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1、高电压绝缘技术,第一节 引言 第二节 均匀及不均匀电场中六氟化硫的击穿 第三节 极不均匀电场中六氟化硫的击穿 第四节 六氟化硫气体的冲击击穿特性 第五节 六氟化硫气体中沿固体介质表面的放电 第六节 含六氟化硫的混合气体,1,高等课堂,1900年SF6首次出现；50年代开始作为绝缘和灭弧介质使用，1965年开始出现六氟化硫金属封闭开关设备（GIS），将变压器以外的其他设备全部封闭在接地金属外壳内的气体绝缘变电站，壳内充以0.30.4MPa的SF6作为相间和相对地的绝缘。,2,高等课堂,3,高等课堂,4,高等课堂,GIS变电站,优点： 1）体积小 2）灭弧能力强 3）不受外界影响,5,高等课堂,6
2、,高等课堂,7,高等课堂,第一节 引言一、绝缘结构类型,1）SF6气隙绝缘 2） SF6与绝缘子沿面绝缘 3）出线绝缘（套管） 4） SF6-薄膜组合绝缘,8,高等课堂,第一节 引言绝缘结构,9,高等课堂,10,高等课堂,1）无色无味 2） 较高的介电强度 3）优良的灭弧能力 4) 不可燃 5) 放电时会产生有毒物质 高压下会液化 能与水发生反应产生腐蚀物质,11,高等课堂,12,高等课堂,13,高等课堂,第一节 引言SF6 的物理化学性质,1）SF6会聚集在地面防窒息工作面要通风 2） 杂质有毒严格控制纯度 3）在设备内部吸附剂 4) 工作人员接触有毒气体时要带放毒面具和防护手套,14,高等
3、课堂,第二节 均匀场和稍不均匀场中SF6的击穿,15,高等课堂,1）均匀电场中介电强度约为相同气压下空气的2.53倍 2) 0.3MPa时约和变压器油的相当,16,高等课堂,第二节 均匀场和稍不均匀场中SF6的击穿一、SF6的介电强度,原因: 1) 极强的电负性,容易吸附电子形成负离子,阻碍放电的形成和发展 2)分子直径大,使电子平均自由行程缩短,不易积累能量,而SF6的电离电位较大,因而减小了电离的可能性 3)电子与气体分子相遇时,因极化增加能量损耗,减弱其碰撞电离能力,17,高等课堂,电子崩发展过程中,电子数目计算:,电子电离系数,电子附着系数,有效电离系数,第二节 均匀场和稍不均匀场中S
4、F6的击穿二、SF6的电子电离系数和附着系数,18,高等课堂,第二节 均匀场和稍不均匀场中SF6的击穿二、SF6的电子电离系数和附着系数,19,高等课堂,均匀电场中,当电子崩头部电子数达到临界值时,电子崩转入流注,放电转入自持阶段,第二节 均匀场和稍不均匀场中SF6的击穿三、自持放电条件,20,高等课堂,21,高等课堂,第二节 均匀场和稍不均匀场中SF6的击穿四、SF6气体的巴申曲线,最小击穿电压为507V,在pd=3.5X10-5MPacm时得到. 当压力不大时,相同 pd有相同的Ub 压力较大时,出现偏离.,22,高等课堂,第二节 均匀场和稍不均匀场中SF6的击穿四、SF6气体的巴申曲线,
5、23,高等课堂,24,高等课堂,第二节 均匀场和稍不均匀场中SF6的击穿五、电极表面状态的影响,现象:实际击穿Eb/p小于 (E/p)crit ,而且巴申曲线有分支 解释:电极表面有突出物,当电子崩由突出物处开始发展,达到一定长度而使崩头电子数达到临界值ncrit时,间隙击穿,电极表面有突出物的原因是：表面粗糙或有导电微粒附着。,25,高等课堂,第二节 均匀场和稍不均匀场中SF6的击穿五、电极表面状态的影响,26,高等课堂,第二节 均匀场和稍不均匀场中SF6的击穿2.5 电极表面状态的影响,临界压力pk: Eb/p= (E/p)crit 时的压力 (ph)crit =6MPa.um 临界击穿压
6、力与突出物高度h有关 比较气体绝缘,要同时考虑(E/p)crit 和(ph)crit,27,高等课堂,第二节 均匀场和稍不均匀场中SF6的击穿2.5 电极表面状态的影响,28,高等课堂,第二节 均匀场和稍不均匀场中SF6的击穿2.5 电极表面状态的影响,29,高等课堂,第二节 均匀场和稍不均匀场中SF6的击穿2.5 电极表面状态的影响,30,高等课堂,第二节 均匀场和稍不均匀场中SF6的击穿六、导电微粒的影响,SF6气体对灰尘和导电微粒十分敏感,而少量气体杂质或灰尘不会有明显影响,31,高等课堂,第二节 均匀场和稍不均匀场中SF6的击穿六、导电微粒的影响,32,高等课堂,第二节 均匀场和稍不均
7、匀场中SF6的击穿,33,高等课堂,第二节 均匀场和稍不均匀场中SF6的击穿,34,高等课堂,第二节 均匀场和稍不均匀场中SF6的击穿八、面积效应,电极面积越大时，电极表面严重突出物和一些影响击穿电压的偶然因素出现的概率也越大，因而击穿电压下降。,35,高等课堂,36,高等课堂,第二节 均匀场和稍不均匀场中SF6的击穿,37,高等课堂,第二节 均匀场和稍不均匀场中SF6的击穿,38,高等课堂,第二节 均匀场和稍不均匀场中SF6的击穿,39,高等课堂,第二节 均匀场和稍不均匀场中SF6的击穿九、稍不均匀电场中SF6的击穿,40,高等课堂,第二节 均匀场和稍不均匀场中SF6的击穿九、稍不均匀电场中
