Metode za poboljšanje električne čvrstoće plinovitih medija

Da bi se smanjila veličina pogona za napajanje, uvijek se nada da će duljina zračnog razmaka ili udaljenost izolacije biti što manja. U tu svrhu moraju se poduzeti mjere za poboljšanje električne čvrstoće plinskog medija. S praktičnog stajališta, postoje dva načina za povećanje napona propadanja zračnog jaza: jedan je poboljšati raspodjelu električnog polja u zračnom jazu kako bi je bio što ujednačeni; Drugi je pokušati oslabiti ili suzbiti postupak ionizacije u plinskom mediju. Specifične metode su:

1. Poboljšajte oblik elektrode kako biste poboljšali raspodjelu električnog polja

Što je ujednačenija raspodjela električnog polja, to je veća prosječna čvrstoća polja polja zraka. Stoga se maksimalna čvrstoća električnog polja u zračnom razmaku može smanjiti, raspodjela električnog polja može se poboljšati, a napon raspada zračnog jaza može se povećati poboljšanjem oblika elektrode (povećavajući polumjer zakrivljenosti elektrode, eliminirajući kosu i oštre uglove na površini elektrode, itd.).

Korištenje zaštite za povećanje polumjera zakrivljenosti elektrode uobičajena je metoda. Uzimanje zračnog jaza "ploče šipke" s najgorom električnom čvrstoćom kao primjer, ako se na kraju stupa šipke ugradi metalna kuglica s odgovarajućim promjerom, napon propadanja zraka može se učinkovito povećati.

Visokonaponski utičnice mnogih visokonaponskih električnih uređaja (poput gornjeg kraja visokonaponskog vodiča opreme za pucanje) imaju oštre oblike, a za zaštitni poklopci često su potrebni za smanjenje maksimalne čvrstoće polja u prostoru u blizini utičnica i povećanje napona za priodjevanje Corone. Oblik i veličina zaštitnog poklopca treba odabrati tako da je njegov napon u pristigla korone veći od maksimalnog radnog napona uređaja na zemlju. Najjednostavniji zaštitni poklopac je, naravno, sferični štit.

Primjeri primjene principa zaštite za poboljšanje raspodjele električnog polja na ultra-visokim linijama prijenosa napona za povećanje napona za priopćenje korone uključuju: zaštitne opreme (izjednačavajuće prstenove) instalirane na izolatorskim žicama ultra-visokih naponskih linija i proširenih vodiča promjera koji se koriste na ultra-visokim linijama.

2. Korištenje punjenja prostora za poboljšanje raspodjele električnog polja

Budući da se koronski pražnjenje mora dogoditi prije nego što se zračni jaz s izuzetno neravnim električnim poljem razgradi, pod određenim uvjetima, svemirski naboj generiran samom pražnjenjem može se koristiti i za podešavanje i poboljšanje raspodjele električnog polja u prostoru kako bi se povećao napon propadanja zračnog jaza. Uzimajući "žičanu ploču" i "žičanu žicu" praznine zraka kao primjere, kada se promjer žice u određenoj mjeri smanji, napon prekida frekvencije napajanja povećavat će se smanjenjem promjera žice, što rezultira takozvanim "tankim efektom žice". Razlog je taj što jednolični sloj naboja svemira formiran koronskim ispuštanjem tanke žice može poboljšati raspodjelu električnog polja u zračnom razmaku, što rezultira povećanjem napona raspada; Kad je promjer žice velik, budući da površina žice ne može biti apsolutno glatka, korona i iscjedak u obliku četkice pojavit će se u nekim dijelovima prije nego što se na cijeloj površini pojavi ujednačena ukupna korona, tako da je njegov napon razgradnje sličan onoj u zraku "šipka" ili "šipka" zraka.

