基于屏障效应的气固复合绝缘系统工频耐压特性及击穿机理研究

The insulating performances of the commonly used green gases are all much lower than SF6. It is important for the development of green electrical devices to further improve the current gas insulating performances. Inserting a barrier in the gas insulation system can efficiently strengthen the whole performance of the hybrid system. The gas-solid hybrid system is experimentally investigated in this issue with an introduction of the orthogonal design method. The effect of the residual charges on the barrier surface is reduced or controlled and a valid method for measuring the ac withdraw voltage is proposed. The relationships of the ac withdraw voltages with the electrode system dimensions and the uniform coefficient of electric field are built up. The arc developments in air and on the barrier surface are investigated by advanced measurement technologies such as the high speed digital camera and the breakdown mechanism is clarified. Based on the physical behaviors of gas discharges, a numerical model for predicting the ac withdraw voltage between the gas-solid hybrid gap is proposed, with an accepted error for practical application. The results are suitable for different gases, which provide a theoretical basis for the development of green insulation system.

常用的无温室效应气体的绝缘性能都远低于SF6气体，进一步提高现有气体的绝缘性能对发展环保型高压电力设备具有重要的意义。通过在两个电极之间增加隔板所组成的气固复合绝缘方式，可以有效改善气体绝缘间隙的耐压特性。本课题通过引入正交设计方法对这种气固复合绝缘方式进行系统的实验研究，掌握消除或控制隔板表面剩余电荷的影响作用，提出工频击穿电压的有效测量方法；定量掌握隔板的位置、尺寸和材料等因素对不同电极系统工频耐压特性的影响规律，建立工频击穿电压和电极系统结构参数以及电场均匀度系数的关系；利用高速摄像仪等先进测试技术研究电弧在空气和隔板表面的发展过程，揭示电弧发展规律及间隙击穿机理；从基本物理过程出发，建立工频耐压特性的数学物理模型。在满足工程应用的误差内，根据提出的计算模型能够准确预测气固复合绝缘系统的工频击穿电压。研究成果也适用于其他气体绝缘介质，可为环保型绝缘系统的发展提供理论依据。

常用的无温室效应气体的绝缘性能都远低于六氟化硫气体，进一步提高现有气体的绝缘性能对发展环保型高压电力设备具有重要的意义。通过在两个电极之间增加隔板所组成的气固复合绝缘方式，可以有效改善气体绝缘间隙的耐压特性。本课题对这种气固复合绝缘方式进行了系统的实验研究，击穿前隔板表面电荷分布随交变电压呈现动态分布，隔板表面剩余电荷与击穿极性和击穿路径有密切联系，但是对工频击穿电压无显著的影响。得到了隔板的位置、尺寸和材料等因素对不同电极系统工频耐压特性的影响规律，建立了工频击穿电压和电极系统结构参数以及电场均匀度系数等的关系。通过实验对放电击穿路径进行了统计分析，击穿路径主要分为两种类型，其出现的概率与隔板位置有关，两种路径类型的击穿电压十分接近。利用线性回归方法，建立了基于放电击穿路径的击穿电压预测模型。在满足工程应用的误差内，根据提出的计算模型能够准确预测气固复合绝缘系统的工频击穿电压。基于流注击穿判据，提出了一种考虑隔板表面电荷的气固复合绝缘系统工频击穿电压预测方法。研究成果也适用于其他气体绝缘介质，可为环保型绝缘系统的发展提供理论依据。