Metody pro zlepšení elektrické síly plynných médií

Aby se zmenšila velikost výkonových zařízení, vždy se doufá, že délka vzduchové mezery nebo izolační vzdálenost bude co nejmenší. Za tímto účelem musí být přijata opatření ke zlepšení elektrické pevnosti plynového média. Z praktického hlediska existují dva způsoby, jak zvýšit rozklad napětí vzduchové mezery: Jedním z nich je zlepšit distribuci elektrického pole ve vzduchové mezeře, aby bylo co nejmodernější; Druhým je pokusit se oslabit nebo potlačit ionizační proces v plynovém médiu. Specifické metody jsou:

1. Zlepšete tvar elektrody a zlepšit distribuci elektrického pole

Čím jednotnější je distribuce elektrického pole, tím větší je průměrná pevnost v pole rozkladu vzduchové mezery. Proto může být snížena maximální síla elektrického pole ve vzduchové mezeře, distribuce elektrického pole může být zlepšeno a napětí rozkladu vzduchové mezery lze zvýšit zlepšením tvaru elektrody (zvýšení poloměru zakřivení elektrody, eliminováním vlasů a ostrých rohů na povrchu elektrody atd.).

Použití stínění ke zvýšení poloměru zakřivení elektrody je běžná metoda. Pokud je příklad vezmením vzduchové mezery „tyčinky“ s nejhorší elektrickou pevností, pokud je na konci tyčového pólu instalována kovová koule s vhodným průměrem, může se efektivně zvýšit rozpad na napětí vzduchové mezery.

Vysokopěťové zásuvky mnoha vysokopěťových elektrických zařízení (jako je horní konec vodicí tyče vysokopěťového pouzdra napájecího zařízení) mají ostré tvary a ke snížení maximální pevnosti pole v prostoru v blízkosti výstrojí a zvýšení napětí napětí. Tvar a velikost krytu stínění by měl být vybrán tak, aby jeho založení napětí korony bylo větší než maximální pracovní napětí zařízení k zemi. Nejjednodušší kryt stínění je samozřejmě sférický stínění.

Příklady použití principu stínění pro zlepšení distribuce elektrického pole na přenosových potrubích ultra vysokých napětí pro zvýšení napětí založení korony zahrnují: ochranné kování (vyrovnávací kroužky) nainstalované na izolátorových řetězcích ultra vysokých napěťových potrubí a vodiče průměru použité na ultra vysokých napěťových vedeních.

2. Použití prostoru pro zlepšení distribuce elektrického pole

Vzhledem k tomu, že se musí vypouštění korony vyskytnout před rozbití vzduchové mezery extrémně nerovnoměrného elektrického pole, za určitých podmínek lze za určitých podmínek použít prostor vytvořený samotným vypouštěním samotným vypouštěním k úpravě a zlepšení distribuce elektrického pole v prostoru ke zvýšení napětí rozkladu vzduchové mezery. Vezmeme-li příklady vzduchové mezery „drátěné desky“ a „drátěné dráty“, když je průměr drátu do určité míry snížen, zvýší se napětí rozkladu výkonu vzduchové mezery se snížením průměru drátu, což má za následek tzv. „Tenký efekt drátu“. Důvodem je to, že jednotná vrstva prostoru nabití vytvořená koronovým vypouštěním tenkého drátu může zlepšit distribuci elektrického pole ve vzduchové mezeře, což má za následek zvýšení napětí rozpadu; Když je průměr drátu velký, protože povrch drátu nemůže být absolutně hladký, v některých částech se v některých částech objeví výboj ve tvaru štětce a výtok ve tvaru štětce, než se na celém povrchu objeví celková korona, takže jeho rozkládací napětí je podobné průměru „tyčinky“ nebo „prut-rod“ vzduchové mezery.

