第4章气体中沿固体绝缘表面的放电

1、高电压工程基础高电压工程基础华南理工大学电力学院沿面放电的概念气气-固固复合复合介质绝缘击穿介质绝缘击穿/闪络：闪络：1. 固体介质本身的击穿固体介质本身的击穿2. 气体间隙击穿气体间隙击穿3. 沿着固体介质表面发生气体放电（闪络）沿着固体介质表面发生气体放电（闪络）p 实验表明：沿固体表面的闪络电压不但比固体介质本身的击穿电压沿固体表面的闪络电压不但比固体介质本身的击穿电压低得多，而且也比极间距离相同的纯气隙的击穿电压低不少。低得多，而且也比极间距离相同的纯气隙的击穿电压低不少。 一般：U U（固固） U U （气）气） U U （沿面沿面）p 在表面潮湿或污染的情况下，沿面闪络电压会更低。

2、p 研究意义研究意义：一个绝缘装置的实际耐压水平由沿面放电电压一个绝缘装置的实际耐压水平由沿面放电电压决定。决定。p 研究范围研究范围： 表面干燥、清洁时的沿面放电电压表面干燥、清洁时的沿面放电电压 表面潮湿时的沿面放电电压表面潮湿时的沿面放电电压 表面污秽且受潮时的沿面放电电压表面污秽且受潮时的沿面放电电压 研究意义和范围第第4 4章章 气体中沿固体绝缘气体中沿固体绝缘表面的放电表面的放电4.1 界面电场分布的典型情况界面电场分布的典型情况4.2 均匀电场中的沿面放电均匀电场中的沿面放电4.3 极不均匀电场中的沿面放电极不均匀电场中的沿面放电4.4 受潮表面的沿面放电受潮表面的沿面放电4.5

3、 脏污绝缘表面的沿面放电脏污绝缘表面的沿面放电高电压工程基础高电压工程基础4.1 界面电场分布的典型情况界面电场分布的典型情况（1）固体介质处于均匀电场中，且界面与电力线平行，如图（a）。（2）固体介质处于极不均匀电场中，且电力线垂直于界面的分量比平行于表面的分量要大得多，如图 (b)。（3）固体介质处极不均匀电场中，电场强度平行于界面的分量要比垂直分量大，如（c）。高电压工程基础4.2 均匀电场中的沿面放电均匀电场中的沿面放电不同介质的沿面闪络电压空气间隙石蜡瓷与电极接触不紧密的瓷特点：特点：（1）沿面闪络电压与固体绝缘材料特性有关；（2）介质表面粗糙，也会使电场分布畸变，从而使闪络电压降低

4、；（3）上述影响因素在高气压时表现得更为明显。高电压工程基础（4）固体介质是否与电极紧密接触对闪络电压有影响。 充SF6气体的同轴圆柱电极中支撑与电极接触的好坏对沿面闪络电压的影响 纯纯SF6接触良好接触良好接触不良接触不良 对于支柱绝缘子，内屏蔽电极可以提高沿面闪络电压。内屏蔽电极有一最佳深度，约10cm左右。支柱绝缘子的内屏蔽电极深度对雷电冲击闪络电压的影响 正极性正极性负极性负极性高电压工程基础4.3 极不均匀电场中的沿面放电极不均匀电场中的沿面放电 具有强垂直分量时的沿面放电具有强垂直分量时的沿面放电（d）套管表面电容沿套管表面放电的示意图（a）电晕放电 （b）细线状辉光放电（c）滑闪

5、放电1-导杆，2接地法兰高电压工程基础2011(/)49 10lnrCF cmRRr 提高套管的电晕起始电压和滑闪放电电压的方法：（1）减小比电容减小比电容，例如增大固体介质的厚度，特别是加大法兰处套管的外径；也可采用介电常数较小的介质，例如用瓷油组合绝缘代替纯瓷介质。（2）减小绝缘表面电阻减小绝缘表面电阻，即减小介质表面电阻率。例如在套管靠近接地法兰处涂半导体釉；在电机绝缘的出槽口部分涂半导体漆等。介质表面的电压分布 高电压工程基础 具有弱垂直分量时的沿面放电具有弱垂直分量时的沿面放电沿不同材料圆管表面的工频闪络电压峰值 沿面闪络电压与空气击穿电压的差别比前述两种电场情况都要小得多。因此这种

