第4章气体中沿固体绝缘表面的放电

1、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 脏污绝缘表面的沿面放电脏污绝缘表面的沿面放电沿面放电的一般概念沿面放电的一般概念u 沿面放电沿面放电沿着固体介质表面的气体发生的放电沿着固体介质表面的气体发生的放电u 闪络闪络沿面放电发展到沿面放电发展到贯穿性的空气击穿贯穿性的空气击穿p 导体都要靠固体绝缘导体都要靠固体绝缘装置（各类绝缘子）装置（各类绝缘子）固定，同时固

2、体绝缘固定，同时固体绝缘装置还起着电气绝缘装置还起着电气绝缘的作用。的作用。p 它们丧失绝缘功能有它们丧失绝缘功能有两种可能，：两种可能，：一是固一是固体介质本身的击穿。体介质本身的击穿。二是沿着固体介质表二是沿着固体介质表面发生闪络。面发生闪络。绝缘子的分类（结构）：绝缘子的分类（结构）： 绝缘子：绝缘子：将处于不同电位的导体或导体与接地构将处于不同电位的导体或导体与接地构件之间在件之间在机械上固定机械上固定，在，在电气上隔绝电气上隔绝的一种高压的一种高压绝缘部件。绝缘部件。两大作用两大作用:电气绝缘，机械支撑。电气绝缘，机械支撑。(狭义狭义)绝缘子：绝缘子：用作带电体与接地体间的绝缘和固定

3、连接。用作带电体与接地体间的绝缘和固定连接。用于架空线路的称为线路绝缘子，如悬式绝缘子用于架空线路的称为线路绝缘子，如悬式绝缘子(盘形和盘形和棒形棒形)。电站用于支持母线或隔离刀闸的称为支柱绝缘子。电站用于支持母线或隔离刀闸的称为支柱绝缘子。套筒：套筒：用作电器内绝缘的容器，使电气设备内部的带电端用作电器内绝缘的容器，使电气设备内部的带电端子与外部系统相连。大多用电工陶瓷制成，如互感器瓷套，子与外部系统相连。大多用电工陶瓷制成，如互感器瓷套，避雷器瓷套，断路器瓷套等。避雷器瓷套，断路器瓷套等。套管：套管：用作导电体穿过接地隔板、电器外壳和墙壁的绝缘用作导电体穿过接地隔板、电器外壳和墙壁的绝缘件

4、，使室内的带电端子和室外系统相连。如穿越墙壁的穿件，使室内的带电端子和室外系统相连。如穿越墙壁的穿墙套管，变压器、电容器的出线套管等。墙套管，变压器、电容器的出线套管等。悬式绝缘子悬式绝缘子支柱绝缘子支柱绝缘子套管套管套筒套筒 绝缘子从材料上分类：绝缘子从材料上分类：电瓷绝缘子、钢化玻璃绝电瓷绝缘子、钢化玻璃绝缘子、有机合成绝缘子。缘子、有机合成绝缘子。 沿介质表面发生闪络沿介质表面发生闪络由于大多数绝缘子以电瓷、玻璃等硅酸盐材料由于大多数绝缘子以电瓷、玻璃等硅酸盐材料组成，所以沿着它们的表面发生放电或闪络时，组成，所以沿着它们的表面发生放电或闪络时，一般不会导致绝缘子的永久性损坏。电力系统一

5、般不会导致绝缘子的永久性损坏。电力系统的外绝缘，一般均为的外绝缘，一般均为自恢复绝缘自恢复绝缘。绝缘功能的丧失可以分为以下两种情况：绝缘功能的丧失可以分为以下两种情况： 固体介质击穿固体介质击穿固体介质内部发生的破坏性放电，通常会造成固体介质内部发生的破坏性放电，通常会造成介质绝缘性能的永久性损伤（介质绝缘性能的永久性损伤（不可逆转不可逆转）。）。沿面闪络电压比气体或固体介质单独存沿面闪络电压比气体或固体介质单独存在时的击穿电压都低，可见绝缘的实际水平在时的击穿电压都低，可见绝缘的实际水平取决于它的沿面闪络电压。取决于它的沿面闪络电压。它与设备表面的干燥、潮湿、清洁、污它与设备表面的干燥、潮湿

6、、清洁、污染有较大关系。染有较大关系。p 实验结果表明：在相同的实验结果表明：在相同的放电距离条件下，放电距离条件下，沿面闪沿面闪络电压比纯空气间隙的击络电压比纯空气间隙的击穿电压低得多穿电压低得多p 在表面潮湿污染的情况下在表面潮湿污染的情况下，沿面闪络电压会更低。，沿面闪络电压会更低。p 一个绝缘装置的实际耐压一个绝缘装置的实际耐压能力取决于它的沿面闪络能力取决于它的沿面闪络电压。电压。n 沿面放电电压低的原因？n 污闪过程n 提高沿面闪络电压措施4.1 界面电场分布的典型情况界面电场分布的典型情况固体介质处于均匀固体介质处于均匀电场中，且界面与电场中，且界面与电力线平行。电力线平行。固体

7、介质处于极不固体介质处于极不均匀电场中，且电均匀电场中，且电力线垂直于界面的力线垂直于界面的分量比平行于界面分量比平行于界面的分量要大得多，的分量要大得多，如套管。如套管。固体介质处于极固体介质处于极不均匀电场中，不均匀电场中，电场强度平行于电场强度平行于界面的分量要比界面的分量要比垂直分量大，如垂直分量大，如支柱绝缘子。支柱绝缘子。沿面放电的类型和特点沿面放电的类型和特点u 沿面放电与固体介质表面的电场分布有很大关系沿面放电与固体介质表面的电场分布有很大关系界面电场分布的三种典型情况界面电场分布的三种典型情况固体介质处于均匀电场中，且界面固体介质处于均匀电场中，且界面与电力线平行，与电力线平