3. použití bariér

Vzhledem k tomu, že distribuce elektrického pole ve vzduchové mezeře a vývojový proces vypouštění plynu úzce souvisí s generováním, pohybem a distribucí nabitých částic v prostoru vzduchové mezery, což je bariéra s vhodným tvarem a polohou ve vzduchové mezeře, která může bránit pohybu nabitých částic a upravit rozložení prostorového náboje je také účinným způsobem, jak zlepšit elektrickou sílu plynového média.

Bariéra je vyrobena z izolačního materiálu, ale jeho vlastní izolační výkon není důležitý. Důležité je jeho těsnění (schopnost blokovat nabité částice). Obecně je instalován v mezeře korony a jeho povrch je kolmý k elektrickým vedením.

Účinek bariéry závisí na prostorovém náboji stejného znamení jako korona elektroda, která blokuje, takže může být snížena síla prostorového elektrického pole mezi koronovou elektrodou a bariérou, čímž se rozloží elektrické pole celé uniformy vzduchové mezery. Ačkoli se v této době zvyšuje prostorová síla elektrického pole mezi bariérou a druhou elektrodou, jeho tvar elektrického pole se stává spíše jako jednotné elektrické pole mezi dvěma plochými elektrodami, takže se zlepšuje elektrická síla celé vzduchové mezery.

Rozkladové napětí mezery pro bariéra vzduchu má hodně společného s instalační polohou bariéry. Pokud se jedná o vzduchovou mezeru „stick-stick“, obě elektrody budou mít výtok korony, takže by měla být bariéra nainstalována poblíž obou elektrod, aby se dosáhlo výsledků.

Při impulsním napětí je účinek bariéry menší, protože prostorový náboj nahromaděný na bariéře je v této době menší.

Je zřejmé, že bariéra je obtížné hrát roli v případě jednotně nebo mírně nerovnoměrného elektrického pole.

4. Použijte vysoký tlak vzduchu

Elektrická síla vzduchu při normálním tlaku je relativně nízká, asi 3 0 KV/cm. I když jsou výše uvedená opatření přijata ke zlepšení elektrického pole co nejvíce, průměrná pevnost v poli nesmí překročit tento limit. Je vidět, že elektrická síla vzduchu při normálním tlaku je mnohem nižší než u obecného pevného a kapalného média. Pokud je však vzduch stlačen a tlak je mnohem větší než 0,1MPa (1ATM), může být jeho elektrická pevnost také výrazně zlepšena. Je to hlavně proto, že zvyšování tlaku vzduchu může výrazně zkrátit délku volné dráhy elektronů, čímž se oslabuje a inhibuje proces ionizace. Pokud může být vzduch nahrazen některými plyny z vysoké elektrické pevnosti (jako je například síra hexafluoridu) při použití vysokého tlaku, lze dosáhnout lepších výsledků.

5. Použijte plyn s vysokou elektrickou pevností

Mezi mnoha plyny mají některé vysoce elektronegativní plyny obsahující halogenové prvky [jako jsou hexafluorid síry a Freon zvláště vysokou elektrickou pevnost (mnohem vyšší než vzduch), takže lze nazvat plyny s vysokou elektrickou pevností. Použití těchto plynů k nahrazení vzduchu může samozřejmě výrazně zvýšit rozkladní napětí mezery vzduchu a dokonce i smíchat některé z takových plynů do vzduchu může výrazně zvýšit jeho elektrickou sílu.

Je třeba zdůraznit, že aby byl tento typ plynu prakticky aplikován ve strojírenství, nestačí se spoléhat pouze na vysokou elektrickou sílu. Musí také splňovat určité další požadavky, jako například: ① nízká teplota zkapalnění (tak, aby bylo možné použít vysoký tlak plynu současně); ② Dobrá chemická stabilita, není snadné rozkládat, vypalovat nebo explodovat a nevytvářet toxické látky, když dochází k vypouštění v plynu; ③ Není příliš obtížné produkovat a ne příliš drahé.

