Méthodes pour améliorer la force électrique des médias gazeux

Afin de réduire la taille des installations d'électricité, on espère toujours que la longueur de l'espace d'air ou la distance d'isolation seront aussi petites que possible. À cette fin, des mesures doivent être prises pour améliorer la résistance électrique du milieu gazeux. D'un point de vue pratique, il existe deux façons d'augmenter la tension de panne de l'espace d'air: l'une consiste à améliorer la distribution du champ électrique dans l'espace d'air pour le rendre aussi uniforme que possible; L'autre consiste à essayer d'affaiblir ou de supprimer le processus d'ionisation dans le milieu gazeux. Les méthodes spécifiques sont:

1. Améliorer la forme de l'électrode pour améliorer la distribution du champ électrique

Plus la distribution du champ électrique est uniforme, plus la résistance moyenne du champ de panne de l'espace aérien est grande. Par conséquent, la résistance maximale du champ électrique dans l'espace d'air peut être réduite, la distribution du champ électrique peut être améliorée et la tension de panne de l'espace d'air peut être augmentée en améliorant la forme de l'électrode (augmentant le rayon de courbure de l'électrode, en éliminant les cheveux et les coins nets à la surface de l'électrode, etc.).

L'utilisation de blindage pour augmenter le rayon de courbure de l'électrode est une méthode courante. En prenant l'espace d'air "plaque de tige" avec la pire résistance électrique à titre d'exemple, si une boule métallique avec un diamètre approprié est installée à l'extrémité du poteau de tige, la tension de panne de l'espace d'air peut être efficacement augmentée.

Les prises à haute tension de nombreux dispositifs électriques à haute tension (tels que l'extrémité supérieure de la tige de guidage de la bague à haute tension) ont des formes pointues, et les couvercles de blindage sont souvent nécessaires pour réduire la résistance au champ maximale dans l'espace près des prises et augmenter le volant de création de la corona. La forme et la taille du couvercle de blindage doivent être sélectionnées afin que sa tension de création de la couronne soit supérieure à la tension de travail maximale de l'appareil au sol. La couverture de blindage la plus simple est bien sûr un poteau de blindage sphérique.

Des exemples d'application du principe de blindage pour améliorer la distribution des champs électriques sur les lignes de transmission à ultra-haute tension pour augmenter la tension de création de la couronne comprennent: les raccords protecteurs (anneaux d'égalisation) installés sur les chaînes d'isolant des lignes de tension ultra-haute et les conducteurs de diamètre élargi utilisés sur les lignes de tension ultra-haute.

2. Utilisation de la charge d'espace pour améliorer la distribution des champs électriques

Étant donné que la décharge de la corona doit se produire avant que l'espace d'air d'un champ électrique extrêmement inégal ne soit décomposé, dans certaines conditions, la charge d'espace générée par la décharge elle-même peut également être utilisée pour ajuster et améliorer la distribution du champ électrique dans l'espace pour augmenter la tension de dégradation de l'espace d'air. En prenant les écarts d'air "plaque de fil" et "fil" comme exemples, lorsque le diamètre du fil est réduit dans une certaine mesure, la tension de panne de la fréquence de puissance de l'espace d'air augmentera avec la réduction du diamètre du fil, ce qui entraîne le soi-disant "effet de fil mince". La raison en est que la couche de charge d'espace uniforme formée par la décharge de la corona du fil mince peut améliorer la distribution du champ électrique dans l'espace d'air, entraînant une augmentation de la tension de panne; Lorsque le diamètre du fil est grand, car la surface du fil ne peut pas être absolument lisse, la couronne et la décharge en forme de brosse apparaîtront dans certaines parties avant que la couronne globale uniforme ne se produise sur toute la surface, de sorte que sa tension de dégradation est similaire à celle de la "plaque de tige" ou du "tige".

