طرق لتحسين القوة الكهربائية للوسائط الغازية
ترك رسالة
من أجل تقليل حجم مرافق الطاقة ، من المأمول دائمًا أن تكون طول فجوة الهواء أو مسافة العزل صغيرة قدر الإمكان. لهذا الغرض ، يجب اتخاذ تدابير لتحسين القوة الكهربائية لوسط الغاز. من وجهة نظر عملية ، هناك طريقتان لزيادة جهد انهيار فجوة الهواء: أحدهما هو تحسين توزيع المجال الكهربائي في فجوة الهواء لجعله موحدًا قدر الإمكان ؛ والآخر هو محاولة إضعاف أو قمع عملية التأين في وسط الغاز. الطرق المحددة هي:
1. تحسين شكل القطب لتحسين توزيع المجال الكهربائي
كلما زاد توزيع المجال الكهربائي ، زاد متوسط قوة حقل الانهيار في فجوة الهواء. لذلك ، يمكن تقليل الحد الأقصى من قوة المجال الكهربائي في فجوة الهواء ، ويمكن تحسين توزيع المجال الكهربائي ، ويمكن زيادة جهد انهيار فجوة الهواء عن طريق تحسين شكل القطب (زيادة نصف قطر الانحناء للقطب ، والقضاء على الشعر والزوايا الحادة على سطح القطب ، وما إلى ذلك).
يعد استخدام التدريع لزيادة نصف قطر الانحناء للقطب طريقة شائعة. أخذ فجوة الهواء "لوحة القضيب" مع أسوأ قوة كهربائية كمثال ، إذا تم تثبيت كرة معدنية ذات قطر مناسبة في نهاية عمود القضيب ، يمكن زيادة الجهد المكسور لفجوة الهواء بشكل فعال.
تحتوي منافذ الجهد العالي للعديد من الأجهزة الكهربائية عالية الجهد (مثل الطرف العلوي من قضيب دليل الجلبة عالية الجهد على أشكال حادة ، وغالبًا ما تكون أغطية التدريع مطلوبة لتقليل أقصى قوة الحقل في المساحة بالقرب من المنافذ وزيادة الجهد الجهد لبداية الدعامة. يجب اختيار شكل وحجم غطاء التدريع بحيث يكون جهد إنشار كورونا أكبر من الحد الأقصى لجهد العمل للجهاز على الأرض. أبسط غطاء التدريع هو بالطبع عمود التدريع الكروي.
أمثلة على تطبيق مبدأ التدريع لتحسين توزيع المجال الكهربائي على خطوط نقل الجهد الفائقة للغاية لزيادة جهد إنشار كورونا: تجهيزات الحماية (حلقات معادلة) مثبتة على سلاسل العازل من خطوط الجهد العالي الفائقة ، وتوسيع قواعد القطر المستخدمة على خطوط الجهد العالي الفائق.
2. استخدام شحنة المساحة لتحسين توزيع المجال الكهربائي
نظرًا لأن تفريغ Corona يجب أن يحدث قبل انهيار الفجوة الهوائية للحقل الكهربائي غير المتكافئ للغاية ، في ظل ظروف معينة ، يمكن أيضًا استخدام شحنة المساحة الناتجة عن التفريغ نفسه لضبط وتحسين توزيع المجال الكهربائي في الفضاء لزيادة جهد انهيار فجوة الهواء. أخذ الفجوات الهوائية "لوحة الأسلاك" و "سلك السلك" كأمثلة ، عندما يتم تقليل قطر السلك إلى حد ما ، سيزداد جهد انهيار تردد الطاقة في فجوة الهواء مع تقليل قطر السلك ، مما يؤدي إلى ما يسمى "تأثير الأسلاك الرقيقة". والسبب هو أن طبقة شحنة الفضاء الموحدة التي تتشكل بواسطة تصريف كورونا للسلك الرقيق يمكن أن تحسن توزيع المجال الكهربائي في فجوة الهواء ، مما يؤدي إلى زيادة في جهد الانهيار ؛ عندما يكون قطر السلك كبيرًا ، نظرًا لأن سطح السلك لا يمكن أن يكون ناعمًا تمامًا ، سيظهر التفريغ على شكل فرشاة في بعض الأجزاء قبل حدوث الإكليل العام الموحد على السطح بأكمله ، وبالتالي فإن جهده الذي يشبه الفجوة الهوائية "لوحة القضيب" أو "القضيب".
3. استخدام الحواجز
نظرًا لأن توزيع المجال الكهربائي في فجوة الهواء وعملية تطوير تصريف الغاز يرتبط ارتباطًا وثيقًا بتوليد الجزيئات المشحونة وتوزيعها وتوزيعها في مساحة فجوة الهواء ، فإن وضع حاجز مع شكل مناسب وموضع في فجوة الهواء يمكن أن يعوق حركة الجزيئات المشحونة وضبط توزيع الشحن المكاني أيضًا طريقة فعالة لتحسين الطاقة الكهربائية.