3. Upotreba barijera

Budući da su raspodjela električnog polja u zračnom razmaku i razvojni proces pražnjenja plina usko povezani s stvaranjem, kretanjem i raspodjelom nabijenih čestica u prostoru za zračni jaz, postavljanje barijere s prikladnim oblikom i položajem u zračnom jazmu koji može spriječiti kretanje nabijenih čestica i prilagoditi raspodjelu prostora na naboju također je učinkovit način za poboljšanje elektrone snage.

Barijera je izrađena od izolacijskog materijala, ali njegova vlastita izolacijska izvedba nije važna. Važno je njegovo brtvljenje (sposobnost blokiranja nabijenih čestica). Obično se instalira u koroni jaz, a njegova površina je okomita na električne linije.

Učinak barijere ovisi o naboju prostora istog znaka kao i elektroda korone koji blokira, tako da se čvrstoća prostornog električnog polja između koronske elektrode i barijere može smanjiti, čime se električno polje raspodjele cijele uniforme zraka. Iako se u ovom trenutku povećava čvrstoća prostornog električnog polja između barijere i druge elektrode, njegov oblik električnog polja postaje više nalik na jednolično električno polje između dvije ravne elektrode, tako da je poboljšana električna čvrstoća cijelog zračnog jaza.

Napon raščlanjivanja barijerskog zračnog jaza ima puno veze s položajem ugradnje barijere. Ako je riječ o zračnom jaznu "štapića", obje će elektrode imati pražnjenje korone, tako da bi barijera trebala biti ugrađena u blizini obje elektrode kako bi se postigli rezultati.

Pod naponom impulsa, učinak barijere je manji jer je prostorni naboj nakupljen na barijeri u ovom trenutku manji.

Očito je da je barijeru teško igrati ulogu u slučaju ujednačenog ili blago nejednakog električnog polja.

4. Koristite visoki tlak zraka

Električna čvrstoća zraka pri normalnom tlaku je relativno niska, oko 3 0 kV/cm. Čak i ako se navedene mjere poduzmu kako bi se poboljšalo električno polje što je više moguće, prosječna čvrstoća polja polja ne može premašiti ovu granicu. Može se vidjeti da je električna čvrstoća zraka pri normalnom tlaku mnogo niža od opće krute i tekuće medije. Međutim, ako je zrak komprimiran i tlak je mnogo veći od 0,1MPa (1ATM), njegova se električna čvrstoća također može značajno poboljšati. To je uglavnom zato što povećanje tlaka zraka može u velikoj mjeri smanjiti duljinu slobodne staze elektrona, oslabivši i inhibirajući proces ionizacije. Ako se zrak može zamijeniti s nekim plinovima visoke električne čvrstoće (poput sumpornog heksafluorida) dok se koriste visoki tlak, mogu se postići bolji rezultati.

5. Koristite plin visoke električne čvrstoće

Među mnogim plinovima, neki visoko elektronegativni plinovi koji sadrže halogene elemente [poput sumpornog heksafluorida i freona imaju posebno visoku električnu čvrstoću (mnogo veću od zraka), tako da se mogu nazvati visokim električnim plinovima. Korištenje ovih plinova za zamjenu zraka može, naravno, uvelike povećati napon propadanja zračnog jaza, pa čak i miješanje nekih takvih plinova u zrak može značajno povećati njegovu električnu čvrstoću.

Treba istaknuti da da bi se ova vrsta plina praktički primijenila u inženjerstvu, nije dovoljno oslanjati se samo na njegovu visoku električnu čvrstoću. Oni također moraju ispunjavati određene druge zahtjeve, poput: ① Niska temperatura ukapljenja (tako da se istovremeno može koristiti visoki tlak plina); ② Dobra kemijska stabilnost, nije lako razgraditi, sagorjeti ili eksplodirati, a ne stvarati otrovne tvari kada se pražnjenja pojavi u plinu; ③ Nije previše teško proizvesti i nije preskupo.