6、情况下，为提高沿面放电电压，主要从改进电极形状改进电极形状以改善电极附近的电场着手. 1空气隙击穿 2石蜡 3胶纸 4瓷和玻璃高电压工程基础330kV绝缘子柱绝缘子柱 如：3.3m高的绝缘子，装直径1.5m的均压环后：闪络电压：588kV834kV，提高42高电压工程基础绝缘子串的等效电路及各绝缘子承受的电压（a）只考虑对地电容CE （b）只考虑对导线电容CL （c）同时考虑CE及CL35kV-3片110-7220133301950028措施：均压环增大C困难330kV均压环：11.57.1影响沿面放电电压的因素1、电场分布和电压波形的影响、电场分布和电压波形的影响p均匀与不均匀；工频、直流、

7、冲击均匀与不均匀；工频、直流、冲击2、介质材料的影响、介质材料的影响p主要体现在表面吸潮方面主要体现在表面吸潮方面3、大气条件的影响、大气条件的影响p温度、湿度、气压温度、湿度、气压4、介质表面情况的影响、介质表面情况的影响p雨水淋湿或表面脏污，沿面闪络电压急剧下降雨水淋湿或表面脏污，沿面闪络电压急剧下降高电压工程基础4.4 受潮表面的沿面放电受潮表面的沿面放电 表面凝露对沿面放电的影响表面凝露对沿面放电的影响不同放电距离时清洁的环氧树脂支柱绝缘子的交流闪络电压（环境温度为30）RH超过60%闪络电压下降；原因：表面凝露SF6中工频沿面闪络电压（气压0.35MPa）1气温为-2402气温为-2

8、9-23环氧树脂绝缘子露（液态）霜（固态）高电压工程基础 表面淋雨对沿面放电的影响表面淋雨对沿面放电的影响光滑瓷柱的干闪和湿闪电压 干闪湿闪雨中电导率对湿闪电压的影响4.5 脏污绝缘表面的沿面放电脏污绝缘表面的沿面放电绝缘子绝缘子将处于不同电位的导体在机将处于不同电位的导体在机械上固定，在电气上绝缘械上固定，在电气上绝缘结构分类结构分类（悬式、支柱）绝缘子、套（悬式、支柱）绝缘子、套筒、套管筒、套管4.5 脏污绝缘表面的沿面放电脏污绝缘表面的沿面放电绝缘事故原因：绝缘事故原因：一、电压升高一、电压升高雷电、操作过电压、工频电压升高雷电、操作过电压、工频电压升高二、绝缘下降二、绝缘下降污秽、雨、

9、雾、露、冰、雪、异物、零值、大风、老化等污秽、雨、雾、露、冰、雪、异物、零值、大风、老化等p 污秽绝缘闪络发生到工作电压下，属于典型的绝污秽绝缘闪络发生到工作电压下，属于典型的绝缘下降问题缘下降问题p 绝缘污秽是国内外超高压线路绝缘污秽是国内外超高压线路外绝缘外绝缘的的决定性因素决定性因素p 大面积污闪容易造成电网多点同时跳闸，是电网安大面积污闪容易造成电网多点同时跳闸，是电网安全运行的主要威胁之一全运行的主要威胁之一p 我国污闪事故造成的损失是雷击的我国污闪事故造成的损失是雷击的10倍以上倍以上高电压工程基础污闪污闪： 户外绝缘子常会受到工业污秽或自然界盐碱、飞尘等污染。干燥情况下，对闪络电

10、压没多大影响。但当绝缘子表面污层被湿润，其表面电导剧增使绝缘子泄漏电流急剧增加。绝缘子的闪络电压（污闪电压）大大降低，甚至有可能在工作电压下发生闪络。 绝缘子闪络电压与污染程度（以单位面积的污量表示）的关系绝缘子工作电压1电站烟灰2炼铝厂尘埃高电压工程基础 污闪的发展过程污闪的发展过程（1）污层刚受潮时，介质表面有明显的泄漏电流流过，电压）污层刚受潮时，介质表面有明显的泄漏电流流过，电压分布是较均匀；分布是较均匀； （2）出现高电阻的）出现高电阻的“干燥带干燥带” ，使污层的泄漏电流减小，使污层的泄漏电流减小，并在干燥带形成很大的电压降；并在干燥带形成很大的电压降；（3）当干燥带的电位梯度超过

