气体绝缘的概念及其在中压开关柜中的应用

　　本文主要介绍在气体介质中加强绝缘的方法及其在设备结构设计或测试中的应用。先，让我简要介绍一下绝缘的概念。大学里，我得知铁和铜等金属导体是导电的，塑料和橡胶等非导电物体是绝缘体。时，人们了解到：非导电物体是隔离的。种理解不能混淆。过对绝缘的深入了解，我们知道所有电介质的电阻都是有限的。过一定的限制，任何电介质将逐渐失去其原始的绝缘性能，甚至分解并变为导电性。句话说，绝缘是相对的。对于中压设备尤其重要。中压开关设备为例。是类似于长方体的机柜，其中包含许多高压组件，例如断路器，母线，CT，PT，S.A。然，从绝缘的角度来看，要确保这些组件的相对相位，相位和地面满足绝缘要求，必须有一定的距离。
　　如，DL / T593有规定：10 kV开关柜中的导体与大地之间的间隙要求≥125 mm；但是，现代设备的设计趋势必须向小型化发展。地的经济价值越来越高，特别是在发达的沿海地区。户希望为这些中压配电板使用尽可能小的空间。狭小的空间内安装大量部件，如何保证这些部件的绝缘要求是一个非常严重的问题，必须予以认真对待，否则会损坏设备并严重危害人身安全。际上，除了增加间距之外，还有许多其他方法可以有效地改善绝缘性。这里，我们专门介绍增强隔离气态介质的方法。为对于中压开关设备，主要的绝缘介质是气体。测试或操作过程中，许多绝缘问题也与气体介质有关。论研究表明，有两种方法可以增强对气体介质的隔离：（1）每个人都熟悉改善电场以使其均匀分布的过程，以及（2）减弱或减弱电场的作用。制气态介质中的电离。两种方法在我们的设备中有许多应用。电场分析的形式，自然会产生均匀电场，轻微不均匀电场和极不均匀电场这三个例子。均匀电场中，由于电场强度在各处均相等，因此气隙的击穿电压在各处均相等。个例子是理想的，但是很难获得实际应用。二类轻微不均匀电场的特征气隙与均匀电场的特征气隙非常相似。能存在稳定的电晕放电。旦发生局部放电，将导致整个气隙破裂。三类极不均匀电场的例子实际上是点对点或点对板电极。们的击穿电压远低于前面两种类型的电场的击穿电压，并且它们具有显着的极性效应，也就是说，正极的击穿电压小于负极性。这三个例子中，我们发现，当电极的曲率半径变得越来越小时，电场的不均匀程度就变得更大，击穿电压的分散也会变得更大。
　　端附近是最不平坦的地方，绝缘性最弱。空气为例，看看由电场不等式引起的差异：在均匀电场下空气的击穿电压曲线类似于一条直线。常空气的击穿场强度约为30 kV / cm。果将设备设计为具有均匀电场的理想设备，则抗冲击强度为75 kV，可以计算出，只要25 mm加上30 mm的余量就足以满足绝缘要求。管这些数据是在理想条件下获得的，但它们也表明仍有改进的空间。后查看在稍微不均匀的电场下的特性曲线。穿电压已经下降，并且不随捆包直径的减小而变化。着均匀度的增加，减小变得更加明显。于极不均匀的电场，例如“杆板”气隙，这里是实验数据。于距离不超过10 cm的气隙，负直流击穿场的强度约为20 kV / cm；正极性仅为7.5 kV / cm。是一个补充：以前的测试数据是通过模拟正常状态（即20度和标准大气压）获得的。际工程应用的现场条件很复杂：对于仅气体的电介质隔离，压力，湿度和温度必然会影响击穿电压。三月和四月的南部老雨一样，空气湿度很高。前，安装在CT安装现场且实验室隔热余量较小的隔热墙的隔热压力测试未通过的可能性比平常高。
　　后，看一下改善电气柜中电场分布的应用。一点：如上所述，增加电极的曲率半径可以减少电场的不平等。如ABB开关柜的中压母线和铜排的倒角。二点：使用盾牌增加曲率半径。是一个实验数据：对于“杆-板”示例，两极之间的距离为100cm，并且在两极末端安装了直径为75cm的球，可使击穿电压加倍。ABB中压开关设备接地开关的屏蔽电极是这种类型的典型应用。如，开关设备Unigear ZS3.2 40.5 kV，最早没有屏蔽电极时，它在耐压测试中会在32 s内分解电压为98 kV，并且通过187 kV耐压测试的闪光灯有2个故障；加入屏蔽电极后，在100kV频率下无故障闪络试验1分钟。199kV雷电冲击试验，无故障和闪络15次。于导体的对称性，在中压开关设备结构的设计中有很多设计。四点：消除电极表面的毛刺和锐角。于实验室工程师来说，这是最明显的经验。实验室中进行耐压测试，如果在电气柜的CT上发生火花放电，检查工程师会擦拭CT的表面，而无需任何其他明显的判断。是由银尘或粉末引起的。种现象经常发生在舞台上。了上述改善电场分布的方法外，还有另一种加强绝缘的方法是抑制气态介质的电离。隙放电是一个复杂的物理过程，几乎是一个操作过程：空气中一些不可见且不可触摸的射线（例如X射线和伽马射线）可以激发气体原子中的电子。脱原子核的键所以有一对正离子和电子尽管很少见，但确实存在。究表明，每立方厘米的正常空气中通常存在500至1，000对这些带正电和带负电的粒子。些带电粒子在低压的作用下进行定向运动，并在运动过程中与气体分子发生碰撞。果动能足够大，则分子中的电子可以从分子中提取为新的自由电子。些电子和离子的定向运动最终构成了电极之间的电流。电流在正常电压下极微弱。试数据为10到19的负功率，这比人类的生物电要小得多，因此通常感觉不到。是，当施加的电压增加一段时间后，空间中的电场强度就足够大了，刚才提到的碰撞电离将产生明显的物理过程。

