，

越均勻擊

穿電壓越高2、稍不均勻電場中的擊穿特性球間隙（高電壓試驗(yàn)中

用來測量高電壓幅值的

球隙測壓器）和同軸圓

筒（高壓標(biāo)準(zhǔn)電容器和

氣體絕緣組合電器中的

分相封閉母線筒等）由兩個(gè)直徑相同的球電極構(gòu)

成的氣隙中，

電場不均勻度隨著球間距d與球極直徑D之比的增大而增加稍不均勻電場中的擊穿特性實(shí)例a、當(dāng)d

<D/4時(shí)，電場相當(dāng)均勻

，其擊穿特性與均勻

電場相似

，直流

、工頻交

流（也包括沖擊電壓）

作

用下的擊穿

電壓大致相

同；b、當(dāng)d

>D/4時(shí)，

電場不均

勻度增大

，擊穿電場的分

散性增大直徑為D

的球隙的擊穿電壓Ud

與氣隙距離d的關(guān)系按電極的對稱程度，主要有兩種典型的極不均勻電場氣隙：a、“棒

—

棒”氣隙（“尖

—

尖”氣隙）b、“棒

—

板”氣隙（“尖

—

板”氣隙）不同電壓波形作用下，

差異明顯，分散性大；在直流電壓下，

極性效應(yīng)明顯，而在工頻交流電壓下

“飽和”現(xiàn)象明顯。3、極不均勻電場的擊穿電壓顯著特征：

極性效應(yīng)平均擊穿場強(qiáng)：正極性棒-板間隙：4.5kV/cm

負(fù)極性棒-板間隙：10kV/cm正極性棒-棒間隙：4.8kV/cm

負(fù)極性棒-棒間隙：5.0kV/cm（略微不對稱）3、極不均勻電場的擊穿電壓a、

直流電壓下的擊穿電壓3、極不均勻電場的擊穿特性特點(diǎn)：1、棒-板間隙擊穿總是在棒的極

性為正、電壓達(dá)到峰值時(shí)發(fā)生，

擊穿電壓與直流電壓下正極性擊

穿電壓相近2、除起始部分外，擊穿電壓與

距離近似成直線關(guān)系，但大間隙

下?lián)舸╇妷河酗柡挖厔?、平均擊穿場強(qiáng)棒-棒間隙：3.8kV(有效值)/cm棒-板間隙：3.35kV(有效值)/cmb、交流電場下的擊穿電壓“棒-棒”氣隙

的工頻擊穿

電壓要比“棒-

板”氣隙高一

些，因?yàn)椤鞍?

棒”氣隙的電

場要比“棒-

板”稍微均勻

一些d<1m時(shí)，棒棒和棒板幾乎一樣，但d增大后，

差別變

大；

顯著特征：

“飽和”特性極不均勻電場的工頻擊穿電壓和間隙距離的關(guān)系隨著氣隙長度增大，棒-板氣隙的平均擊穿場強(qiáng)

明顯降低，即存在“飽和”現(xiàn)象極不均勻電場的工頻擊穿電壓和間隙距離的關(guān)系1、

沖擊電壓波形a、

雷電沖擊電壓波OC為視在播前OF為視在播前時(shí)間

T1OG為視在半峰值時(shí)間

T2二、沖擊電壓作用下氣隙的擊穿特性國標(biāo)規(guī)定：

T1

=

1.2μs

±

30%T2

=

50μs

±

20%（也稱為波長時(shí)間）21TTb、操作沖擊電壓波國標(biāo)規(guī)定：

T1

=

250μs

±

20%

T2

=

2500μs

±

60%21TT變化速度快、作用時(shí)間短，其有效作用時(shí)間是以微秒計(jì)的。對氣隙施加沖擊電壓使氣隙擊穿，需要有兩個(gè)

