วิธีการปรับปรุงความแข็งแรงทางไฟฟ้าของสื่อก๊าซ

เพื่อลดขนาดของสิ่งอำนวยความสะดวกพลังงานก็หวังว่าความยาวช่องว่างของอากาศหรือระยะทางฉนวนจะเล็กที่สุดเท่าที่จะทำได้ เพื่อจุดประสงค์นี้จะต้องใช้มาตรการเพื่อปรับปรุงความแข็งแรงทางไฟฟ้าของสื่อก๊าซ จากมุมมองที่ใช้งานได้จริงมีสองวิธีในการเพิ่มแรงดันรายย่อยของช่องว่างอากาศ: หนึ่งคือการปรับปรุงการกระจายสนามไฟฟ้าในช่องว่างอากาศเพื่อให้เป็นเครื่องแบบที่สุดเท่าที่จะทำได้ อีกอย่างคือพยายามที่จะอ่อนตัวลงหรือระงับกระบวนการไอออนไนซ์ในสื่อก๊าซ วิธีการเฉพาะคือ:

1. ปรับปรุงรูปร่างของอิเล็กโทรดเพื่อปรับปรุงการกระจายสนามไฟฟ้า

ยิ่งมีการกระจายสนามไฟฟ้าที่สม่ำเสมอมากเท่าใดความแรงของสนามสลายเฉลี่ยของช่องว่างอากาศก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น ดังนั้นความแรงของสนามไฟฟ้าสูงสุดในช่องว่างอากาศสามารถลดลงการกระจายสนามไฟฟ้าสามารถปรับปรุงได้และแรงดันการสลายของช่องว่างอากาศสามารถเพิ่มขึ้นได้โดยการปรับปรุงรูปร่างอิเล็กโทรด (เพิ่มรัศมีความโค้งของอิเล็กโทรด

การใช้การป้องกันเพื่อเพิ่มรัศมีความโค้งของอิเล็กโทรดเป็นวิธีทั่วไป การใช้ช่องว่างอากาศ "แท่นเต็ม" ที่มีความแข็งแรงทางไฟฟ้าที่เลวร้ายที่สุดเป็นตัวอย่างถ้าลูกบอลโลหะที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางที่เหมาะสมถูกติดตั้งที่ส่วนท้ายของขั้วก้านแรงดันไฟฟ้าของช่องว่างอากาศจะเพิ่มขึ้นอย่างมีประสิทธิภาพ

ช่องทางแรงดันไฟฟ้าสูงของอุปกรณ์ไฟฟ้าแรงสูงจำนวนมาก (เช่นปลายด้านบนของก้านบูชแรงดันไฟฟ้าแรงสูงของอุปกรณ์ไฟฟ้า) มีรูปร่างที่คมชัดและการป้องกันมักจะต้องลดความแรงของสนามสูงสุดในพื้นที่ใกล้กับร้านค้า ควรเลือกรูปร่างและขนาดของฝาครอบป้องกันเพื่อให้แรงดันไฟฟ้าเริ่มต้นของโคโรนาสูงกว่าแรงดันไฟฟ้าสูงสุดของอุปกรณ์กับพื้น หน้าปกป้องกันที่ง่ายที่สุดนั้นแน่นอนว่าเป็นเสาป้องกันทรงกลม

ตัวอย่างของการใช้หลักการป้องกันเพื่อปรับปรุงการกระจายสนามไฟฟ้าในสายส่งแรงดันไฟฟ้าสูงพิเศษเพื่อเพิ่มแรงดันเริ่มต้นของโคโรนารวมถึง: อุปกรณ์ป้องกัน (วงแหวนที่เท่ากัน) ติดตั้งบนสายฉนวนของสายแรงดันไฟฟ้าสูงพิเศษ

