西交高压课件第三章

1、3 气体中沿固体绝缘表面的放电 一切导体都要靠固体绝缘装置（各类绝缘子）固定，这些固体绝缘装置还起着电气绝缘的作用。它们丧失绝缘功能有两种可能：一是固体介质本身的击穿；二是沿着固体介质表面发生闪落。电力系统的外绝缘一般都是自恢复绝缘，绝缘子闪落或空气间隙击穿后，它们的绝缘性能很快自动恢复。一、沿面放电的一般概念 （1） 固体介质处于均匀电场中，且界面与电力线平行，这种情况在工程中比较少见，但实际结构中会遇到固体处于稍不均匀电场中、且界面与电力线大致平行的情况。此时的沿面放电特性与均匀电场的情况有些相似。E 固体介质与气体介质交界面上的电场分布状况对沿面放电特性有很大影响。界面电场分布可分为典型

2、三种情况。 二、沿面放电的类型与特点实验表明：沿固体表面的闪落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。可见一个固体绝缘装置的实际耐压能力取决于沿面闪落电压。在确定输电线路和变电所外绝缘的绝缘水平时，沿面闪落电压其者决定性作用。在表面潮湿污染的情况下，沿面闪落电压会更低。 下面就三种情况分别介绍起放电特性。 情况一中，虽界面与电力线平行，但沿面闪落电压仍要比空气间隙的击穿电压低很多。说明电场发生了畸变，主要原因如下： （2）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 Et 大得多。如右上图EtEnE （3）固体介质

3、处于极不均匀电场中，但大部分分界面上的电场切线分量 Et 大于垂直分量 En 。右下图。EtEnE（一）均匀和稍不均匀电场中的沿面放电。（1）沿面闪络电压与固体绝缘材料特性有关。大气的湿度影响。大气中的潮气吸附在固体介质表面形成水膜，其中的离子受电场的驱动而沿着介质表面移动，会使沿面电压分布不均匀，降低了闪落电压。（3）固体介质表面的不均匀和表面的凸凹不平也会造成沿面电场畸变。凸起部分的电场强度比其它部分大。（2）固体介质与电极表面接触不良，存在小气隙。小气隙中的电场强度很大，首先发生局部放电，放电所产生的带电粒子沿固体介质表面移动，畸变了原有电场，使沿面闪落电压明显降低。可采用在固体介质表面

4、喷吐导电粉末的办法消除。 在电压还不高时，如右1 图法兰附近先出现电晕放电，随着电压升高放电区变成许多平行的火花细线组成的细线状辉光放电（右中 图 ），当电压超过某一临界值后个别细线突然迅速增长，转为分叉的树枝状明亮火花通道，如 右3图。导杆法兰 这种树枝火花在不同的位置上交替出现，成为滑闪放电。电压再升高一些火花就到达另一电极，完成表面气体的完全击穿，称为沿面闪络或简称 “闪络” （二）极不均匀电场具有强垂直分量时的沿面放电。注意：具有强垂直分量时闪络电压较低，危害也大。 这种以支柱绝缘子为典型例子，其两个电极之间的距离较长，其间固体介质本身不可能被击穿。由于电极形状和布置已使电场很不均匀，

5、因此介质表面积聚电荷使电压重新分布所造成的电场畸变，不会显著降低沿面放电电压。另外，其垂直分量较小，沿表面没有较大的电容电流流过，放电过程中不会出现热电离，故没有明显的滑闪放电。（三）极不均匀电场具有弱垂直分量时的沿面放电。 这种情况下沿面放电电压比同电极结构下纯空气间隙放电电压降低不多，提高放电电压的途径主要是用均压环等改变电极形状，缓和局部的高电场，适当均匀整体电场分布。 三、沿面放电电压的影响因素和提高方法。 （一）固体介质材料主要取决于该材料的亲水性或憎水性。 影响因素： （二）电场形式 同样的表面闪落距离下均匀与稍不均匀电场闪落电压最高。界面电场主要为强垂直分量的极不均匀电场中，闪落

6、电压比同样距离的纯空气间隙的击穿电压低，也比具有弱垂直分量极不均匀电场则低得很多。 主要是增大极间距离，防止或推迟滑闪放电。 以瓷套管为例，要在瓷套的内壁上喷铝，消除内壁消除内壁两侧的电位差。加大法兰处瓷套的外直径和壁厚或涂半导体漆或半导体釉，防止滑闪放电过早出现。对35K以上的高压陶管要采用电容式套管和充油式套管。 四、受潮表面的沿面放电 此处讨论的是洁净的瓷表面被雨水淋湿时的沿面放电，相应的电压称为湿闪电压。绝缘子表面有湿污层时的闪落电压称为污闪电压，将在后面再作专门探讨。 提高方法： 如右图，棒型绝缘子除最上面的一个伞裙的上表面会全部淋湿外，下面各伞的上表面都只有一部分淋湿，切全部伞裙的

