Phương pháp cải thiện cường độ điện của môi trường khí

Để giảm kích thước của các cơ sở điện, người ta luôn hy vọng rằng chiều dài khoảng cách không khí hoặc khoảng cách cách điện sẽ càng nhỏ càng tốt. Với mục đích này, các biện pháp phải được thực hiện để cải thiện cường độ điện của môi trường khí. Từ quan điểm thực tế, có hai cách để tăng điện áp phân hủy của khoảng cách không khí: một là cải thiện phân phối điện trường trong khe hở không khí để làm cho nó đồng đều nhất có thể; Khác là cố gắng làm suy yếu hoặc ngăn chặn quá trình ion hóa trong môi trường khí. Các phương pháp cụ thể là:

1. Cải thiện hình dạng của điện cực để cải thiện phân phối điện trường

Phân phối điện trường càng đồng đều, cường độ trường phân tích trung bình của khoảng cách không khí càng lớn. Do đó, cường độ điện trường tối đa trong khe hở không khí có thể giảm, phân bố điện trường có thể được cải thiện và điện áp phân hủy của khe hở không khí có thể được tăng lên bằng cách cải thiện hình dạng điện cực (tăng bán kính cong của điện cực, loại bỏ tóc và góc nhọn trên bề mặt của điện cực, v.v.).

Sử dụng che chắn để tăng bán kính cong của điện cực là một phương pháp phổ biến. Lấy khoảng cách không khí "tấm que" với cường độ điện tồi tệ nhất làm ví dụ, nếu một quả bóng kim loại có đường kính thích hợp được lắp đặt ở cuối cột thanh, điện áp phân hủy của khe hở không khí có thể được tăng lên một cách hiệu quả.

Các ổ cắm điện áp cao của nhiều thiết bị điện điện áp cao (chẳng hạn như đầu trên của thanh hướng dẫn ống lót điện áp cao của thiết bị điện) có hình dạng sắc nét, và vỏ che chắn thường được yêu cầu để giảm cường độ trường tối đa trong không gian gần các cửa hàng và tăng cường độ khởi động. Hình dạng và kích thước của nắp che chắn nên được chọn sao cho điện áp khởi động corona của nó lớn hơn điện áp làm việc tối đa của thiết bị với mặt đất. Vỏ che chắn đơn giản nhất tất nhiên là một cột che chắn hình cầu.

Ví dụ về việc áp dụng nguyên tắc che chắn để cải thiện phân phối điện trường trên các đường truyền điện áp cực cao để tăng điện áp khởi động corona bao gồm: các phụ kiện bảo vệ (vòng cân bằng) được lắp đặt trên các chuỗi cách điện của các đường điện áp cực cao và các đường dẫn đường dẫn mở rộng được sử dụng trên các đường dây điện áp cực cao.

2. Sử dụng điện tích không gian để cải thiện phân phối điện trường

Do việc xả corona phải xảy ra trước khi khoảng cách không khí của điện trường cực kỳ không đồng đều bị phá vỡ, trong một số điều kiện nhất định, điện tích không gian được tạo ra bởi chính phóng điện cũng có thể được sử dụng để điều chỉnh và cải thiện phân phối điện trường trong không gian để tăng điện áp phân hủy của khoảng cách không khí. Lấy các khoảng trống không khí "tấm dây" và "dây" làm ví dụ, khi đường kính dây bị giảm xuống một mức độ nhất định, điện áp phá vỡ tần số năng lượng của khe hở không khí sẽ tăng khi giảm đường kính dây, dẫn đến "hiệu ứng dây mỏng". Lý do là lớp điện tích không gian đồng đều được hình thành do xả Corona của dây mỏng có thể cải thiện phân phối điện trường trong khe hở không khí, dẫn đến sự gia tăng điện áp phân hủy; Khi đường kính dây lớn, vì bề mặt dây không thể hoàn toàn mịn, việc xả hình bàn chải sẽ xuất hiện ở một số phần trước khi corona tổng thể đồng nhất xảy ra trên toàn bộ bề mặt, do đó, điện áp phân hủy của nó tương tự như khoảng cách khí "tấm que" hoặc "dây" hoặc "thanh".

3. Sử dụng các rào cản

Vì sự phân bố điện trường trong khoảng cách không khí và quá trình phát triển phóng khí có liên quan chặt chẽ đến việc tạo ra, sự di chuyển và phân phối các hạt tích điện trong không gian khe hở không khí, đặt một rào cản với hình dạng và vị trí phù hợp trong khoảng cách không khí có thể cản trở chuyển động của các hạt tích điện và điều chỉnh điện tích không gian.

