《高电压技术》第一篇电介质的电气强度第八节沿面放电和污闪事

1、普普 通通 高高 等等 教教 育育 “十十 二二 五五” 国国 家家 规规 划划 教教 材材 电电 气气 工工 程程 及及 其其 自自 动动 化化 专专 业业 系系 列列 教教 材材高电压技术高电压技术第第 一一 篇篇 电介质的电气强度电介质的电气强度绪绪 论论 高电压技术主要研讨高电压(强电场)下的各种电气物理问题。 高电压技术的发展始终与大功率远距离输电的需求密切相关。 对于电力类专业的学生来说，学习本课程的主要目的是学会正确处理电力系统中过电压与绝 缘这一对矛盾。 为了说明电力系统与高电压技术的密切关系， 以高压架空输电线路的设计为例，在图 0-1中 列出了种种与高电压技术直接相关的工程

2、问题。除了电力工业、电工制造业外，高电压技术 目前还广泛应用于大功率脉冲技术、激光 技术、核物理、等离子体物理、生态与环 境保护、生物学、医学、高压静电工业应 用等领域。第第 一一 篇篇 电电介质的电气强度介质的电气强度第一节 带电粒子的产生和消失 第二节 电子崩第三节 自持放电条件第四节 起始电压与气压的关系 第五节 气体放电的流注理论 第六节 不均匀电场中的放电过程第七节 放电时间和冲击电压下的气隙击穿 第八第八节节 沿沿面放电和污闪事故面放电和污闪事故第一章第一章 气体放电的基本物理过程气体放电的基本物理过程沿面放电沿面放电：沿着固体介质表面发展的气体放电现象。 一、沿面放电的一般概念一

3、、沿面放电的一般概念1.1.固体绝缘装置处于气体介质的包围之中，它所具备的绝固体绝缘装置处于气体介质的包围之中，它所具备的绝 缘功能有两种丧失的可能：其一是固体介质本身被击穿缘功能有两种丧失的可能：其一是固体介质本身被击穿 了，另一是沿着固体介质表面发生气体的击穿（闪络）。了，另一是沿着固体介质表面发生气体的击穿（闪络）。2.2.沿固体介质表面的闪络电压不但要比固体介质本身的击沿固体介质表面的闪络电压不但要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。可见，一个绝缘装置的实际耐压能力取决电压低不少。可见，一个绝

4、缘装置的实际耐压能力取决 于它的沿面闪络电压。于它的沿面闪络电压。3.3.沿面闪络电压容易受固体绝缘的材料、表面状态、染污沿面闪络电压容易受固体绝缘的材料、表面状态、染污 程度、气候条件等因素的影响。程度、气候条件等因素的影响。第八节第八节 沿沿面放电和污闪事故面放电和污闪事故二、沿面放电的类型与特点二、沿面放电的类型与特点固体介质与气体介质分界面上的电场固体介质与气体介质分界面上的电场分分布状况对沿面放电有很大的影响。布状况对沿面放电有很大的影响。不同的界面电场分布状况下的沿面放电不同的界面电场分布状况下的沿面放电均匀和稍不均匀电场的沿面放电极不均匀电场且具有强垂直分量时的沿面放电极不均匀电

5、场且具有弱垂直分量时的沿面放电（一）均匀和稍不均匀电场中的沿面放电（一）均匀和稍不均匀电场中的沿面放电在均匀电场中，如果放入的固体介质的界面与在均匀电场中，如果放入的固体介质的界面与 电力线平行，插入这块固体介质后，沿面闪络电压电力线平行，插入这块固体介质后，沿面闪络电压 仍然要比纯空气间隙的击穿电压降低很多，这表明仍然要比纯空气间隙的击穿电压降低很多，这表明 原先的均匀电场还是发生了畸变，其主要原因如下：原先的均匀电场还是发生了畸变，其主要原因如下： 固体介质与电极接触不良固体介质与电极接触不良 固体介质表面形成水膜固体介质表面形成水膜 沿面电场的畸变沿面电场的畸变（二）极不均匀电场且具有强

6、垂直分量时的沿面放电（二）极不均匀电场且具有强垂直分量时的沿面放电图1-23沿套管表面放电的示意图1导杆；2法兰（a）电晕放电（b）细线状辉光放电（c）滑闪放电如图1 23 (a)所示，当所加电压还不高时，法兰附近即首 先出现电晕放电；电晕放电；如图1 23 (b)所示，随着外加电压的升高，放电区逐渐变 成由许多平行的火花细线组成的光带，火花细线的长度随电压 的升高而增大，但此时放电通道中的电流密度还不大、压降较 大，伏安特性仍具有上升的特征，所以仍属于辉光放电辉光放电的范畴。如图1 23 (c)所示，当电压超过某一临界值后，放电性质 发生变化，个别细线突然迅速伸长，转变为分支的树枝状明亮 火

