Métodos para mejorar la resistencia eléctrica de los medios gaseosos

Para reducir el tamaño de las instalaciones de energía, siempre se espera que la longitud del espacio de aire o la distancia de aislamiento sea lo más pequeña posible. Para este propósito, se deben tomar medidas para mejorar la resistencia eléctrica del medio de gas. Desde un punto de vista práctico, hay dos formas de aumentar el voltaje de descomposición del espacio de aire: una es mejorar la distribución del campo eléctrico en el espacio de aire para que sea lo más uniforme posible; El otro es tratar de debilitar o suprimir el proceso de ionización en el medio de gas. Los métodos específicos son:

1. Mejore la forma del electrodo para mejorar la distribución del campo eléctrico

Cuanto más uniforme sea la distribución del campo eléctrico, mayor será la resistencia al campo de desglose promedio del espacio de aire. Por lo tanto, se puede reducir la máxima resistencia al campo eléctrico en el espacio de aire, se puede mejorar la distribución del campo eléctrico y el voltaje de descomposición del espacio de aire se puede aumentar mejorando la forma del electrodo (aumentando el radio de curvatura del electrodo, eliminando el cabello y las esquinas afiladas en la superficie del electrodo, etc.).

El uso de blindaje para aumentar el radio de curvatura del electrodo es un método común. Tomando el espacio de aire "plato de varilla" con la peor resistencia eléctrica como ejemplo, si se instala una bola de metal con un diámetro apropiado al final del poste de la barra, el voltaje de descomposición del espacio de aire se puede aumentar de manera efectiva.

Las salidas de alto voltaje de muchos dispositivos eléctricos de alto voltaje (como el extremo superior de la varilla de guía de buje de alto voltaje del equipo de alimentación) tienen formas afiladas, y a menudo se requieren cubiertas de blindaje para reducir la máxima resistencia al campo en el espacio cerca de las salidas y aumentar el voltaje de inicio de corona. La forma y el tamaño de la cubierta de blindaje deben seleccionarse para que su voltaje de inicio de corona sea mayor que el voltaje de trabajo máximo del dispositivo al suelo. La cubierta de blindaje más simple es, por supuesto, un polo de blindaje esférico.

Ejemplos de aplicar el principio de blindaje para mejorar la distribución del campo eléctrico en las líneas de transmisión de voltaje ultra alto para aumentar el voltaje de inicio de Corona incluyen: accesorios protectores (anillos de igualación) instalados en cadenas de aislantes de líneas de voltaje ultra-alto y conductores de diámetro expandido utilizados en líneas de voltaje de ultraza ultra.

2. Uso de la carga espacial para mejorar la distribución del campo eléctrico

Dado que la descarga de corona debe ocurrir antes de que el espacio de aire del campo eléctrico extremadamente desigual se descomponga, bajo ciertas condiciones, la carga espacial generada por la descarga en sí también puede usarse para ajustar y mejorar la distribución del campo eléctrico en el espacio para aumentar el voltaje de descomposición del espacio de aire. Tomando los espacios de aire "placa de alambre" y "alambre de alambre" como ejemplos, cuando el diámetro del cable se reduce en cierta medida, el voltaje de ruptura de frecuencia de potencia del espacio de aire aumentará con la reducción del diámetro del cable, lo que resulta en el llamado "efecto delgado del cable". La razón es que la capa de carga espacial uniforme formada por la descarga de corona del cable delgado puede mejorar la distribución del campo eléctrico en el espacio de aire, lo que resulta en un aumento en el voltaje de ruptura; Cuando el diámetro del cable es grande, ya que la superficie del cable no puede ser absolutamente lisa, la descarga de corona y en forma de pincel aparecerá en algunas partes antes de que ocurra la corona general uniforme en toda la superficie, por lo que su voltaje de descomposición es similar al del espacio de aire "de barra de varilla" o "barra de varilla".