8、行，p 工程中比较少见，但实际结构工程中比较少见，但实际结构中会遇到固体处于稍不均匀电中会遇到固体处于稍不均匀电场中、且界面与电力线大致平场中、且界面与电力线大致平行的情况。行的情况。此时沿面放电特性此时沿面放电特性与均匀电场的情况相似与均匀电场的情况相似。u 界面界面 气体介质与固体介质的交界面气体介质与固体介质的交界面1.1.均匀电场均匀电场固体介质处于极不均匀电场中，且界面电场的垂直分量固体介质处于极不均匀电场中，且界面电场的垂直分量 En 比平行于表面的切线分量比平行于表面的切线分量 Et 大得多大得多p 类似于变压器用电容套管类似于变压器用电容套管2.2.具有强垂直分量的不均匀电场具

9、有强垂直分量的不均匀电场固体介质处于极不均匀电场中，固体介质处于极不均匀电场中，且界面电场的切线分量且界面电场的切线分量 Et 比垂直分量比垂直分量 En大得多大得多p 类似于支撑绝缘子类似于支撑绝缘子复合支持绝缘子复合支持绝缘子户外高压支持绝缘子户外高压支持绝缘子3.3.具有弱垂直分量的不均匀电场具有弱垂直分量的不均匀电场4.2 均匀电场中的沿面放电均匀电场中的沿面放电沿面放电：沿面放电：均匀电场中，固体介质的引入并不影响电极间的电场分布，但放电总是发生在界面，且闪络电压比空气间隙的击穿电压要低得多。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

10、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；一、一、均匀电场均匀电场中的沿面放电中的沿面放电u 放电特点：放电特点：放电总发生在沿着固体放电总发生在沿着固体介质表面，且放电电压比纯空气间介质表面，且放电电压比纯空气间隙的放电电压要低隙的放电电压要低. .电极电极固体介质固体介质放电路径放电路径u原因原因固体介质与电极表面没有完全密合存在小气隙固体介质与电极表面没有完全密合存在小气隙, ,或介面有裂纹或介面有裂纹小气隙存在小气隙存在形成形成(气体气体固体固体气体气体)串联回路串联回路电场强度与介电常数成电场强度与介电常数成反比反比 气体介电常数小气体介电常数小

11、小气隙中电小气隙中电场强度大场强度大小气隙内先发生放小气隙内先发生放电，产生带电粒子电，产生带电粒子带电粒子在电场作用下带电粒子在电场作用下沿固体介质表面运动沿固体介质表面运动固体介质表面电场变得不均固体介质表面电场变得不均匀，导致沿面闪络电压低匀，导致沿面闪络电压低所以放电总发生在沿着固体介质表面所以放电总发生在沿着固体介质表面介质表面易吸收水分介质表面易吸收水分，形成一层很薄的膜，水，形成一层很薄的膜，水膜中的离子在电场作用下向两极移动，易在电膜中的离子在电场作用下向两极移动，易在电极附近积聚电荷，极附近积聚电荷，使介质表面电场不均匀使介质表面电场不均匀，降，降低闪络电压，导致放电总发生在

12、沿着固体介质低闪络电压，导致放电总发生在沿着固体介质表面。表面。介质表面不可能绝对光滑介质表面不可能绝对光滑及及介质表面电阻不均介质表面电阻不均匀匀，使，使表面电场不均匀表面电场不均匀，降低闪络电压，导致，降低闪络电压，导致放电总发生在沿着固体介质表面。放电总发生在沿着固体介质表面。电极电极固体介质固体介质放电路径放电路径影响因素影响因素：（）憎水性或亲水性（）憎水性或亲水性亲水性的材料表面容易形成一层水膜，水膜亲水性的材料表面容易形成一层水膜，水膜中的离子在电场作用下移动使沿面电压分布中的离子在电场作用下移动使沿面电压分布不均匀不均匀。（）介质表面状况（）介质表面状况充充SF6气体的同轴圆柱

13、电极中支撑与电极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（）固体介质与电极接触是否紧密（）固体介质与电极接触是否紧密（4）上述影响因素在高气压时表现得更为明显。）上述影响因素在高气压时表现得更为明显。 气压对氮气中沿面闪络电压的影响气压对氮气中沿面闪络电压的影响 氮气间隙胶布板 塑料瓷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1、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沿套管表面放电的示意图沿套管表面放电的示意图a.电晕放电电晕放电b.刷状放电刷状放电c. 滑闪放电滑闪放电

14、a. 随着外施电压的增大，首随着外施电压的增大，首先在法兰边缘出现先在法兰边缘出现电晕放电电晕放电;b. 电压进一步升高，出现电压进一步升高，出现刷刷状放电状放电，其放电长度随着电，其放电长度随着电压升高而增长；压升高而增长；c. 当电压增长到某临界值时，当电压增长到某临界值时，某些细线长度迅速增长转变某些细线长度迅速增长转变为树枝状火花，这种放电很为树枝状火花，这种放电很不稳定，迅速改变放电路径不稳定，迅速改变放电路径,并有爆裂声，称为并有爆裂声，称为滑闪放电滑闪放电。出现滑闪后，电压再增加一出现滑闪后，电压再增加一点，放电火花就能延伸到另点，放电火花就能延伸到另一电极，形成一电极，形成闪络