條件：（1）需要足夠幅值的電壓，引起電子崩并導(dǎo)致流

注和主放電的有效電子；（2）需要電壓作用一定的時(shí)間，使放電得以發(fā)展

以致?lián)舸_擊電壓的特點(diǎn)tL

=

tS

+

tf統(tǒng)計(jì)時(shí)延

ts

：從電壓達(dá)到

Us

的瞬時(shí)起到氣隙出現(xiàn)第一個(gè)有效電子止放電發(fā)展時(shí)間tf

：從形成第一個(gè)有效電子的瞬時(shí)起到到氣隙完全擊穿止升壓時(shí)間

t0

：電壓從零升到靜態(tài)擊穿

電壓

Us

的時(shí)間放電時(shí)延特點(diǎn)：Usa、

小間隙、

均勻場：

tL

短，

ts占主要部分b、

大間隙、

極不均勻場：

tL

長，

tf

占主要部分

c、

隨著沖擊電壓幅值的不斷升高，

tL

將越來越短2、放電時(shí)延間隙中出現(xiàn)一個(gè)能引起電離過程并最終導(dǎo)致?lián)舸┑碾娮臃Q為有效電子。統(tǒng)計(jì)時(shí)延服從統(tǒng)計(jì)規(guī)律的原因：

1）有效電子的出現(xiàn)具有統(tǒng)計(jì)特性，有些自由電

子被中和，有些可能擴(kuò)散到間隙外2）有些電子雖然也引起電離過程，但由于各種

不利因素的巧合，電離可能中途衰亡而終止有效電子的定義工程上常采用50%沖擊擊穿電壓（U50%

）來描述氣隙的沖擊擊穿特性。50%沖擊擊穿電壓（

U50%

）：在多次施加同一電

壓時(shí)，導(dǎo)致其中半數(shù)氣隙擊穿的這一電壓值。在均勻和稍不均勻電場中，氣隙的U50%與靜態(tài)擊

穿電壓Us相差不大，其沖擊系數(shù)

β（U50%與Us之比）

接近1；而在極不均勻電場中，由于放電時(shí)延較長，其

沖擊系數(shù)

β

均大于1。3、50%沖擊擊穿電壓（U50%）同一個(gè)氣隙，在峰值較低但延續(xù)時(shí)間較長的沖擊電壓作用下可能擊穿，

而在峰值較高但延續(xù)時(shí)

間較短的沖擊電壓作用下可能反而不擊穿。因此該氣隙的耐電性能要用沖擊電壓峰值和擊

穿時(shí)間兩者共同來表示。4、氣隙的伏秒特性氣隙的伏秒特性繪制步驟：保持沖擊電壓波形不變，

逐級(jí)升高電壓使氣隙

發(fā)生擊穿，

記錄擊穿電壓

波形，

讀取擊穿電壓值U與

時(shí)間t氣隙的伏秒特性繪制1—下包線；

2—上包線；

3—50%伏秒特性工程上通常用平均伏秒特性或50%伏秒特性曲線表征氣隙的沖擊擊穿特性，

在絕緣配合中伏秒特性有

重要意義。放電時(shí)間實(shí)際有分散性，

即在每級(jí)電壓下可測得

不同的放電時(shí)間，

所以伏秒特性是如圖所示的上下包線

為界的帶狀區(qū)域。氣隙的伏秒特性應(yīng)用t伏秒特性的應(yīng)用Ubsa、極不均勻電場（大間隙）平均擊穿場強(qiáng)較低，放

電時(shí)延較長，只有大大提

高電壓，才能縮短放電時(shí)