　　一电子在阳极的运动中与气体分子碰撞，并产生新的电子。们一起继续向阳极移动，这将引起新的碰撞并产生更多的电子。是电子的崩溃。外，在高电场强度下，我们刚刚提到的由正离子撞击阴极表面产生的新电子的数量足以保持初始电子，从而可以维持放电现象。有外部电离因素的参与气流现象当气隙足够长时，大量的正负粒子会辐射光子，而这些辐射源会引起新的空间光电离。个理论很无聊。

　　我们看看示例的应用如何验证理论分析。一点：高强度气体。强电负性，易于捕获自由电子以形成负离子，碰撞电离背后的罪魁祸首被破坏，放电过程无法维持。是，应该强调的是，SF6的绝缘特性在均匀电场和极不均匀电场之间有很大差异。...和真空绝缘。

　　据我们刚刚进行的分析，看来击穿电压是无限的，真空中没有粒子，也不会生成电子。而，实际上，在阴极处发生强场发射，从而产生金属气体和带电粒子。外，当真空距离较大时，电子设备...真空绝缘主要用于断路器。二点是使用障碍。据先前的理论，已知的是，防止气隙中的适当障碍会阻碍带电粒子的运动，并且调节电场的空间分布会增加介质的作用力。合绝缘效果显着，是提高电阻的好方法。
　　是，并非所有具有良好绝缘性能的材料都可以用作复合绝缘材料。实际应用中，还必须考虑其老化（包括热老化和电老化），阻燃性，耐燃弧性，抗机械应力性，介电损耗和其他因素。是为了改善电场的分布，或者为了消除气态介质的电离，已经采取了许多措施，那么可以使用设计和制造的产品吗？或这样一句话：实践是检验真理的唯一标准。
　　果该产品存在绝缘问题，电缆那么在开关设备在加电过程中损坏之前，发现产品的绝缘最初不合格将为时过早。此，最后，需要进行各种绝缘测试以检查并输入绝缘的状态和性能。于结果的影响，隔离测试包括非破坏性和破坏性类型。电阻以外的其他电气性能的无损检测都是在较低的电压下进行的，或者通过其他不会破坏原始绝缘的方法进行。压测试和故障测试等破坏性性质直接使用高压来测试绝缘体承受各种过电压的能力。

　　测试过程中，它可能对测试产品造成不可逆的局部损坏或整体损坏，这具有破坏性。了准确而完整地掌握电气设备的绝缘性能，两种测试都是必不可少的。了避免不必要的损失，在破坏性测试之前要进行非破坏性测试。关柜的一般工厂绝缘测试包括：一次测量2500 V的绝缘电阻，此方法简便易行，用途广泛，可以有效地检测开关柜的湿度。备，重大故障及其他问题；部分放电已成为确定产品质量和预防绝缘的性能测试的重要元素之一，可以有效地检测局部绝缘故障。
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