Методи за подобряване на електрическата сила на газообразните среди

За да се намали размерът на мощните съоръжения, винаги се надява, че дължината на въздушната пропаст или разстоянието на изолацията ще бъде възможно най -малка. За тази цел трябва да се предприемат мерки за подобряване на електрическата якост на газовата среда. От практическа гледна точка има два начина за увеличаване на напрежението на разрушаване на въздушната празнина: Човек е да се подобри разпределението на електрическото поле във въздушната пропаст, за да се направи възможно най -равномерно; Другото е да се опитате да отслабнете или потискате процеса на йонизация в газовата среда. Специфичните методи са:

1. Подобрете формата на електрода, за да подобрите разпределението на електрическото поле

Колкото по -равномерно е разпределението на електрическото поле, толкова по -голяма е средната сила на полето на разрушаване на въздушната празнина. Следователно, максималната якост на електрическото поле във въздушната празнина може да бъде намалена, разпределението на електрическото поле може да бъде подобрено и напрежението на разрушаване на въздушната пролука може да се увеличи чрез подобряване на формата на електрода (увеличаване на радиуса на кривината на електрода, елиминирайки косата и острите ъгъли на повърхността на електрода и т.н.).

Използването на екраниране за увеличаване на радиуса на кривината на електрода е често срещан метод. Приемане на въздушната празнина на "прът-плоча" с най-лошата електрическа якост като пример, ако в края на стълба на пръта е инсталиран метален топка с подходящ диаметър, напрежението на разрушаването на въздушната празнина може да бъде ефективно увеличено.

Изпусканията с високо напрежение на много електрически устройства с високо напрежение (като горния край на водещия пръст на двигателя на захранването с високо напрежение) имат остри форми, а често се изисква капаци за екраниране, за да се намали максималната сила на полето в пространството в близост до изходите и да се увеличи напрежението на корона. Формата и размерът на екраниращото покритие трябва да бъдат избрани, така че напрежението му за начало на корона да е по -голямо от максималното работно напрежение на устройството към земята. Най -простият екраниращ капак е, разбира се, сферичен екраниращ стълб.

Примери за прилагане на принципа на екраниране за подобряване на разпределението на електрическото поле върху ултрависоко напрежението за пренос на напрежение, за да се увеличи напрежението на корона, включват: защитни фитинги (изравняващи пръстени), инсталирани на изолационни низове на ултра високи линии на напрежение.

2. Използване на космическия заряд за подобряване на разпределението на електрическото поле

Тъй като корона се разряда, преди въздушната пропаст на изключително неравномерно електрическо поле да бъде разбита, при определени условия, зарядът на пространството, генериран от самия разряд, също може да се използва за регулиране и подобряване на разпределението на електрическото поле в пространството, за да се увеличи напрежението на разрушаване на въздушната пропаст. Приемането на пролуките на въздуха "телена плоча" и "телена проводник", когато диаметърът на проводника се намали до известна степен, напрежението на разрушаването на честотата на мощността на въздушната празнина ще се увеличи с намаляването на диаметъра на проводника, което ще доведе до така наречения "тънък ефект". Причината е, че равномерният слой за зареждане, образуван от корона, изпускането на тънката жица, може да подобри разпределението на електрическото поле във въздушната пропаст, което води до увеличаване на напрежението на разрушаване; Когато диаметърът на проводника е голям, тъй като повърхността на проводника не може да бъде абсолютно гладка, корона и изпускане във формата на четка ще се появят в някои части, преди да се появи равномерната обща корона на цялата повърхност, така че напрежението на разрушаването му е подобно на това на въздушната празнина на "пръста" или "пръчка-пръчка".

3. Използване на бариери

Тъй като разпределението на електрическото поле във въздушната празнина и процеса на разработване на газов разряд са тясно свързани с генерирането, движението и разпределението на заредените частици в пространството на въздушната пропаст, поставяйки бариера с подходяща форма и позиция в въздушната пропаст, която може да попречи на движението на заредените частици и да регулира разпределението на пространствения заряд също е ефективен начин за подобряване на електрическата сила на газовата среда.

Бариерата е направена от изолационен материал, но собствената му изолация не е важна. Важното е неговото запечатване (способността за блокиране на заредени частици). Обикновено е инсталиран в коронаната пропаст и повърхността му е перпендикулярна на електрическите линии.

Ефектът на бариерата зависи от космическия заряд на същия знак като короналния електрод, който блокира, така че пространственото електрическо поле между корона електрода и бариерата да бъде намалена, като по този начин се прави разпределението на електрическото поле на цялата униформа на въздушната пропаст. Въпреки че пространственото електрическо поле между бариерата и другия електрод се увеличава по това време, формата му на електрическо поле става по -скоро като равномерното електрическо поле между два плоски електрода, така че електрическата якост на цялата въздушна празнина се подобрява.

Напрежението на разрушаването на бариерната въздушна празнина има много общо с инсталационното положение на бариерата. Ако това е въздушна празнина с "пръчка", и двата електрода ще имат корона, така че бариерата трябва да бъде инсталирана в близост до двата електрода, за да се постигнат резултати.

При импулсно напрежение ефектът на бариерата е по -малък, тъй като в този момент пространственият заряд, натрупан върху бариерата, е по -малък.

Очевидно бариерата е трудна за игра в случай на равномерно или леко нееднородно електрическо поле.