延。伏秒特性曲線A向左上

角上翹不同電場氣隙伏秒特性比較b、稍不均勻電場（小間隙）間隙各處場強(qiáng)相差不

大，一但出現(xiàn)電離，很快貫

穿整個(gè)間隙，放電時(shí)延短。伏秒特性曲線B只能在很

小的時(shí)間內(nèi)向上翹不同電場氣隙伏秒特性比較不同電場氣隙伏秒特性比較兩者配合，

S2可以保護(hù)S1

兩者不能配合，

不能互相保護(hù)左圖表示保護(hù)設(shè)備絕緣的伏秒特性1與保護(hù)間隙的伏秒特

性2配合的情況，這種配合完全正確，因?yàn)榉胩匦?的下包

線時(shí)時(shí)都在伏秒特性2的上包線之上，即任何情況下保護(hù)間

隙都會(huì)先動(dòng)作從而保護(hù)了電氣設(shè)備的絕緣伏秒特性的應(yīng)用?氣隙的擊穿特性與電壓種類、電場分布形

式相關(guān)；?極不均勻電場的擊穿特性，具有明顯的極

性效應(yīng)和“飽和”現(xiàn)象；?表征氣隙沖擊擊穿特性的兩種方式：50%沖

擊擊穿電壓（U50%

）和氣隙的伏秒特性小結(jié)1.簡述均勻電場與稍不均勻電場的擊穿特性。2.簡述沖擊電壓作用下氣隙的擊穿特性。3.

什么是50%沖擊擊穿電壓（U50%）？本節(jié)完思考題第三節(jié)

大氣條件對氣隙擊穿特性的影響30前面介紹的不同氣隙在各種電壓下的擊穿特性均對應(yīng)于標(biāo)準(zhǔn)大氣條件和正常海拔高度。由于大氣的壓力

、

溫度

、

濕度等條件都會(huì)影響

空氣的密度、電子自由行程長度、碰撞電離及附著

過程，所以也必然會(huì)影響氣隙的擊穿電壓。海拔高度的影響亦與此類似，因?yàn)殡S著海拔高

度的增加，

空氣的壓力和密度均下降。31問題的引出正由于此，在不同大氣條件和海拔高度下所得出的擊穿電壓實(shí)測數(shù)據(jù)都必須換算到某種標(biāo)準(zhǔn)

條件下才能互相進(jìn)行比較。國標(biāo)規(guī)定的大氣條件：

壓力：

p0=101.3kPa(760mmHg)；溫度：

t0=20攝氏度或T0=293K；絕對濕度：

hc=11g/m3。32實(shí)驗(yàn)條件下的氣隙擊穿電壓U與標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下的擊穿電壓

U0

之間關(guān)系：U

=

Kd

UKhKd

：空氣密度校正因數(shù)Kh

：濕度校正因數(shù)上式不僅適用于氣隙的擊穿電壓，也適用于外絕緣的沿面閃絡(luò)電壓。330在進(jìn)行高壓試驗(yàn)時(shí)，也往往要根據(jù)實(shí)際試驗(yàn)時(shí)的大氣條件，將試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下的試驗(yàn)電壓值換算得出實(shí)際應(yīng)加的試驗(yàn)電壓值。下面分別討論各個(gè)校正因數(shù)的取值：?對空氣密度的校正?對濕度的校正?對海拔的校正34一、對空氣密度的校正式中：

p

：氣壓,kPaT

：溫度,K.空氣密度與壓力和溫度有關(guān)?？諝獾南鄬γ芏龋害?/p>

=2

.

9p

T35在大氣條件下，氣隙的擊穿電壓δ隨

的增大而提。實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)δ處于0.95～1.05的范圍內(nèi)時(shí)，氣隙的擊穿電壓幾乎與δ

成正比，即此時(shí)的空氣密

度校正因數(shù)

Kd

≈

δ，因而：U

≈

δU高036?氣隙不很長(例如不超過1m)時(shí)：該式能足夠準(zhǔn)確地適用于各種電場型式和各種電壓類型下作近似的工程估算。U

≈

δU?更長的空氣間隙：

擊穿電壓與大氣條件變化的

關(guān)系，并不是一種簡單的線性關(guān)系，而是隨電極

形狀、電壓類型和氣隙長度而變化的復(fù)雜關(guān)系。037除了在氣隙長度不大、電場也比較均勻或長度雖大、但擊穿電壓仍隨氣隙長度呈線性增大(如雷電沖擊

電壓)的情況下，上式仍可適用外，其他情況下的空氣

密度校正因數(shù)應(yīng)按下式求?。篕d

=

m

×

n式中指數(shù)m，n與電極形狀、氣隙長度、電壓類型

及其極性有關(guān)，其值在0.4～1.0的范圍內(nèi)變化,具體取值國家標(biāo)準(zhǔn)中有規(guī)定。38大氣中所含的水氣分子能俘獲自由電子而形成負(fù)離子，這對氣體中的放電過程顯然起著抑制作用，可見大氣的濕度越大，氣隙的擊穿電壓也會(huì)增高。二、對濕度的校正39?在均勻和稍不均勻電場中，放電開始時(shí)，整個(gè)氣