15、闪络。滑闪放电是强垂直分量绝滑闪放电是强垂直分量绝缘结构的特有放电形式缘结构的特有放电形式1-导杆导杆 2-接地法兰接地法兰u放电过程放电过程外加电压较低，首先在外加电压较低，首先在电场强的法兰盘处电场强的法兰盘处发生发生电晕放电电晕放电辉光放电辉光放电外加电压升高，电外加电压升高，电晕放电延伸晕放电延伸滑闪放电滑闪放电电压超过某一值电压超过某一值电压微小升高，滑闪迅速延伸，电压微小升高，滑闪迅速延伸，贯穿两极贯穿两极 沿面闪络沿面闪络强垂直场强分量作用强垂直场强分量作用使带电粒子不断摩擦使带电粒子不断摩擦(撞击撞击)介质表面介质表面介质局部温度升高介质局部温度升高个别地个别地方周围气体发生方

16、周围气体发生热电离热电离出现明亮的树枝状出现明亮的树枝状放电放电Rs:表示固体介质单位面积的表面电阻表示固体介质单位面积的表面电阻:表示介质表面单位面积对导杆的电容表示介质表面单位面积对导杆的电容分析固体绝缘的介电性能和几何尺寸对分析固体绝缘的介电性能和几何尺寸对沿面放电的影响沿面放电的影响rRRCrln1094110R,rR,r：圆柱形介质的内外半径圆柱形介质的内外半径Rs, C0越小电压分布越均匀。越小电压分布越均匀。 滑闪放电现象的物理解释滑闪放电现象的物理解释Rs 单位面积的介质表面电阻单位面积的介质表面电阻(1) 法兰附近电流密度大，电法兰附近电流密度大，电位梯度也大，促进电离，形位

17、梯度也大，促进电离，形成初始放电。成初始放电。(2) 受电场垂直分量作用，带受电场垂直分量作用，带电质点撞击介质表面，引起电质点撞击介质表面，引起局部温度升高，导致局部温度升高，导致热电离热电离，带电质点数剧增，放电通道带电质点数剧增，放电通道头部场强增加，通道迅速发头部场强增加，通道迅速发展，形成展，形成“滑闪放电滑闪放电”。(3) 出现滑闪放电的条件：足出现滑闪放电的条件：足够强的电场垂直分量和水平够强的电场垂直分量和水平分量；交变电压（含冲击电分量；交变电压（含冲击电压）的作用。压）的作用。C0 表示介质表面单位面积对导杆表示介质表面单位面积对导杆的电容（比电容）的电容（比电容）2011

18、(/)49 10lnrCF cmRRr R,r： 圆柱形介质的内外半径圆柱形介质的内外半径提高套管的电晕起始电压和滑提高套管的电晕起始电压和滑闪放电电压的方法：闪放电电压的方法：（1）减小比电容减小比电容，例如增大，例如增大固体介质的厚度，特别是加大固体介质的厚度，特别是加大法兰处套管的外径；也可采用法兰处套管的外径；也可采用介电常数较小的介质，例如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。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，即减小介质表面电阻率。例如在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套管靠近接地法兰处涂半导体釉；在电机绝缘的出

19、槽口部分釉；在电机绝缘的出槽口部分涂半导体漆等。涂半导体漆等。介质表面的电压分布介质表面的电压分布 2011(/)49 10lnrCF cmRRr 当当Rs、C0一定时，外加电压变一定时，外加电压变化速度越快，流过化速度越快，流过C0的电流越的电流越大，分流作用越大，流过表面大，分流作用越大，流过表面的电流分布及表面电位分布越的电流分布及表面电位分布越不均匀，闪络电压也越低。不均匀，闪络电压也越低。工频电压下沿面放电起始电压为工频电压下沿面放电起始电压为：00CkUfk kf f为常系数，由介电性能和为常系数，由介电性能和放电形式决定放电形式决定（电晕还是滑电晕还是滑闪闪）。44.004103

20、6.1CUcr由实验得到的工频电压由实验得到的工频电压下滑闪放电起始电压，下滑闪放电起始电压，单 位单 位k Vk V, , C C0 0单 位 为单 位 为F/cmF/cm2 2滑闪放电只出现在交流和冲击电压下，直流电压滑闪放电只出现在交流和冲击电压下，直流电压下不会出现滑闪放电。下不会出现滑闪放电。原因？原因？IIIIIIIIIIIII法兰法兰导杆导杆提高沿面放电电压的方法提高沿面放电电压的方法 u 以套管为例（具有强垂直分量的极不均匀电场）以套管为例（具有强垂直分量的极不均匀电场）u 等值电路分析等值电路分析p 电流：电流：导线与法兰两极间导线与法兰两极间的电流沿绝缘表面经过的电流沿绝缘

21、表面经过Rs流到各流到各C0；p 电压：电压：表面各处电流不同，表面各处电流不同，越靠近法兰电流越大，单越靠近法兰电流越大，单位长度压降也大，使得表位长度压降也大，使得表面电压分布不均匀；面电压分布不均匀；p 场强：场强：法兰附近，电场强法兰附近，电场强度大，其垂直分量也大，度大，其垂直分量也大，极易发生滑闪放电。极易发生滑闪放电。Rs表面电阻；表面电阻；C0 瓷套对地电容；瓷套对地电容；Gr体积电导体积电导(0)；法兰法兰瓷套瓷套导杆导杆u 提高方法提高方法加大法兰处瓷套的外直径和璧厚加大法兰处瓷套的外直径和璧厚外 直 径 璧外 直 径 璧厚增加厚增加减小对地减小对地电容电容C0分 流 作

