Métodos para melhorar a resistência elétrica da mídia gasosa

Para reduzir o tamanho das instalações de energia, espera -se sempre que o comprimento do espaço do ar ou a distância de isolamento seja o mais pequeno possível. Para esse fim, devem ser tomadas medidas para melhorar a força elétrica do meio de gás. Do ponto de vista prático, há duas maneiras de aumentar a tensão de ruptura da lacuna de ar: uma é melhorar a distribuição de campo elétrico na diferença de ar para torná -la o mais uniforme possível; O outro é tentar enfraquecer ou suprimir o processo de ionização no meio de gás. Os métodos específicos são:

1. Melhore a forma do eletrodo para melhorar a distribuição do campo elétrico

Quanto mais uniforme a distribuição do campo elétrico, maior a força média do campo de ruptura da lacuna de ar. Portanto, a força máxima do campo elétrico na lacuna de ar pode ser reduzida, a distribuição do campo elétrico pode ser melhorada e a tensão de ruptura da lacuna de ar pode ser aumentada melhorando a forma do eletrodo (aumentando o raio de curvatura do eletrodo, eliminando os cabelos e os cantos afiados na superfície do eletrodo, etc.).

Usar a blindagem para aumentar o raio de curvatura do eletrodo é um método comum. Tomando a lacuna de ar "placas de haste" com a pior resistência elétrica como exemplo, se uma bola de metal com um diâmetro apropriado estiver instalada no final do poste da haste, a tensão de quebra da lacuna de ar pode ser efetivamente aumentada.

As tomadas de alta tensão de muitos dispositivos elétricos de alta tensão (como a extremidade superior da haste guia da bucha de alta tensão de equipamentos de energia) têm formas nítidas, e as tampas de blindagem são frequentemente necessárias para reduzir a força máxima do campo no espaço próximo às saídas e aumentar a tensão de formação de coroa. A forma e o tamanho da tampa de blindagem devem ser selecionados para que sua tensão de início da coroa seja maior que a tensão máxima de trabalho do dispositivo no solo. A cobertura de blindagem mais simples é obviamente um poste esférico de blindagem.

Exemplos de aplicação do princípio de blindagem para melhorar a distribuição de campo elétrico em linhas de transmissão de tensão ultra-alta para aumentar a tensão de início da coroa incluem: acessórios protetores (anéis de equalização) instalados em cadeias de linhas de tensão ultra-alta e condutores de diâmetro expandido usados ​​em linhas de voleta de altura.

2. Usando a carga espacial para melhorar a distribuição do campo elétrico

Como a descarga da coroa deve ocorrer antes que o espaço de ar do campo elétrico extremamente irregular seja quebrado, sob certas condições, a carga espacial gerada pela descarga também pode ser usada para ajustar e melhorar a distribuição do campo elétrico no espaço para aumentar a tensão de decomposição da lacuna de ar. Tomando as lacunas de ar "placa de arame" e "arame" como exemplos, quando o diâmetro do fio é reduzido até certo ponto, a tensão de quebra de frequência de potência da lacuna de ar aumentará com a redução do diâmetro do fio, resultando no chamado "efeito fino". O motivo é que a camada de carga espacial uniforme formada pela descarga corona do fio fino pode melhorar a distribuição do campo elétrico no espaço de ar, resultando em um aumento na tensão de quebra; Quando o diâmetro do fio é grande, pois a superfície do fio não pode ser absolutamente suave, a coroa e a descarga em forma de pincel aparecerão em algumas partes antes que a coroa geral uniforme ocorra em toda a superfície, de modo que sua tensão de quebra é semelhante à da diferença de ar "placa de haste" ou "haste".

3. Uso de barreiras

Como a distribuição do campo elétrico no espaço de ar e o processo de desenvolvimento da descarga de gás estão intimamente relacionados à geração, movimento e distribuição de partículas carregadas no espaço do espaço de ar, colocando uma barreira com uma forma e posição adequadas na lacuna de ar que podem prejudicar o movimento de partículas carregadas.

A barreira é feita de material isolante, mas seu próprio desempenho de isolamento não é importante. O importante é a sua vedação (a capacidade de bloquear partículas carregadas). Geralmente é instalado na lacuna Corona e sua superfície é perpendicular às linhas elétricas.

O efeito da barreira depende da carga espacial do mesmo sinal do eletrodo corona que ele bloqueia, de modo que a força do campo elétrico espacial entre o eletrodo corona e a barreira possa ser reduzida, tornando assim a distribuição do campo elétrico de todo o uniforme do espaço aéreo. Embora a força do campo elétrico espacial entre a barreira e o outro eletrodo seja aumentado neste momento, sua forma de campo elétrico se torna mais como o campo elétrico uniforme entre dois eletrodos planos, de modo que a resistência elétrica de toda a diferença de ar é melhorada.

A tensão de ruptura da barreira de barreira tem muito a ver com a posição de instalação da barreira. Se for uma lacuna de ar "bastão", ambos os eletrodos terão descarga de coroa, para que a barreira seja instalada perto dos dois eletrodos para obter resultados.

Sob tensão de impulso, o efeito da barreira é menor porque a carga espacial acumulada na barreira é menor neste momento.

Obviamente, a barreira é difícil de desempenhar um papel no caso de campo elétrico uniforme ou ligeiramente não uniforme.