الحاجز مصنوع من مواد عازلة ، لكن أداء العزل الخاص به ليس مهمًا. المهم هو الختم (القدرة على منع الجزيئات المشحونة). يتم تثبيته بشكل عام في فجوة Corona ، وسطحه عمودي على الخطوط الكهربائية.
يعتمد تأثير الحاجز على شحنة المساحة لنفس العلامة التي يحجبها القطب الكورونا الذي يحظره ، بحيث يمكن تقليل قوة المجال الكهربائي المكاني بين قطب الهورونا والحاجز ، مما يجعل توزيع المجال الكهربائي لفجوة الهواء بأكملها. على الرغم من زيادة قوة المجال الكهربائي المكاني بين الحاجز والقطب الآخر في هذا الوقت ، يصبح شكل المجال الكهربائي أشبه بالحقل الكهربائي الموحد بين قطبين مسطحين ، وبالتالي يتم تحسين القوة الكهربائية لفجوة الهواء بأكملها.
إن جهد انهيار الفجوة الجوية الحاجز له علاقة كبيرة بموضع تركيب الحاجز. إذا كانت فجوة هواء "عصا" ، فسيحتوي كلا الأقطاب على تفريغ كورونا ، لذلك يجب تثبيت الحاجز بالقرب من كلا القطبين لتحقيق النتائج.
تحت الجهد الدافع ، يكون تأثير الحاجز أصغر لأن الشحنة المكانية المتراكمة على الحاجز أقل في هذا الوقت.
من الواضح أن الحاجز يصعب لعب دور في حالة الحقل الكهربائي الموحد أو غير موحد قليلاً.
4. استخدام ضغط الهواء العالي
القوة الكهربائية للهواء عند الضغط الطبيعي منخفضة نسبيًا ، حوالي 3 {1}} kV/cm. حتى إذا تم اتخاذ التدابير المذكورة أعلاه لتحسين المجال الكهربائي قدر الإمكان ، فإن متوسط قوة حقل الانهيار لا يمكن أن يتجاوز هذا الحد. يمكن ملاحظة أن القوة الكهربائية للهواء عند الضغط الطبيعي أقل بكثير من تلك الخاصة بالوسائط الصلبة والسائلة العامة. ومع ذلك ، إذا كان الهواء مضغوطًا وكان الضغط أكبر بكثير من 0.1MPa (1ATM) ، يمكن أيضًا تحسين قوته الكهربائية بشكل كبير. ويرجع ذلك أساسًا إلى أن زيادة ضغط الهواء يمكن أن تقلل بشكل كبير من طول المسار الحر للإلكترونات ، وبالتالي إضعاف وتثبيط عملية التأين. إذا كان يمكن استبدال الهواء ببعض غازات القوة الكهربائية العالية (مثل سداسي فلوريد الكبريت) أثناء استخدام الضغط العالي ، يمكن تحقيق نتائج أفضل.
5. استخدم غاز القوة الكهربائية العالية
من بين العديد من الغازات ، يتمتع بعض الغازات الكهربية عالية التي تحتوي على عناصر الهالوجين [مثل سداسي فلوريد الكبريت والفريون بشكل خاص قوة كهربائية عالية بشكل خاص (أعلى بكثير من الهواء) ، بحيث يمكن تسميتها غازات القوة العالية. إن استخدام هذه الغازات لاستبدال الهواء يمكن أن يزيد بشكل كبير من جهد انهيار فجوة الهواء ، وحتى خلط بعض هذه الغازات في الهواء يمكن أن يزيد بشكل كبير من قوته الكهربائية.
تجدر الإشارة إلى أنه لكي يتم تطبيق هذا النوع من الغاز عمليًا في الهندسة ، لا يكفي الاعتماد فقط على قوته الكهربائية العالية. يجب أن تلبي أيضًا بعض المتطلبات الأخرى ، مثل: ① درجة حرارة التقييم المنخفضة (بحيث يمكن استخدام ارتفاع ضغط الغاز في نفس الوقت) ؛ ② الاستقرار الكيميائي الجيد ، وليس من السهل التحلل أو الحرق أو الانفجار ، وعدم إنتاج مواد سامة عند حدوث التفريغ في الغاز ؛ ③ ليس من الصعب للغاية إنتاجه وليس باهظ الثمن.