22、用分 流 作 用减小减小表面电流更均匀表面电流更均匀电压分布更均匀电压分布更均匀沿 面 电 场沿 面 电 场更均匀更均匀沿面闪络电压沿面闪络电压提高提高IIIIIIIIIIIII法兰法兰导导杆杆IIIIIIIIIIIII法兰法兰导导杆杆在法兰处电场强度较强的瓷套外表在法兰处电场强度较强的瓷套外表面涂上半导体漆或半导体釉面涂上半导体漆或半导体釉涂 半 导 体涂 半 导 体漆（釉）漆（釉）减小法兰附减小法兰附近表面电阻近表面电阻法 兰 附 近法 兰 附 近压降减小压降减小表面电场分布更表面电场分布更加均匀加均匀沿面闪络电压沿面闪络电压提高提高29u 放电过程放电过程电晕放电电晕放电辉光放电辉光放电

23、外加电压升高，外加电压升高，电晕放电延伸电晕放电延伸电压超过某一值电压超过某一值沿面闪络沿面闪络p 由于界面上电场垂直分量很弱，因此不由于界面上电场垂直分量很弱，因此不会出现热电离和滑闪放电会出现热电离和滑闪放电p 平均闪络场强比均匀电场时低得多；但平均闪络场强比均匀电场时低得多；但大于前一种有滑闪放电的情况大于前一种有滑闪放电的情况 2、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不同材料圆管表面的工频闪络电压峰值1-空气隙击穿空气隙击穿 2-石蜡石蜡 3-胶纸胶纸 4-瓷和玻璃瓷和玻璃沿面闪络电压与空气沿面闪络电压与空气击穿电压的差别比前述击

24、穿电压的差别比前述电场情况都要小得多。电场情况都要小得多。因此这种情况下，为因此这种情况下，为提高沿面放电电压，主提高沿面放电电压，主要从要从改进电极形状以改改进电极形状以改善电极附近的电场着手善电极附近的电场着手。(31)（三）极不均匀电场垂直分量很弱时的沿面放电。 这种绝缘子的两个电极之间的距离较长，只可能出现沿面闪络。不出现热电离和滑闪放电？提高干闪络电压的措施：增大极间距离。思考：三种情况下沿面闪络电压的比较？EtEnE330kV绝缘子柱绝缘子柱 采用均压环不但减弱了电极边缘的场强，而且还由于采用均压环不但减弱了电极边缘的场强，而且还由于流流经均压环与介质表面间的分布电容电流，部分地补

25、偿了介质经均压环与介质表面间的分布电容电流，部分地补偿了介质的对地电容电流的对地电容电流，改善了电压分布，从而提高了闪络电压。，改善了电压分布，从而提高了闪络电压。箭头反箭头反应电流应电流大小的大小的变化变化长绝缘子串的电压分布很不均匀，这长绝缘子串的电压分布很不均匀，这是由于绝缘子的金属部分与接地的铁是由于绝缘子的金属部分与接地的铁塔和高压导线间有杂散电容引起的。塔和高压导线间有杂散电容引起的。330kV330kV及更高电压的悬式绝缘子串一及更高电压的悬式绝缘子串一般也装有均压环般也装有均压环悬式绝缘子可以用多个绝缘子用简悬式绝缘子可以用多个绝缘子用简单机械的方法组成绝缘子串。单机械的方法组

26、成绝缘子串。35kV-3片片;110kV-7片片;220kV-13片片 330kV-19片片;500kV-28片片也可采用并串（机械负荷大）或多加也可采用并串（机械负荷大）或多加片（耐张塔杆）片（耐张塔杆）330kV及更高电压的悬式绝缘子及更高电压的悬式绝缘子串一般也装有均压环，以改善沿串一般也装有均压环，以改善沿绝缘子串的电压分布。悬式绝缘绝缘子串的电压分布。悬式绝缘子的一个突出优点是可将多个绝子的一个突出优点是可将多个绝缘子用简单的机械方法组成绝缘缘子用简单的机械方法组成绝缘子串，串中绝缘子数决定于线路子串，串中绝缘子数决定于线路所要求的绝缘水平。所要求的绝缘水平。绝缘子串的等效电路及各绝

27、缘子承受的电压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）只考虑对地电容 CE （b）只考虑对导线电容）只考虑对导线电容 CL （c）同时考虑）同时考虑 CE 及及 CL长绝缘子串电压分布很不均匀，长绝缘子串电压分布很不均匀，是由于绝缘子的金属部分与接地是由于绝缘子的金属部分与接地的铁塔和高压导线间有杂散电容的铁塔和高压导线间有杂散电容引起的。绝缘子串中间的绝缘子，引起的。绝缘子串中间的绝缘子，所承受的电压比两端的小。靠近所承受的电压比两端的小。靠近导线的绝缘子承受的电压最大。导线的绝缘子承受的电压最大。电压分布不均匀的情况，随线路电压分布不均匀的情况，随线路电压的升高而严重，