2. การใช้ประจุพื้นที่เพื่อปรับปรุงการกระจายสนามไฟฟ้า

เนื่องจากการปล่อยโคโรนาจะต้องเกิดขึ้นก่อนที่ช่องว่างอากาศของสนามไฟฟ้าที่ไม่สม่ำเสมอจะถูกทำลายลงภายใต้เงื่อนไขบางประการค่าใช้จ่ายในพื้นที่ที่เกิดจากการปลดปล่อยตัวเองจึงสามารถใช้เพื่อปรับและปรับปรุงการกระจายสนามไฟฟ้าในอวกาศเพื่อเพิ่มแรงดันพังทลายของช่องว่างอากาศ การใช้ช่องว่างอากาศ "ลวดลวด" และ "ลวด" เป็นตัวอย่างเมื่อเส้นผ่านศูนย์กลางของลวดลดลงในระดับหนึ่งแรงดันไฟฟ้าความถี่การสลายพลังงานของช่องว่างอากาศจะเพิ่มขึ้นเมื่อการลดลงของเส้นผ่านศูนย์กลางลวดทำให้เกิด "เอฟเฟกต์ลวดบาง" เหตุผลก็คือชั้นประจุพื้นที่สม่ำเสมอที่เกิดขึ้นจากการปล่อยโคโรนาของลวดบาง ๆ สามารถปรับปรุงการกระจายสนามไฟฟ้าในช่องว่างของอากาศส่งผลให้แรงดันไฟฟ้าสลายตัวเพิ่มขึ้น เมื่อเส้นผ่านศูนย์กลางลวดมีขนาดใหญ่เนื่องจากพื้นผิวลวดไม่สามารถราบรื่นได้อย่างแน่นอนการปล่อยรูปโคโรนาและรูปแปรงจะปรากฏขึ้นในบางส่วนก่อนที่โคโรนาโดยรวมจะเกิดขึ้นบนพื้นผิวทั้งหมด

3. การใช้อุปสรรค

เนื่องจากการกระจายสนามไฟฟ้าในช่องว่างของอากาศและกระบวนการพัฒนาของการปล่อยก๊าซมีความสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับการสร้างการเคลื่อนไหวและการกระจายของอนุภาคที่มีประจุในพื้นที่ช่องว่างอากาศการวางสิ่งกีดขวางที่มีรูปร่างและตำแหน่งที่เหมาะสมในช่องว่างอากาศที่สามารถขัดขวางการเคลื่อนที่ของอนุภาคที่มีประจุและปรับการกระจายประจุเชิงพื้นที่

สิ่งกีดขวางนั้นทำจากวัสดุฉนวน แต่ประสิทธิภาพของฉนวนของตัวเองไม่สำคัญ สิ่งที่สำคัญคือการปิดผนึก (ความสามารถในการบล็อกอนุภาคที่มีประจุ) มันถูกติดตั้งโดยทั่วไปในช่องว่างของโคโรนาและพื้นผิวของมันตั้งฉากกับสายไฟฟ้า

ผลกระทบของสิ่งกีดขวางนั้นขึ้นอยู่กับประจุพื้นที่ของสัญญาณเดียวกับอิเล็กโทรดโคโรนาที่บล็อกเพื่อให้ความแรงของสนามไฟฟ้าเชิงพื้นที่ระหว่างอิเล็กโทรดโคโรนาและสิ่งกีดขวางสามารถลดลงได้จึงทำให้การกระจายสนามไฟฟ้าของเครื่องแบบอากาศทั้งหมด แม้ว่าความแข็งแรงสนามไฟฟ้าเชิงพื้นที่ระหว่างสิ่งกีดขวางและอิเล็กโทรดอื่น ๆ จะเพิ่มขึ้นในเวลานี้รูปร่างสนามไฟฟ้าของมันจะกลายเป็นเหมือนสนามไฟฟ้าที่สม่ำเสมอระหว่างขั้วไฟฟ้าแบนสองอันดังนั้นความแข็งแรงทางไฟฟ้าของช่องว่างอากาศทั้งหมดจึงดีขึ้น

แรงดันไฟฟ้าของช่องว่างอากาศที่เป็นกำแพงกั้นมีส่วนเกี่ยวข้องกับตำแหน่งการติดตั้งของสิ่งกีดขวาง หากเป็นช่องว่างของอากาศ "ติดแท่ง" อิเล็กโทรดทั้งสองจะมีการปล่อยโคโรนาดังนั้นควรติดตั้งสิ่งกีดขวางใกล้ขั้วไฟฟ้าทั้งสองเพื่อให้ได้ผลลัพธ์

ภายใต้แรงดันไฟฟ้าแรงกระตุ้นผลกระทบของสิ่งกีดขวางนั้นมีขนาดเล็กลงเนื่องจากประจุเชิงพื้นที่ที่สะสมอยู่บนสิ่งกีดขวางนั้นน้อยลงในเวลานี้

เห็นได้ชัดว่าสิ่งกีดขวางนั้นยากที่จะมีบทบาทในกรณีของสนามไฟฟ้าที่สม่ำเสมอหรือไม่สม่ำเสมอเล็กน้อย