هناك عدد قليل جدًا من الغازات التي يمكن أن تلبي جميع المتطلبات المذكورة أعلاه في نفس الوقت. في الوقت الحاضر ، فإن غاز القوة الكهربائية العالية الوحيد الذي تم استخدامه على نطاق واسع في الهندسة هو SF6 وغازه المختلط. بالإضافة إلى قوتها الكهربائية العالية ، تتمتع SF6 GAS أيضًا بقدرة إطفاء ARC ممتازة وغيرها من الخصائص الفنية ذات الصلة هي أيضًا جيدة جدًا. تحتوي معدات الطاقة المختلفة والأجهزة الكهربائية المغلقة المغلقة المصنوعة من غاز SF6 كوسيلة عزل ووسائل إطفاء القوس على سلسلة من المزايا المتميزة ، مثل توفير مساحة الأرضية وحجم المساحة بشكل كبير ، وتشغيل آمن وموثوق ، وتركيب وصيانة مبسطة ، وما إلى ذلك ، وبالتالي فإن آفاق التطوير واسعة للغاية.
6. استخدام فراغ عالي
يمكن أن يؤدي استخدام الفراغ العالي أيضًا إلى إضعاف عملية تأين الاصطدام في فجوة الهواء وزيادة جهد انهيار فجوة الهواء بشكل كبير. إذا تم تفسير عملية الانهيار في الفراغ العالي تمامًا من خلال نظرية تصريف الغاز ، فستكون الجهد الناتج الناتج مرتفعًا للغاية (في هذا الوقت ، من الصعب على الإلكترونات أن تصطدم بجزيئات محايدة عند عبور المسافة بين القطب ، ومن الصعب التسبب في تأين ما يكفي من التصادم). ومع ذلك ، فإن الوضع الفعلي ليس كذلك. عندما تكون المسافة بين الإلكترود صغيرة ، تكون الكثافة الكهربائية للفراغ العالي مرتفعة بالفعل ، ويمكن أن تتجاوز غاز SF6 المضغوط. ومع ذلك ، عندما تزداد مسافة inter-electrode ، يزداد الجهد ببطء ، وكثافته الكهربائية أقل بكثير من قوة حقل الانهيار للغاز المضغوط. يشير هذا إلى أن آلية انهيار الفراغ العالي قد تغيرت في هذا الوقت ، وقد ظهرت عملية مادية جديدة ، لذلك لم يعد من الممكن تفسيرها ببساطة من خلال نظرية تصريف الغاز السابقة.
يوضح أبحاث انهيار الفراغ أنه عندما تكون المسافة بين القطب الصغير صغيرًا ، يرتبط انهيار الفراغ العالي بالانبعاثات الحقل القوية على سطح الكاثود. سيؤدي التيار الناجم عن ذلك إلى التدفئة المحلية للقطب وإطلاق الغاز المعدني ، مما يتسبب في انخفاض درجة الفراغ وتسبب الانهيار ؛ عندما تكون المسافة بين الإلكترود كبيرة ، فإن الانهيار سوف يحدث بسبب ما يسمى "تأثير الجهد الكامل". في هذا الوقت ، مع زيادة المسافة بين الإلكترود وزيادة الجهد الانهيار ، يمكن للإلكترونات أن تتراكم الكثير من الطاقة الحركية عندما تطير من الكاثود عبر الفراغ إلى الأنود. ستطلق هذه الإلكترونات عالية الطاقة أيونات وفوتونات إيجابية عند قصف سطح الأنود ، مما سيعزز التأين السطح على الكاثود. سيؤدي هذا الإجراء المتكرر إلى إنتاج المزيد والمزيد من تدفق الإلكترون ، مما يتسبب في تبخير القطب محليًا ويؤدي إلى انهيار الفجوة. هذا هو ما يسمى "تأثير الجهد الكامل".
ولهذا السبب ، مع زيادة المسافة بين الإلكترود ، ستصبح متوسط قوة حقل الانهيار أصغر وأصغر. يرتبط جهد انهيار الفجوة الفراغ بالعديد من العوامل مثل مادة الإلكترود ، والتشطيب السطحي والنظافة (بما في ذلك كمية ونوع الغاز الممتص) ، لذلك فهو مشتت للغاية.
لا توجد العديد من الحالات التي يتم فيها استخدام الفراغ العالي فعليًا كوسيلة عازلة في معدات الطاقة ، وذلك أساسًا لأن العديد من الوسائط الصلبة أو السائلة تستخدم في الغالب في بنية العزل لمختلف المعدات. سوف يطلقون تدريجياً الغاز في الفراغ ، مما يجعل من الصعب الحفاظ على فراغ عالي لفترة طويلة. في الوقت الحاضر ، يتم استخدام الفراغ العالي فقط في قواطع دائرة الفراغ. لا يتمتع Vacuum بأداء عزل جيد فحسب ، بل يتمتع أيضًا بقدرة قوية على إطفاء القوس ، لذلك لا يزال مناسبًا جدًا لقواطع دوائر الفراغ في شبكات التوزيع.
