Методи вдосконалення електричної сили газоподібних середовищ

Для того, щоб зменшити розмір електроенергії, завжди можна сподіватися, що довжина або відстань ізоляції повітря буде максимально маленькою. Для цього необхідно вживати заходи для поліпшення електричної міцності газового середовища. З практичної точки зору, існують два способи підвищення напруги розбиття повітряного зазору: один - покращити розподіл електричного поля в повітряному зазорі, щоб зробити його максимально рівномірним; Інший - намагатися послабити або придушити процес іонізації в газовій середовищі. Конкретні методи:

1. Поліпшити форму електрода для поліпшення розподілу електричного поля

Чим більш рівномірний розподіл електричного поля, тим більша середня міцність поля поломки повітряного зазору. Таким чином, максимальна міцність на електричне поля може бути зменшена, розподіл електричного поля можна покращити, а напруга розбиття повітряного зазору може бути збільшена за рахунок покращення форми електрода (збільшуючи радіус кривизни електрода, усунення волосся та гострих кутів на поверхні електрода тощо).

Використання екранування для збільшення радіусу кривизни електрода є загальним методом. Взявши на приклад "Патпле-пластина" з найгіршою електричною міцністю, якщо в кінці полюса стрижня встановлений металевий куля з відповідним діаметром, напруга розриву повітряного зазору може бути ефективно збільшена.

Високопостійні торгові точки багатьох електричних пристроїв високої напруги (наприклад, верхній кінець високостільної втулки направляючого живлення) мають різкі форми, а екранування чохлів часто необхідні для зменшення максимальної міцності поля в просторі поблизу торгових точок та збільшення напруги корони. Форма та розмір кришки екранування повинні бути обрані таким чином, щоб напруга на створення корони була більшою, ніж максимальна робоча напруга пристрою на землю. Найпростіша екранна кришка - це, звичайно, сферичний екранований полюс.

Приклади застосування принципу екранування для поліпшення розподілу електричного поля на лініях передачі ультра-високої напруги для збільшення напруги на створення корони включають: захисні фурнітури (вирівнювальні кільця), встановлені на ізоляторних рядках ультра-високих ліній напруги.

2. Використання космічного заряду для поліпшення розподілу електричного поля

Оскільки корона розряд повинен відбуватися до того, як повітряний зазор надзвичайно нерівномірного електричного поля буде розщеплюється, за певних умов пробільний заряд, що генерується самим розрядом, також може бути використаний для регулювання та поліпшення розподілу електричного поля в просторі для збільшення напруги розриву повітряного зазору. В якості прикладів, коли діаметр проводу дроту, взявши в якості проводки "дротяної пластини" та "дротяного дроту", коли діаметр дроту знижується, напруга розриву частоти потужності збільшиться при зменшенні діаметра дроту, що призведе до так званого "ефекту тонкого дроту". Причина полягає в тому, що рівномірний шар заряду простору, утворений коронним розрядом тонкого дроту, може покращити розподіл електричного поля в повітряному зазорі, що призводить до збільшення напруги розбиття; Коли діаметр дроту великий, оскільки поверхня дроту не може бути абсолютно гладкою, в деяких частинах з’явиться розряд у формі корони та пензликів до того, як на всій поверхні з’явиться рівномірна загальна корона, тому напруга її розбиття схожа на повітряний проміжок "стрижня" або "стрижня".

3. Використання бар'єрів

Оскільки розподіл електричного поля в повітряному зазорі та процес розвитку газового розряду тісно пов'язані з генерацією, рухом та розподілом заряджених частинок у просторі повітряного зазору, розміщуючи бар'єр з відповідною формою та положенням у повітряному зазорі, який може перешкоджати руху заряджених частинок та розподілу просторового заряду, також є ефективним способом вдосконалення електричної міцності газового середовища.

Бар'єр виготовлений з ізоляційного матеріалу, але власні продуктивність ізоляції не є важливими. Важливо - це його герметизація (здатність блокувати заряджені частинки). Він, як правило, встановлюється в корони, і його поверхня перпендикулярна електричним лініям.

Ефект бар'єру залежить від простору заряду того ж знаку, що і коронний електрод, який він блокує, так що просторова міцність електричного поля між коронним електродом та бар'єром може бути зменшена, тим самим зробивши розподіл електричного поля всієї рівномірної зазору повітря. Незважаючи на те, що в цей час збільшується міцність на просторове електричне поле між бар'єром та іншим електродом, його електричне поле стає більше схожим на рівномірне електричне поле між двома плоскими електродами, тому електрична міцність усього повітряного зазору вдосконалюється.

Напруга розбиття бар'єрного повітряного зазору має багато спільного з встановленням положення бар'єру. Якщо це повітряний зазор "палички", обидва електроди матимуть корони, тому бар'єр повинен бути встановлений поблизу обох електродів для досягнення результатів.

Під імпульсною напругою ефект бар'єру менший, оскільки просторовий заряд, накопичений на бар'єр, в цей час менший.

Очевидно, бар'єр важко зіграти певну роль у випадку рівномірного або трохи неоднорідного електричного поля.

