駱偉強(qiáng)

（廣州市電力工程有限公司，廣東 廣州 510000）

試論高壓電場(chǎng)燃弧放電體驗(yàn)措施

駱偉強(qiáng)

（廣州市電力工程有限公司，廣東 廣州 510000）

現(xiàn)通過觀察高壓電場(chǎng)絕緣擊穿至穩(wěn)定燃弧的全過程，體會(huì)氣體導(dǎo)電、放電的過程，了解交流電弧特性、燃燒機(jī)理以及滅弧的方法。讓體驗(yàn)者通過在10kV母線不同相之間接入絕緣棒，分別在絕緣棒干燥完整、表面有嚴(yán)重劃痕和表面濕潤(rùn)的情況下觀察沿面放電情況，體會(huì)合格的絕緣棒對(duì)設(shè)備、人身安全的重要性。

變壓器；絕緣材料；措施

1 體驗(yàn)裝置簡(jiǎn)要說明

通過一臺(tái)容量為50kVA變壓器取380/220市電輸出10kV電壓工頻交流電到10kV母線，改變被測(cè)物間隙距離，使間隙起弧擊穿并產(chǎn)生穩(wěn)定燃弧，感受氣體絕緣的擊穿、穩(wěn)定燃弧的過程，了解交流電弧的產(chǎn)生和熄滅過程，明白其機(jī)理以及熄滅電弧的方法。分別每相母線間接入各種絕緣棒來(lái)觀察、體驗(yàn)在有缺陷絕緣棒表面的沿面放電。

2 裝置使用說明

（1）10kV母線B相必須接地，體驗(yàn)相接在A相或C相。（2）時(shí)間繼電器整定為10秒左右。（3）導(dǎo)電物體提升裝置降到最低點(diǎn)。（4）合上觸電裝置的空氣開關(guān)。（5）按下“開始”按鈕，380V側(cè)電源使10kV母線帶電。（6）調(diào)節(jié)上升物體與母線上帶電球距離，使其起弧并調(diào)大間距拉大弧長(zhǎng)直到電弧穩(wěn)定燃燒。（7）分別采用吹風(fēng)（降溫和拉長(zhǎng)電?。┘霸诨∠吨屑尤霚缁牛ㄗ冮L(zhǎng)弧為短弧）滅弧，觀察滅弧過程。（8）按下“斷開”按鈕，裝置輸出電源斷電。（9）將物體提升裝置降到原有位置。（10）斷開裝置380V電源。

沿面放電：（1）拉開升壓變壓器低壓側(cè)電源；（2）10kV母線驗(yàn)電，三相母線接地；（3）在10kV母線AB兩相之間接入合格的絕緣棒；（4）合上升壓變壓器低壓側(cè)電源，使10kV母線處于帶電狀態(tài)，此時(shí)觀察絕緣棒應(yīng)不存在放電現(xiàn)象；（5）重復(fù)以上過程，分別接入帶有劃痕的絕緣棒以及表面濕潤(rùn)的絕緣棒，觀察絕緣棒沒面放電現(xiàn)象；（6）試驗(yàn)結(jié)束后，斷開所有電源并將10kV母線各相接地。

3 裝置原理（見下圖）

通過一臺(tái)容量為50kVA配電變壓器，將三相四線380V電壓市電輸入低壓側(cè)而產(chǎn)生10kV不接地系統(tǒng)電壓，采用高壓側(cè)B相接地方式使A、C兩相對(duì)地間產(chǎn)生10kV對(duì)地電壓。合上380V電源，指示燈亮，按下合閘按鈕，交流接觸器動(dòng)作，變壓器受電。裝置設(shè)有緊急分閘按鈕、時(shí)間限制的保護(hù)，時(shí)間繼電器從0-999秒檔可調(diào)時(shí)間。

4 專業(yè)理論知識(shí)點(diǎn)

4.1 高壓工頻電場(chǎng)中的電弧產(chǎn)生機(jī)理及滅弧過程

包裹于地球表面的空氣是一種電介質(zhì)，由78%氮?dú)狻?1%氧氣及1%其它氣體所組成，這些氣體都以單質(zhì)或化合物分子所構(gòu)成的粒子形式存在。通常這些粒子不帶電，海平面附近潔凈空氣的介電強(qiáng)度約為30kV/cm。若空氣中的中性質(zhì)點(diǎn)不電離，空氣能呈現(xiàn)較好的絕緣性能，暴露在空氣中的電氣設(shè)備，就是靠空氣的絕緣特性來(lái)保證其不同電位間的絕緣的。