4. ใช้แรงดันอากาศสูง

กำลังไฟฟ้าของอากาศที่ความดันปกติค่อนข้างต่ำประมาณ 3 0 kv/cm แม้ว่ามาตรการข้างต้นจะถูกนำมาใช้เพื่อปรับปรุงสนามไฟฟ้าให้มากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ จะเห็นได้ว่ากำลังไฟฟ้าของอากาศที่ความดันปกติต่ำกว่าสื่อที่เป็นของแข็งและของเหลวทั่วไปมาก อย่างไรก็ตามหากอากาศถูกบีบอัดและความดันสูงกว่า 0.1MPa (1ATM) มากความแข็งแรงทางไฟฟ้าของมันก็สามารถปรับปรุงได้อย่างมีนัยสำคัญ นี่เป็นส่วนใหญ่เป็นเพราะการเพิ่มความดันอากาศสามารถลดความยาวเส้นทางอิสระของอิเล็กตรอนได้อย่างมากดังนั้นจึงทำให้ลดลงและยับยั้งกระบวนการไอออนไนซ์ หากอากาศสามารถถูกแทนที่ด้วยก๊าซความแข็งแรงไฟฟ้าสูง (เช่นซัลเฟอร์เฮกซาฟลูออไรด์) ในขณะที่ใช้ความดันสูงผลลัพธ์ที่ดีกว่าสามารถทำได้

5. ใช้ก๊าซแรงไฟฟ้าสูง

ในบรรดาก๊าซจำนวนมากก๊าซอิเล็กโตรเนกาทีฟสูงที่มีองค์ประกอบฮาโลเจน [เช่นซัลเฟอร์เฮกซาฟลูออไรด์และฟรีนมีความแข็งแรงทางไฟฟ้าสูงโดยเฉพาะ (สูงกว่าอากาศมาก) ดังนั้นพวกเขาจึงสามารถเรียกว่าก๊าซแรงไฟฟ้าสูง การใช้ก๊าซเหล่านี้เพื่อทดแทนอากาศสามารถเพิ่มแรงดันไฟฟ้าของช่องว่างอากาศได้อย่างมากและแม้แต่การผสมก๊าซบางส่วนลงในอากาศก็สามารถเพิ่มความแข็งแรงทางไฟฟ้าได้อย่างมีนัยสำคัญ

มันควรจะชี้ให้เห็นว่าสำหรับก๊าซประเภทนี้ที่จะนำไปใช้ในทางวิศวกรรมในทางปฏิบัติมันไม่เพียงพอที่จะพึ่งพาความแข็งแรงทางไฟฟ้าสูงเท่านั้น พวกเขาจะต้องปฏิบัติตามข้อกำหนดอื่น ๆ เช่น: ①อุณหภูมิของเหลวต่ำ (เพื่อให้สามารถใช้ความดันก๊าซสูงในเวลาเดียวกัน); ②ความเสถียรทางเคมีที่ดีไม่ใช่เรื่องง่ายที่จะสลายตัวเผาไหม้หรือระเบิดและไม่ผลิตสารพิษเมื่อปล่อยออกมาในก๊าซ ③ไม่ยากเกินไปที่จะผลิตและไม่แพงเกินไป

มีก๊าซน้อยมากที่สามารถตอบสนองความต้องการทั้งหมดข้างต้นในเวลาเดียวกัน ในปัจจุบันก๊าซความแข็งแรงไฟฟ้าสูงเพียงอย่างเดียวที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในด้านวิศวกรรมคือ SF6 และก๊าซผสม นอกเหนือจากความแข็งแรงทางไฟฟ้าที่สูงแล้วก๊าซ SF6 ยังมีความสามารถในการดับเพลิงที่ยอดเยี่ยมและคุณสมบัติทางเทคนิคอื่น ๆ ที่เกี่ยวข้องก็ค่อนข้างดีเช่นกัน อุปกรณ์ไฟฟ้าที่หลากหลายและเครื่องใช้ไฟฟ้าแบบปิดรวมกันที่ทำจากก๊าซ SF6 เป็นสื่อฉนวนและสื่อการดับอาร์คมีชุดของข้อได้เปรียบที่โดดเด่นเช่นการประหยัดพื้นที่พื้นที่และปริมาณพื้นที่อย่างมากการดำเนินงานที่ปลอดภัยและเชื่อถือได้การติดตั้งและการบำรุงรักษาที่ง่ายขึ้น