隙的電場強(qiáng)度都較大，電子的運(yùn)動(dòng)速度較快，不

易被水氣分子所俘獲，因而濕度的影響就不太明

顯，可以忽略不計(jì)。例如用球隙測量高電壓時(shí)，只需要按空氣相對密度校正其擊穿電壓就可以了，而不必考慮濕度的影響。40?在極不均勻電場中，濕度的影響就很明顯了，這時(shí)可以用下面的濕度校正因數(shù)來加以修正：Kh

=

kω式中的因數(shù)k與絕對濕度和電壓類型有關(guān)，

而

指數(shù)ω

之值則取決于電極形狀、氣隙長度、電壓類型及其極性。41我國幅員遼闊，有不少電力設(shè)施(特別是輸電線路)位于高海拔地區(qū)。隨著海拔高度的增大，空氣變得逐漸稀薄，大氣壓力和相對密度減小，因而空氣的電氣強(qiáng)度也將降低。海拔高度對氣隙的擊穿電壓和外絕緣的閃絡(luò)

電壓的影響可利用一些經(jīng)驗(yàn)公式求得。42三、對海拔的校正三、對海拔的校正我國國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：對于安裝在海拔高于1000m、但不超過4000m處的電力設(shè)施外絕緣，其試

驗(yàn)電壓U應(yīng)為平原地區(qū)外絕緣的試驗(yàn)電壓Up乘以海拔校正因數(shù)足

即：U

=

K

Ua

p而：

K

=

1

式中H

為安裝點(diǎn)的海拔高度，單位是m。43aKa

1.

1

?

H

×

10?

4?在不同大氣條件和海拔高度下所得出的擊穿電

壓實(shí)測數(shù)據(jù)都必須換算到某種標(biāo)準(zhǔn)條件下才能互

相進(jìn)行比較。?對空氣密度、濕度和海拔，分別有不同的校正

方法。小結(jié)44第四節(jié)

提高氣體介質(zhì)電氣強(qiáng)度的方法45為了縮小電力設(shè)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，為此就應(yīng)采取措施

來提高氣體介質(zhì)的電氣強(qiáng)度。從實(shí)用角度出發(fā)，要

提高氣隙的擊穿電壓，主要采用兩條途徑：?改善氣隙中的電場分布，使之均勻；?設(shè)法削弱和抑制氣體介質(zhì)中的電離過程。46電場分布越均勻，氣隙的平均擊穿場強(qiáng)越高。工程上，

改善電場分布主要采取的方法有：1、改進(jìn)電極形狀以改善電場分布2、利用空間電荷改善電場分布3、極不均勻電場中采用屏蔽改善電場分布一、改善電場分布一、改善電場分布47通過改進(jìn)電極形狀的方法來減小氣隙中的最大電場強(qiáng)度，以改善電場分布，提高氣隙的擊穿

電壓。如：a、增大電極的曲率半徑b、消除電極表面的毛刺、尖角1、改進(jìn)電極形狀以改善電場分布48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(qiáng)度最差的“棒一板”氣隙為例，如果在棒極的端部加裝一只直徑適當(dāng)?shù)慕饘偾?，就能有效地提高氣隙的擊穿電壓?9a、增大電極的曲率半徑許多高壓電氣裝置的高壓出線端(例如電力設(shè)備高壓套管導(dǎo)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(qiáng)，提高電暈起始電壓。屏蔽罩的形狀和尺寸應(yīng)選得使其電暈起始電壓