7、下表面及瓷柱也不会被淋湿，只可能有少量的回溅雨水。可见绝缘子表面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，决大多数外加电压将由干表面（图中的BCA）段来承受。ABCAB当电压升高时，或者空气间隙BA先击穿或者干表面BCA先闪落，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完全闪落。如雨量特别大时，伞绝缘间有可能被雨水短接而构成电弧通道，绝缘子也将发生完全的闪落。四、固体表面有水膜时的沿面放电 可见绝缘子在雨下有三种可能的闪落途径：沿湿表面AB和干表面BCA发展沿湿表面AB和空气间隙BA发展；沿湿表面AB和水流BB发展。 第一种情况湿闪只

8、有干闪电压的40%50%，还受雨水电导率的影响。第二种情况下绝缘子的湿闪电压不会降低太多。第三种情况，湿闪电压将降低到很低的数值。在设计时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的比均应仔细考虑、合理选择。 五、绝缘子污染状态下的沿面放电（污闪）污闪放电的机理 绝缘子污染通常可分为积污、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何一个阶段的完成就能防止污闪事故的发生。 注意:污闪是一个局部电弧伸展的过程，也就是一个湿污秽层烘干的过程，需要较长的时间 线路和变电所的外绝缘受环境应力的作用，包括雨、露、霜、雪、风等气候条件和工业

9、粉尘、废气、自然盐碱、灰尘、鸟粪等污秽物的污染。外绝缘被污染的过程一般是渐进的，但有时也可能是急速的。 染污绝缘子表面上的污层在干燥状态下一般不导电。遇到雨、雾、露等不利天气时，污层被湿润，电导增大，在工作电压下的泄漏电流大增。电流所产生的焦耳热，既可能使污层电导增大，又可能使水分蒸发、污层变干而减小其电导。例如悬式绝缘子铁脚和铁帽附近的污层中电流密度较大，污层烘干较快先出现干区或干带。干区的电阻比其余湿区的电阻大的多。整个绝缘子上的电压都集中到干区上，一般干区宽度不大，所以电场强度很大。如果电场强度已足已引起表面空气的电离，在铁脚和铁帽周围即开始电晕放电或辉光放电，由于此时泄漏电流较大，电晕

10、或辉光放电很容易转为只存在于绝缘子局部表面的有明亮通道的电弧，成为局部电弧。随着干区的扩大，电弧被拉长。在雾、露天，污层湿润度不断增大，泄漏电流也随之增大，在一定电压下能维持的局部电弧长度也不断增大。一旦局部电弧达到某一临界长度时弧道温度已很高，弧道的进一步伸长不需要更高电压，而是自动延伸直至贯穿两极完成沿面闪落。 污闪造成的后果很严重，由于一个区域内绝缘子积污受潮情况差不多，所以容易发生大面积污闪事故。自动重合闸成功率远低于雷击闪落时，造成事故的扩大和长时间停电。就经济损失而言，污闪在各类事故中居首位。 污秽度除了与积污量有关还与污秽的化学成分有关。通常采用“等值附盐密度”（简称“等值盐密”

11、）来表征绝缘子表面的污秽度，它指的是每平方厘米表面所沉积的等效氯化钠（NaCl）毫克数。 等值的方法：把表面沉积的污秽刮下，溶于300ml蒸馏水，测出其在20水温时的电导率；然后在另一杯20 、300ml的蒸馏水中加入NaCl，直到其电导率等于混合盐溶液的电导率时，所加入的NaCl毫克数，即为等值盐量，再除以绝缘子的表面积，即可得出“等值盐密” ( mg/cm2 ) （一）调整爬距（增大泄露距离） 泄漏比距 指外绝缘“相地”之间的爬电距离(cm) 与系统最高工作（线）电压（kv,有效值）之比。一定要遵循规定的泄漏比距来选择绝缘子串的总爬电距离和片数。 六、防止污闪的措施 下表为各污秽等级所要求

12、的泄漏比距值 3.10(3.41)3.10(3.57)2.91 3.45(3.20 3.80)2.78 3.30(3.20 3.80)2.50(2.75)2.50(2.88)2.27 2.91(2.50 3.20)2.17 2.78(2.50 3.20)2.00(2.20)2.00(2.30)1.82 2.27(2.00 2.50)1.74 2.17(2.00 2.50)1.60(1.76)1.60(1.84)1.45 1.82(1.60 2.00)1.39 1.74(1.60 2.00)_1.45(1.60)1.39(1.60)0330kv及以下220kv及以下330kv及以下220kv及以下 发电厂、变电所 线 路泄漏 比 距 (cm/kv)污秽等级 注 括号内的数据为以系统额定电压为基准的泄漏比距值。 各污秽等级所要求的爬电比距值 （二）定期或不定期的清扫。 （三）使用