28、在电压的升高而严重，在330kV及及以上线路，靠近导线的绝缘子易以上线路，靠近导线的绝缘子易引起电晕和无线电干扰，为使绝引起电晕和无线电干扰，为使绝缘子串电压分布较均匀，缘子串电压分布较均匀，330kV及以上线路上应在导线线夹处装及以上线路上应在导线线夹处装设设均压屏蔽环均压屏蔽环。靠近导线的绝缘子承受电压高。绝缘子数越多，电压分布越绝缘子数越多，电压分布越不均匀。在导线处加均压环不均匀。在导线处加均压环增大增大CL,以补偿以补偿CE。 330kV 11.7%7.1%4.4 受潮表面的沿面放电受潮表面的沿面放电1、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

29、柱绝缘子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（环境温度为的交流闪络电压（环境温度为30）RH - 相对湿度相对湿度RH超过60%闪络电压下降；原因：表面凝露在介质表面未发生凝露的情况在介质表面未发生凝露的情况下，空气中绝对湿度增大时，下，空气中绝对湿度增大时，绝缘子沿面闪络电压会略有提绝缘子沿面闪络电压会略有提高。高。但介质表面发生凝露时，但介质表面发生凝露时，则沿面闪络电压将明显下降。则沿面闪络电压将明显下降。因为是否发生凝露与大气的相因为是否发生凝露与大气的相对湿度有关，所以它不仅取决对湿度有关，所以它不仅取决于于绝对湿度绝对湿度的大小，还与的大小，还与介质介质表面的温度表

30、面的温度有很大的关系。有很大的关系。SF6中工频沿面闪络电压中工频沿面闪络电压（气压（气压0.35MPa）1气温为气温为-2402气温为气温为-29-23环氧树脂绝缘子环氧树脂绝缘子露（液态）霜（固态）1、表面凝露对沿面放电的影响、表面凝露对沿面放电的影响SF6中绝缘子表面凝露会使闪中绝缘子表面凝露会使闪络电压大大下降。络电压大大下降。一般环境温度下，当相对湿一般环境温度下，当相对湿度为度为50%时，闪络电压时，闪络电压Uf可下降可下降5% 17%，湿度更大时，湿度更大时Uf可下可下降降50%。但在低温下，但在低温下， Uf的下降并不的下降并不明显，因为此时气体中水分将在明显，因为此时气体中水

31、分将在固体介质表面凝聚成霜而不是液固体介质表面凝聚成霜而不是液态的露。态的露。2、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雨中电导率对湿闪电压的影响（取雨水电导率为（取雨水电导率为0.01S/m时的闪络电压为时的闪络电压为1）电介质表面如果被雨水完全淋湿，雨水会形成连续的导电介质表面如果被雨水完全淋湿，雨水会形成连续的导电膜，泄漏电流就会大增，使沿面闪络电压降低；即使介质电膜，泄漏电流就会大增，使沿面闪络电压降低；即使介质表面部分被雨水淋湿，也会降低闪络电压。而且雨水会短路表面部分被雨水淋湿，也会降低

32、闪络电压。而且雨水会短路部分沿面距离。因此，淋雨状况下固体介质的沿面闪络电压部分沿面距离。因此，淋雨状况下固体介质的沿面闪络电压会明显降低，绝缘子会明显降低，绝缘子湿闪电压湿闪电压仅为干闪电压的仅为干闪电压的40%50%。u 湿闪电压湿闪电压洁净表面被雨水淋湿时的沿面放电电洁净表面被雨水淋湿时的沿面放电电压压u 绝缘子表面水膜大都是不均匀且不连续的绝缘子表面水膜大都是不均匀且不连续的p 有水膜的表面电导大；有水膜的表面电导大；p 无水膜的表面电导小。无水膜的表面电导小。2、表面淋雨对沿面放电的影响、表面淋雨对沿面放电的影响绝缘子湿闪沿面放电绝缘子湿闪沿面放电u 湿闪时沿面放电的过程（棒型支柱绝

33、缘子）湿闪时沿面放电的过程（棒型支柱绝缘子）结果都是结果都是形成形成ABA电弧放电通电弧放电通道道，出现一连串的，出现一连串的ABA通道就通道就造成整个绝缘子完全闪落。造成整个绝缘子完全闪落。电 压电 压升高升高可能空气间隙可能空气间隙BA先击穿先击穿可能干表面可能干表面BCA先闪落先闪落u 注意：注意：如雨量特别大时，如雨量特别大时，伞缘间有可能被伞缘间有可能被雨水短接而构成电弧通道雨水短接而构成电弧通道，绝缘子也将发，绝缘子也将发生完全的闪落。生完全的闪落。u 湿闪时沿面放电的三大途径（棒型支柱绝缘子）湿闪时沿面放电的三大途径（棒型支柱绝缘子）沿湿表面沿湿表面AB和干表面和干表面BCA发展

34、，绝发展，绝缘子缘子湿闪电压为干闪时的湿闪电压为干闪时的4050。沿湿表面沿湿表面AB和空气间隙和空气间隙BA发展，绝发展，绝缘子湿闪电压缘子湿闪电压不会下降很多不会下降很多。沿湿表面沿湿表面AB和水流和水流BB发展，湿闪电发展，湿闪电压压降到很低的数值降到很低的数值。4.5 脏污绝缘表面的沿面放电脏污绝缘表面的沿面放电(污闪污闪)绝缘子是外绝缘的最主要部件，运行在户外的绝缘子必须绝缘子是外绝缘的最主要部件，运行在户外的绝缘子必须长年面对大气环境的侵袭：雨水导致长年面对大气环境的侵袭：雨水导致湿闪湿闪、覆冰导致、覆冰导致冰闪冰闪、雷、雷击过电压导致击过电压导致雷闪雷闪、操作过电压导致、操作过电

