改第5章-六氟化硫气体绝缘.ppt

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1、山东省特高压输变电技术与气体放电重点实验室高电压绝缘技术高电压绝缘技术第五章 六氟化硫气体绝缘山东省特高压输变电技术与气体放电重点实验室GIS变电站变电站优点：优点：优点：优点：1 1）体积小）体积小）体积小）体积小2 2）灭弧能）灭弧能）灭弧能）灭弧能力强力强力强力强3 3）不受外）不受外）不受外）不受外界影响界影响界影响界影响山东省特高压输变电技术与气体放电重点实验室山东省特高压输变电技术与气体放电重点实验室山东省特高压输变电技术与气体放电重点实验室第一节第一节 引言引言绝缘结构绝缘结构绝缘结构绝缘结构1 1）SFSF6 6气隙绝缘气隙绝缘气隙绝缘气隙绝缘2 2）SFSF6 6与绝缘子沿面

2、绝缘与绝缘子沿面绝缘与绝缘子沿面绝缘与绝缘子沿面绝缘3 3）出线绝缘（套管）出线绝缘（套管）出线绝缘（套管）出线绝缘（套管）圆板形盘形锥形山东省特高压输变电技术与气体放电重点实验室第一节第一节 引言引言绝缘结构绝缘结构绝缘结构绝缘结构山东省特高压输变电技术与气体放电重点实验室第一节第一节 引言引言SFSF6 6 的物理化学性质的物理化学性质的物理化学性质的物理化学性质1 1）无色无味）无色无味）无色无味）无色无味2 2）较高的介电强度较高的介电强度较高的介电强度较高的介电强度3 3）优良的灭弧能力）优良的灭弧能力）优良的灭弧能力）优良的灭弧能力4)4)不可燃不可燃不可燃不可燃5)5)放电时会产

3、生有毒物质放电时会产生有毒物质放电时会产生有毒物质放电时会产生有毒物质6)高压下会液化高压下会液化高压下会液化高压下会液化7)能与水发生反应产生腐蚀能与水发生反应产生腐蚀能与水发生反应产生腐蚀能与水发生反应产生腐蚀物质物质物质物质山东省特高压输变电技术与气体放电重点实验室第一节第一节 引言引言SFSF6 6 的物理化学性质的物理化学性质的物理化学性质的物理化学性质1 1）SFSF6 6会聚集在地面会聚集在地面会聚集在地面会聚集在地面防窒息防窒息防窒息防窒息工作面要通工作面要通工作面要通工作面要通风风风风2 2）杂质有毒杂质有毒杂质有毒杂质有毒严格控制纯度严格控制纯度严格控制纯度严格控制纯度3

4、3）在设备内部吸附剂）在设备内部吸附剂）在设备内部吸附剂）在设备内部吸附剂4)4)工作人员接触有毒气体时要带放毒面具工作人员接触有毒气体时要带放毒面具工作人员接触有毒气体时要带放毒面具工作人员接触有毒气体时要带放毒面具和防护手套和防护手套和防护手套和防护手套山东省特高压输变电技术与气体放电重点实验室第二节第二节 均匀场和稍不均匀场和稍不均匀场中均匀场中SF6的击穿的击穿2.1 SF2.1 SF6 6的介电强度的介电强度的介电强度的介电强度1 1）均匀电场中）均匀电场中）均匀电场中）均匀电场中介电强度约为介电强度约为介电强度约为介电强度约为相同气压下空相同气压下空相同气压下空相同气压下空气的气的

5、气的气的2.532.53倍倍倍倍2)0.3MPa2)0.3MPa时约和时约和时约和时约和变压器油的相变压器油的相变压器油的相变压器油的相当当当当山东省特高压输变电技术与气体放电重点实验室第二节第二节 均匀场和稍不均匀场中均匀场和稍不均匀场中SF6的击穿的击穿2.1 SF2.1 SF6 6的介电强度的介电强度的介电强度的介电强度原因原因原因原因:1)1)极强的电负性极强的电负性极强的电负性极强的电负性,容易吸附电子形成负离子容易吸附电子形成负离子容易吸附电子形成负离子容易吸附电子形成负离子,阻碍放电的阻碍放电的阻碍放电的阻碍放电的形成和发展形成和发展形成和发展形成和发展2)2)分子直径大分子直径

