気体媒体の電気強度を改善する方法

電力施設のサイズを縮小するために、エアギャップの長さまたは断熱距離が可能な限り小さくなることが常に期待されています。この目的のために、ガス媒体の電気強度を改善するための対策を講じる必要があります。実用的な観点から、エアギャップの分解電圧を上げる2つの方法があります。1つは、エアギャップの電界分布を改善して、できるだけ均一にすることです。もう1つは、ガス媒体のイオン化プロセスを弱めたり抑制したりすることです。特定の方法は次のとおりです。

1。電極の形状を改善して、電界分布を改善する

電界分布が均一になればなるほど、エアギャップの平均分解電場強度が大きくなります。したがって、エアギャップの最大電界強度を減らし、電界分布を改善し、電極の形状を改善することでエアギャップの分解電圧を上げることができます（電極の曲率半径を増加させ、電極の表面の髪と鋭い角を除去します）。

シールドを使用して電極の曲率半径を増加させることは一般的な方法です。最悪の電気強度を備えた「ロッドプレート」エアギャップを例にとると、適切な直径の金属ボールがロッドポールの端に設置されている場合、エアギャップの分解電圧が効果的に増加する可能性があります。

多くの高電圧電気装置（電力機器の高電圧ブッシングガイドロッドの上端など）の高電圧コンセントには鋭い形状があり、アウトレット近くの空間の最大電界強度を低減し、コロナの挿入電圧を上げるには、しばしばシールドカバーが必要です。シールドカバーの形状とサイズを選択して、コロナインセプション電圧がデバイスの最大作業電圧よりも大きくなるようにする必要があります。最も単純なシールドカバーは、もちろん球面シールドポールです。

シールド原理を適用して、超高電圧伝送ラインの電界分布を改善してコロナのインセプション電圧を増加させる例は、次のものを含みます。

2。電界分布を改善するために空間充電を使用する

非常に不均一な電界のエアギャップが分解される前にコロナ排出が発生しなければならないため、特定の条件下では、放電自体によって生成された空間電荷を使用して、空間の電界分布を調整および改善して、エアギャップの分解電圧を増加させることもできます。 「ワイヤプレート」と「ワイヤワイヤ」の空気の隙間を例として取り、ワイヤの直径がある程度減少すると、ワイヤの直径の減少とともにエアギャップの電力周波数分解電圧が増加し、いわゆる「薄いワイヤ効果」が生じます。その理由は、薄いワイヤのコロナ放電によって形成された均一な空間電荷層が、エアギャップの電界分布を改善し、故障電圧の増加をもたらすためです。ワイヤの直径が大きい場合、ワイヤの表面が絶対に滑らかになることができないため、コロナとブラシ型の放電は、均一なコロナ全体が表面全体で発生する前に、一部の部分に現れます。そのため、その分解電圧は「ロッドプレート」または「ロッドロッド」エアギャップのそれに似ています。

3。障壁の使用

エアギャップの電界分布とガス放電の開発プロセスは、エアギャップ空間での荷電粒子の生成、移動、および分布に密接に関連しているため、荷電粒子の動きを妨げ、空間電荷分布を調整できるエアギャップに適切な形状と位置を備えた障壁を配置することも、ガス媒体の電気強度を改善する効果的な方法です。

障壁は断熱材で作られていますが、独自の断熱性能は重要ではありません。重要なのは、そのシーリング（荷電粒子をブロックする能力）です。通常、コロナギャップに設置されており、その表面は電線に垂直です。

バリアの効果は、コロナ電極と同じ符号の空間電荷に依存しているため、コロナ電極とバリアの間の空間電界強度を減らすことができ、それによりエアギャップ均一な均一な電界分布を作ります。現時点では、バリアと他の電極間の空間電界強度は増加していますが、その電界形状は2つの平らな電極間の均一な電界に似ているため、エアギャップ全体の電気強度が改善されます。

バリアエアギャップの故障電圧は、バリアの設置位置に大きく関係しています。 「スティックスティック」エアギャップの場合、両方の電極がコロナ放電するため、結果を達成するために両方の電極の近くに障壁を設置する必要があります。