35、压导致操作闪络操作闪络、绝缘子表面污、绝缘子表面污秽导致秽导致污闪污闪等。等。几种闪络中，对电力系统危害最大的是污闪，雷闪占外绝几种闪络中，对电力系统危害最大的是污闪，雷闪占外绝缘闪络次数的第一位，但是污闪造成的损失是雷害的近缘闪络次数的第一位，但是污闪造成的损失是雷害的近10倍倍。绝缘事故的原因：绝缘事故的原因： 电压升高：电压升高：雷击、操作过电压、工频电压升高雷击、操作过电压、工频电压升高 绝缘下降：绝缘下降：污秽、雨、雾、露、冰、雪；异物、零值污秽、雨、雾、露、冰、雪；异物、零值(如如果某一片绝缘子的电位差为果某一片绝缘子的电位差为0时时,则该片绝缘子为零值绝缘则该片绝缘子为零值绝缘子

36、子)、大风、老化等、大风、老化等污闪的危害污闪的危害u 污闪次数虽然没有雷击闪络那样多，但污闪事故后果大于污闪次数虽然没有雷击闪络那样多，但污闪事故后果大于雷击事故后果。雷击事故后果。p 因为雷击仅发生在一点，可实现自动重合闸，停电短，因为雷击仅发生在一点，可实现自动重合闸，停电短，影响小影响小p 由于一个区域内绝缘子积污受潮情况差不多，所以污闪由于一个区域内绝缘子积污受潮情况差不多，所以污闪一般为一片地区，难实现自动重合闸，停电长，影响大一般为一片地区，难实现自动重合闸，停电长，影响大p 污闪一般发生在运行电压下，属于典型的绝缘下降问题。污闪一般发生在运行电压下，属于典型的绝缘下降问题。污闪

37、发生在工作电压之下，属于典型的绝缘下降问题。污闪发生在工作电压之下，属于典型的绝缘下降问题。我国污闪问题的特点：我国污闪问题的特点： 污秽重污秽重(盐密、灰密比国外高得多盐密、灰密比国外高得多) 积污时间长（积污降水不同时）积污时间长（积污降水不同时） 污区大（大面积污染，不是点污染）污区大（大面积污染，不是点污染） 工业污秽为主（国外是海洋为主）工业污秽为主（国外是海洋为主） 绝缘子零值率高绝缘子零值率高(扩大了污闪事故扩大了污闪事故) 电网结构不够坚强电网结构不够坚强(扩大了污闪事故扩大了污闪事故)我国主要的污闪事故：我国主要的污闪事故： 1974年年 沈阳、抚顺地区大面积污闪，工业损失沈

38、阳、抚顺地区大面积污闪，工业损失3000多万多万 197681年年 华东电网多次大面积污闪，每年损失电量达华东电网多次大面积污闪，每年损失电量达400万度万度 1987.3 西北电网西北电网“3.16”大面积污闪大面积污闪 1989.1 华东电网大面积污闪，华东电网大面积污闪，500kV几乎全部污闪几乎全部污闪 1989.12 华东电网大面积污闪，华东电网大面积污闪，500kV几乎全部污闪几乎全部污闪 1990.2 华北电网大面积污闪，华北电网大面积污闪，500kV全部污闪，损失电量全部污闪，损失电量1200万度，损失万度，损失6000多万元多万元 1992春春 四川电网大面积污闪四川电网大面

39、积污闪 1996冬冬 华东华中及其他地区电网大面积污闪华东华中及其他地区电网大面积污闪 1999.3 华北山东及其他地区电网大面积污闪华北山东及其他地区电网大面积污闪 2001.2 东北、华北、河南等地电网大面积污闪东北、华北、河南等地电网大面积污闪1971-1999 我国大面积污闪事故我国大面积污闪事故: 35kV500kV 输电线路污闪输电线路污闪 4000 余条次余条次35kV500kV 变电站污闪变电站污闪 2000 余站次余站次大面积污闪容易造成电网多点同时跳闸，事故波及面大，大面积污闪容易造成电网多点同时跳闸，事故波及面大，是电网安全运行的主要威胁之一。是电网安全运行的主要威胁之一

40、。直流电压下污闪问题更严重，直流电压下污闪问题更严重，成为直流输电中的几大难题之一。成为直流输电中的几大难题之一。污闪绝缘水平已成为超高压，特高压系统外绝缘水平的决污闪绝缘水平已成为超高压，特高压系统外绝缘水平的决定性因素。定性因素。污闪：污闪：户外绝缘子常会受到工业污秽或自然界盐碱、飞户外绝缘子常会受到工业污秽或自然界盐碱、飞尘等污染，在长年户外运行中，逐渐聚积一层尘等污染，在长年户外运行中，逐渐聚积一层污秽层污秽层，在潮，在潮湿天气下，污秽层受潮成为覆盖在绝缘子表面的湿天气下，污秽层受潮成为覆盖在绝缘子表面的导电层导电层，最，最终引发终引发局部电弧局部电弧，并发展成沿面，并发展成沿面闪络闪

41、络，称为污闪。，称为污闪。绝缘子闪络电压与污染程度（以单位面积的污量表示）的关系绝缘子闪络电压与污染程度（以单位面积的污量表示）的关系1-电站烟灰电站烟灰 2-炼铝厂尘埃炼铝厂尘埃绝缘子工作电压绝缘子工作电压1、污闪的发展过程、污闪的发展过程绝缘子污闪绝缘子污闪当该电压周围空气当该电压周围空气的沿面闪络电压的沿面闪络电压绝缘子污闪的过程绝缘子污闪的过程介介质质积 污 、 受 潮积 污 、 受 潮区区积污、受潮积污、受潮介质表面电导率介质表面电导率介质表面电阻介质表面电阻流过介质表面电流流过介质表面电流表面发热表面发热干干区区形成干区形成干区形成局部干区形成局部干区干区表面电阻干区表面电阻干区的