6、大分子直径大分子直径大,使电子平均自由行程缩短使电子平均自由行程缩短使电子平均自由行程缩短使电子平均自由行程缩短,不易积累能量不易积累能量不易积累能量不易积累能量,而而而而SFSF6 6的电离电位较大的电离电位较大的电离电位较大的电离电位较大,因而减小了电离的可能性因而减小了电离的可能性因而减小了电离的可能性因而减小了电离的可能性3)3)电子与气体分子相遇时电子与气体分子相遇时电子与气体分子相遇时电子与气体分子相遇时,因极化增加能量损耗因极化增加能量损耗因极化增加能量损耗因极化增加能量损耗,减弱其减弱其减弱其减弱其碰撞电离能力碰撞电离能力碰撞电离能力碰撞电离能力山东省特高压输变电技术与气体放电

7、重点实验室第二节第二节 均匀场和稍不均匀场中均匀场和稍不均匀场中SF6的击穿的击穿2.2 SF2.2 SF6 6的电离系数的电离系数的电离系数的电离系数电子崩发展过程中电子崩发展过程中电子崩发展过程中电子崩发展过程中,电子数目计算电子数目计算电子数目计算电子数目计算:电子电离系数电子电离系数电子电离系数电子电离系数电子附着系数电子附着系数电子附着系数电子附着系数有效电离系数有效电离系数有效电离系数有效电离系数山东省特高压输变电技术与气体放电重点实验室第二节第二节 均匀场和稍不均匀场中均匀场和稍不均匀场中SF6的击穿的击穿2.2 SF2.2 SF6 6的电离系数的电离系数的电离系数的电离系数当当

8、当当E/pE/p大于临界值大于临界值大于临界值大于临界值(E/(E/p)p)critcrit=885kV/(cmMPa)=885kV/(cmMPa)时时时时,有效有效有效有效电离系数大于零电离系数大于零电离系数大于零电离系数大于零,放电才可能发放电才可能发放电才可能发放电才可能发展展展展在在在在2020度且度且度且度且E/pE/p处于处于处于处于6001200kV/(cmMPa)6001200kV/(cmMPa)时时时时SF6SF6的的的的a/p=a/p=f(E/pf(E/p)的关系可写为的关系可写为的关系可写为的关系可写为:=27.7kV=27.7kV-1-1或山东省特高压输变电技术与气体放

9、电重点实验室第二节第二节 均匀场和稍不均匀场中均匀场和稍不均匀场中SF6的击穿的击穿2.3 2.3 自持放电条件自持放电条件自持放电条件自持放电条件均匀电场中均匀电场中均匀电场中均匀电场中,当电子崩头部电子数达到临界值时当电子崩头部电子数达到临界值时当电子崩头部电子数达到临界值时当电子崩头部电子数达到临界值时,电子崩转入流注电子崩转入流注电子崩转入流注电子崩转入流注,放电转入自持阶段放电转入自持阶段放电转入自持阶段放电转入自持阶段由试验得到由试验得到由试验得到由试验得到n ncritcrit=0.510=0.5106868时，转入流注，实现自时，转入流注，实现自时，转入流注，实现自时，转入流注

10、，实现自持。持。持。持。即均匀及稍不均匀电场中：山东省特高压输变电技术与气体放电重点实验室第二节第二节 均匀场和稍不均匀场中均匀场和稍不均匀场中SF6的击穿的击穿2.4 SF2.4 SF6 6的巴申曲线的巴申曲线的巴申曲线的巴申曲线最小击穿电压为最小击穿电压为最小击穿电压为最小击穿电压为507V,507V,在在在在pd=3.5X10pd=3.5X10-5 5MPacmMPacm时得到时得到时得到时得到.当压力不大时当压力不大时当压力不大时当压力不大时,相同相同相同相同 pdpd有相同的有相同的有相同的有相同的U Ub b压力较大时压力较大时压力较大时压力较大时,出现偏离出现偏离出现偏离出现偏离

11、.山东省特高压输变电技术与气体放电重点实验室第二节第二节 均匀场和稍不均匀场均匀场和稍不均匀场中中SF6的击穿的击穿2.5 2.5 电极表面状态的影响电极表面状态的影响电极表面状态的影响电极表面状态的影响现象现象现象现象:实际击穿实际击穿实际击穿实际击穿E Eb b/p/p小于小于小于小于 (E/(E/p)p)critcrit ,而且巴申曲线而且巴申曲线而且巴申曲线而且巴申曲线有分支有分支有分支有分支解释解释解释解释:电极表面有突出物电极表面有突出物电极表面有突出物电极表面有突出物当电子崩由突出物处开当电子崩由突出物处开当电子崩由突出物处开当电子崩由突出物处开始发展始发展始发展始发展,达到一定