4. Използвайте високо налягане на въздуха

Електрическата якост на въздуха при нормално налягане е сравнително ниска, около 3 0 kV/cm. Дори ако се предприемат горните мерки за подобряване на електрическото поле, доколкото е възможно, средната сила на разрушаване не може да надвиши тази граница. Вижда се, че електрическата якост на въздуха при нормално налягане е много по -ниска от тази на общата твърда и течна среда. Ако обаче въздухът е компресиран и налягането е много по -голямо от 0,1MPa (1ATM), неговата електрическа якост също може да бъде значително подобрена. Това се дължи главно на това, че увеличаването на налягането на въздуха може значително да намали дължината на свободния път на електроните, като по този начин отслабва и инхибира процеса на йонизация. Ако въздухът може да бъде заменен от някои газове с висока якост на електрическа якост (като серен хексафлуорид), докато се използва високо налягане, могат да се постигнат по -добри резултати.

5. Използвайте газ с висока якост на електротехника

Сред многото газове, някои силно електроотрицателни газове, съдържащи халогенни елементи [като сярна хексафлуорид и фрийон, имат особено висока електрическа якост (много по -висока от въздуха), така че те могат да се наричат ​​газове с висока якост на електроенергия. Използването на тези газове за замяна на въздуха може значително да увеличи напрежението на разрушаване на въздушната празнина и дори смесването на някои от такива газове във въздуха може значително да увеличи якостта на електрическата си сила.

Трябва да се отбележи, че за да може този тип газ да се прилага практически в инженерството, не е достатъчно да се разчита единствено на високата си електрическа якост. Те трябва да отговарят и на някои други изисквания, като например: ① Ниска температура на втечняване (за да може да се използва високо налягане на газ в същото време); ② Добра химическа стабилност, не е лесна за разлагане, изгаряне или експлодиране и не се произвежда токсични вещества, когато се извършва изхвърляне в газа; ③ Не е твърде трудно да се произвежда и не е твърде скъпо.

Има много малко газове, които могат да отговарят на всички горепосочени изисквания едновременно. Понастоящем единственият газ с висока якост, който е широко използван в инженерството, е SF6 и неговият смесен газ. В допълнение към високата си електрическа якост, SF6 газът има и отлична способност за гасене на дъга и други свързани технически свойства също са доста добри. Различните електроенергийни оборудване и затворени комбинирани електрически уреди, изработени от SF6 газ като изолационна среда и дъга, погасяваща среда, имат серия от изключителни предимства, като значително спестяване на обем на площ и обем на пространството, безопасна и надеждна работа, опростена инсталация и поддръжка и т.н., така че перспективите за развитие са много широки.

6. Използвайте висок вакуум

Използването на висок вакуум може също да отслаби процеса на йонизация на сблъсък в въздушната пропаст и значително да увеличи напрежението на разрушаване на въздушната празнина. Ако процесът на разбиване във висок вакуум се обясни напълно с теорията на изпускането на газ, полученото напрежение на разрушаване ще бъде изключително високо (в този момент е трудно да се сблъскат с неутрални молекули при преминаване на междуелектродното разстояние и е трудно да се причини достатъчно йонизация на сблъсък). Действителната ситуация обаче не е така. Когато междуелектродното разстояние е малко, електрическата интензивност на високата вакуум наистина е много висока и дори може да надвиши тази на компресирания SF6 газ. Въпреки това, когато междуелектродното разстояние се увеличава, напрежението се увеличава бавно и неговата електрическа интензивност е значително по-ниска от силата на полето на разрушаване на сгъстения газ. Това показва, че механизмът на разпадане на високия вакуум се е променил по това време и се е появил нов физически процес, така че вече не може да се обясни просто с предишната теория на изпускането на газ.

Изследванията за вакуумно разбиване показват, че когато междуелектродното разстояние е малко, разграждането на високата вакуум е свързано със силната емисия на полето върху катодната повърхност. Токът, причинен от него, ще доведе до локално нагряване на електрода и ще освободи металния газ, което ще доведе до спад на вакуумната степен и ще причини срив; Когато междуелектродното разстояние е голямо, разбиването ще бъде причинено от така наречения „ефект на пълно напрежение“. По това време, с увеличаването на междуелектродното разстояние и напрежението на разрушаване, електроните могат да натрупат много кинетична енергия, когато летят от катода през вакуума до анода. Тези високоенергийни електрони ще отделят положителни йони и фотони при бомбардиране на анодната повърхност, което ще засили повърхностната йонизация на катода. Това многократно действие ще доведе до все повече и повече електронен поток, което води до локално изпаряване на електрода и ще доведе до разпадане на пролуката. Това е така нареченият „ефект на пълно напрежение“.

Поради това, с увеличаването на разстоянието между електродното, средната сила на разпадане ще стане по-малка и по-малка. Напрежението на разрушаването на вакуумната пропаст е свързано с много фактори като материал на електрода, повърхностно покритие и чистота (включително количеството и вида на адсорбиран газ), така че е много разпръснато.

Няма много случаи, когато високият вакуум всъщност се използва като изолационна среда в мощното оборудване, главно защото различни твърди или течни среди се използват най -вече в изолационната структура на различно оборудване. Те постепенно ще отделят газ във вакуума, което затруднява поддържането на висок вакуум за дълго време. Понастоящем висок вакуум се използва само във вакуумните прекъсвачи. Vacuum има не само добра изолация, но също така има силна способност за гасене на дъга, така че все още е много подходяща за прекъсвачи на вакуумни вериги в разпределителните мрежи.