极不均匀电场中的放电特性

和空气相似，SF6气体在极不均匀电场中的击穿现象是异常的，即击穿电压随气压升高先上升至极大值，然后下降到极小值，再继续上升。空气尖 板间隙出现击穿电压驼峰的气压比较高，一般在1MPa左右，负极性电压时出现击穿电压驼峰的气压还要高得多。但SF6气体则不同，放电的异常现象发生在工程应用的气压范围内，因此掌握这种异常放电的规律是有实际意义的。

图4-7 稍不均匀电场中SF6间隙的三种电压放电特性

SF6气体在极不均匀电场中放电的特点之一是存在一个临界气压pc，p＜pc时间隙击穿前发生电晕，而p≥pc时间隙击穿前无电晕阶段。对于正极性电压pc约为0.2MPa，而对负极性则为0.5MPa左右。

极不均匀电场中的放电起始电压（p＜pc时为电晕起始电压，p≥pc时即为击穿电压）的规律与稍不均匀电场中相似。这是因为在放电起始之前，间隙中尚无大量的空间电荷造成对外施电场畸变的缘故。所以在极不均匀电场中仍然是负极性的工频放电起始电压低于正极性时的值。

极不均匀电场中的击穿异常现象与间隙中的空间电荷有关。实验表明，当气压很小时，尖电极处的电晕具有辉光放电形式，这种情况下电晕对尖电极起到好的屏蔽作用，通常将这一情况下的击穿称为电晕稳定化的击穿，属于流注放电性质。当气压很大时，除稳定电晕外还可观察到一些明亮的线状放电，由于这种放电形式与长距离间隙冲击放电时记录到的相似，因而称为先导放电。在这两个气压中间时，稳定电晕和先导放电都存在，电晕对击穿仍起一定稳定化作用。

图4-8 极不均匀电场中±1.5/40μs冲击放电特性

在极不均匀电场下，甚至出现SF6间隙50%放电电压低于空气间隙的现象，如图4-8所示。在极不均匀电场中，SF6气体绝缘的优势不复存在。

SF6具有捕捉自由电子的电负性，当电场中自由电子密度不太高时，SF6确能使间隙的碰撞游离处于抑制状态，从而提高了局部放电的起始电压（与同等空气间隙相比）。但是当电场达到产生局部放电值时，一方面因SF6气体分子直径大、相对分子质量大，使得电离产生的离子运动速度不高，迁移率低，棒端空间电荷密集不易向外扩散，局部放电产生的电晕层对电极起到屏蔽作用，比空气中差得多，局部放电很容易发展成间隙贯穿性放电。另一方面，在电场产生局部放电时，空间自由电子在电场中已获得足够的能量， SF6分子对电子的亲和力不足以吸住高能自由电子，反而会被高能电子撞击而电离，使中性的SF6释放自己的电子。已吸附了电子的负离子SF6也会被迫释放出吸附的电子和自己自由电子轨道上的电子，形成电子崩，迅速导致间隙击穿。SF6间隙的局部放电起始电压与间隙击穿电压很接近的这一特点，与空气中极不均匀电场电极的击穿电压比局部放电起始电压高很多的特点，将导致在极不均匀电场中SF6间隙的绝缘性能与空气相近，甚至更低，如图4-8所示。

在进行电气设备的绝缘设计时，原则上应尽量避免极不均匀电场的情况，然而它还有可能出现。例如电气绝缘变压器中和气体绝缘开关柜中都有极不均匀场的情况，但这两者的充气压力较低，设计场强取得较低，所以问题都不突出。封闭组合电器和输电管道电缆在正常情况下不会出现极不均匀电场。但如设备内有导电微粒存在，则会使电场畸变而出现放电异常的现象。因而要采取措施去除导电微粒，以提高设计场强，达到缩小电气设备尺寸的目的。