8、SF6的击穿,41,高等课堂,第二节 均匀场和稍不均匀场中SF6的击穿九、稍不均匀电场中SF6的击穿,42,高等课堂,电子崩转变为流注的条件即为击穿条件 电场的不均匀程度对击穿电压影响很大，特别是最大电场实际中尽量减小最大电场，例对同轴圆柱结构取R=3r。 击穿电压有饱和现象和极性效应,第二节 均匀场和稍不均匀场中SF6的击穿2.8 稍不均匀电场中 SF6的击穿,43,高等课堂,第二节 均匀场和稍不均匀场中SF6的击穿九、稍不均匀电场中SF6的击穿,44,高等课堂,45,高等课堂,46,高等课堂,47,高等课堂,第二节 均匀场和稍不均匀场中SF6的击穿九、稍不均匀电场中SF6的击穿,48,高等
9、课堂,第三节 极不均匀电场中SF6的击穿一、极不均匀电场,根据间隙的绝缘利用系数（Eav/Emax)来判断。 当rrt时，击穿前无局部放电 气压与rt有关,49,高等课堂,第三节 极不均匀电场中SF6的击穿二、极不均匀电场中SF6的击穿,50,高等课堂,51,高等课堂,第三节 极不均匀场中SF6的击穿3.2 极不均匀电场中的击穿,与均匀电场中的击穿电压相比，SF6气体在极不均匀电场中击穿电压下降的程度比空气大。,SF6的击穿电压比空气的提高不多，甚至接近： 1）随着电场强度的增加，SF6中电子崩内电子数的增长比空气中快=起始电压高出不多 2）棒极周围的空间电荷较集中，未形成有效的均匀电荷层即自
10、屏蔽效应,52,高等课堂,53,高等课堂,第三节 极不均匀场中SF6的击穿3.2 极不均匀电场中的击穿,54,高等课堂,第三节 极不均匀场中SF6的击穿3.2 极不均匀电场中的击穿,55,高等课堂,第三节 极不均匀场中SF6的击穿3.2 极不均匀电场中的击穿,56,高等课堂,气压不太高时，击穿前先出现局部放电。击穿电压出现最大值的原因是局部放电。,第三节 极不均匀场中SF6的击穿3.2 极不均匀电场中的击穿,57,高等课堂,58,高等课堂,第四节 SF6气体的冲击击穿特性一、放电延时,59,高等课堂,第四节 SF6气体的冲击击穿特性一、放电延时,放电时延较长，分散性较大 实际中多采用稍不均匀场
11、，加之带电质点不易扩散，空间电荷的屏蔽效果差，操作冲击击穿电压与工频击穿电压基本相同。 操作冲击的击穿电压低于雷电冲击的击穿电压。 多采用稍不均匀场=伏秒特性比较平坦 负极性雷电冲击击穿电压有可能低于正极性,60,高等课堂,第四节 SF6气体的冲击击穿特性一、放电延时,61,高等课堂,第四节 SF6气体的冲击击穿特性二、伏秒特性,62,高等课堂,63,高等课堂,第四节 SF6气体的冲击击穿特性三、冲击系数,64,高等课堂,第四节 SF6气体的冲击击穿特性三、冲击系数,65,高等课堂,第四节 SF6气体的冲击击穿特性三、冲击系数,66,高等课堂,第五节 SF6气体中沿固体介质表面的放电 一、电场
12、不均匀程度对闪络电压的影响,67,高等课堂,第五节 SF6气体中沿固体介质表面的放电 一、电场不均匀程度对闪络电压的影响,68,高等课堂,第五节 SF6气体中沿固体介质表面的放电 二、,69,高等课堂,第五节 SF6气体中沿固体介质表面的放电 二、,70,高等课堂,71,高等课堂,72,高等课堂,73,高等课堂,74,高等课堂,75,高等课堂,76,高等课堂,77,高等课堂,78,高等课堂,79,高等课堂,80,高等课堂,81,高等课堂,82,高等课堂,第五节 SF6中沿固体介质表面的放电3.1 电场不均匀程度的影响,83,高等课堂,第五节 SF6中沿固体介质表面的放电3.2 固体表面粗糙度的
13、影响,表面粗糙改变微观电场从而使闪络电压下降。 气压越高，使闪络电压开始下降的平均粗糙度越低。 尽管介质粗糙，只要与电极接触处附近表面光滑，其闪络电压与介质表面全部光滑时一样。,84,高等课堂,第五节 SF6中沿固体介质表面的放电3.3 固体表面状况的影响,表面状况：脏污、受潮等。 脏污来源：组装遗留的杂质、开关操作时产生的微粒、运行中因放电引起的气体分解、生成物对绝缘材料的腐蚀产物 水分的来源：气体本身含水、密封不好渗入的水分。水分形成霜时影响不大。,85,高等课堂,第六节 含SF6的混合气体,N2+SF6 空气 +SF6 CO2+SF6 C3F6+SF6,86,高等课堂,87,高等课堂,88,高等课堂,89,高等课堂,90,高等课堂,91,高等课堂,92,高等课堂,93,高等课堂,94,高等课堂,95,高等课堂,96,高等课堂,97,高等课堂,98,高等课堂,