3. Utilisation des barrières

Étant donné que la distribution des champs électriques dans l'espace aérien et le processus de développement de la décharge de gaz sont étroitement liés à la génération, au mouvement et à la distribution des particules chargées dans l'espace de l'espace d'espace aérien, plaçant une barrière avec une forme et une position appropriées dans l'espace d'air qui peuvent entraver le mouvement des particules chargées et ajuster la distribution de charge spatiale est également un moyen efficace d'améliorer la résistance électrique chargée.

La barrière est faite de matériel isolant, mais ses propres performances d'isolation ne sont pas importantes. Ce qui est important, c'est son scellement (la capacité de bloquer les particules chargées). Il est généralement installé dans l'espace corona et sa surface est perpendiculaire aux lignes électriques.

L'effet de la barrière dépend de la charge d'espace du même signe que l'électrode de la corona qu'il bloque, de sorte que la résistance spatiale du champ électrique entre l'électrode de la corona et la barrière peut être réduite, ce qui rend la distribution du champ électrique de l'uniforme d'espace d'air entier. Bien que la résistance spatiale du champ électrique entre la barrière et l'autre électrode augmente à ce moment, sa forme de champ électrique ressemble davantage au champ électrique uniforme entre deux électrodes plates, de sorte que la résistance électrique de l'ensemble de l'espace d'air est améliorée.

La tension de panne de l'espace d'air de la barrière a beaucoup à voir avec la position d'installation de la barrière. S'il s'agit d'un espace d'air "bâton-bâton", les deux électrodes auront une décharge de corona, de sorte que la barrière doit être installée près des deux électrodes pour obtenir des résultats.

Sous tension d'impulsion, l'effet de la barrière est plus petit car la charge spatiale accumulée sur la barrière est moins à ce moment.

De toute évidence, la barrière est difficile à jouer un rôle dans le cas d'un champ électrique uniforme ou légèrement non uniforme.

4. Utilisez une pression atmosphérique élevée

La résistance électrique de l'air à la pression normale est relativement faible, environ 3 0 KV / cm. Même si les mesures ci-dessus sont prises pour améliorer le champ électrique autant que possible, la résistance moyenne du champ de panne ne peut pas dépasser cette limite. On peut voir que la résistance électrique de l'air à la pression normale est beaucoup plus faible que celle des milieux solides et liquides généraux. Cependant, si l'air est comprimé et que la pression est bien supérieure à 0,1 MPa (1ATM), sa résistance électrique peut également être considérablement améliorée. Cela est principalement dû au fait que l'augmentation de la pression atmosphérique peut réduire considérablement la longueur des électrons du chemin de libre, affaiblissant et inhibant ainsi le processus d'ionisation. Si l'air peut être remplacé par certains gaz de résistance électrique élevée (comme l'hexafluorure de soufre) tout en utilisant une haute pression, de meilleurs résultats peuvent être obtenus.

5. Utiliser un gaz à forte résistance électrique

Parmi les nombreux gaz, certains gaz hautement électronégatifs contenant des éléments halogènes [tels que l'hexafluorure de soufre et le freon ont une résistance électrique particulièrement élevée (beaucoup plus élevée que l'air), ils peuvent donc être appelés gaz de résistance électrique élevée. L'utilisation de ces gaz pour remplacer l'air peut bien sûr augmenter considérablement la tension de panne de l'espace d'air, et même le mélange de ces gaz dans l'air peut augmenter considérablement sa résistance électrique.

Il convient de souligner que pour que ce type de gaz soit pratiquement appliqué en ingénierie, il ne suffit pas de se fier uniquement à sa forte résistance électrique. Ils doivent également répondre à certaines autres exigences, telles que: ① Basse température de liquéfaction (afin qu'une pression de gaz élevée puisse être utilisée en même temps); ② Bonne stabilité chimique, pas facile à décomposer, brûler ou exploser, et ne pas produire de substances toxiques lorsque le débit se produit dans le gaz; ③ Pas trop difficile à produire et pas trop cher.