4. Використовуйте високий тиск повітря

Електрична міцність повітря при нормальному тиску відносно низька, приблизно 3 0 кВ/см. Навіть якщо вищезазначені заходи вживаються для максимальної покращення електричного поля, середня міцність поля поломки не може перевищувати цю межу. Видно, що електрична міцність повітря при нормальному тиску значно нижча, ніж у загальних твердих та рідких середовищ. Однак, якщо повітря стискається, а тиск набагато більше 0,1 мПа (1ATM), його електрична міцність також може бути значно покращена. Це головним чином тому, що підвищення тиску повітря може значно зменшити довжину вільного шляху електронів, тим самим послаблюючи та гальмуючи процес іонізації. Якщо повітря може бути замінено деякими високими газами електричної міцності (наприклад, гексафторидом сірки) під час використання високого тиску, можна досягти кращих результатів.

5. Використовуйте високу електричну міцність газу

Серед багатьох газів деякі високоелектронегативні гази, що містять галогенні елементи [наприклад, гексафторид сірки та фреон, мають особливо високу електричну міцність (набагато вище, ніж повітря), тому їх можна назвати високими газами електричної міцності. Використання цих газів для заміни повітря, звичайно, може значно збільшити напругу розриву повітряного зазору, і навіть змішування деяких таких газів у повітря може значно збільшити його електричну міцність.

Слід зазначити, що для того, щоб цей тип газу практично застосовувався в інженерії, недостатньо покладатися виключно на його високу електричну міцність. Вони також повинні відповідати певним іншим вимогам, наприклад: ① низька температура зрідження (так що високий тиск газу можна було використовувати одночасно); ② Хороша хімічна стабільність, непроста для розкладання, спалювання або вибух і не виробляє токсичні речовини, коли в газі відбувається розряд; ③ Не надто складно виробляти і не надто дорого.

Є дуже мало газів, які можуть відповідати всім вищезазначеним вимогам одночасно. В даний час єдиним високим газом електричної міцності, який широко використовується в інженерії, є SF6 та його змішаний газ. На додаток до високої електричної міцності, газ SF6 також має чудову здатність до гасіння дуги, а інші пов'язані з цим технічні властивості також є досить хорошими. Різні енергетичні обладнання та закриті комбіновані електричні прилади, виготовлені з газу SF6 як ізоляційного середовища та гасіння дуги, мають низку видатних переваг, таких як значно заощадження простору підлоги та обсяг простору, безпечна та надійна експлуатація, спрощена установка та обслуговування тощо, тому перспективи розвитку дуже широкі.

6. Використовуйте високий вакуум

Використання високого вакууму також може послабити процес іонізації зіткнення в повітряному зазорі та значно збільшити напругу розбиття повітряного зазору. Якщо процес розбиття у високій вакуумі буде повністю пояснено теорією розряду газу, отримана напруга розбиття буде надзвичайно високою (в цей час електрони важко зіткнутися з нейтральними молекулами при переході міжелектродної відстані, і важко викликати достатню іонізацію зіткнення). Однак фактична ситуація не така. Коли міжелектродна відстань невелика, електрична інтенсивність високої вакууму справді дуже висока і навіть може перевищувати відстані стисненого газу SF6. Однак при збільшенні міжелектродної відстані напруга повільно збільшується, а його електрична інтенсивність значно нижча, ніж міцність поля розбиття стисненого газу. Це вказує на те, що механізм розбиття високого вакууму в цей час змінився, і з’явився новий фізичний процес, тому його вже не можна просто пояснити попередньою теорією розряду газу.

Дослідження вакууму показують, що коли міжелектродна відстань невелика, розпад високого вакууму пов'язане з сильним випромінюванням поля на поверхні катода. Струм, спричинений ним, призведе до місцевого нагрівання електрода та вивільнення металевого газу, що спричиняє падіння ступеня вакууму та спричинить поломку; Коли міжелектродна відстань буде великою, поломка буде викликана так званим "ефектом повної напруги". У цей час, у міру збільшення міжелектродної відстані та напруги розбиття, електрони можуть накопичити багато кінетичної енергії, коли вони літають з катода через вакуум до анода. Ці високоенергетичні електрони звільнять позитивні іони та фотони при обстрілі поверхні анода, що зміцнить іонізацію поверхні на катоді. Ця неодноразова дія призведе до все більшого потоку електронів, внаслідок чого електрод локально випаровується і призведе до розбиття зазору. Це так званий "ефект повної напруги".

Через це, у міру збільшення міжелектродної відстані, середня міцність поля поломки стане меншим і меншим. Напруга розбиття вакуумного зазору пов'язана з багатьма факторами, такими як електродний матеріал, обробка поверхні та чистота (включаючи кількість та тип адсорбованого газу), тому він дуже диспергований.

Не так багато випадків, коли високий вакуум фактично використовується як ізоляційне середовище в енергетичному обладнанні, головним чином тому, що різні тверді або рідкі середовища в основному використовуються в ізоляційній структурі різного обладнання. Вони поступово вивільняють газ у вакуумі, що ускладнює підтримку високого вакууму тривалий час. В даний час високий вакуум використовується лише у вакуумних вимикачах. Вакуум не тільки має хороші показники ізоляції, але й має сильну здатність до гасіння дуги, тому він все ще дуже підходить для вимикачів вакуумних вимикачів у мережах розподілу.