Vrlo je malo plinova koji mogu istovremeno ispuniti sve gore navedene zahtjeve. Trenutno je jedini plin visoke električne čvrstoće koji se široko koristi u inženjerstvu SF6 i njegov miješani plin. Pored velike električne čvrstoće, SF6 Gas ima i izvrsnu sposobnost gašenja luka, a druga povezana tehnička svojstva također su prilično dobra. Različite opreme za napajanje i zatvorena kombinacija Električni uređaji izrađeni od plina SF6 kao izolacijski medij i za gašenje medija luka imaju niz izvanrednih prednosti, kao što su ušteda polaznog prostora i volumena prostora, sigurnih i pouzdanih operacija, pojednostavljene instalacije i održavanja itd., Tako da su izgledi za razvoj vrlo široke.

6. Koristite visoki vakuum

Upotreba visokog vakuuma također može oslabiti postupak ionizacije sudara u zračnom razmaku i značajno povećati napon raspada zračnog jaza. Ako se postupak raspada u visokom vakuumu u potpunosti objašnjava teorijom pražnjenja plina, rezultirajući napon razgradnje bit će izuzetno visok (u ovom je trenutku teško da se elektroni sudaraju s neutralnim molekulama prilikom prelaska među-elektrodne udaljenosti i teško je izazvati dovoljno ionizacije sudara). Međutim, stvarna situacija nije tako. Kad je udaljenost među-elektroda mala, električni intenzitet visokog vakuuma doista je vrlo visok i može čak premašiti onaj komprimirani SF6 plin. Međutim, kada se udaljenost između elektroda povećava, napon se polako povećava, a njegov električni intenzitet je značajno niži od čvrstoće polja komprimiranog plina. To ukazuje da se mehanizam raspada visokog vakuuma u ovom trenutku promijenio, a pojavio se novi fizički proces, tako da se više ne može objasniti prethodnom teorijom pražnjenja plina.

Istraživanje raspada vakuuma pokazuje da je, kada je udaljenost među-elektroda mala, raspad visokog vakuuma povezan s jakom emisijom polja na površini katode. Struja uzrokovana IT -om uzrokovat će lokalno zagrijavanje elektrode i oslobađanje metalnog plina, zbog čega je stupanj vakuuma pao i uzrokovao raspad; Kada je udaljenost među-elektroda velika, raspad će biti uzrokovan takozvanim "efektom punog napona". U ovom trenutku, kako se udaljenost između elektroda i porast napona raspada, elektroni mogu akumulirati puno kinetičke energije kada lete iz katode preko vakuuma do anode. Ovi visokoenergetski elektroni će otpustiti pozitivne ione i fotone prilikom bombardiranja površine anode, što će ojačati površinsku ionizaciju na katodi. Ovo ponovljeno djelovanje stvorit će sve više i više protoka elektrona, uzrokujući da se elektroda lokalno isparava i što dovodi do raspada praznine. Ovo je takozvani "učinak punog napona".

Zbog toga, kako se udaljenost između elektroda povećava, prosječna čvrstoća polja raspada postat će sve manja i manja. Napon raščlanjivanja vakuumskog razmaka povezan je s mnogim čimbenicima kao što su materijal elektroda, završna obrada i čistoća (uključujući količinu i vrstu adsorbiranog plina), tako da je vrlo raspršena.

Nema mnogo slučajeva u kojima se visoki vakuum zapravo koristi kao izolacijski medij u energetskoj opremi, uglavnom zato što se u izolacijskoj strukturi različitih oprema uglavnom koriste različiti kruti ili tekući mediji. Postupno će otpuštati plin u vakuumu, što otežava održavanje visokog vakuuma. Trenutno se visoki vakuum koristi samo u vakuumskim prekidačima. Vakuum ne samo da ima dobre izolacijske performanse, već ima i snažnu sposobnost gašenja luka, tako da je i dalje vrlo pogodan za prekidače vakuumskih krugova u distribucijskim mrežama.