空氣中的中性質(zhì)點(diǎn)在電場(chǎng)的作用下或在具有一定動(dòng)能的運(yùn)動(dòng)粒子碰撞下都可以發(fā)生游離或電離，使中性質(zhì)點(diǎn)分離出一個(gè)電子和一個(gè)正離子。由于離子的質(zhì)量數(shù)千倍于電子，電子極為容易在電場(chǎng)力的作用下獲得極大的加速度，進(jìn)而或去撞擊其它的中性質(zhì)點(diǎn)使其分離，或是附著在中性質(zhì)點(diǎn)上使其變?yōu)樨?fù)離子。因此隨著中性質(zhì)點(diǎn)發(fā)生游離處的正離子濃度不斷增加，該處的空氣電介質(zhì)強(qiáng)度就不斷減小，當(dāng)空氣的電介質(zhì)強(qiáng)度小于其所在處的鄰近電場(chǎng)強(qiáng)度時(shí)就會(huì)發(fā)生氣體放電。放電氣隙中聚集著大量離子，電弧放電電壓隨著降低。正離子可以和電子或負(fù)離子復(fù)合再次成為中性質(zhì)點(diǎn)，隨著離子或電子動(dòng)能的減小或外部電場(chǎng)的減弱及滅弧條件的變化，正離子與電子或負(fù)離子復(fù)合的過程加快，復(fù)合的速度大于分離的速度，放電氣隙中的離子濃度減少，氣體介質(zhì)強(qiáng)度恢復(fù)。當(dāng)氣體介質(zhì)強(qiáng)度大于其所在處的鄰近電場(chǎng)強(qiáng)度時(shí)，氣體放電現(xiàn)象停止，空氣電介質(zhì)強(qiáng)度也隨之恢復(fù)。由此可見，作為絕緣的氣體，可以在一定的條件下絕緣破壞成為導(dǎo)電物質(zhì)，也可以在條件消失后恢復(fù)成為電介質(zhì)，氣體絕緣的破壞是可以恢復(fù)的。

高壓電場(chǎng)燃弧放電裝置

工頻電流所產(chǎn)生的電弧隨著工頻電流的過零每秒鐘有100次熄滅，交流電弧的熄滅就是電流過零后不再重燃。事實(shí)上電流過零后，弧隙中電介質(zhì)強(qiáng)度和弧隙兩端電壓都在恢復(fù)，交流電弧的熄滅條件就是弧隙電介質(zhì)強(qiáng)度恢復(fù)速度大于弧隙電壓恢復(fù)速度，反之電弧重燃。

在高壓工頻電場(chǎng)中，當(dāng)間隙小到其電場(chǎng)強(qiáng)度大于空氣電介質(zhì)強(qiáng)度時(shí)，發(fā)生電弧放電并穩(wěn)定燃燒，隨著弧隙溫度上升和離子濃度增加，維持燃弧電壓降低，可以適當(dāng)拉大間隙距離也能滿足電弧穩(wěn)定燃燒。

熄滅電弧的方法可以有吹弧-增加弧隙長(zhǎng)度，降溫等；采用滅弧柵利用近陰極效應(yīng)將長(zhǎng)弧變?yōu)槎袒缁　?/p>

4.2 絕緣表面潮濕、劃痕造成的表面放電機(jī)理

聚集在高分子固體絕緣介質(zhì)表面的大量離子，在電場(chǎng)作用下，帶電離子撞擊介質(zhì)表面，使局部溫度升高導(dǎo)致熱電離，形成沿固體介質(zhì)表面的爬電對(duì)固體絕緣的影響是致命的，表面爬電痕使電介質(zhì)永久破壞，表面爬電可轉(zhuǎn)變?yōu)榫植侩娀。坏┻_(dá)到某一臨界長(zhǎng)度時(shí)將形成貫穿性擊穿。絕緣子、套管等固體絕緣在受潮、污穢等情況下最容易形成沿面放電現(xiàn)象。

固體介質(zhì)表面濕潤(rùn)而表面形成薄水膜，水膜的電解液在電場(chǎng)作用下電離并發(fā)生沿面放電，放電電火花或電弧的熱效應(yīng)使固體介質(zhì)碳化，絕緣子損壞，絕緣子失效。

固體介質(zhì)表面劃痕在電場(chǎng)作用下粗糙的劃痕表面極易發(fā)生表面局部放電，放電電火花的熱效應(yīng)使放電處固體絕緣材料碳化并加劇電場(chǎng)畸變，隨著表面放電的發(fā)展，最終發(fā)展成貫穿式放電通道，絕緣子失效。

防護(hù)設(shè)備及注意事項(xiàng)：操作者必需戴絕緣手套進(jìn)行裝置操作，應(yīng)佩戴安全帽，在安全距離范圍內(nèi)觀看。

[1]文化賓.基于虛擬樣機(jī)技術(shù)的新型高壓真空開關(guān)研究[D].大連：大連理工大學(xué)，2008.

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