试论高压电场燃弧放电体验措施

摘 要：现通过观察高压电场绝缘击穿至稳定燃弧的全过程，体会气体导电、放电的过程，了解交流电弧特性、燃烧机理以及灭弧的方法。让体验者通过在10kV母线不同相之间接入绝缘棒，分别在绝缘棒干燥完整、表面有严重划痕和表面湿润的情况下观察沿面放电情况，体会合格的绝缘棒对设备、人身安全的重要性。

关键词：变压器；绝缘材料；措施

中图分类号：TM41 文献标识码：A

1 体验装置简要说明

通过一台容量为50kVA变压器取380/220市电输出10kV电压工频交流电到10kV母线，改变被测物间隙距离，使间隙起弧击穿并产生稳定燃弧，感受气体绝缘的击穿、稳定燃弧的过程，了解交流电弧的产生和熄灭过程，明白其机理以及熄灭电弧的方法。分别每相母线间接入各种绝缘棒来观察、体验在有缺陷绝缘棒表面的沿面放电。

2 装置使用说明

（1）10kV母线B相必须接地，体验相接在A相或C相。（2）时间继电器整定为10秒左右。（3）导电物体提升装置降到最低点。（4）合上触电装置的空气开关。（5）按下“开始”按钮，380V侧电源使10kV母线带电。（6）调节上升物体与母线上带电球距离，使其起弧并调大间距拉大弧长直到电弧稳定燃烧。（7）分别采用吹风（降温和拉长电弧）及在弧隙中加入灭弧栅（变长弧为短弧）灭弧，观察灭弧过程。（8）按下“断开”按钮，装置输出电源断电。（9）将物体提升装置降到原有位置。（10）断开装置380V电源。

沿面放电：（1）拉开升压变压器低压侧电源；（2）10kV母线验电，三相母线接地；（3）在10kV母线AB两相之间接入合格的绝缘棒；（4）合上升压变压器低压侧电源，使10kV母线处于带电状态，此时观察绝缘棒应不存在放电现象；（5）重复以上过程，分别接入带有划痕的绝缘棒以及表面湿润的绝缘棒，观察绝缘棒没面放电现象；（6）试验结束后，断开所有电源并将10kV母线各相接地。

3 装置原理（见下图）

通过一台容量为50kVA配电变压器，将三相四线380V电压市电输入低压侧而产生10kV不接地系统电压，采用高压侧B相接地方式使A、C两相对地间产生10kV对地电压。合上380V电源，指示灯亮，按下合闸按钮，交流接触器动作，变压器受电。装置设有紧急分闸按钮、时间限制的保护，时间继电器从0-999秒档可调时间。

4 专业理论知识点

4.1 高压工频电场中的电弧产生机理及灭弧过程

包裹于地球表面的空气是一种电介质，由78%氮气、21%氧气及1%其它气体所组成，这些气体都以单质或化合物分子所构成的粒子形式存在。通常这些粒子不带电，海平面附近洁净空气的介电强度约为30kV/cm。若空气中的中性质点不电离，空气能呈现较好的绝缘性能，暴露在空气中的电气设备，就是靠空气的绝缘特性来保证其不同电位间的绝缘的。

空气中的中性质点在电场的作用下或在具有一定动能的运动粒子碰撞下都可以发生游离或电离，使中性质点分离出一个电子和一个正离子。由于离子的质量数千倍于电子，电子极为容易在电场力的作用下获得极大的加速度，进而或去撞击其它的中性质点使其分离，或是附着在中性质点上使其变为负离子。因此随着中性质点发生游离处的正离子浓度不断增加，该处的空气电介质强度就不断减小，当空气的电介质强度小于其所在处的邻近电场强度时就会发生气体放电。放电气隙中聚集着大量离子，电弧放电电压随着降低。正离子可以和电子或负离子复合再次成为中性质点，随着离子或电子动能的减小或外部电场的减弱及灭弧条件的变化，正离子与电子或负离子复合的过程加快，复合的速度大于分离的速度，放电气隙中的离子浓度减少，气体介质强度恢复。当气体介质强度大于其所在处的邻近电场强度时，气体放电现象停止，空气电介质强度也随之恢复。由此可见，作为绝缘的气体，可以在一定的条件下绝缘破坏成为导电物质，也可以在条件消失后恢复成为电介质，气体绝缘的破坏是可以恢复的。

工频电流所产生的电弧随着工频电流的过零每秒钟有100次熄灭，交流电弧的熄灭就是电流过零后不再重燃。事实上电流过零后，弧隙中电介质强度和弧隙两端电压都在恢复，交流电弧的熄灭条件就是弧隙电介质强度恢复速度大于弧隙电压恢复速度，反之电弧重燃。

在高压工频电场中，当间隙小到其电场强度大于空气电介质强度时，发生电弧放电并稳定燃烧，随着弧隙温度上升和离子浓度增加，维持燃弧电压降低，可以适当拉大间隙距离也能满足电弧稳定燃烧。

熄灭电弧的方法可以有吹弧-增加弧隙长度，降温等；采用灭弧栅利用近阴极效应将长弧变为短弧灭弧。

4.2 绝缘表面潮湿、划痕造成的表面放电机理

聚集在高分子固体绝缘介质表面的大量离子，在电场作用下，带电离子撞击介质表面，使局部温度升高导致热电离，形成沿固体介质表面的爬电对固体绝缘的影响是致命的，表面爬电痕使电介质永久破坏，表面爬电可转变为局部电弧，一旦达到某一临界长度时将形成贯穿性击穿。绝缘子、套管等固体绝缘在受潮、污秽等情况下最容易形成沿面放电现象。

固体介质表面湿润而表面形成薄水膜，水膜的电解液在电场作用下电离并发生沿面放电，放电电火花或电弧的热效应使固体介质碳化，绝缘子损坏，绝缘子失效。

固体介质表面划痕在电场作用下粗糙的划痕表面极易发生表面局部放电，放电电火花的热效应使放电处固体绝缘材料碳化并加剧电场畸变，随着表面放电的发展，最终发展成贯穿式放电通道，绝缘子失效。

防护设备及注意事项：操作者必需戴绝缘手套进行装置操作，应佩戴安全帽，在安全距离范围内观看。

参考文献

[1]文化宾.基于虚拟样机技术的新型高压真空开关研究[D].大连：大连理工大学，2008.