7、花通道，这种树枝状火花并不固定在一个位置上，而是在不 同位置上交替出现，所以称为滑闪放滑闪放电电。达到滑闪放电这个阶段后，电压的微小升高就会导致火花 的急剧伸长，所以电压再升高一些，放电火花就将到达另一电 极，完成表面气体的完全击穿，称为沿面闪络沿面闪络或简称“闪络闪络”。 通常沿面闪络电压比滑闪放电电压高得不多。（三）极不均匀电场中垂直分量很弱时的沿面放电（三）极不均匀电场中垂直分量很弱时的沿面放电以图1-22（c)中的支柱绝缘子为例，这时沿瓷面的电场 切线分量较强，而垂直分量很弱。这种绝缘子的两个电极 之间的距离较长，其间的固体介质（电瓷）本身是根本不 可能被击穿的，可能出现的只有沿面闪络

8、。此时固体介质处于极不均匀电场中，因而其平均闪络 场强显然要比均匀电场低得多；但另一方面，由于界面上 的电场垂直分量很弱，因而不会出现热电离和滑闪放电。 这种绝缘子的干闪络电压基本上随极间距离的增大而提 高，其平均闪络场强大于前一种有滑闪放电时的情况。三、沿面放电电压的影响因素和提高方法三、沿面放电电压的影响因素和提高方法沿面放电电压受下列因素的影响：（一）固体介质材料 各种不同材料表面的工频闪络电压与极间距离的关系曲线见图1- 24，可见工频闪络电压的高低主要取决于该固体材料的亲水性或憎水性。（二）电场型式 在同样的表面闪络距离下，均匀与稍不均匀电场中的沿面放电电压是 最高的。在界面电场主要

9、为切 线分量的极不均匀电场中，沿面闪络 电压比同样距离的纯空气间隙的击穿 电压降低得较少。具有强垂直分量的绝缘子（例如套管）的主要问题是会出现滑闪放电， 这使得它的闪络电压比距离相同的纯 空气间隙的击穿电压低得多，而且单 靠增大极间距离的办法，不能有效地 提高其闪络电压，只有采取防止或推 迟出现滑闪放电的措施才能收到效果。四、固体介质表面有水膜时的沿面放电四、固体介质表面有水膜时的沿面放电绝缘子表面上的水膜是不均匀和不连续的。有水膜覆盖的表面电导大， 无水膜处的表面电导小，绝大部分外加电压将由干表面（例如图1- 26中的 BCA段）来承受。当电压升高时，或者空气间隙BA先击穿，或者干表面 BC

10、A，先闪络，但结果都是形成ABA电弧放电通道，出现一连串的ABA 通道就造成整个绝缘子的完全闪络。如果雨量特别大，伞上的积水像瀑布 似的往下流，伞缘间亦有可能被雨水所短 接而构成电弧通道，绝缘子也将发生完全 的闪络。可见绝缘子在雨下有三种可能的闪络途径：沿着湿表面AB和干表面BCA发展；沿着湿表面AB和空气间隙BA发展；沿着湿表面AB和水流BB发展。在设计绝缘子时，为了保证它们有较 高的湿闪电压，对各级电压的绝缘子应有 的伞裙数、伞的倾角、伞裙直径、伞裙伸 出长度与伞裙间气隙长度之比均应仔细考 虑、合理选择。五、绝缘子染污状态下的沿面放电五、绝缘子染污状态下的沿面放电污闪的形成过程：污闪的形成

11、过程：染污绝缘子表面上的污层在干燥状态下一般不导电，在出现急风骤雨时 将被冲刷净，但在遇到毛毛雨、雾、露等不利天气时，污层将被水分所湿 润，电导大增，在工作电压下的泄漏电流大增,在一定电压下能维持的局部 电弧长度亦不断增加，绝缘子表面上这种不断延伸发展的局部电弧现象俗称 爬电。一旦局部电弧达到某一临界长度时，弧道温度已很高，弧道的进一步 伸长就不再需要更高的电压，而是自动延伸直至贯通两极，完成沿面闪络。绝缘子的污闪是一个受到电、热、化学、气候等多方面因素影响的复 杂过程，通常可分为：积污、受潮、干区形成、局部电弧的出现和发展等 四个阶段，采取措施抑制或阻止其中任一阶段的发展和完成，就能防止污 闪事故的发生。统计表明：污闪的次数虽然不像雷击闪络那样多，但它造成 的后果却要严重得多。雷击闪络仅发生在一点，外绝缘闪络引起跳闸后，其绝缘性 能迅速自恢复，因而自动重合闸往往能取得成功，不会造成长时 间的停电；在发生污闪时，由于同一个区域内的绝缘子积污、受潮状况 是差不多的，所