Uc大于裝置的最大對地工作電壓Ug

.max

，即：U

>

U50b、消除電極表面的毛刺、尖角c

g

.max式中

Ec

：電暈放電起始場強(qiáng)。超高壓輸電線路上應(yīng)用屏蔽原理來改善電場

分布以提高電暈起始電壓的實(shí)例有：超高壓線路

絕緣子串上安裝的保護(hù)金具(均壓環(huán))、超高壓線

路上采用的擴(kuò)徑導(dǎo)線等。51最簡單的屏蔽罩當(dāng)然是球形屏蔽極，它的半徑U

R

=

g

.max

EcR

按下式選擇：超高壓線路絕緣子串上安裝的保護(hù)金具(均壓環(huán))52由于極不均勻電場氣隙被擊穿前一定先出現(xiàn)電暈放電，所以在一定條件下，還可以利用放電本身所產(chǎn)生的空間電荷來調(diào)整和改善空間的電場分布，

以提高氣隙的擊穿電壓。2、利用空間電荷改善電場分布53由于氣隙中的電場分布和氣體放電的發(fā)展過程都與帶電粒子在氣隙空間的產(chǎn)生、運(yùn)動(dòng)和分布密切有關(guān)，所以在氣隙中放置形狀和位置合適、能阻礙帶電粒子運(yùn)動(dòng)和調(diào)整空間電荷分布的屏障，也是提高氣體介質(zhì)電氣強(qiáng)度的一種有效方法。3、采用屏障改善電場分布（極不均勻電場）54屏障用絕緣材料制成，但它本身的絕緣性能無關(guān)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(hào)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(qiáng)度減小，從而使整個(gè)氣隙的電場分布均勻化。55如圖所示

，

雖然這時(shí)屏障與另一

電極之間的空

間電場強(qiáng)度反而增大了

，

但其電場形狀變得更象兩

塊平板電極之間的均勻電

場

，所以整個(gè)氣隙的電氣強(qiáng)度得到了提高。56在沖擊電壓下，屏障的作用要小一些，因?yàn)檫@時(shí)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(fā)揮作用了。57工程上，

主要采取的方法有：1、

采用高氣壓2、

采用強(qiáng)電負(fù)性氣體3、

采用高真空58二、消弱或抑制電離過程二、消弱或抑制電離過程在常壓下空氣的電氣強(qiáng)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(qiáng)也不可能超越這一極限，

可見常壓下空氣的電氣強(qiáng)度要比一般固體和液體介質(zhì)的電氣強(qiáng)度低得多。11、采用高氣壓59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(qiáng)度也能得到顯著的提高。這主要是因?yàn)樘岣邭鈮嚎梢源蟠鬁p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(shí)，

再以某些高電氣

強(qiáng)度氣體（例如SF6氣體）來代替空氣，那就能獲

得更好的效果。601、采用高氣壓右圖為不同氣壓的空

氣

和

SF6

氣

體

、

電

瓷、變壓器油、高真空

等的電氣強(qiáng)度比較。從

圖上可以看出：2.8MPa

的壓縮空氣具有很高的

擊穿電壓。1、采用高氣壓1-空氣，

氣壓為2.8MPa

2-SF6，

0.7Mpa

3-高真空

4-變壓器油

5-電瓷

6-SF6,0.1Mpa

7-空氣,0.1Mpa61但采用高氣壓會(huì)對電氣設(shè)備外殼的密封性和

機(jī)械強(qiáng)度提出很高的要

求，往往難以實(shí)現(xiàn)。如果

用SF6

來代替空氣，為了

達(dá)到同樣的電氣強(qiáng)度，只

要采用0.7MPa左右的氣壓1-空氣，

氣壓為2.8MPa

2-SF6，

0.7Mpa

3-高真空

4-變壓器油

5-電瓷

6-SF6,0.1Mpa

7-空氣,0.1Mpa62就夠了。有一些含鹵族元素的強(qiáng)電負(fù)性氣體電氣強(qiáng)度特別高，因而可稱之為高電氣強(qiáng)度氣體。采用這些氣體來替換空氣，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(qiáng)度。2、采用高電氣強(qiáng)度氣體63但僅僅滿足高電氣強(qiáng)度是不夠的，還必須滿足以下條件：?液化溫度要低，這樣才能同時(shí)采用高氣壓；?良好的化學(xué)穩(wěn)定性，出現(xiàn)放電時(shí)不易分解、不