12、长度而达到一定长度而达到一定长度而达到一定长度而使崩头电子数达到临界使崩头电子数达到临界使崩头电子数达到临界使崩头电子数达到临界值值值值n ncritcrit时时时时,间隙击穿间隙击穿间隙击穿间隙击穿山东省特高压输变电技术与气体放电重点实验室第二节第二节 均匀场和稍不均匀场均匀场和稍不均匀场中中SF6的击穿的击穿2.5 2.5 电极表面状态的影响电极表面状态的影响电极表面状态的影响电极表面状态的影响击穿条件：当SF6压力较低时，(K/)/p值较大。此时电子崩需要延伸至整个间隙（xc=d-h），且间隙内各处E/p应较高，才可以使得上式左侧的积分过程达到右侧的击穿数值，因此，p较低时Eb/p(E/

13、p)crit。山东省特高压输变电技术与气体放电重点实验室当SF6压力较高时，(K/)/p值较小。此时突出物附近电场局部增强，电子崩无需要延伸至整个间隙（xc=d-h），而是（xcd-h），即可使得上式左侧的积分过程达到右侧的击穿数值，因此，p较高时Eb/p(ph)crit时，Eb/p(ph(ph)ph)critcrit时时时时,E Eb b/p/p随随随随phph的增加而下降的增加而下降的增加而下降的增加而下降山东省特高压输变电技术与气体放电重点实验室第二节第二节 均匀场和稍不均匀场中均匀场和稍不均匀场中SF6的击穿的击穿2.6 2.6 导电微粒的影响导电微粒的影响导电微粒的影响导电微粒的影响

14、U Ub b随随随随p p的增加出现的增加出现的增加出现的增加出现饱和现象饱和现象饱和现象饱和现象山东省特高压输变电技术与气体放电重点实验室第二节第二节 均匀场和稍不均匀场中均匀场和稍不均匀场中SF6的击穿的击穿2.6 2.6 导电微粒的影响导电微粒的影响导电微粒的影响导电微粒的影响导电微粒的影响机理导电微粒的影响机理导电微粒的影响机理导电微粒的影响机理:1)1)附着在电极表面附着在电极表面附着在电极表面附着在电极表面,形成突形成突形成突形成突出物出物出物出物2)2)交流电场中交流电场中交流电场中交流电场中,导电微粒在导电微粒在导电微粒在导电微粒在某一电极上充电某一电极上充电某一电极上充电某一

15、电极上充电,在另一在另一在另一在另一电极上放电导致间隙击穿电极上放电导致间隙击穿电极上放电导致间隙击穿电极上放电导致间隙击穿SFSF6 6气体对灰尘和导电微粒十分气体对灰尘和导电微粒十分气体对灰尘和导电微粒十分气体对灰尘和导电微粒十分敏感敏感敏感敏感,而少量气体杂质或绝缘微而少量气体杂质或绝缘微而少量气体杂质或绝缘微而少量气体杂质或绝缘微粒不会有明显影响粒不会有明显影响粒不会有明显影响粒不会有明显影响山东省特高压输变电技术与气体放电重点实验室第二节第二节 均匀场和稍不均匀场中均匀场和稍不均匀场中SF6的击穿的击穿2.7 2.7 面积效应面积效应面积效应面积效应 电极面积越大时，电极表面严重突出

16、物和一些电极面积越大时，电极表面严重突出物和一些电极面积越大时，电极表面严重突出物和一些电极面积越大时，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，影响击穿电压的偶然因素出现的概率也越大，影响击穿电压的偶然因素出现的概率也越大，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。因而击穿电压下降。因而击穿电压下降。因而击穿电压下降。山东省特高压输变电技术与气体放电重点实验室电子崩转变为流注的条件即为电子崩转变为流注的条件即为电子崩转变为流注的条件即为电子崩转变为流注的条件即为击穿条件击穿条件击穿条件击穿条件电场的不均匀程度对击穿电压电场的不均匀程度对击穿电压电场的不均