4. Use alta pressão do ar

A resistência elétrica do ar a pressão normal é relativamente baixa, cerca de 3 0 kv/cm. Mesmo que as medidas acima sejam tomadas para melhorar o campo elétrico o máximo possível, a força média do campo de quebra não pode exceder esse limite. Pode -se observar que a resistência elétrica do ar a pressão normal é muito menor que a do meio sólido e líquido geral. No entanto, se o ar for comprimido e a pressão for muito maior que 0,1MPa (1ATM), sua resistência elétrica também poderá ser significativamente melhorada. Isso ocorre principalmente porque o aumento da pressão do ar pode reduzir bastante o comprimento do caminho livre dos elétrons, enfraquecendo assim o processo de ionização. Se o ar puder ser substituído por alguns gases de alta resistência elétrica (como hexafluoreto de enxofre) enquanto usam alta pressão, melhores resultados podem ser alcançados.

5. Use gás elétrico de alta resistência

Entre os muitos gases, alguns gases altamente eletronegativos contendo elementos de halogênio [como hexafluoreto de enxofre e freon têm resistência elétrica particularmente alta (muito maior que o ar), para que possam ser chamados de gases de alta resistência elétrica. O uso desses gases para substituir o ar pode, obviamente, aumentar bastante a tensão de quebra da lacuna de ar e até misturar alguns desses gases no ar pode aumentar significativamente sua força elétrica.

Deve -se ressaltar que, para que esse tipo de gás seja praticamente aplicado na engenharia, não é suficiente confiar apenas em sua alta resistência elétrica. Eles também devem atender a outros requisitos, como: ① Baixa temperatura de liquefação (para que a alta pressão do gás possa ser usada ao mesmo tempo); ② Boa estabilidade química, não é fácil decompor, queimar ou explodir, e não produzir substâncias tóxicas quando a descarga ocorre no gás; ③ Não é muito difícil de produzir e não muito caro.

Existem muito poucos gases que podem atender a todos os requisitos acima ao mesmo tempo. Atualmente, o único gás de alta resistência elétrica que tem sido amplamente utilizado na engenharia é o SF6 e seu gás misto. Além de sua alta resistência elétrica, o gás SF6 também possui excelente capacidade de extinção de arco e outras propriedades técnicas relacionadas também são muito boas. Vários equipamentos de energia e aparelhos elétricos combinados de combinação feita de gás SF6 como meio isolante e meio de extinção de arco têm uma série de vantagens excelentes, como economizar muito espaço no espaço e volume de espaço, operação segura e confiável, instalação e manutenção simplificadas, etc., para que as perspectivas de desenvolvimento sejam muito amplas.

6. Use alto vácuo

O uso de alto vácuo também pode enfraquecer o processo de ionização de colisão no espaço de ar e aumentar significativamente a tensão de quebra da lacuna de ar. Se o processo de avaria no alto vácuo for explicado completamente pela teoria da descarga de gás, a tensão de quebra resultante será extremamente alta (neste momento, é difícil para os elétrons colidir com moléculas neutras ao atravessar a distância entre eletrodos e é difícil causar ionização de colisão suficiente). No entanto, a situação real não é assim. Quando a distância entre eletrodos é pequena, a intensidade elétrica do alto vácuo é realmente muito alta e pode até exceder a do gás SF6 comprimido. No entanto, quando a distância entre eletrodos aumenta, a tensão aumenta lentamente e sua intensidade elétrica é significativamente menor que a resistência do campo de quebra do gás comprimido. Isso indica que o mecanismo de quebra de alto vácuo mudou no momento e surgiu um novo processo físico, para que não possa mais ser simplesmente explicado pela teoria anterior da descarga de gás.

A pesquisa de quebra de vácuo mostra que, quando a distância entre eletrodos é pequena, a quebra do alto vácuo está relacionada à forte emissão de campo na superfície do cátodo. A corrente causada por ele causará o aquecimento local do eletrodo e liberará gás metálico, fazendo com que o grau de vácuo caia e cause quebra; Quando a distância entre eletrodos for grande, a quebra será causada pelo chamado "efeito de tensão total". Nesse momento, à medida que a distância entre eletrodos e o ruptura da tensão de decomposição, os elétrons podem acumular muita energia cinética quando voam do cátodo através do vácuo até o ânodo. Esses elétrons de alta energia liberarão íons e fótons positivos ao bombardear a superfície do ânodo, o que fortalecerá a ionização da superfície no cátodo. Essa ação repetida produzirá cada vez mais fluxo de elétrons, fazendo com que o eletrodo seja vaporizado localmente e levando à quebra da lacuna. Este é o chamado "efeito de tensão total".

Por esse motivo, à medida que a distância entre eletrodos aumenta, a força média do campo de ruptura se tornará cada vez menor. A tensão de ruptura da diferença de vácuo está relacionada a muitos fatores, como material de eletrodo, acabamento da superfície e limpeza (incluindo a quantidade e o tipo de gás adsorvido), por isso é muito disperso.

Não há muitos casos em que o alto vácuo é realmente usado como meio isolante em equipamentos de energia, principalmente porque vários meios sólidos ou líquidos são usados ​​principalmente na estrutura de isolamento de vários equipamentos. Eles gradualmente liberarão gás no vácuo, dificultando a manutenção de altos vácuo por um longo tempo. Atualmente, o alto vácuo é usado apenas em disjuntores de vácuo. O vácuo não apenas tem um bom desempenho de isolamento, mas também possui forte capacidade de extinção de arco, por isso ainda é muito adequado para disjuntores de vácuo nas redes de distribuição.