Rào cản được làm bằng vật liệu cách nhiệt, nhưng hiệu suất cách nhiệt của chính nó không quan trọng. Điều quan trọng là niêm phong của nó (khả năng chặn các hạt tích điện). Nó thường được cài đặt trong Gap Corona, và bề mặt của nó vuông góc với các đường dây điện.

Ảnh hưởng của hàng rào phụ thuộc vào điện tích không gian của cùng một dấu hiệu với điện cực corona mà nó chặn, do đó có thể giảm cường độ điện trường không gian giữa điện cực corona và hàng rào có thể giảm, do đó tạo ra sự phân bố điện trường của toàn bộ khoảng cách không khí. Mặc dù cường độ điện trường không gian giữa hàng rào và điện cực khác được tăng lên tại thời điểm này, hình dạng điện trường của nó trở nên giống như điện trường đồng đều giữa hai điện cực phẳng, do đó, cường độ điện của toàn bộ khe hở không khí được cải thiện.

Điện áp phân hủy của khoảng cách không khí rào cản có liên quan nhiều đến vị trí lắp đặt của hàng rào. Nếu đó là khoảng cách không khí "dính dính", cả hai điện cực sẽ có xả corona, vì vậy hàng rào nên được lắp đặt gần cả hai điện cực để đạt được kết quả.

Dưới điện áp xung, ảnh hưởng của hàng rào nhỏ hơn vì điện tích không gian tích lũy trên hàng rào là ít hơn tại thời điểm này.

Rõ ràng, rào cản rất khó để đóng một vai trò trong trường hợp điện trường đồng đều hoặc hơi không đồng nhất.

4. Sử dụng áp suất không khí cao

Cường độ điện của không khí ở áp suất bình thường tương đối thấp, khoảng 3 0 kV/cm. Ngay cả khi các biện pháp trên được thực hiện để cải thiện điện trường càng nhiều càng tốt, cường độ trường phân tích trung bình không thể vượt quá giới hạn này. Có thể thấy rằng cường độ điện của không khí ở áp suất bình thường thấp hơn nhiều so với môi trường rắn và chất lỏng nói chung. Tuy nhiên, nếu không khí được nén và áp suất lớn hơn nhiều so với 0,1MPa (1ATM), cường độ điện của nó cũng có thể được cải thiện đáng kể. Điều này chủ yếu là do tăng áp suất không khí có thể làm giảm đáng kể chiều dài đường dẫn tự do của các electron, do đó làm suy yếu và ức chế quá trình ion hóa. Nếu không khí có thể được thay thế bằng một số khí cường độ điện cao (như lưu huỳnh hexafluoride) trong khi sử dụng áp suất cao, có thể đạt được kết quả tốt hơn.

5. Sử dụng khí cường độ điện cao

Trong số nhiều loại khí, một số loại khí có tính điện cao có chứa các nguyên tố halogen [như lưu huỳnh hexafluoride và freon có cường độ điện đặc biệt cao (cao hơn nhiều so với không khí), vì vậy chúng có thể được gọi là khí cường độ điện cao. Sử dụng các khí này để thay thế không khí tất nhiên có thể làm tăng đáng kể điện áp phân hủy của khoảng cách không khí và thậm chí trộn một số khí như vậy vào không khí có thể làm tăng đáng kể cường độ điện của nó.

Cần chỉ ra rằng để loại khí này được áp dụng thực tế trong kỹ thuật, nó không đủ để chỉ dựa vào cường độ điện cao của nó. Chúng cũng phải đáp ứng một số yêu cầu khác, chẳng hạn như: Nhiệt độ hóa lỏng thấp (do đó có thể sử dụng áp suất khí cao cùng một lúc); ② Ổn định hóa học tốt, không dễ phân hủy, đốt hoặc nổ và không tạo ra các chất độc hại khi xuất viện xảy ra trong khí; Không quá khó để sản xuất và không quá đắt.