燃燒或爆炸、不產(chǎn)生有毒物質(zhì)；?生產(chǎn)不太困難，價(jià)格不過于昂貴64SF6

同時(shí)滿足以上條件，而且還具備優(yōu)異的滅弧能力，其他有關(guān)的技術(shù)性能也相當(dāng)好，因此SF6及其混合氣體在電力系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用。65采用高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。在電力設(shè)備中實(shí)際采用高真空作為絕緣媒質(zhì)的

情況還不多，主要因?yàn)樵诟鞣N設(shè)備的絕緣結(jié)構(gòu)中大

都還要采用各種固體或液體介質(zhì)，它們在真空中都

會(huì)逐漸釋出氣體，使高真空難以長期保持。3、采用高真空66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。67?球形屏蔽極可以顯著改善電場分布，提高氣隙的擊穿電壓；?在氣隙中放置形狀和位置合適、能阻擋帶電粒子運(yùn)動(dòng)和調(diào)整空間電荷分布的屏蔽，可明顯提高

氣隙擊穿電壓；?高氣壓和高強(qiáng)度氣體相結(jié)合是一種有效的氣體絕緣形式；?高真空氣體主要用于配電網(wǎng)真空斷路器中。68小結(jié)1.大氣條件下如何考慮空氣密度、濕度和海

拔對氣隙擊穿電壓的影響？2.工程上，改善電場分布主要采取的方法有

哪些？3.提高氣隙的擊穿電壓，主要采用的途徑。4.消弱或抑制電離過程，工程上主要采取的

方法有哪些？思考題本節(jié)完69第五節(jié)

六氟化硫和氣體絕緣電氣設(shè)備71一、六氟化硫的絕緣性能二、六氟化硫理化特性方面的若干問題三、六氟化硫混合氣體四、氣體絕緣電氣設(shè)備主要內(nèi)容72?20世紀(jì)60年代開始作為絕緣媒質(zhì)和滅弧媒質(zhì)使用于某些電氣設(shè)備(首先是斷路器)中；?至今已是除空氣外應(yīng)用最廣泛的氣體介質(zhì)。六氟化硫(SF6)氣體的使用歷史73SF6

的電氣強(qiáng)度約為空氣的2.5倍，滅弧能力更高達(dá)空氣的100倍以上，所以在超高壓和特高壓的范疇內(nèi)，它已完全取代絕緣油和壓縮空氣而成為唯一的斷路器滅弧媒質(zhì)。六氟化硫(SF6)氣體的電氣強(qiáng)度74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。六氟化硫(SF6)氣體在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用75SF6具有較高的電氣強(qiáng)度，主要是因?yàn)槠渚哂泻軓?qiáng)的電負(fù)性，容易俘獲自由電子而形成負(fù)離子(電子附著過程)，電子變成負(fù)離子后,其引起碰撞電離的能力就變得很弱，因而削弱了放電發(fā)展過程。一、SF6的絕緣性能76在設(shè)計(jì)以

SF6

氣體作為絕緣的各種電氣設(shè)備時(shí)，應(yīng)盡可能使氣隙中的電場均勻化，采用屏蔽等措施以

消除一切尖角處的極不均勻電場，使

SF6

優(yōu)異的絕緣

性能得到充分的利用。77與均勻電場中的擊穿電壓相比，SF6在極不均勻電場中擊穿電壓下降的程度比空氣要大得多。SF6

優(yōu)異的絕緣性能

只有在電場比較均勻的場合才能得到充分的發(fā)揮。電場的不均勻程度對SF6電氣強(qiáng)度的影響SF6

電負(fù)性氣體中的碰撞電離和放電過程時(shí)，除了考慮第一章中所說的α

過程外，還應(yīng)計(jì)及電

子附著過程，它可用一個(gè)與電子碰撞電離系數(shù)

α

的定義相似的電子附著系數(shù)η

來表示，

η

的定義

是一個(gè)電子沿電場方向運(yùn)動(dòng)1cm的行程中所發(fā)生的

電子附著次數(shù)平均值?？梢娫陔娯?fù)性氣體中的有?α

=

α

?η78(一)均勻和稍不均勻電場中SF6的擊穿效碰撞電離系數(shù)

應(yīng)為：這時(shí)應(yīng)該注意：在一般氣體中，正離子數(shù)等于新增的電子數(shù)；而在電負(fù)性氣體中，正離子數(shù)等于新增的電子數(shù)與負(fù)離子數(shù)之和。所以在湯遜理論中自持放電條件：

γ

(

e

α

d

?