インパルス電圧下では、バリアに蓄積された空間電荷が現時点では少ないため、バリアの効果は小さくなります。

明らかに、障壁は、均一またはわずかに不均一な電界の場合に役割を果たすことが困難です。

4.高い空気圧を使用します

通常の圧力での空気の電気強度は比較的低く、約3 0 kV/cmです。可能な限り電界を改善するために上記の測定が行われたとしても、平均分解面の強度はこの制限を超えることはできません。通常の圧力での空気の電気強度は、一般的な固体および液体媒体の電気強度よりもはるかに低いことがわかります。ただし、空気が圧縮され、圧力が0.1MPa（1ATM）をはるかに大きい場合、その電気強度も大幅に改善できます。これは主に、空気圧を上げると電子の自由経路の長さを大幅に減らし、それによりイオン化プロセスを弱め、阻害するためです。高圧を使用しながら、空気をいくつかの高電気強度ガス（硫黄ヘキサフロリドなど）に置き換えることができる場合、より良い結果を達成できます。

5.高電気強度ガスを使用します

多くのガスの中で、ハロゲン元素を含むいくつかの高電気陰性ガス[硫黄ヘキサフルオリドやフレオンなど、特に高い電気強度（空気よりもはるかに高い）があるため、高電力ガスと呼ばれます。これらのガスを使用して空気を交換すると、もちろんエアギャップの故障電圧が大幅に増加する可能性があり、そのようなガスの一部を空気に混ぜることで、電気強度を大幅に増加させることができます。

このタイプのガスをエンジニアリングに実際に適用するには、高い電気強度だけに依存するだけでは不十分であることを指摘する必要があります。また、次のような特定の他の要件を満たす必要があります。 commition良好な化学物質の安定性、分解、燃焼、爆発は容易ではなく、ガスで排出が発生したときに有毒物質を生成しない。 burderを生産するのがそれほど難しくなく、高価ではありません。

上記のすべての要件を同時に満たすことができるガスはほとんどありません。現在、エンジニアリングで広く使用されている唯一の高電気強度ガスは、SF6とその混合ガスです。 SF6ガスには、その高い電気強度に加えて、優れたアーク消滅能力もあり、他の関連する技術特性も非常に優れています。 SF6ガスで作られたさまざまな電力機器と閉じた組み合わせの電化製品は、断熱媒体およびアーク消火媒体として作られています。床のスペースとスペースボリューム、安全で信頼性の高い操作、簡素化された設置とメンテナンスなど、大幅に節約できる一連の優れた利点があります。

6.高い真空を使用します

高い真空を使用すると、エアギャップの衝突イオン化プロセスが弱まり、エアギャップの分解電圧が大幅に増加する可能性があります。高い真空中の故障プロセスがガス放電理論によって完全に説明される場合、結果として得られる分解電圧は非常に高くなります（現時点では、電子間距離を通過するときに電子が中性分子と衝突することは困難であり、十分な衝突イオン化を引き起こすことは困難です）。ただし、実際の状況はそうではありません。電極間距離が小さい場合、高真空の電気強度は実際に非常に高く、圧縮されたSF6ガスの電気強度さえ超えています。ただし、電極間距離が増加すると、電圧はゆっくりと増加し、その電気強度は圧縮ガスの分解電場強度よりも大幅に低くなります。これは、現時点で高い真空の故障メカニズムが変化し、新しい物理的プロセスが現れたことを示しているため、以前のガス放電理論では単純に説明することはできません。

真空崩壊の研究により、電極間距離が小さい場合、高い真空の故障はカソード表面の強い磁場放射に関連していることが示されています。それによって引き起こされる電流は、電極の局所加熱を引き起こし、金属ガスを放出し、真空度が低下して故障を引き起こします。電極間距離が大きい場合、故障はいわゆる「完全な電圧効果」によって引き起こされます。この時点で、電極間距離と分解電圧が増加すると、電子はカソードから真空を越えてアノードまで飛ぶと、多くの運動エネルギーを蓄積する可能性があります。これらの高エネルギー電子は、アノード表面を砲撃すると陽性イオンと光子が放出され、カソードの表面イオン化が強化されます。この繰り返しの作用により、電子の流れがますます生成され、電極が局所的に蒸発し、ギャップの分解につながります。これはいわゆる「完全電圧効果」です。

このため、電極間距離が増加するにつれて、平均分解面の強度はますます小さくなります。真空ギャップの分解電圧は、電極材料、表面仕上げ、清潔さ（吸着ガスの量と種類を含む）などの多くの要因に関連しているため、非常に分散しています。

主にさまざまな装置の断熱構造でさまざまな固体または液体培地が使用されているため、高真空が実際に電力機器の絶縁媒体として使用される場合は多くありません。彼らは徐々に真空でガスを放出し、長い間高い真空を維持することを困難にします。現在、高真空は真空回路ブレーカーでのみ使用されています。真空は断熱性の良いパフォーマンスを備えているだけでなく、強力なアーク消滅能力もあるため、流通ネットワークの真空回路ブレーカーには依然として非常に適しています。