Có rất ít khí có thể đáp ứng tất cả các yêu cầu trên cùng một lúc. Hiện tại, khí cường độ điện cao duy nhất được sử dụng rộng rãi trong kỹ thuật là SF6 và khí hỗn hợp của nó. Ngoài cường độ điện cao, khí SF6 còn có khả năng dập tắt hồ quang tuyệt vời và các tính chất kỹ thuật liên quan khác cũng khá tốt. Các thiết bị năng lượng khác nhau và các thiết bị điện kết hợp đóng được làm từ khí SF6 như một môi trường cách điện và môi trường dập tắt hồ quang có một loạt các lợi thế nổi bật, chẳng hạn như tiết kiệm đáng kể không gian sàn và khối lượng không gian, vận hành an toàn và đáng tin cậy, lắp đặt và bảo trì đơn giản hóa, v.v., vì vậy triển vọng phát triển rất rộng.

6. Sử dụng chân không cao

Việc sử dụng chân không cao cũng có thể làm suy yếu quá trình ion hóa va chạm trong khoảng cách không khí và làm tăng đáng kể điện áp phân hủy của khoảng cách không khí. Nếu quá trình phân tích trong chân không cao được giải thích hoàn toàn bằng lý thuyết xả khí, điện áp phân hủy kết quả sẽ cực kỳ cao (tại thời điểm này, rất khó để các electron va chạm với các phân tử trung tính khi băng qua khoảng cách giữa các điện cực và rất khó gây ra sự va chạm đủ ion hóa). Tuy nhiên, tình hình thực tế là không như vậy. Khi khoảng cách giữa các điện cực nhỏ, cường độ điện của chân không cao thực sự rất cao và thậm chí có thể vượt quá khí SF6 nén. Tuy nhiên, khi khoảng cách giữa các điện cực tăng lên, điện áp tăng chậm và cường độ điện của nó thấp hơn đáng kể so với cường độ trường phá vỡ của khí nén. Điều này chỉ ra rằng cơ chế phân tích của chân không cao đã thay đổi vào thời điểm này và một quá trình vật lý mới đã xuất hiện, do đó nó không còn có thể được giải thích đơn giản bằng lý thuyết phóng điện trước đó.

Nghiên cứu phân hủy chân không cho thấy rằng khi khoảng cách giữa các điện cực nhỏ, sự phân hủy của chân không cao có liên quan đến phát xạ trường mạnh trên bề mặt cực âm. Dòng điện gây ra bởi nó sẽ gây ra sự sưởi ấm cục bộ của điện cực và giải phóng khí kim loại, làm cho mức độ chân không giảm và gây ra sự cố; Khi khoảng cách giữa các điện cực lớn, sự cố sẽ được gây ra bởi cái gọi là "hiệu ứng điện áp đầy đủ". Tại thời điểm này, khi khoảng cách giữa các điện cực và điện áp phân hủy tăng, các electron có thể tích lũy rất nhiều động năng khi chúng bay từ cực âm qua chân không đến cực dương. Các electron năng lượng cao này sẽ giải phóng các ion và photon dương khi bắn phá bề mặt cực dương, sẽ tăng cường ion hóa bề mặt trên cực âm. Hành động lặp đi lặp lại này sẽ tạo ra ngày càng nhiều dòng điện tử, khiến điện cực bị bốc hơi cục bộ và dẫn đến sự cố khoảng cách. Đây là cái gọi là "hiệu ứng điện áp đầy đủ".

Bởi vì điều này, khi khoảng cách giữa các điện cực tăng lên, cường độ trường phân tích trung bình sẽ trở nên nhỏ hơn và nhỏ hơn. Điện áp phân hủy của khoảng cách chân không có liên quan đến nhiều yếu tố như vật liệu điện cực, hoàn thiện bề mặt và độ sạch (bao gồm cả lượng và loại khí hấp phụ), do đó nó rất phân tán.

Không có nhiều trường hợp thực sự có chân không cao được sử dụng như một môi trường cách điện trong thiết bị điện, chủ yếu là do các môi trường rắn hoặc chất lỏng khác nhau được sử dụng chủ yếu trong cấu trúc cách điện của các thiết bị khác nhau. Họ sẽ dần dần giải phóng khí trong chân không, gây khó khăn cho việc duy trì chân không cao trong một thời gian dài. Hiện tại, chân không cao chỉ được sử dụng trong bộ ngắt mạch chân không. Máy hút bụi không chỉ có hiệu suất cách nhiệt tốt, mà còn có khả năng dập tắt hồ quang mạnh mẽ, vì vậy nó vẫn rất phù hợp cho các bộ ngắt mạch chân không trong mạng lưới phân phối.