3. Uso de barreras

Dado que la distribución del campo eléctrico en el espacio de aire y el proceso de desarrollo de la descarga de gas están estrechamente relacionados con la generación, el movimiento y la distribución de las partículas cargadas en el espacio del espacio de aire, colocar una barrera con una forma y posición adecuadas en el espacio de aire que puede obstaculizar el movimiento de las partículas cargadas y ajustar la distribución de la carga espacial también es una forma efectiva para mejorar la resistencia eléctrica del medio de gas.

La barrera está hecha de material aislante, pero su propio rendimiento de aislamiento no es importante. Lo importante es su sellado (la capacidad de bloquear partículas cargadas). Generalmente se instala en el espacio de corona, y su superficie es perpendicular a las líneas eléctricas.

El efecto de la barrera depende de la carga espacial del mismo signo que el electrodo de corona que bloquea, de modo que la intensidad del campo eléctrico espacial entre el electrodo de corona y la barrera se puede reducir, lo que hace que la distribución del campo eléctrico sea uniforme de todo el espacio de aire. Aunque la intensidad del campo eléctrico espacial entre la barrera y el otro electrodo aumenta en este momento, su forma de campo eléctrico se vuelve más como el campo eléctrico uniforme entre dos electrodos planos, por lo que se mejora la resistencia eléctrica de todo el espacio de aire.

El voltaje de desglose del espacio de aire de barrera tiene mucho que ver con la posición de instalación de la barrera. Si se trata de un espacio de aire de "palo de palo", ambos electrodos tendrán descarga de corona, por lo que la barrera debe instalarse cerca de ambos electrodos para lograr resultados.

Bajo voltaje de impulso, el efecto de la barrera es menor porque la carga espacial acumulada en la barrera es menor en este momento.

Obviamente, la barrera es difícil de desempeñar un papel en el caso de un campo eléctrico uniforme o ligeramente no uniforme.

4. Use la presión de aire alta

La resistencia eléctrica del aire a presión normal es relativamente baja, aproximadamente 3 0 kv/cm. Incluso si se toman las medidas anteriores para mejorar el campo eléctrico tanto como sea posible, la resistencia al campo de descomposición promedio no puede exceder este límite. Se puede ver que la resistencia eléctrica del aire a presión normal es mucho menor que la de los medios sólidos y líquidos generales. Sin embargo, si el aire se comprime y la presión es mucho mayor que 0.1MPa (1ATM), su resistencia eléctrica también puede mejorarse significativamente. Esto se debe principalmente a que aumentar la presión del aire puede reducir en gran medida la longitud de la ruta libre de los electrones, debilitando e inhibiendo así el proceso de ionización. Si el aire puede ser reemplazado por algunos gases de alta resistencia eléctrica (como el hexafluoruro de azufre) mientras usa alta presión, se pueden lograr mejores resultados.

5. Use gas de alta resistencia eléctrica

Entre los muchos gases, algunos gases altamente electronegativos que contienen elementos halógenos [como el hexafluoruro de azufre y el freón tienen una resistencia eléctrica particularmente alta (mucho más alta que el aire), por lo que pueden llamarse gases de alta resistencia eléctrica. El uso de estos gases para reemplazar el aire, por supuesto, puede aumentar en gran medida el voltaje de descomposición del espacio de aire, e incluso mezclar algunos de estos gases en el aire puede aumentar significativamente su resistencia eléctrica.

Cabe señalar que para que este tipo de gas se aplique prácticamente en ingeniería, no es suficiente para confiar únicamente en su alta resistencia eléctrica. También deben cumplir con ciertos otros requisitos, tales como: ① Temperatura de licuefacción baja (de modo que se puede usar una alta presión de gas al mismo tiempo); ② Buena estabilidad química, no es fácil descomponer, quemar o explotar, y no producir sustancias tóxicas cuando la descarga ocurre en el gas; ③ No es demasiado difícil de producir y no demasiado caro.

