試論高壓電場燃弧放電體驗措施

駱偉強

（廣州市電力工程有限公司，廣東 廣州 510000）

試論高壓電場燃弧放電體驗措施

駱偉強

（廣州市電力工程有限公司，廣東 廣州 510000）

現通過觀察高壓電場絕緣擊穿至穩定燃弧的全過程，體會氣體導電、放電的過程，了解交流電弧特性、燃燒機理以及滅弧的方法。讓體驗者通過在10kV母線不同相之間接入絕緣棒，分別在絕緣棒干燥完整、表面有嚴重劃痕和表面濕潤的情況下觀察沿面放電情況，體會合格的絕緣棒對設備、人身安全的重要性。

變壓器；絕緣材料；措施

1 體驗裝置簡要說明

通過一臺容量為50kVA變壓器取380/220市電輸出10kV電壓工頻交流電到10kV母線，改變被測物間隙距離，使間隙起弧擊穿并產生穩定燃弧，感受氣體絕緣的擊穿、穩定燃弧的過程，了解交流電弧的產生和熄滅過程，明白其機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觀察、體驗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，體驗相接在A相或C相。（2）時間繼電器整定為10秒左右。（3）導電物體提升裝置降到最低點。（4）合上觸電裝置的空氣開關。（5）按下“開始”按鈕，380V側電源使10kV母線帶電。（6）調節上升物體與母線上帶電球距離，使其起弧并調大間距拉大弧長直到電弧穩定燃燒。（7）分別采用吹風（降溫和拉長電弧）及在弧隙中加入滅弧柵（變長弧為短弧）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電源；（2）10kV母線驗電，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電源，使10kV母線處于帶電狀態，此時觀察絕緣棒應不存在放電現象；（5）重復以上過程，分別接入帶有劃痕的絕緣棒以及表面濕潤的絕緣棒，觀察絕緣棒沒面放電現象；（6）試驗結束后，斷開所有電源并將10kV母線各相接地。

3 裝置原理（見下圖）

通過一臺容量為50kVA配電變壓器，將三相四線380V電壓市電輸入低壓側而產生10kV不接地系統電壓，采用高壓側B相接地方式使A、C兩相對地間產生10kV對地電壓。合上380V電源，指示燈亮，按下合閘按鈕，交流接觸器動作，變壓器受電。裝置設有緊急分閘按鈕、時間限制的保護，時間繼電器從0-999秒檔可調時間。

4 專業理論知識點

4.1 高壓工頻電場中的電弧產生機理及滅弧過程

包裹于地球表面的空氣是一種電介質，由78%氮氣、21%氧氣及1%其它氣體所組成，這些氣體都以單質或化合物分子所構成的粒子形式存在。通常這些粒子不帶電，海平面附近潔凈空氣的介電強度約為30kV/cm。若空氣中的中性質點不電離，空氣能呈現較好的絕緣性能，暴露在空氣中的電氣設備，就是靠空氣的絕緣特性來保證其不同電位間的絕緣的。

空氣中的中性質點在電場的作用下或在具有一定動能的運動粒子碰撞下都可以發生游離或電離，使中性質點分離出一個電子和一個正離子。由于離子的質量數千倍于電子，電子極為容易在電場力的作用下獲得極大的加速度，進而或去撞擊其它的中性質點使其分離，或是附著在中性質點上使其變為負離子。因此隨著中性質點發生游離處的正離子濃度不斷增加，該處的空氣電介質強度就不斷減小，當空氣的電介質強度小于其所在處的鄰近電場強度時就會發生氣體放電。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離子復合再次成為中性質點，隨著離子或電子動能的減小或外部電場的減弱及滅弧條件的變化，正離子與電子或負離子復合的過程加快，復合的速度大于分離的速度，放電氣隙中的離子濃度減少，氣體介質強度恢復。當氣體介質強度大于其所在處的鄰近電場強度時，氣體放電現象停止，空氣電介質強度也隨之恢復。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電物質，也可以在條件消失后恢復成為電介質，氣體絕緣的破壞是可以恢復的。

高壓電場燃弧放電裝置

工頻電流所產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。事實上電流過零后，弧隙中電介質強度和弧隙兩端電壓都在恢復，交流電弧的熄滅條件就是弧隙電介質強度恢復速度大于弧隙電壓恢復速度，反之電弧重燃。

在高壓工頻電場中，當間隙小到其電場強度大于空氣電介質強度時，發生電弧放電并穩定燃燒，隨著弧隙溫度上升和離子濃度增加，維持燃弧電壓降低，可以適當拉大間隙距離也能滿足電弧穩定燃燒。

熄滅電弧的方法可以有吹弧-增加弧隙長度，降溫等；采用滅弧柵利用近陰極效應將長弧變為短弧滅弧。

4.2 絕緣表面潮濕、劃痕造成的表面放電機理

聚集在高分子固體絕緣介質表面的大量離子，在電場作用下，帶電離子撞擊介質表面，使局部溫度升高導致熱電離，形成沿固體介質表面的爬電對固體絕緣的影響是致命的，表面爬電痕使電介質永久破壞，表面爬電可轉變為局部電弧，一旦達到某一臨界長度時將形成貫穿性擊穿。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象。

固體介質表面濕潤而表面形成薄水膜，水膜的電解液在電場作用下電離并發生沿面放電，放電電火花或電弧的熱效應使固體介質碳化，絕緣子損壞，絕緣子失效。

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

防護設備及注意事項：操作者必需戴絕緣手套進行裝置操作，應佩戴安全帽，在安全距離范圍內觀看。

[1]文化賓.基于虛擬樣機技術的新型高壓真空開關研究[D].大連：大連理工大學，2008.

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