11、沿面闪络场强时，干燥带发）当干燥带的电位梯度超过沿面闪络场强时，干燥带发生放电，放电具有电弧特性，这就是出现局部电弧的阶段。生放电，放电具有电弧特性，这就是出现局部电弧的阶段。 (4) 局部电弧发展成闪络局部电弧发展成闪络 。高电压工程基础 污闪的发展过程污闪的发展过程高电压工程基础 影响污闪的因素影响污闪的因素（1）污秽的性质和污染程度）污秽的性质和污染程度 污秽的导电率越高和介质表面沉积的污秽量越多，则闪络电压越低。这实际上说明表面泄漏电流越大，闪络电压越低。所以在工程中常将污污层表面电导率层表面电导率作为监测绝缘子脏污严重程度的一个特征参数。（2）湿润的方式）湿润的方式 最容易发生污闪的

12、气象条件是雾、露、融雪和毛毛雨等，这些条件下污层易达到饱和湿润的状态但不被冲洗掉。（3）泄漏距离）泄漏距离 在污层表面电导率一定时，泄漏距离越长，剩余电阻的阻值越大，绝缘子的泄漏距离是影响污闪电压的重要因素。 （4）外施电压的形式）外施电压的形式 由于污闪是局部电弧不断拉长的过程，因此电压作用时间越短就越不容易导致闪络。雷电：0.9；操作：0.5；工频：0.2；直流：0.15 等值附盐密度等值附盐密度（ESDD，mg/cm2）：绝缘子表面：绝缘子表面每平方厘米面积上沉积的等效每平方厘米面积上沉积的等效NaClNaCl的质量数的质量数(mg)(mg)。 所谓等效：是在电导率上等效。所谓等效：是在

13、电导率上等效。300 ml300 ml 污秽等级的划分污秽等级的划分500kV套管及支柱绝缘子的污秽耐受电压和泄漏距离的关系附盐密度：10.03mg/cm2； 20.05mg/cm2；30.1mg/cm2污秽等级污湿特征盐密(mg/cm2)线路发电厂变电所0大气清洁地区及离海岸盐场50km以上无明显污染地区0.03大气轻度污染地区，工业区和人口低密集区，离海岸盐场10km50km地区，在污闪季节中干燥少雾（含毛毛雨）或雨量较多时0.030.060.06大气中等污染地区，轻盐碱和炉烟污秽地区，离海岸盐场3km10km地区，在污闪季节中潮湿多雾（含毛毛雨）但雨量较少时0.060.100.060.1

14、0大气污染较严重地区，重雾和重盐碱地区，近海岸盐场13km地区，工业与人口密度较大地区，离化学污源和炉烟污秽300m1500m的较严重污秽地区0.100.250.100.25大气特别严重污染地区，离海岸盐场1km以内，离化学污源和炉烟污秽300m以内的地区0.250.350.250.35：外绝缘与系统最高工作线电压的有效值之比。污秽等级爬电比距（cm/kV）线路发电厂、变电所220kV及以下330kV及以上220kV及以下330kV及以上01.39（1.60）1.45（1.60）1.391.74（1.602.00）1.451.82（1.602.00）1.60（1.84）1.60（1.76）1.742.17（2.002.50）1.822.27（2.002.50）2.00（2.30）2.00（2.20）2.172.78（2.503.20）2.272.91（2.503.20）2.50（2.88）2.50（2.75）2.783.30（3.203.80）2.913.45(3.203.80)3.10（3.57）3.10（3.41）高电压工程基础（1）定期或不定期的清扫）定期或不定期的清扫 （2）使用防污闪涂料或进行表面处理）使用防污闪涂料或进行表面处理（3）加强绝缘和采用耐污绝缘子）加强绝缘和采用耐污绝缘子 （4）使用其他材质的绝缘子）使用其他材质的绝缘子 防止污闪的措施