17、匀程度对击穿电压电场的不均匀程度对击穿电压影响很大，特别是最大电场影响很大，特别是最大电场影响很大，特别是最大电场影响很大，特别是最大电场实际中尽量减小最大电场，实际中尽量减小最大电场，实际中尽量减小最大电场，实际中尽量减小最大电场，例对同轴圆柱结构取例对同轴圆柱结构取例对同轴圆柱结构取例对同轴圆柱结构取R=3rR=3r。击穿电压有饱和现象和极性效击穿电压有饱和现象和极性效击穿电压有饱和现象和极性效击穿电压有饱和现象和极性效应应应应第二节第二节 均匀场和稍不均匀场中均匀场和稍不均匀场中SF6的击穿的击穿2.8 2.8 稍不均匀电场中稍不均匀电场中稍不均匀电场中稍不均匀电场中 SFSF6 6的击

18、穿的击穿的击穿的击穿 山东省特高压输变电技术与气体放电重点实验室第三节第三节 极不均匀场中极不均匀场中SF6的击穿的击穿3.1 3.1 极不均匀电场极不均匀电场极不均匀电场极不均匀电场 根据间隙的绝缘利用根据间隙的绝缘利用根据间隙的绝缘利用根据间隙的绝缘利用系数（系数（系数（系数（Eav/EmaxEav/Emax)来来来来判断。判断。判断。判断。当当当当rrrr rt t时，击穿前无时，击穿前无时，击穿前无时，击穿前无局部放电局部放电局部放电局部放电气压与气压与气压与气压与r rt t有关有关有关有关山东省特高压输变电技术与气体放电重点实验室第三节第三节 极不均匀场中极不均匀场中SF6的击穿的

19、击穿3.2 3.2 极不均匀电场中的击穿极不均匀电场中的击穿极不均匀电场中的击穿极不均匀电场中的击穿 与与与与均匀电场中的击穿电压相比，均匀电场中的击穿电压相比，均匀电场中的击穿电压相比，均匀电场中的击穿电压相比，SFSF6 6气体在极不均匀电场中击气体在极不均匀电场中击气体在极不均匀电场中击气体在极不均匀电场中击穿电压下降的程度比空气大。穿电压下降的程度比空气大。穿电压下降的程度比空气大。穿电压下降的程度比空气大。SFSF6 6的击穿电压比空气的提高的击穿电压比空气的提高的击穿电压比空气的提高的击穿电压比空气的提高不多，甚至接近：不多，甚至接近：不多，甚至接近：不多，甚至接近：1 1）随着电

20、场强度的增加，）随着电场强度的增加，）随着电场强度的增加，）随着电场强度的增加，SFSF6 6中电子崩内电子数的增长比空中电子崩内电子数的增长比空中电子崩内电子数的增长比空中电子崩内电子数的增长比空气中快气中快气中快气中快=起始电压高出不多起始电压高出不多起始电压高出不多起始电压高出不多2 2）棒极周围的空间电荷较集）棒极周围的空间电荷较集）棒极周围的空间电荷较集）棒极周围的空间电荷较集中，未形成有效的均匀电荷层中，未形成有效的均匀电荷层中，未形成有效的均匀电荷层中，未形成有效的均匀电荷层即自屏蔽效应即自屏蔽效应即自屏蔽效应即自屏蔽效应山东省特高压输变电技术与气体放电重点实验室第三节第三节 极

21、不均匀场中极不均匀场中SF6的击穿的击穿3.3 3.3 击穿电压与气压击穿电压与气压击穿电压与气压击穿电压与气压 气压不太高时，击气压不太高时，击气压不太高时，击气压不太高时，击穿前先出现局部放穿前先出现局部放穿前先出现局部放穿前先出现局部放电。电。电。电。击穿电压出现击穿电压出现击穿电压出现击穿电压出现最大值的原因是局最大值的原因是局最大值的原因是局最大值的原因是局部放电。部放电。部放电。部放电。山东省特高压输变电技术与气体放电重点实验室第四节第四节 SF6的冲击击穿特性的冲击击穿特性放电时延较长，分散性较大放电时延较长，分散性较大放电时延较长，分散性较大放电时延较长，分散性较大实际中多采用