Hay muy pocos gases que puedan cumplir con todos los requisitos anteriores al mismo tiempo. En la actualidad, el único gas de alta resistencia eléctrica que se ha utilizado ampliamente en la ingeniería es SF6 y su gas mixto. Además de su alta resistencia eléctrica, el gas SF6 también tiene una excelente capacidad de extinción de arco y otras propiedades técnicas relacionadas también son bastante buenas. Varios equipos de energía y electrodomésticos de combinación cerrada hechos de gas SF6 como medio aislante y medio extinguiendo arco tienen una serie de ventajas sobresalientes, como ahorrar en gran medida el espacio en el piso y el volumen de espacio, operación segura y confiable, instalación y mantenimiento simplificados, etc., por lo que las perspectivas de desarrollo son muy amplias.

6. Use alto vacío

El uso del alto vacío también puede debilitar el proceso de ionización de colisión en el espacio de aire y aumentar significativamente el voltaje de descomposición del espacio de aire. Si el proceso de desglose en altos vacío se explica completamente por la teoría de la descarga de gas, el voltaje de desglose resultante será extremadamente alto (en este momento, es difícil que los electrones colisionen con moléculas neutras al cruzar la distancia entre electrodos, y es difícil causar suficiente ionización de colisión). Sin embargo, la situación real no es así. Cuando la distancia entre electrodos es pequeña, la intensidad eléctrica del alto vacío es realmente muy alta e incluso puede exceder la del gas SF6 comprimido. Sin embargo, cuando aumenta la distancia entre electrodos, el voltaje aumenta lentamente y su intensidad eléctrica es significativamente menor que la resistencia al campo de descomposición del gas comprimido. Esto indica que el mecanismo de desglose del alto vacío ha cambiado en este momento, y ha surgido un nuevo proceso físico, por lo que ya no puede explicarse simplemente por la teoría anterior de descarga de gas.

La investigación de la descomposición del vacío muestra que cuando la distancia entre electrodos es pequeña, la descomposición del alto vacío está relacionada con la fuerte emisión de campo en la superficie del cátodo. La corriente causada por él causará calentamiento local del electrodo y liberará gas metálico, lo que hace que el grado de vacío caiga y cause descomposición; Cuando la distancia entre electrodos es grande, la descomposición será causada por el llamado "efecto de voltaje completo". En este momento, a medida que aumentan la distancia entre electrodos y el voltaje de descomposición, los electrones pueden acumular mucha energía cinética cuando vuelan desde el cátodo a través del vacío hasta el ánodo. Estos electrones de alta energía liberarán iones y fotones positivos al bombardear la superficie del ánodo, lo que fortalecerá la ionización de la superficie en el cátodo. Esta acción repetida producirá más y más flujo de electrones, lo que hace que el electrodo se vaporice localmente y conduzca a la descomposición de la brecha. Este es el llamado "efecto de voltaje completo".

Debido a esto, a medida que aumenta la distancia entre electrodos, la intensidad promedio del campo de descomposición se volverá cada vez más pequeña. El voltaje de desglose del espacio de vacío está relacionado con muchos factores, como el material del electrodo, el acabado superficial y la limpieza (incluida la cantidad y el tipo de gas adsorbido), por lo que está muy disperso.

No hay muchos casos en los que realmente se use al alto vacío como medio aislante en equipos de energía, principalmente porque varios medios sólidos o líquidos se usan principalmente en la estructura de aislamiento de varios equipos. Liberarán gradualmente el gas en el vacío, lo que dificulta mantener un alto vacío durante mucho tiempo. En la actualidad, el alto vacío solo se usa en interruptores de circuitos de vacío. El vacío no solo tiene un buen rendimiento de aislamiento, sino que también tiene una fuerte capacidad de extinción de arco, por lo que todavía es muy adecuado para los interruptores de circuitos de vacío en las redes de distribución.