Existuje jen velmi málo plynů, které mohou splňovat všechny výše uvedené požadavky současně. V současné době je jediným plynem s vysokou elektrickou pevností, který se široce používá ve strojírenství, SF6 a jeho smíšený plyn. Kromě vysoké elektrické pevnosti má plyn SF6 také vynikající schopnost uhasity oblouku a další související technické vlastnosti jsou také docela dobré. Různé napájecí zařízení a uzavřená kombinovaná elektrická zařízení vyrobená z plynu SF6 jako izolační médium a obloukové hasicí médium mají řadu vynikajících výhod, jako je výrazně úspora podlahového prostoru a objem prostoru, bezpečná a spolehlivá provoz, zjednodušená instalace a údržba atd., Takže vyhlídky na vývoj jsou velmi široké.

6. Použijte vysoké vakuum

Použití vysokého vakua může také oslabit proces ionizace kolize ve vzduchové mezeře a významně zvýšit rozkladní napětí vzduchové mezery. Pokud je proces rozpadu ve vysokém vakuu zcela vysvětlen teorií vypouštění plynu, výsledné napětí rozkladu bude extrémně vysoké (v této době je obtížné, aby se elektrony sraly s neutrálními molekulami při překročení vzdálenosti mezi elektrodou a je obtížné způsobit dostatečnou kolizní ionizaci). Skutečná situace však není. Když je mezielektrodová vzdálenost malá, je elektrická intenzita vysokého vakua skutečně velmi vysoká a může dokonce překročit intenzitě stlačeného plynu SF6. Když se však mezielektrodová vzdálenost zvyšuje, napětí se zvyšuje pomalu a jeho elektrická intenzita je výrazně nižší než pevnost pole komprimovaného plynu. To ukazuje, že mechanismus rozkladu vysokého vakua se v této době změnil a objevil se nový fyzický proces, takže jej již nelze jednoduše vysvětlit předchozí teorií vypouštění plynu.

Výzkum vakuového rozpadu ukazuje, že když je vzdálenost mezi elektrodou malá, rozpad vysokého vakua souvisí se silnou emisí pole na povrchu katody. Proud způsobený tím, že způsobí lokální vytápění elektrody a uvolňování kovového plynu, což způsobí pokles stupně vakua a způsobí rozpad; Pokud je vzdálenost mezi elektrodou velká, rozpad bude způsoben takzvaným „efektem plného napětí“. V této době, jak se zvyšuje vzdálenost inter-elektrodové a rozklady napětí, mohou elektrony akumulovat hodně kinetické energie, když létají z katody přes vakuum do anody. Tyto vysokoenergetické elektrony uvolní pozitivní ionty a fotony při bombardování povrchu anody, což posílí povrchovou ionizaci na katodě. Tato opakovaná akce vytvoří stále více a více elektronových toků, což způsobí, že elektroda bude lokálně odpařena a povede k rozpadu mezery. Toto je tzv. „Účinek plného napětí“.

Z tohoto důvodu se se zvyšováním mezielektrodové vzdálenosti zmenší průměrná pevnost pole rozkladu a zmenšuje se. Rozkladové napětí vakuové mezery souvisí s mnoha faktory, jako je elektrodový materiál, povrchová úprava a čistota (včetně množství a typu adsorbovaného plynu), takže je velmi rozptýlené.

Není mnoho případů, kdy se vysoké vakuum ve skutečnosti používá jako izolační médium v ​​energetickém zařízení, hlavně proto, že v izolační struktuře různých zařízení se většinou používají různá pevná nebo kapalná média. Postupně uvolňují plyn ve vakuu, což ztěžuje udržování vysokého vakua po dlouhou dobu. V současné době se vysoké vakuum používá pouze ve vakuových jističích. Vakuum má nejen dobrý izolační výkon, ale má také silnou schopnost uhasity oblouku, takže je stále velmi vhodné pro vakuové jističe v distribučních sítích.