1

)

≥

1不能將式中的

α

簡單地用(α-η)來代替而得出電負(fù)性氣體的自持放電條件。79由于強(qiáng)電負(fù)性氣體在實(shí)用中所處條件均屬于流注放電的范疇，所以這里不再討論其湯遜自持

放電條件，而直接探討其流注自持放電條件。均

勻電場中電負(fù)性氣體的流注自持放電條件為：(α

?η)

=

K實(shí)驗(yàn)研究證明：對于SF6氣體，常數(shù)K=10.580也遵循巴申定律。它在0.1MPa(1atm)下的擊穿場強(qiáng)

Eb

=

≈

88.5kV

/

cm

，幾乎是空氣的81可以用下式計(jì)算：Ub

=

88.5pd

+

0.38

(kV)式中：

p-氣壓，Mpa，

d-極間距離，mm6SF6氣體的擊穿電壓的計(jì)算上式表明，在均勻電場中SF6氣體的擊穿3倍。前面已經(jīng)提到，在氣體絕緣電氣設(shè)備中最常見的

是稍不均勻電場氣隙，例如

同軸圓筒間的氣隙。左

圖給

出R/r=1.67～4

．06

的

同軸圓筒中SF6

的擊穿場強(qiáng)Eb與

氣壓p的關(guān)系曲線，由圖中可

見擊穿場強(qiáng)并不與氣壓成正

比，而是增加得少一些。82在

極

不

均

勻

電

場中，

SF6氣體的擊穿有

異常現(xiàn)象，主要表現(xiàn)在

以下兩個(gè)方面：?如圖所示，首先是工

頻擊穿電壓隨氣壓的變

化曲線存在“駝峰”；(二)極不均勻電場中SF6的擊穿83?其次是駝峰區(qū)段內(nèi)的

雷電沖擊擊穿電壓明顯

低于靜態(tài)擊穿電壓，其

沖擊系數(shù)可低至0．6左

右，如右圖所示。84雖然駝峰曲線在壓縮空氣中也存在，但一般要在氣壓高達(dá)1MPa左右才開始出現(xiàn)，而在SF6

氣體中，駝峰常出現(xiàn)在0.1～0.2MPa的氣壓下，即在工作氣壓以下。因此，

在進(jìn)行絕緣設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡可能設(shè)法避免極不均勻電場的情況。85極不均勻電場中SF6氣體擊穿的異?，F(xiàn)象與空間電荷的運(yùn)動(dòng)有關(guān)。我們知道，空間電荷對棒極的屏蔽作用會(huì)使擊

穿電壓提高，但在雷電沖擊電壓的作用下，空間電

荷來不及移動(dòng)到有利的位置，故其擊穿電壓低于靜

態(tài)擊穿電壓；氣壓提高時(shí)空間電荷擴(kuò)散得較慢，因

此在氣壓超過0.1～0.2MPa時(shí)，

屏蔽作用減弱，

工

頻擊穿電壓會(huì)下降。8687極表面缺陷和導(dǎo)電微粒。1、

電極表面缺陷右圖表示電極表面

粗糙度Ra對SF6

，氣體電

氣強(qiáng)度Eb的影響。氣體絕緣電氣設(shè)備的設(shè)計(jì)場強(qiáng)值遠(yuǎn)低于理論擊穿場強(qiáng)，這是因?yàn)橛性S多影響因素會(huì)使它的擊穿場

