在高壓開關柜中,SF6氣體充滿內(nèi)部腔體充當絕緣介質(zhì),在局部放電故障中,除少數(shù)絕緣子出現(xiàn)氣隙缺陷造成放電外,大部分的局部放電現(xiàn)象都發(fā)生在SF6氣體中,其主要機理是氣體介質(zhì)出現(xiàn)了帶電的質(zhì)點,由于帶電質(zhì)點的產(chǎn)生、消失是一個過程,只有當質(zhì)點引起的電場強度增加到一定程度后,才會釋放能量引發(fā)局部放電。在高壓開關柜的SF6氣體中,帶電的質(zhì)點是氣體分子在電離過程中產(chǎn)生的,包括碰撞引起的電力、光電效應引起的離和熱電離。
在高壓開關柜的內(nèi)部,電場是類似同軸圓柱電極或者雙圓柱電極分布的,內(nèi)、外兩個電極的曲率半徑相當,內(nèi)外電極間的距離一般在幾十到上百毫米左右,在絕緣性能良好的情況下,高壓開關柜的內(nèi)部電場是一個基本均勻的電場。當高壓開關柜的內(nèi)部出現(xiàn)絕緣缺陷時,開關柜內(nèi)部電場會出現(xiàn)畸變,在部分區(qū)域電場將相對集中,會出現(xiàn)極不均勻的電場。在極不均勻的電場中有可能出現(xiàn)放電,這一過程分為電暈放電、先導放電和主放電等三個不同的階段,放電過程是逐級發(fā)展的。當SF6氣體間隙上存在的電場足夠強時,場強集中區(qū)域的電場強度有可能大于局部放電的臨界場強Ecr/p=89kV/(MPa2mm),此時由負離子產(chǎn)生的電子逐漸增加,會導致電子崩現(xiàn)象的出現(xiàn)。當電子崩的前端集聚了大量電子和離子時,這一區(qū)域的電場強度將進一步增強,氣體分子電離及復合會加劇,同時產(chǎn)生大量光子,氣體在光子作用下會出現(xiàn)光致電離,形成比較復雜的流注放電現(xiàn)象。
當pd值大于1MPa2mm時(此時p的取值對應高壓開關柜中氣體壓力0.4-0.8MPa,距離d的取值范圍在1.25-2.5mm),氣體間隙的擊穿過程就是SF6氣體間隙先導電流形成、發(fā)展的過程。此時局部放電的過程分為三個過程,分別是流注電暈的爆發(fā)、流注電流向先導電流的轉(zhuǎn)變、先導電流的發(fā)展和擊穿。當高壓開關柜中場強集中區(qū)域的流注電暈發(fā)展到一定程度時,電暈的形狀接近橢球體,在電暈中存在大量空間電荷,將導致電暈外的電場出現(xiàn)畸變,會對電場產(chǎn)生一定的減弱效應,此時放電區(qū)域內(nèi)的電子將迅速附著于SF6氣體分子上,放電區(qū)域內(nèi)將形成正、負空間電荷,流注電暈產(chǎn)生的電流將持續(xù)向電離區(qū)域注入能量,流注電暈將逐漸向先導電流轉(zhuǎn)變,這一轉(zhuǎn)變過程中有兩種運動:第一,隨著電暈電流向流注區(qū)域注入能量的不斷增加,將引起放電區(qū)域氣體的熱膨脹;第二,放電區(qū)域內(nèi)的正負離子,會出現(xiàn)向相反方向的緩慢移動。
基于這兩種不同的運動,將產(chǎn)生兩種放電,分別是莖先導放電和前驅(qū)機理放電。在高壓開關柜的內(nèi)部,形成一個先導區(qū)域后,在先導區(qū)前部出現(xiàn)的流注電暈經(jīng)過一定的時延,將逐漸由流注轉(zhuǎn)變?yōu)橄葘?,會形成一段新的先導區(qū)域,新先導在頭部又會出現(xiàn)流注電暈,這一過程在放電區(qū)域?qū)⒎磸瓦M行,先導將逐漸向前方發(fā)展,最終先導會觸及對面的電極,導致氣體被擊穿。在上述放電過程中,流注電暈轉(zhuǎn)變?yōu)橄葘呛诵牟襟E,這一過程會受到莖先導機理和前驅(qū)機理的影響。其中,莖先導機理指己經(jīng)形成流注電暈后,電暈產(chǎn)生的電流持續(xù)向流注區(qū)域注入能量,通道區(qū)域因能量的注入溫度升高,出現(xiàn)熱膨脹,氣體的密度逐步降低、臨界場強下降,先導前方將出現(xiàn)流注電暈,逐漸發(fā)展為新的先導區(qū)域,最終形成貫通擊穿。
在SF6氣體區(qū)域放電逐漸發(fā)展的過程中,如果外加的電壓、電場和氣體壓力等要素無法滿足先導發(fā)展的條件,就不會出現(xiàn)擊穿貫通,放電現(xiàn)象將停止。需要注意的時,此時雖然沒有出貫通性擊穿,但局部放電己經(jīng)表明高壓開關柜的內(nèi)部存在絕緣缺陷,需要重視并加以解決。