© 2013 Daniil A.亚历山德拉？格鲁什科夫Khalyasmaa，Stepan A.作者声明：Sergey E.科金出版社：Elsevier B.V.由美国应用科学研究所负责选择和/或同行评审可在www.sciencedirect.com在线获取ScienceDirectAASRI Procedia 7（2014）57 - 612013第二届AASRI电力与能源系统SF_6气体断路器元件丹尼尔·A亚历山德拉？格鲁什科夫Khalyasmaa，Stepan A.作者声明：Sergey E.科金乌拉尔联邦大学以俄罗斯首任总统B.N.的名字命名。Yeltsin，19 Mirastreet，Ekaterinburg 620002，Russia摘要本文针对节点罐式SF_6断路器的电场计算和沿面闪络分析问题进行了研究。即，接地槽单元、滤波器系统和导电系统之间的间隙接收输入功率。文章还对SF6断路器的设计提出了改进建议。© 2014作者。出版社：Elsevier B. V.这是CC BY-NC-ND许可下的开放获取文章（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/）。美国应用科学研究所关键词：SF6断路器;放电;气隙;沿面闪络;电气强度。1. 介绍SF6断路器绝缘系统的设计可有两种，一种是带气隙的，另一种是沿表面实心的。沿固体间隙表面的放电条件与气隙中的放电条件有很大的不同，这可能是决定断路器几何尺寸的主要因素。在运行中，绝缘系统必须承受标准化交流电压和标准化过电压。SF6绝缘由于其优良的物理化学性能和电气性能，在高压设备中作为内绝缘得到了广泛的应用。因此，需要可靠和准确的计算技术来分析结构的电气强度的主要差距。然而，目前可用的标准通常是经验或半经验的和特定于应用的，因此它们的应用是有限的[1]。因此，高电压下建筑物的性能评价是复杂的。2212-6716 © 2014作者出版社：Elsevier B.诉 这是一篇基于CC BY-NC-ND许可证的开放获取文章（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/）。美国应用科学研究所科学委员会负责的同行评审doi：10.1016/j.aasri.2014.05.02958丹尼尔·A Glushkov等人/ AASRI Procedia 7（2014）572. 问题定义和解决方案沿电介质表面的放电机制仍然是深入研究的主题[2，3，4]，但目前还没有适用于工程计算的理论描述。因此，有必要使用不同的简化方法[5]。基于现有的计算技术，对具有内绝缘的高压开关单元节点进行了电气强度分析。图1 [6]给出了交换单元节点的总体视图。节点编号如下：1 -接地套管; 2 -环氧绝缘子; 3 -SF6净化系统（滤波器）; 4-用于电流导体7和绝缘体2的夹持元件; 5 -导电系统中的屏蔽-滤波器间隙; 6 -导电系统中的屏蔽-接地外壳间隙; 7 -电流导体。气流由箭头指示。图1.高压SF6机组额定电压为220 kV，SF6充气压力（绝对）为0.7 MPa。本研究的目的是确定潜在的原因绝缘子2闪络的内部和在某些情况下由外表面，在测试过程中的归一化雷电脉冲，特别是，以消除可能的结构缺陷。2.1 计算技术在Elcut 5.5软件包中进行分析计算，获得了研究节点的电场分布模式（图2）（相应区域在图1中用矩形框表示）。从而解决了静电学的轴对称问题。场分布由等位线表示，强度分布由箭头表示。元件名称根据图1给出。等高线（a-b）和（c-d-e-f）表示放电形成的可能方向。轴对称的问题设置稍微损害计算精度（与三维模型相比），但它允许进行估计分析。图2给出了放电形成的最可能方向，并进行了计算。表1给出了正在调查的间隙的基本参数。在所研究的结构中可以区分两种主要的间隙类型：纯气体绝缘间隙（a-b，c-d，e-f）和沿绝缘体表面的间隙（d-e）。丹尼尔·A Glushkov等人/ AASRI Procedia 7（2014）5759图2. 100 kV外加电压下电场模型及计算结果。2.2 聚四氟乙烯气体绝缘间隙通常，纯气体绝缘间隙的计算技术包括： 在流光或雪崩型放电形成机制情况下放电独立条件的定义 间隙中强度分布的解析依赖性的定义（在非均匀场的情况下）; 利用有效碰撞电离系数对电场强度的近似依赖关系，定义了计算初始电压的合成表达式。表1.正在调查的差距a-b c-d d-e e-f介质SF SFAlong dielectricSF66SF中的表面6 6出院独立性条件应用如下：Lcr吉尔霍夫·德鲁克0其中，– 有效碰撞电离系数;Lcr – 场力线的临界长度，其中萨夫;K，5 [7，11]。