摘要 通过实验测量了SF6混合气体的低概率冲击击穿电压和先导间隔时间，从流注向先导的转变解释了两者的关系，同时阐明了添加气体对低概率冲击击穿的影响。
关键词 先导 击穿 混合气体 SF6
The Influence of Gas Additives on Low Probability
Impulse Breakdown in SF6-filled Gaps
Abstract The low probability impulse breakdown voltage and the leader step time of SF6 gas mixtures are measured. Based on the mechanism of transition from streamer to leader, the relationship between them is discussed, and the effect of gas additives on the low probability impulse breakdown is also interpreted.
Key words leader breakdown gas mixtures SF6
0 引 言
实验表明，在SF6中加入空气、N2等低耐电强度的气体后，驼峰区混合气体的直流和冲击击穿电压都得到提高。一种观点认为，加入低耐电强度的气体后，混合气体的起晕电压降低，产生更多的带电粒子，并且混合气体的离子迁移率也变大，从而加强了混合气体的电晕稳定化作用［1］。但这一观点无法解释冲击击穿电压也升高的现象，因冲击作用下电晕稳定化作用很弱。在SF6中添加C2Cl3F3（Freon 113，耐电强度比SF6高)后，不仅混合气体的直流、低概率冲击击穿电压得到提高，而且起晕电压也略有提高［2］，显然这一现象也与电晕稳定化作用增强的观点是矛盾的。
研究表明，SF6混合气体的低概率冲击击穿为流注/先导逐级向前发展的过程［3］，可简述如下：一段先导通道形成后，在其外端又会产生新的流注电晕；这个新的流注电晕经过一个时延后，也经历一个从流注到先导的转变，形成先导通道；这个过程反复进行，先导就逐级向前发展；直到触及对面电极导致击穿，或者不满足产生新的先导通道的条件，则放电中途停止。两段先导通道形成之间的时间间隔ts(先导间隔时间)的长短标志着先导发展的难易程度，是描述放电发展的重要参数。本文测量了不同混合比下的SF6／N2、SF6／CO2、SF6／空气和SF6／R12混合气体的低概率冲击击穿电压和先导间隔时间，并从流注向先导转变的机理分析了添加气体对SF6气体低概率冲击击穿的影响。
1 实验与结果
1.1 实验
电极系统为尖板间隙，实验最大充气压力为0.4MPa［4］。添加气体分为两组，第一组是耐电强度低于SF6的空气、CO2和N2；第二组是耐电强度高于SF6的R12。在各试验气压下均先测其低概率冲击击穿电压，再接入光电倍增管(PMT)系统测量冲击预放电过程，以免击穿发出强光而导致光电倍增管损坏。
1.2 实验结果
在实验中，发现混合气体的ts与气压p和电压U关系式与纯SF6的相同，即ts＝K／pU，不同混合气体常数K值不同且均随混合比的变化而变化；对每一种混合气体，K值最大时的混合比的低概率冲击击穿电压也最大。图1是不同混合比SF6／N2的ts与pU的关系。其中，#1、#2气体的混合比为80/20、60/40，其K值分别为3.6、1.5。
1：80/20,K=3.6 2：60/40,K=1.5
图1 SF6／N2混合气体ts与pU的关系
1.2.1 低耐电强度添加气体的影响
图2是SF6／N2混合气体的正直流、低概率击穿电压与纯SF6的比较。其中，#1气体为纯SF6，#2、#3气体的混合比分别为80/20、60/40，曲线1、2、3是相应气体的正直流击穿电压；1′、2′、3′是低概率冲击击穿电压。由图可见，SF6稳态击穿电压的峰值出现在0.15 MPa处，然后下降到低谷点0.35 MPa；混合气体的峰值点气压和低谷点气压都随N2含量的增多而增大。#2气体的低概率冲击击穿电压最高，K值也最大；#3气体的低概率冲击击穿电压已经低于纯SF6的了。
1，2，3：正直流击穿 1′，2′，3′：低概率冲击击穿
图2 SF6／N2的实验结果
图3、图4分别是SF6／空气、SF6／CO2混合气体的实验结果，其中#1是纯SF6；图3中#2、#3气体混合比分别为：80/20、50/50，K值分别为：5.2、3.1；图4中#2、#3气体的混合比分别为80/20、60/40，K值分别为：5.6、3.4。曲线1、2、3和1′、2′、3′的含义同上。SF6/空气、SF6／CO2混合气体正直流击穿电压的峰值点气压和临界气压都随添加气体含量的增多而增大，混合气体的低概率冲击击穿电压都高于纯SF6的。两图中，都是#2气体的低概率冲击击穿电压最高，而且K值也最大。
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