強(qiáng)下降。此處僅介紹其中兩種主要影響因素，即電（三）影響擊穿場強(qiáng)的其它因素（三）影響擊穿場強(qiáng)的其它因素可以看出：GIS的工作氣壓越高，則Ra

對Eb

的影響越大，因而對電

極表面加工的技術(shù)要求

也越高。電極表面粗糙度大時(shí)，表面突起處的局部電場強(qiáng)度要比氣隙的平均電場強(qiáng)度大得多，因而可在宏1、電極表面缺陷觀上平均場強(qiáng)尚未達(dá)到臨界值時(shí)就誘發(fā)擊穿。88除了表面粗糙度外，電極表面還會(huì)有其它零星的隨機(jī)缺陷，電極表面積越大，這類缺陷出現(xiàn)的概

率也越大。所以電極表面積越大，SF6氣體的擊穿

場強(qiáng)越低，這一現(xiàn)象被稱為“面積效應(yīng)”。2、

導(dǎo)電微粒設(shè)備中的導(dǎo)電微粒有兩大類，即固定微粒和自

由微粒，前者的作用與電極表面缺陷相似，而后者

因會(huì)在極間跳動(dòng)而對SF6氣體的絕緣性能產(chǎn)生更大

的不利影響。89氣體要作為絕緣媒質(zhì)應(yīng)用于工程實(shí)際，不但應(yīng)具有高電氣強(qiáng)度，而且還要具備良好的理化特性。

SF6氣體是唯一獲得廣泛應(yīng)用的強(qiáng)電負(fù)性氣體的原

因即在于此。下面對

SF6氣體實(shí)際應(yīng)用中的理化特

性作一介紹：1、液化問題2、

毒性分解物3、

含水量二、六氟化硫理化特性方面的若干問題90現(xiàn)代SF6高壓斷路器的氣壓在0.7MPa左右，而GIS中除斷路器外其余部分的充氣壓力一

般不超過

0.45MPa。如果20°

C時(shí)的充氣壓力為0．

75MPa(相當(dāng)

于斷路器中常用的工作氣壓），則對應(yīng)的液化溫度約

為-25

°

C，如果20

°

C時(shí)的充氣壓力為0.45MPa，則對應(yīng)的液化溫度為-40

°

C，可見一般不存在液化問

題，只有在高寒地區(qū)才需要對斷路器采用加熱措施，

或采用SF6-N2混合氣體來降低液化溫度。911、液化問題純凈的SF6氣體是無毒惰性氣體，180攝氏度以下時(shí)它與電氣設(shè)備中材料的相容性與氮?dú)庀嗨啤?/p>

但SF6

的分解物有毒，并對材料有腐蝕作用，因此

必須采取措施以保證人身和設(shè)備的安全。2、毒性分解物92使SF6氣體分解的原因：電子碰撞、

熱和光輻射.在電氣設(shè)備中引起分解的原因主要是前

兩種，它們均因放電而出現(xiàn)。大功率電弧

（斷路器觸頭間的電弧或GIS等設(shè)備內(nèi)部的

故障電?。┑母邷貢?huì)引起SF6氣體的迅速分

解，而火花放電、電暈或局部放電也會(huì)引起

SF6氣體的分解。93通常采用吸附劑

吸附劑主要有兩方面作用：

吸附分解物和吸附水分常用的吸附劑有：

活性氧化鋁和分子篩通常吸附劑的放置量不小于SF6氣體重量的10%。針對SF6氣體毒性分解物的措施94水分是SF6氣體中危害最大的雜質(zhì)，因?yàn)椋?水分會(huì)影響氣體的分解物?與HF形成氫氟酸，引起材料的腐蝕與導(dǎo)致機(jī)

械故障?低溫時(shí)引起固體介質(zhì)表面凝露，使閃絡(luò)電壓

急劇降低3、含水量95控制氣體含水量的措施：?避免在高濕度氣體條件下進(jìn)行裝配工作；

?安裝前所有部件都要經(jīng)過干燥處理；

?保證良好的密封，否則會(huì)使設(shè)備內(nèi)的SF6

氣體泄漏到大氣中去，而大氣中的水氣也