所有间隙中的场强分布近似为当前依赖关系：EEm（l）2R间隙长度82,741,346,029,9场容量因数0,350,390,780,62间隙电压损失10057,522,420,160丹尼尔·A Glushkov等人/ AASRI Procedia 7（2014）57BR按[2]式中，Em对于计算的间隙a-b，应用本表达式的更精确近似：E-1（l）m E2（d）l011 2l02根据[8，9]，其中电极表面上的场强值为：E-1 E;Eβ2 E.M1L （l01（1）m12m 2（1102）1（1）m2式中l为被测点沿力线的坐标，mm;l0为特征尺寸，mm（取屏幕5和滤光片3的球面半径为特征尺寸）;d力线长度，mm;场强度，V/mmm。恢复第一次放电电压的完整表达式考虑到有效碰撞电离系数与电场强度的线性近似关系，情况为：UBRE（p）铬p（1）（一）哪里 （E/p）cr≤ 89kV/（mm≤MPa）k，（mmMPa）0，5[10].–萨夫0;第二种情况由于比较尴尬，本文没有给出解析表达式2.3 环氧绝缘子表面为了计算沿环氧绝缘体d-e的间隙的电气强度，应用了以下经验依赖性[11]：UKP0，6（d）0，8式中，P- SF6压力，大气压; 表2给出了所研究间隙的电气强度计算值（二）表2.计算结果流量计算值归一化雷电脉冲值，间隙电压UBR，kVkVA-B907.6（1）900A-B911,8900C-D507,4900D-E695,8900E-F583,9900KRp丹尼尔·A Glushkov等人/ AASRI Procedia 7（2014）5761所得结果表明，有一个足够的电气强度的情况下，在“纯”的条件下，在一个间隙，给出的表达式是正确的。我们还可以得出这样的结论：在极不均匀场的情况下，可以应用间隙中强度分布的更简单形式的近似依赖关系。计算值的差异约为3%。所获得的结果表明不充分的介电强度设计，即使在SF6中的未污染的颗粒和分解产物的间隙。气隙介电强度a-b略大于耐受试验电压。沿固体电介质d-e表面的放电电压为耐受试验电压的0.77。可能的放电路径c-d-e-f由所研究的间隙中的电力线表示，然而，如[5]所示，沿电介质表面的放电间隙可能有另一种方式。因此，在间隙a-b或c-d-e-f中发生放电的可能性很高3. 结论本文基于放电流光起始判据对罐式断路器的电气强度进行了计算。所获得的结果表明该设计的介电强度不足。在断路器绝缘雷电冲击试验中得到的理论结果得到了实验的证实。目前，通过将间隙从82mm变化到100 mm，提高了介电强度。引用[1] Nitta T，Shibuya Y，Fujiwara Y. SF_6气体击穿电压-时间特性IEEE Trans on Power Apparatus andSystems 1975：PAS-94：1：108-15.[2] Nitta T，Shibuya Y，Fujiwara Y，Arahata Y，Takahashi H，Shihara H. SF6气体绝缘系统沿面闪络的控制因素IEEE Trans on Power Apparatus and Systems 1978：PAS-97：3：959- 68.[3] 克鲁克森啊。高压气体击穿和压缩六氟化硫绝缘子闪络综述。第三届国际电介质材料性能与应用会议论文集1991：369-76.[4] 塔库马气体介质的放电特性。IEEE Trans电气绝缘1986：EI- 21：6：855-67。[5] 作者：A，A，B，C.设计空气绝缘功率器件的流注起始和传播模型。Proc IEEE Conference onElectrical Insulation and Dielectric Phenomena 2009（CEIDP '09）：604-7.[6] 佩德森气体电介质的电击穿：工程方法。电气绝缘IEEE Trans 1989：24：5：721-39.[7] Nitta T，Shibuya Y.六氟化硫中长间隙的电击穿。IEEE Trans on Power Apparatus and Systems1971：PAS-90：3：1065-71.[8] Razevig DV.气体在不同电场中放电的起始电压。Elektrichestvo 1970：8：14-9.[9] Razevig DV，Sokolova MV.简单气体及其混合气体的初始放电电压。Elektrichestvo 1970：11：66-9.[10] Bortnik IM，Kochetov II，Ul'yanov KN. SF6中的雪崩流光跃迁：高温1983：21：2：173-8。[11] 李文，等.高压气体放电特性的研究[J].电力工程学报，2000，24（1）：15- 17.
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