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SF6氣體(tǐ)放(fàng)電機(jī)理

發布時間:2021-02-20 13:53:14人氣:

SF6氣體組合開關
GIS以(yǐ)高壓力的SF6氣體為絕緣介質,SF6氣體是局部放電發生的環境。氣體中的放電現象與SF6氣體中的帶電質點有關。電極空間及電極表麵的氣體分子在碰撞、光輻射或熱輻射的情況下會發生電離,產生帶電質點(diǎn)。當電場強度一直增加並達到一(yī)定場強時,帶電質點獲(huò)得了很大的能量,需要以放電的形式來進行釋放,導致放電現象的發生。由於GIS內外兩電極的曲率半徑的數量級一致,兩電極間(jiān)一(yī)般僅相距幾十毫米,所以在沒有出現絕(jué)緣缺陷的情況下,GIS內部的電場應為稍不均勻電場。一旦有絕緣缺(quē)陷出現時,局部電場過(guò)於集中致(zhì)使電場發生(shēng)畸變,形成極不均勻電場。所以,SF6氣體放(fàng)電機理研究一般是(shì)基於(yú)極不(bú)均勻電場進行的。

首先發生在極不均勻電場中的放電現象(xiàng)是電暈放電,電暈放電進一步發展成先導放電(diàn),先導放電繼續(xù)發展形成主放電。在極不均勻場中,當電壓高(gāo)到一定程度(dù)後,在氣體間隙完全擊穿前,大曲率電極附近有薄薄的發光(guāng)層,這種放電現象定義為電暈。如果加在SF6氣體間隙上(shàng)的電壓過大,一旦場強集中處的場強高於(yú)臨界場強,放電機理就會出現變化,放電由(yóu)湯姆遜形式過渡到(dào)流注放電(diàn)形式。在電場作用下,SF6氣體中的電子在奔向陽極的過程中不斷發(fā)生碰撞電離,產生電子崩。電子崩的電離過程集中於(yú)頭部,導致其頭部電(diàn)荷密度很大,電離過程強烈,當(dāng)電子崩發展到一定程度時,電子崩形成的空間電荷的電場將大(dà)大(dà)增強(qiáng),致使合成電場發生明顯的畸變,崩頭將放射出大量光子。崩頭(tóu)前後的電場(chǎng)明顯增強,促進激勵現象的發生,產生更多的分子和離子。分子(zǐ)和離子慢慢會從激勵狀(zhuàng)態恢複到正常狀態(tài),在這個過程中(zhōng)會有光子被放射(shè)出來。由於電子崩內的正、負電(diàn)荷區域之間的電場受到削弱(ruò),這大大促進了複合過程的發生,同時也使得更多的光(guāng)子被放射出來。如(rú)果外加電場足夠(gòu)大,達到了擊穿場(chǎng)強,電子崩頭部就會形成流注放電。

當間隙距離較長時,會存在某(mǒu)種新的、不同性質(zhì)的放電過程,即先導放電。要發生(shēng)先導(dǎo)放電,首先要產(chǎn)生流注電暈,流注進而形成先導,先導不斷發展最後導致擊穿。當(dāng)放電發展到一定長度時,由於場強低於臨(lín)界電場強度,放電的發展會暫停。在此期間(jiān),放電通道內累(lèi)積的電子迅(xùn)速附著在SF6分子上,正、負電荷分開,正負空間電荷由(yóu)此形成。此時,在SF6氣體內會有兩種運(yùn)動發生,根據其(qí)帶來的不同影(yǐng)響可分別用莖先導(dǎo)機(jī)理和前驅機理來描(miáo)述。流注形成先導後,先(xiān)導的頭部會產(chǎn)生新的流注電暈(yūn),此流注(zhù)在原(yuán)來先導的基礎上又會發展成一段新的(de)先導,新先導的頭部(bù)又(yòu)產生了流(liú)注電暈,如此(cǐ)多次重複這個過程,先導就會不斷向前推進,最終導致擊(jī)穿。

莖先導機理與前驅機理描述的是流注電暈發展成先導的過程,也是這個放電過程(chéng)的關鍵部分(fèn)。當形成(chéng)流(liú)注電(diàn)暈後,可用莖先導機(jī)理來解釋電暈電流繼續向流(liú)注區帶來新(xīn)能量的原因。流注通道中的電子被陽極吸引,當(dāng)電(diàn)子的濃度足夠高時,電(diàn)流足夠大時,流注通道中(zhōng)就開始熱電離。熱電離致使通道中帶點質點濃度的進(jìn)一步增大,故先導(dǎo)增加、電流繼續加大。流注通道變成(chéng)了有高電導的等離子(zǐ)通(tōng)道,這時在其(qí)頭部又(yòu)會(huì)產生新的流注,使得先導一步(bù)步向(xiàng)前發(fā)展。

前驅機理過程是指帶正電荷的(de)離子和帶負電荷的離(lí)子分(fèn)別向兩(liǎng)個相反的方向漂移,從而(ér)發生(shēng)先導。在強電負(fù)性氣體內,放電端的正極和(hé)負極均可能發生前驅機理過程。前驅先導的(de)發生(shēng)是由於流注產生的離子受(shòu)到電(diàn)場的作用發生空間極(jí)化,大大增強了流注(zhù)前方電場,等達到臨界場強時就形成了前驅先導。當空間電場極化越來(lái)越嚴重時會(huì)對放電產生屏蔽作用,因為這種屏蔽作用放電會受到一定抑製,然後由於流注根部溫度(dù)升高,出現了熱電離過程。熱電離引起(qǐ)通道中帶電質點濃度的進一步(bù)增大,同時空間電荷(hé)發生(shēng)擴散和漂移,減弱了屏蔽,流注前方電場再(zài)次被加強,當電場又一次達到臨界場強的(de)時候,再次發生前驅先導。前(qián)驅區域在非均勻電場中(zhōng)的區域很小,這就意味著在非均勻電場中,前驅形成時候的區域邊緣電場隻有很低的強度,所以前驅發生時的能量損失也很小,同時前驅區域內的(de)空間電(diàn)荷分布的比較集中,能量也比較集中(zhōng)。

以上是對SF6氣體中整個放電過程從最初積累,到(dào)接下來發展(zhǎn),到(dào)最(zuì)後產生局部放電的整個過程做出的分析,包括電暈、流注、先導放電、擊穿(chuān)放(fàng)電、莖先機理以及前驅(qū)機理。在GIS設備中提到局部放電,主要指的是完全擊穿之前所發生的一些局部放電現象,包括電暈(yūn)、流注及先導。雖然很多時候先導放電(diàn)並沒有造成電極與電極之間的完全擊穿,但是(shì)局部放電會誘發(fā)GIS設備內部絕(jué)緣缺陷,並使得絕緣缺陷發展和(hé)進一步惡化。所以,研究GIS內部絕緣缺陷引起的局部放電對於保證GIS的安(ān)全運行具有十分重要(yào)的意義。

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