（武汉铁路局襄阳供电段 湖北襄阳 441003）
摘要：本文描述了真空的含义，真空度的划分，用对比实验测试绝缘强度随真空度的变化先减后增的关系。描述了绝缘强度与真空度之间的函数关系，并从微观粒子学的角度进行了分析。近年来，随着科技的发展，真空断路器和六氟化硫气体高压电气设备在电力系统广泛应用，其灭弧和绝缘性好，运行较稳定，真空断路器的核心部件是真空灭弧室(真空泡)，六氟化硫气体高压电气设备在填充六氟化硫气体之前也要对其进行抽真空。真空的真空度和及其绝缘强度的高低是反映高压电气设备能否安全运行的基本尺度。
关键词：真空；绝缘；电气；论证研究
一、真空的描述（含义）
“真空”泛指在给定的空间内，气体压强低于一个大气压的气体状态，也就是说，同正常的大气压相比，是较为稀薄的一种气体状态。
真空度是对气体稀薄程度的一种客观量度。根据真空技术的理论，真空度的高低通常都用气体的压强来表示。在国际单位制中，压强是以帕(Pa)为单位1Pa=1N/m2。另外常用的单位还有托(Torr)、毫米汞柱(mmHg)、毫巴 (mbar)、工程大气压(公斤／厘米2)等。此文中真空度表示以容器内气体的绝对压力来表示，以Pa为单位。
真空区域的划分没有统一规定，我国通常是这样划分的：（一个大气压是101325Pa）
二、研究背景：
案例(发现矛盾和问题)：在襄渝铁路胡家营牵引变电所大型六氟化硫GIS设备解体修复时，两个间隔的独立的六氟化硫气室（气不通，中间通过实心的导电杆连通）在解体后重新安装时，一个气室安装好后（此时只是设备安装好，气室内气体未抽真空也为填充气体，此时气室内为空气）通过绝缘表测试绝缘，正常。另外一个开始恢复安装。在后一个气室吊装好时，对后一个气室每一节安装的设备均绝缘表进行绝缘测试，正常。在安装到第二个气室的最后两节时，为节约时间，一边对前一个气室进行抽真空，一边对后一个气室进行吊装。最后全部吊装完毕后讲两个由导电杆连通的气室用绝缘表测试绝缘，发现绝缘值只有200兆欧。
此时，现场的检修人员怀疑是设备中的绝缘部件有问题，准备对绝缘部件进行拆离后用绝缘表单独测试每一个绝缘子的绝缘值。在拆除两个绝缘子后发现绝缘均没问题，其他绝缘子外观检查也没问题。此时发现唯一变化的就是GIS设备内的真空度的变化，真空度在逐步升高。遂怀疑是抽真空导致真空度变化导致绝缘降低。但此时又有人提出，真空断路器断口间的绝缘是100G欧，抽真空不会导致绝缘降低，认为真空度同其绝缘强度成正比。现场几乎所有的人都误入这一误区，而且日常检修的人也几乎都这样认为。
为彻底查找原因和探索真空度同其绝缘强度的关系，决定通过只改变GIS设备的真空度而不改变其他因素来测试其绝缘强度。
三、提出问题
真空的绝缘强度随其真空度的提高呈非线性非正比变化。
四、实验验证：
1、对上述案例中的GIS设备的第一个气室继续进行抽真空，当其真空度（气压）在300Pa时其绝缘值为200兆欧，当其真空度（气压）在200Pa时其绝缘值为100兆欧，当其真空度为100Pa时期绝缘值为50兆欧，在其真空度为30兆欧时，其绝缘值为200兆欧。在将其真空阀打开，让室外空气倒吸进去，在空气倒吸的过程中发现其绝缘值逐步提高，由100兆欧上升到300G欧，到空气倒吸满后绝缘值上升到之前的100G欧。
2、对真空断路器的绝缘值和真空度的测试：
真空断路器的真空灭弧室中的真空度很高，一般为10-3～10-6 帕。实际生产中按1.0×10-4 Pa出厂。行业标准《3.6~405KV户内交流高压真空断路器(GB3855-1996)》规定，用于装配真空断路器的真空灭弧室内的气体压力应低于1.33×10-3Pa。测试胡家营牵引变电所既有的真空断路器真空灭弧室端口间的绝缘，发现其绝缘值为大于100G欧，近乎无穷大。
3、由此可以大致绘制出真空的绝缘值遂其真空度变化的函数曲线图。（真空的绝缘强度随其真空度的提高而呈非正比非线性的倒抛物线式的凹形曲线变化。）如图一和图二
五、原因分析：
真空状态下由于气体稀薄，单位体积内的气体分子数，即气体的分子密度小于大气压力的气体分子密度。因此，分子之间、分子与其他质点（如电子、离子等）之间以及分子与各种表面（如器壁）之间相互碰撞次数相对减少，使气体的分子自由程增大。
图一显示了真空的绝缘强度（绝缘值）和真空度（气体压强）之间的关系。由图可以看到在刚开始抽真空的过程中，其绝缘值随着真空度的的提高而下降，在真空度在100Pa左右时，绝缘值最低，之后绝缘值随着真空度的上升而变大。
图二显示了真空的绝缘强度（穿电压）和真空度（气体压强）之间的关系。由图可以看到真空度高于102Pa时，击穿电压基本上不再随着气体压力的下降而增大，因为气体分子碰撞游离现象已不再起作用。当气体压力从102Pa逐步升高时(真空度下降)，击穿强度逐渐下降，而在接近102Pa左右最低，以后又随气压的增高而增高。
在粗真空状态下，容器内有一定的气体分子，且较空气状态下的气体分子密度小，分子间隙大，分子可自由运动的空间大，不拥挤，自由度大，分子自由度越大，其载流效果就越好，因此绝缘性能降低。在真空达到一定程度时，容器内气体分子很少，近乎零，因此此时可运动的分子少载流粒子少，绝缘性能高。
我们知道能形成电流的粒子称为载流子，绝缘性能就取决于它的数目或通过能力。理想真空没有任何粒子，所以虽然没有载流子但是真空具有能让外界来的载流子顺利通过的特点。
绝缘体的特点可以自由移动的带电粒子极少。而导体之所以能导电，是因为中存在大量可自由移动的带电粒子称为载流子。
六、结论
真空的绝缘强度随其真空度的提高而呈非正比非线性的倒抛物线式的凹形变化。在一定真空度区域内，其绝缘强度比空气低。真空度的绝缘强度并不一直随其真空度的提高而提高。
七、结束语
真空的绝缘强度随其真空度的提高而呈非正比非线性的倒抛物线式的凹形变化。真空度的绝缘强度并不一直随其真空度的提高而提高。真空的真空度和及其绝缘强度的高低是反映高压电气设备能否安全运行的基本尺度。
作者简介：
刘洋；1988-1；中级职称；本科，栽植研究生在读；研究方向:牵引变电;单位：武汉铁路局襄阳供电段;
论文作者:刘洋
论文发表刊物:《电力设备》2017年第12期
论文发表时间:2017/8/25
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