22、稍不均匀场，加之带电质点不实际中多采用稍不均匀场，加之带电质点不实际中多采用稍不均匀场，加之带电质点不实际中多采用稍不均匀场，加之带电质点不易扩散，空间电荷的屏蔽效果差，操作冲击易扩散，空间电荷的屏蔽效果差，操作冲击易扩散，空间电荷的屏蔽效果差，操作冲击易扩散，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。击穿电压与工频击穿电压基本相同。击穿电压与工频击穿电压基本相同。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操作冲击的击穿电压低于雷电冲击的击穿电操作冲击的击穿电压低于雷电冲击的击穿电操作冲击的击穿电压低于雷电冲击的击穿电压。压。压。压。多采用稍不均

23、匀场多采用稍不均匀场多采用稍不均匀场多采用稍不均匀场=伏秒特性比较平坦伏秒特性比较平坦伏秒特性比较平坦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负极性雷电冲击击穿电压有可能低于正极性负极性雷电冲击击穿电压有可能低于正极性负极性雷电冲击击穿电压有可能低于正极性山东省特高压输变电技术与气体放电重点实验室第四节第四节 SF6的冲击击穿特性的冲击击穿特性山东省特高压输变电技术与气体放电重点实验室第五节第五节 SF6中沿中沿固体介质固体介质表面的放电表面的放电3.1 3.1 电场不均匀程度的影响电场不均匀程度的影响电场不均匀程度的影响电场不均匀程度的影响 山东省特高压输变电技术与气体放电重点

24、实验室第五节第五节 SF6中沿中沿固体介质表面的放电固体介质表面的放电3.1 3.1 电场不均匀程度的影响电场不均匀程度的影响电场不均匀程度的影响电场不均匀程度的影响 山东省特高压输变电技术与气体放电重点实验室第五节第五节 SF6中沿中沿固体介质表面的放电固体介质表面的放电3.2 3.2 固体表面粗糙度的影响固体表面粗糙度的影响固体表面粗糙度的影响固体表面粗糙度的影响 表面粗糙改变微观电场从而使闪络电压下降。表面粗糙改变微观电场从而使闪络电压下降。表面粗糙改变微观电场从而使闪络电压下降。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气压越高，使闪络电压开始下降的

25、平均粗糙气压越高，使闪络电压开始下降的平均粗糙气压越高，使闪络电压开始下降的平均粗糙度越低。度越低。度越低。度越低。尽管介质粗糙，只要与电极接触处附近表面尽管介质粗糙，只要与电极接触处附近表面尽管介质粗糙，只要与电极接触处附近表面尽管介质粗糙，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光滑，其闪络电压与介质表面全部光滑时一光滑，其闪络电压与介质表面全部光滑时一光滑，其闪络电压与介质表面全部光滑时一样。样。样。样。山东省特高压输变电技术与气体放电重点实验室第五节第五节 SF6中沿中沿固体固体介质表面的放电介质表面的放电3.3 3.3 固体表面状况的影响固体表面状况的影响固体表

26、面状况的影响固体表面状况的影响 表面状况：脏污、受潮等。表面状况：脏污、受潮等。表面状况：脏污、受潮等。表面状况：脏污、受潮等。脏污来源：组装遗留的杂脏污来源：组装遗留的杂脏污来源：组装遗留的杂脏污来源：组装遗留的杂质、开关操作时产生的微质、开关操作时产生的微质、开关操作时产生的微质、开关操作时产生的微粒、运行中因放电引起的粒、运行中因放电引起的粒、运行中因放电引起的粒、运行中因放电引起的气体分解、生成物对绝缘气体分解、生成物对绝缘气体分解、生成物对绝缘气体分解、生成物对绝缘材料的腐蚀产物材料的腐蚀产物材料的腐蚀产物材料的腐蚀产物水分的来源：气体本身含水分的来源：气体本身含水分的来源：气体本身含水分的来源：气体本身含水、密封不好渗入的水分。水、密封不好渗入的水分。水、密封不好渗入的水分。水、密封不好渗入的水分。水分形成霜时影响不大。水分形成霜时影响不大。水分形成霜时影响不大。水分形成霜时影响不大。山东省特高压输变电技术与气体放电重点实验室第六节第六节 含含SF6的混合气体的混合气体 N N2 2+SF+SF6 6空气空气空气空气 +SFSF6 6COCO2 2+SFSF6 6C C3 3F F6 6+SFSF6 6