电场均匀程度对SF6电气强度的影响很大

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电场均匀程度对SF6电气强度的影响很大

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http://www.whqiti.com/qtzs/1518.html

六氟化硫（SF6）气体因其优异的电气绝缘性能，在电力工程领域得到广泛应用。然而，其电气强度受电场均匀程度的影响显著。本文详细探讨了电场均匀程度对SF6电气强度的影响，并分析了其他影响因素，为SF6气体在电气设备中的应用提供了理论依据。

电场的不均匀程度对SF6电气强度的影响远比对空气的大。六氟化硫具有较高的电气强度，主要是因为其具有很强的电负性，容易俘获自由电子而形成负离子（电子附着过程）。电子变成负离子后，其引起碰撞电离的能力就变得很弱，因而削弱了放电发展过程。

与均匀电场中的击穿电压相比，SF6在极不均匀电场中击穿电压下降的程度比空气要大得多。SF6优异的绝缘性能只有在电场比较均匀的场合才能得到充分的发挥。

在设计以六氟化硫气体作为绝缘的各种电气设备时，应尽可能使气隙中的电场均匀化，采用屏蔽等措施以消除一切尖角处的极不均匀电场，使SF6优异的绝缘性能得到充分的利用。

均匀和稍不均匀电场中SF6的击穿

在讨论SF6电负性气体中的碰撞电离和放电过程时，除了考虑α过程外，还应计及电子附着过程。这可用一个与电子碰撞电离系数α的定义相似的电子附着系数η来表示。η定义为一个电子沿电场方向运动1cm的行程中所发生的电子附着次数平均值。可见，在电负性气体中的有效碰撞电离系数应为：

α = α - η

均匀电场中的电子崩增长规律为：

na = n0 e^(α-η)d

式中：n0-阴极表面处的初始电子数； na-到达阳极时的电子数

这时应该注意：在一般气体中，正离子数等于新增的电子数；而在电负性气体中，正离子数等于新增的电子数与负离子数之和。

由于强电负性气体在实用中所处条件均属于流注放电的范畴，所以这里不再讨论其汤逊自持放电条件，而直接探讨其流注自持放电条件。为此，可参照式(120)写出均匀电场中电负性气体的流注自持放电条件为：

(α - η) = K

实验研究证明：对于SF6气体，常数K=10.5，相应的击穿电压为：

U b = 88.5 pd + 0.38 (kV)

式中：p-气压，Mpa，d-极间距离，mm

在工程应用中，通常pd<1MPa mm，所以上式可近似地写成：

U b ≈ 88.5 pd (kV)

式(216)和式(217)均表明，在均匀电场中SF6气体的击穿也遵循巴申定律。它在0.1MPa(1atm)下的击穿场强 Eb = U b ≈ 88.5kV / cm ，几乎是空气的3倍。

在气体绝缘电气设备中最常见的是稍不均匀电场气隙，例如同轴圆筒间的气隙。

在稍不均匀电场中，极性对于气隙击穿电压的影响与极不均匀电场中的情况是相反的，此时负极性下的击穿电压反而比正极性时低10％左右。冲击系数很小，雷电冲击时约为1.25，操作冲击时更小，只有1.05～1.1。

极不均匀电场中SF6的击穿

极不均匀电场中SF6气体击穿的异常现象与空间电荷的运动有关。我们知道，空间电荷对棒极的屏蔽作用会使击穿电压提高，但在雷电冲击电压的作用下，空间电荷来不及移动到有利的位置，故其击穿电压低于静态击穿电压；气压提高时空间电荷扩散得较慢，因此在气压超过0.1～0.2MPa时，屏蔽作用减弱，工频击穿电压会下降。