6. ใช้สูญญากาศสูง

การใช้สุญญากาศสูงสามารถทำให้กระบวนการไอออนไนซ์ชนกันลดลงในช่องว่างของอากาศและเพิ่มแรงดันไฟฟ้าของช่องว่างอากาศอย่างมีนัยสำคัญ หากกระบวนการสลายตัวในสุญญากาศสูงถูกอธิบายอย่างสมบูรณ์โดยทฤษฎีการปล่อยก๊าซแรงดันไฟฟ้าที่เกิดขึ้นจะสูงมาก (ในเวลานี้มันเป็นเรื่องยากสำหรับอิเล็กตรอนที่จะชนกับโมเลกุลที่เป็นกลางเมื่อข้ามระยะทางระหว่างอิเล็กโทรด อย่างไรก็ตามสถานการณ์จริงไม่เป็นเช่นนั้น เมื่อระยะทางระหว่างอิเล็กโทรดมีขนาดเล็กความเข้มทางไฟฟ้าของสูญญากาศสูงนั้นสูงมากและสามารถเกินกว่าก๊าซ SF6 ที่ถูกบีบอัดได้ อย่างไรก็ตามเมื่อระยะทางระหว่างอิเล็กโทรดเพิ่มขึ้นแรงดันไฟฟ้าจะเพิ่มขึ้นอย่างช้าๆและความเข้มทางไฟฟ้าของมันจะต่ำกว่าความแรงของสนามสลายของก๊าซอัดอย่างมีนัยสำคัญ สิ่งนี้บ่งชี้ว่ากลไกการแยกย่อยของสูญญากาศสูงได้เปลี่ยนไปในเวลานี้และกระบวนการทางกายภาพใหม่ได้เกิดขึ้นดังนั้นจึงไม่สามารถอธิบายได้อีกต่อไปโดยทฤษฎีการปล่อยก๊าซก่อนหน้านี้

การวิจัยการสลายสูญญากาศแสดงให้เห็นว่าเมื่อระยะทางระหว่างอิเล็กโทรดมีขนาดเล็กการสลายตัวของสูญญากาศสูงนั้นเกี่ยวข้องกับการปล่อยสนามที่แข็งแกร่งบนพื้นผิวแคโทด กระแสที่เกิดจากมันจะทำให้เกิดการให้ความร้อนในท้องถิ่นของอิเล็กโทรดและปล่อยก๊าซโลหะทำให้ระดับสูญญากาศลดลงและทำให้เกิดการสลาย เมื่อระยะทางระหว่างอิเล็กโทรดมีขนาดใหญ่การสลายจะเกิดจากสิ่งที่เรียกว่า "เอฟเฟกต์แรงดันไฟฟ้าเต็ม" ในเวลานี้เมื่อระยะทางระหว่างอิเล็กโทรดและแรงดันไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้นอิเล็กตรอนสามารถสะสมพลังงานจลน์จำนวนมากเมื่อบินจากแคโทดข้ามสูญญากาศไปยังขั้วบวก อิเล็กตรอนพลังงานสูงเหล่านี้จะปล่อยไอออนและโฟตอนที่เป็นบวกเมื่อทำการทิ้งระเบิดพื้นผิวขั้วบวกซึ่งจะเสริมสร้างการเกิดไอออไนเซชันของพื้นผิวบนแคโทด การกระทำซ้ำ ๆ นี้จะทำให้เกิดการไหลของอิเล็กตรอนมากขึ้นเรื่อย ๆ ทำให้อิเล็กโทรดถูกระเหยกลายเป็นไอและนำไปสู่การสลายช่องว่าง นี่คือสิ่งที่เรียกว่า "เอฟเฟกต์แรงดันไฟฟ้าเต็ม"

ด้วยเหตุนี้เมื่อระยะทางระหว่างอิเล็กโทรดเพิ่มขึ้นความแรงของสนามสลายเฉลี่ยจะเล็กลงและเล็กลง แรงดันไฟฟ้าสลายของช่องว่างสูญญากาศนั้นเกี่ยวข้องกับปัจจัยหลายอย่างเช่นวัสดุอิเล็กโทรดผิวผิวและความสะอาด (รวมถึงปริมาณและประเภทของก๊าซดูดซับ) ดังนั้นจึงกระจายตัวออกไปมาก

มีหลายกรณีที่ใช้สุญญากาศสูงจริง ๆ เป็นสื่อฉนวนในอุปกรณ์ไฟฟ้าส่วนใหญ่เป็นเพราะสื่อที่เป็นของแข็งหรือของเหลวต่าง ๆ ส่วนใหญ่จะใช้ในโครงสร้างฉนวนของอุปกรณ์ต่าง ๆ พวกเขาจะค่อยๆปล่อยก๊าซในสุญญากาศทำให้ยากที่จะรักษาสูญญากาศสูงเป็นเวลานาน ในปัจจุบันสูญญากาศสูงใช้ในเบรกเกอร์วัคซีนเท่านั้น สูญญากาศไม่เพียง แต่มีประสิทธิภาพของฉนวนที่ดีเท่านั้น แต่ยังมีความสามารถในการดับเพลิงที่แข็งแกร่งดังนั้นจึงยังเหมาะสำหรับเบรกเกอร์วงจรสูญญากาศในเครือข่ายการกระจาย