42、电压干区的电压电电弧弧局部电弧局部电弧干区形成局部电弧干区形成局部电弧电弧发展电弧发展电弧延伸、拉长（爬电现象）电弧延伸、拉长（爬电现象）表面闪络表面闪络电弧贯穿电弧贯穿在电流密度大的区域在电流密度大的区域（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，电压分布是较均匀的；分布是较均匀的； （2）污层表面电阻不均匀，电阻大的地方发热多，污层干得）污层表面电阻不均匀，电阻大的地方发热多，污层干得快，使该处电阻变得更大，污层表面形成高电阻的快，使该处电阻变得更大，污层表面形成高电阻的“干燥带干燥带”，使污层的泄漏电流减小，并在干燥带形成很大的电压

43、降；使污层的泄漏电流减小，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沿面闪络场强时，干燥带发生）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，湿润区不断缩小，电流迅速增大以致引起热电离，放放电，湿润区不断缩小，电流迅速增大以致引起热电离，放电具有电弧特性，这就是出现局部电弧的阶段。电具有电弧特性，这就是出现局部电弧的阶段。 外施电压越高或剩余电阻外施电压越高或剩余电阻R的阻值越小，越易发展成闪络。的阻值越小，越易发展成闪络。（1）污秽的沉积）污秽的沉积在风力、重力、电场力等因素作用下，大气中的飘尘、在风力、重力、电场力等因素作用下，大气中的飘尘、飞灰等污秽会接近并逐渐沉积

44、在绝缘子表面；绝缘子外形通飞灰等污秽会接近并逐渐沉积在绝缘子表面；绝缘子外形通过影响周围的气流场，也对绝缘子的积污有明显的影响。过影响周围的气流场，也对绝缘子的积污有明显的影响。（2）污秽的受潮）污秽的受潮干燥状态下，绝缘子表面的积污层对沿面闪络电压没有明干燥状态下，绝缘子表面的积污层对沿面闪络电压没有明显影响；但在潮湿的气候条件下，绝缘子的污层会受潮，污物显影响；但在潮湿的气候条件下，绝缘子的污层会受潮，污物中的电解质成分溶于水中，形成导电水膜。因此，有泄漏电流中的电解质成分溶于水中，形成导电水膜。因此，有泄漏电流沿绝缘子表面流过。同时污物中的不导电部分吸收水分，保持沿绝缘子表面流过。同时污

45、物中的不导电部分吸收水分，保持了绝缘子表面的含水量，对泄漏电流和污闪电压有显著影响。了绝缘子表面的含水量，对泄漏电流和污闪电压有显著影响。污闪发展的几个阶段污闪发展的几个阶段: （3）干区的形成和局部电弧的产生）干区的形成和局部电弧的产生泄漏电流的热效应使水分蒸发，绝缘子表面局部电流密度泄漏电流的热效应使水分蒸发，绝缘子表面局部电流密度大的区域热效应明显，首先形成干区。导致绝缘子表面的电压大的区域热效应明显，首先形成干区。导致绝缘子表面的电压分布发生变化。干区两端承受较大的电压，当场强超过空气放分布发生变化。干区两端承受较大的电压，当场强超过空气放电的临界值时，该处发生沿面放电。电的临界值时，

46、该处发生沿面放电。放电形式可能是火花或线状放电，或跨越干区的局部小电放电形式可能是火花或线状放电，或跨越干区的局部小电弧。放电形式与绝缘子的污秽及受潮程度有关。放电不稳定，弧。放电形式与绝缘子的污秽及受潮程度有关。放电不稳定，间歇状，放电出现的部位和时间都是随机的。间歇放电现象持间歇状，放电出现的部位和时间都是随机的。间歇放电现象持续时间较长。续时间较长。（4）局部电弧的发展和闪络的完成）局部电弧的发展和闪络的完成随着绝缘子的污秽和受潮程度不同，局部电弧的发展变随着绝缘子的污秽和受潮程度不同，局部电弧的发展变化可能逐渐减弱，或者继续发展成贯穿两级的闪络，从而造化可能逐渐减弱，或者继续发展成贯穿

47、两级的闪络，从而造成污闪事故。成污闪事故。2、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。说明表面泄漏电流越大，闪络电压越低。所以络电压越低。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层在工程中常将污层表面电导率表面电导率作为监测绝缘子脏污严重程度作为监测绝缘子脏污严重程度的一个特征参数，污闪电压将随表面电导率的增大而减小。的一个特征参数，污闪电压将随表面电导率的增大而减小。（2）湿润的方式）湿润的方式 最容易发生污闪的气象条件是雾、露、融

48、雪和毛毛雨等，最容易发生污闪的气象条件是雾、露、融雪和毛毛雨等，这些条件下这些条件下污层易达到饱和湿润的状态但不被冲洗掉污层易达到饱和湿润的状态但不被冲洗掉。下大。下大雨时绝缘子表面积聚的污秽，特别是水溶性导电物质，很容雨时绝缘子表面积聚的污秽，特别是水溶性导电物质，很容易被雨水冲掉，因此不易发生污闪。易被雨水冲掉，因此不易发生污闪。（3）泄漏距离）泄漏距离 与局部电弧串联的剩余电阻的阻值越大，则沿面闪络越与局部电弧串联的剩余电阻的阻值越大，则沿面闪络越不容易发生。在污层表面电导率一定时，不容易发生。在污层表面电导率一定时，泄漏距离越长，剩泄漏距离越长，剩余电阻的阻值越大余电阻的阻值越大。绝缘

