電力技術(shù)中液氮高電壓絕緣特性研究論文
1實(shí)驗裝置及實(shí)驗方法
1．1實(shí)驗裝置及電極設計
實(shí)驗裝置的容器采用非金屬材質(zhì)，筒體具有保溫功能;不同形狀的電極可以固定在上下電極桿上;下電極桿固定不動(dòng)，上電極桿可以上下移動(dòng)，通過(guò)容器上方的標尺和聯(lián)動(dòng)桿可以精確地調節電極距離;容器上蓋板上有增壓閥、泄壓閥、安全閥和壓力表，在確保安全的前提下可以調整容器內氣體的壓力，壓力調節范圍(1—5)×105Pa。根據相關(guān)行業(yè)標準，包括4對紫銅球電極，分別為50mm、100mm、125mm和150mm;不銹鋼柱-柱電極1對，Ф75mm-Ｒ3修圓和Ф25mm-Ｒ3修圓;不銹鋼針-板電極1對，針電極18度圓錐、板電極Ф300mm-Ｒ5修圓。
1．2實(shí)驗方法
實(shí)驗過(guò)程中嚴格按照高電壓實(shí)驗規范和步驟進(jìn)行。有關(guān)氮氣的絕緣特性實(shí)驗按以下方法進(jìn)行:
(1)首先選用合適的電極，并把電極固定在上下電極桿上;
(2)裝配并密封容器;
(3)容器液氮注入;
(4)接線(xiàn):下電極與高壓發(fā)生器的輸出端連接，上電極接地;
(5)調節并固定電極間距和液體壓力;
(6)通過(guò)高壓測試系統進(jìn)行實(shí)驗測試，高壓恒定并持續1分鐘，每個(gè)電壓值重復測試3次，取平均值。
2實(shí)驗結果及分析
利用實(shí)驗室的200kV高壓試驗系統及以上實(shí)驗裝置，系統的研究了電極間距、氣體壓力、電極形狀等對液氮絕緣特性進(jìn)了系統的實(shí)驗研究，主要結果如下:
2．1電極間距對氮氣擊穿特性的影響規律
首先利用上述柱-柱電極一對并固定電極間距為1mm，測試1分鐘工頻耐壓，3次擊穿電壓的平均值為16．7kV。然后逐漸增大電極間距，重復測試，獲得實(shí)驗結果�？梢�(jiàn)，隨著(zhù)電極間隙的增加，擊穿電壓不斷提高;但是由于電極間隙的不斷增大，電場(chǎng)均勻性逐漸變差，液氮的氮氣擊穿電壓并非線(xiàn)性增加，而是單位擊穿電壓逐漸變小。實(shí)驗結果說(shuō)明，電極間距的大小對室溫常壓氮氣的擊穿電壓影響顯著(zhù)，距離越大擊穿電壓越高。
2．2壓力對氮氣擊穿性能的影響規律
50mm的球電極的間距固定位2mm，逐漸增加液氮的壓力，液氮的擊穿強度隨壓力的變化規律�？梢�(jiàn)，在電極距離固定不變的情況下，隨著(zhù)液體壓力的增加，液氮的擊穿強度呈近似線(xiàn)性增加。給出了150mm紫銅球電極的間距固定位2mm情況下，液氮擊穿電壓隨液體壓力的變化情況。其結果及隨液體壓力的變化規律與50mm球電極的類(lèi)似。以上實(shí)驗結果說(shuō)明，氣體壓力對室溫氮氣的擊穿電壓影響明顯，擊穿電壓隨氣體壓力線(xiàn)性增加。
2．3電極形狀對氮氣擊穿性能的影響規律
給出了柱-柱電極與針-板電極情況下常壓液氮的.擊穿電壓隨電極間隙的實(shí)驗變化曲線(xiàn)。由圖可以看出:在電極間隙相同的情況下，柱-柱電極的擊穿電壓較針-板電極高很多;柱-柱電極的擊穿電壓隨電極間隙的增大近似直線(xiàn)變高;針-板電極的擊穿電壓在電極間隙增加到一定值后，提高的非常緩慢。出了柱-柱電極與針-板電極情況下常壓液氮的擊穿電場(chǎng)強度(kV/mm)隨電極間隙的實(shí)驗變化曲線(xiàn)。由圖可以等到如下結論:在電極間隙長(cháng)度相同的情況下，柱-柱電極的擊穿電場(chǎng)強度比針-板電極高很多;柱-柱電極的擊穿電場(chǎng)強度隨電極間隙的增大近似直線(xiàn)降低;針-板電極的擊穿電場(chǎng)強度在電極間隙增加到一定值后，下降得非常緩慢。以上實(shí)驗結果說(shuō)明:電極形狀對室液氮的擊穿電壓影響顯著(zhù)，電極間隙的電場(chǎng)越均勻，擊穿電壓越高;電極距離的增大引發(fā)電極間隙電場(chǎng)均勻性變差的，單位長(cháng)度的耐壓強度隨長(cháng)度的增加而降低;液體壓力的增高，不同電極的耐壓能力都有不同程度的改善。
3結論
液氮廣泛用作超導電力裝置制冷劑的同時(shí)，還肩負著(zhù)高電壓絕緣介質(zhì)的作用。本文通過(guò)實(shí)驗系統研究了液氮的高電壓擊穿特性及影響因素，給出了液體擊穿電壓隨電極間隙長(cháng)度的變化規律;液體壓力對氮氣擊穿特性的影響及變化規律;電極形狀以及電場(chǎng)均勻性對氮氣擊穿電壓的影響規律等。
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