大氣條件對(duì)氣隙擊穿電壓的影響及其校正

【模塊描述】本模塊介紹氣體溫度、氣體壓力、氣體濕度對(duì)氣隙擊穿電壓的影響。通過(guò)原理講解、圖表曲線(xiàn)示意，計(jì)算舉例，了解大氣條件對(duì)氣隙擊穿電壓的影響、海拔高度對(duì)氣隙放電電壓的影響及如何校正放電電壓。

【正文】

一、大氣校正因數(shù)

空氣間隙的擊穿電壓以及電氣設(shè)備外絕緣的閃絡(luò)電壓都與大氣壓力、溫度、濕度等大氣條件有關(guān)。為了比較不同大氣條件下的放電電壓，我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了標(biāo)準(zhǔn)大氣條件：溫度t₀=20℃，壓力P₀=101.3kPa，絕對(duì)濕度h₀=1lg/m³。規(guī)程規(guī)定的試驗(yàn)電壓均為標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下的數(shù)值。

試驗(yàn)表明，大氣中空氣間隙的擊穿電壓和絕緣子的閃絡(luò)電壓隨空氣密度的增大而提高，這是由于空氣密度增大時(shí)電子的平均自由行程縮短，運(yùn)動(dòng)中所積累的動(dòng)能較小，不易造成碰撞游離所致。

濕度對(duì)放電電壓的影響比較復(fù)雜。濕度增大時(shí)，空氣中所含的水分子增加，由于水分子的電負(fù)性較大，容易捕獲自由電子形成負(fù)離子，使其游離能力下降，所以間隙的擊穿電壓包括絕緣子的閃絡(luò)電壓隨濕度的增大而增大。但當(dāng)空氣的絕對(duì)濕度很高，在固體絕緣表面出現(xiàn)凝露現(xiàn)象時(shí)，沿固體絕緣表面的閃絡(luò)電壓將隨濕度的增大而降低。在均勻電場(chǎng)或稍不均勻電場(chǎng)間隙中，空氣的放電電壓隨濕度的增加而增大的程度很小，可以忽略不計(jì)。但濕度對(duì)極不均勻電場(chǎng)的放電過(guò)程有較明顯的影響，應(yīng)進(jìn)行濕度的校正。

利用校正因數(shù)可以將標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下的放電電壓與試驗(yàn)條件下的放電電壓進(jìn)行相互換算。試驗(yàn)時(shí)的放電電壓U與標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下的放電電壓U₀間的換算關(guān)系為

U=K_tU₀    (TYBZ01402010-1)

式中K_t——大氣校正因數(shù)，其值為空氣密度校正因數(shù)K₁與空氣濕度校正因數(shù)K₂的乘積。

1.空氣密度校正因數(shù)K₁

空氣密度校正因數(shù)K₁取決于相對(duì)空氣密度δ，其表達(dá)式如下

K₁=δ^m                         (TYBZ01402010-2)

當(dāng)大氣壓力為p(kPa)、溫度為t(℃)時(shí)，相對(duì)空氣密度為

2.濕度校正因數(shù)K₂

    K₂=K^w                           （TYBZ01402010-4）

K為系數(shù)，其值取決于試驗(yàn)電壓的種類(lèi)，且為絕對(duì)濕度h與相對(duì)空氣密度δ的比率h/δ的函數(shù)，可用圖TYBZ01402010-1的曲線(xiàn)近似求取。

3.指數(shù)m和W

m和W的近似值由圖TYBZ01402010-2求取，圖中引入?yún)?shù)g，其計(jì)算式如下

式中 U_b ——實(shí)際大氣條件下50%破壞性放電電壓的測(cè)量值或估算值，kV，耐受電壓試驗(yàn)時(shí)可假定為1.1倍試驗(yàn)電壓值；

L——試品最小放電路徑，m；

δ、K——實(shí)際的空氣相對(duì)密度及濕度校正因數(shù)式中的參數(shù)。

二、海拔高度的影響

隨著海拔高度增加，大氣壓力下降，空氣密度減小，因此電氣設(shè)備外絕緣的放電電壓也隨之下降。在海拔1000～4000m的范圍內(nèi)，海拔每升高100m，絕緣強(qiáng)度約降1%。考慮到這一點(diǎn)，對(duì)擬用于海拔高于1000m，但不超過(guò)4000m 處的設(shè)備外絕緣及干式變壓器的絕緣，在平原地區(qū)進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，其試驗(yàn)電壓應(yīng)為標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下的試驗(yàn)電壓U₀乘以海拔校正系數(shù)K_a，即

式中  H——設(shè)備安裝地點(diǎn)的海拔高度，m。

例 擬用于海拔H為3500m高原地區(qū)的10kV變電站的母線(xiàn)支柱絕緣子，平原地區(qū)的制造廠在標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下對(duì)其進(jìn)行1min干工頻耐壓試驗(yàn)時(shí)，試驗(yàn)電壓應(yīng)為多少？

解：10kV母線(xiàn)支柱絕緣子的Imin干工頻耐受電壓U₀為42kV，則在平原地區(qū)進(jìn)行1min干工頻耐受電壓試驗(yàn)時(shí)，其試驗(yàn)電壓應(yīng)為

【思考與練習(xí)】

1.濕度對(duì)空氣間隙的擊穿電壓有何影響？

2.某母線(xiàn)支柱絕緣子擬用于海拔4000m的高原地區(qū)的35kV變電站，問(wèn)平原地區(qū)的制造廠在標(biāo)準(zhǔn)參考大氣條件下進(jìn)行Imin干工頻耐受電壓試驗(yàn)時(shí)(規(guī)程規(guī)定的干工頻耐受電壓為100kV)，其試驗(yàn)電壓應(yīng)為多少？