SF6中的气体放电机理

在高压开关柜中，SF6气体充满内部腔体充当绝缘介质，在局部放电故障中，除少数绝缘子出现气隙缺陷造成放电外，大部分的局部放电现象都发生在SF6气体中，其主要机理是气体介质出现了带电的质点，由于带电质点的产生、消失是一个过程，只有当质点引起的电场强度增加到一定程度后，才会释放能量引发局部放电。在高压开关柜的SF6气体中，带电的质点是气体分子在电离过程中产生的，包括碰撞引起的电力、光电效应引起的离和热电离。

在高压开关柜的内部，电场是类似同轴圆柱电极或者双圆柱电极分布的，内、外两个电极的曲率半径相当，内外电极间的距离一般在几十到上百毫米左右，在绝缘性能良好的情况下，高压开关柜的内部电场是一个基本均匀的电场。当高压开关柜的内部出现绝缘缺陷时，开关柜内部电场会出现畸变，在部分区域电场将相对集中，会出现极不均匀的电场。在极不均匀的电场中有可能出现放电，这一过程分为电晕放电、先导放电和主放电等三个不同的阶段，放电过程是逐级发展的。当SF6气体间隙上存在的电场足够强时，场强集中区域的电场强度有可能大于局部放电的临界场强Ecr/p=89kV/(MPa2mm)，此时由负离子产生的电子逐渐增加，会导致电子崩现象的出现。当电子崩的前端集聚了大量电子和离子时，这一区域的电场强度将进一步增强，气体分子电离及复合会加剧，同时产生大量光子，气体在光子作用下会出现光致电离，形成比较复杂的流注放电现象。

当pd值大于1MPa2mm时(此时p的取值对应高压开关柜中气体压力0.4-0.8MPa，距离d的取值范围在1.25-2.5mm)，气体间隙的击穿过程就是SF6气体间隙先导电流形成、发展的过程。此时局部放电的过程分为三个过程，分别是流注电晕的爆发、流注电流向先导电流的转变、先导电流的发展和击穿。当高压开关柜中场强集中区域的流注电晕发展到一定程度时，电晕的形状接近椭球体，在电晕中存在大量空间电荷，将导致电晕外的电场出现畸变，会对电场产生一定的减弱效应，此时放电区域内的电子将迅速附着于SF6气体分子上，放电区域内将形成正、负空间电荷，流注电晕产生的电流将持续向电离区域注入能量，流注电晕将逐渐向先导电流转变，这一转变过程中有两种运动：第一，随着电晕电流向流注区域注入能量的不断增加，将引起放电区域气体的热膨胀；第二，放电区域内的正负离子，会出现向相反方向的缓慢移动。

基于这两种不同的运动，将产生两种放电，分别是茎先导放电和前驱机理放电。在高压开关柜的内部，形成一个先导区域后，在先导区前部出现的流注电晕经过一定的时延，将逐渐由流注转变为先导，会形成一段新的先导区域，新先导在头部又会出现流注电晕，这一过程在放电区域将反复进行，先导将逐渐向前方发展，最终先导会触及对面的电极，导致气体被击穿。在上述放电过程中，流注电晕转变为先导是核心步骤，这一过程会受到茎先导机理和前驱机理的影响。其中，茎先导机理指己经形成流注电晕后，电晕产生的电流持续向流注区域注入能量，通道区域因能量的注入温度升高，出现热膨胀，气体的密度逐步降低、临界场强下降，先导前方将出现流注电晕，逐渐发展为新的先导区域，最终形成贯通击穿。

在SF6气体区域放电逐渐发展的过程中，如果外加的电压、电场和气体压力等要素无法满足先导发展的条件，就不会出现击穿贯通，放电现象将停止。需要注意的时，此时虽然没有出贯通性击穿，但局部放电己经表明高压开关柜的内部存在绝缘缺陷，需要重视并加以解决。