Il y a très peu de gaz qui peuvent répondre à toutes les exigences ci-dessus en même temps. À l'heure actuelle, le seul gaz de résistance électrique élevée qui a été largement utilisé dans l'ingénierie est SF6 et son gaz mixte. En plus de sa forte résistance électrique, le gaz SF6 a également une excellente capacité d'extinction d'arc et d'autres propriétés techniques connexes sont également assez bonnes. Divers équipements électriques et appareils électriques combinés fermés en gaz SF6 en tant que milieu isolant et moyen d'extinction d'arc présentent une série d'avantages exceptionnels, tels que l'économie d'espace de plancher et le volume d'espace, un fonctionnement sûr et fiable, une installation et une maintenance simplifiées, etc., afin que les prospects de développement soient très larges.

6. Utilisez un vide élevé

L'utilisation d'un vide élevé peut également affaiblir le processus d'ionisation de collision dans l'espace d'air et augmenter considérablement la tension de dégradation de l'espace d'air. Si le processus de panne dans le vide élevé est complètement expliqué par la théorie de la décharge de gaz, la tension de dégradation résultante sera extrêmement élevée (à ce moment, il est difficile pour les électrons de colliter avec des molécules neutres lors du franchissement de la distance inter-électrode et il est difficile de provoquer une ionisation de collision suffisante). Cependant, la situation réelle n'est pas le cas. Lorsque la distance inter-électrode est petite, l'intensité électrique du vide élevé est en effet très élevée et peut même dépasser celle du gaz SF6 comprimé. Cependant, lorsque la distance inter-électrodes augmente, la tension augmente lentement et son intensité électrique est nettement inférieure à la résistance au champ de panne du gaz comprimé. Cela indique que le mécanisme de dégradation du vide élevé a changé à l'heure actuelle, et un nouveau processus physique est apparu, il ne peut donc plus être expliqué par la théorie de la décharge de gaz précédente.

Les recherches sur la dégradation du vide montrent que lorsque la distance inter-électrodes est petite, la dégradation du vide élevé est liée à la forte émission de champ sur la surface de la cathode. Le courant causé par celui-ci provoquera un chauffage local de l'électrode et libère le gaz métallique, ce qui fait baisser le degré de vide et provoque une rupture; Lorsque la distance inter-électrodes est grande, la panne sera causée par le soi-disant «effet de tension complète». À l'heure actuelle, à mesure que la distance inter-électrode et la tension de panne augmentent, les électrons peuvent accumuler beaucoup d'énergie cinétique lorsqu'ils volent de la cathode à travers le vide jusqu'à l'anode. Ces électrons à haute énergie libèrent des ions et des photons positifs lors de la bombardement de la surface de l'anode, qui renforcera l'ionisation de surface sur la cathode. Cette action répétée produira de plus en plus de débit d'électrons, ce qui fait que l'électrode est vaporisée localement et conduisant à la rupture de l'écart. Il s'agit du soi-disant "effet de tension complet".

Pour cette raison, à mesure que la distance inter-électrode augmente, la résistance moyenne du champ de dégradation deviendra de plus en plus petite. La tension de panne de l'espace est liée à de nombreux facteurs tels que le matériau d'électrode, la finition de surface et la propreté (y compris la quantité et le type de gaz adsorbé), il est donc très dispersé.

Il n'y a pas beaucoup de cas où le vide élevé est réellement utilisé comme milieu isolant dans l'équipement électrique, principalement parce que divers milieux solides ou liquides sont principalement utilisés dans la structure d'isolation de divers équipements. Ils libéreront progressivement du gaz dans le vide, ce qui rend difficile le maintien du vide élevé pendant longtemps. À l'heure actuelle, le vide élevé n'est utilisé que dans les disjoncteurs à vide. Le vide a non seulement de bonnes performances d'isolation, mais a également une forte capacité d'extinction d'arc, il est donc toujours très adapté aux disjoncteurs de circuit sous vide dans les réseaux de distribution.