49、子的泄漏距离是影响污闪电压的重。绝缘子的泄漏距离是影响污闪电压的重要因素。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。间越短就越不容易导致闪络。直流电压下污闪电压最低直流电压下污闪电压最低，是，是因为直流电弧不像交流电弧的电流每半周过零一次，因此局因为直流电弧不像交流电弧的电流每半周过零一次，因此局部电弧的熄灭比交流时要困难些。部电弧的熄灭比交流时要困难些。3、污秽等级的划分、污秽等级的划分绝缘子越绝缘子越“脏脏”，污闪电压越低，因此污秽度评定的，污闪电压越低，因此污秽

50、度评定的目的是进行定量地评价绝缘子目的是进行定量地评价绝缘子“脏脏”的程度。的程度。绝缘子表面污秽分为：湿润后导电部分和不导电部分。绝缘子表面污秽分为：湿润后导电部分和不导电部分。导电部分对泄漏电流和污闪电压有直接影响；不导电部分导电部分对泄漏电流和污闪电压有直接影响；不导电部分由于吸收水分，保持绝缘子表面的含水性，因此对泄漏电由于吸收水分，保持绝缘子表面的含水性，因此对泄漏电流和污闪电压也有显著影响。流和污闪电压也有显著影响。绝缘子表面积污程度（污秽度）的表征绝缘子表面积污程度（污秽度）的表征u 污秽度除了与积污量有关，还与污秽的化学成分有关污秽度除了与积污量有关，还与污秽的化学成分有关u

51、等值附盐密度（等值盐密）等值附盐密度（等值盐密）每平方厘米表面所沉积的等每平方厘米表面所沉积的等效氯化钠（效氯化钠（NaCl）毫克数。）毫克数。u 等值的方法：等值的方法：p 把表面沉积的污秽刮下，溶于把表面沉积的污秽刮下，溶于300ml蒸馏水，测出其在蒸馏水，测出其在20水温时的电导率；然后在另一杯水温时的电导率；然后在另一杯20 、300ml的蒸的蒸馏水中加入馏水中加入NaCl，直到其，直到其电导率等于混合盐溶液的电导电导率等于混合盐溶液的电导率时率时，所加入的，所加入的NaCl毫克数，即为等值盐量，再除以绝毫克数，即为等值盐量，再除以绝缘子的表面积，即可得出缘子的表面积，即可得出“等值盐

52、密等值盐密” ( mg/cm2 ) 500kV套管及支柱绝缘子的污秽耐套管及支柱绝缘子的污秽耐受电压和泄漏距离的关系受电压和泄漏距离的关系附盐密度：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0.0

53、60.100.060.10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线路和发电厂、变电所污秽等级线路和发电厂、变电所污秽等级污秽等级爬电比距（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）1.6

54、0（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）各污秽等级下的爬电比距分级数值各污秽等级下的爬电比距分级数值 单位爬电距离（爬电比距单位爬电距离（爬电比距)：绝缘子每：绝缘子每1kV额定线电压的爬电距离，用以估计脏污额定线电压的爬电距离，用以估计脏污条件下绝缘子的污闪性能。条件

55、下绝缘子的污闪性能。4.6 提高沿面闪络电压的方法提高沿面闪络电压的方法在固体介质的表面沿电场等位面方向设置突出的棱缘在固体介质的表面沿电场等位面方向设置突出的棱缘(屏屏障障)，则能显著提高沿面闪络电压，则能显著提高沿面闪络电压(如实际绝缘子的伞棱如实际绝缘子的伞棱)。1、屏障的应用、屏障的应用原因：原因： 电子或离子沿平行于等电位面的屏障表面运动时，不能从电子或离子沿平行于等电位面的屏障表面运动时，不能从电场吸取能量；电场吸取能量； 增大了两电极间沿固体表面的泄漏距离。增大了两电极间沿固体表面的泄漏距离。通过改善电极形状，使电极附近的电场分布趋于均匀，从通过改善电极形状，使电极附近的电场分布

56、趋于均匀，从而提高沿面闪络电压。而提高沿面闪络电压。2、屏蔽的应用、屏蔽的应用措施：措施：绝缘子串的等效电路及各绝缘子承受的电压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）只考虑对地电容CE （b）只考虑对导线电容）只考虑对导线电容CL （c）同时考虑）同时考虑CE及及CL在导线侧加装屏蔽环，相当在导线侧加装屏蔽环，相当于增大于增大CL，流过，流过CL的电流可的电流可以补偿以补偿CE的分流作用，使得的分流作用，使得沿绝缘子串的电位分布变得沿绝缘子串的电位分布变得均匀。均匀。对于超高压线路采用分裂导对于超高压线路采用分裂导线也可起到增大线也可起到增大CL的作用。的作用。在绝缘内部加电容极板或在绝缘表面加中间电极使电位分在绝缘内部加电容极板或在绝缘表面加中间电极使电位分布均匀，达到提高沿面闪络电压的目的。布均匀，达到提高沿面闪络电压的目的。3、强制固定绝缘表面的电位、强制固定绝缘表面的电位在电位梯度较大的部位涂以半