模塊六沿面放電及閃絡

1、模塊六模塊六 沿面放電試驗沿面放電試驗情景一情景一 沿面放電及閃絡沿面放電及閃絡新課引入：新課引入：什么是沿面放電？什么是沿面放電？常發(fā)生在高壓外絕緣及高常發(fā)生在高壓外絕緣及高壓絕緣子表面。壓絕緣子表面。定義：定義：沿著固體介質(zhì)表面所進行沿著固體介質(zhì)表面所進行的氣體放電。的氣體放電。放電發(fā)展到另外一極稱為放電發(fā)展到另外一極稱為閃絡。閃絡。實驗表明：沿固體介質(zhì)表實驗表明：沿固體介質(zhì)表面的閃絡電壓比固體介質(zhì)面的閃絡電壓比固體介質(zhì)本身的擊穿電壓低很多，本身的擊穿電壓低很多，也比相同間距的純氣隙的也比相同間距的純氣隙的擊穿電壓低得多。擊穿電壓低得多。一個絕緣裝置的實際耐受電壓往往取決于它的閃絡電壓，一

2、個絕緣裝置的實際耐受電壓往往取決于它的閃絡電壓，而閃絡電壓常受固體介質(zhì)表面的干燥、清潔、污染等情況而閃絡電壓常受固體介質(zhì)表面的干燥、清潔、污染等情況影響。因此設計時需要知道絕緣子的影響。因此設計時需要知道絕緣子的干閃絡干閃絡、濕閃絡濕閃絡和和污污穢閃絡穢閃絡電壓。電壓。界面電場分布的三種典型情況界面電場分布的三種典型情況一、均勻和稍不均勻電場中的沿面放電一、均勻和稍不均勻電場中的沿面放電由于電場畸變使沿面閃絡電壓由于電場畸變使沿面閃絡電壓 比空氣間隙擊穿電壓低得多。比空氣間隙擊穿電壓低得多。 因此，均勻電場中閃絡電壓因此，均勻電場中閃絡電壓 與固體介質(zhì)吸附水分的能力有關；與固體介質(zhì)吸附水分的能

3、力有關； 與固體介質(zhì)與電極結(jié)合的緊密程度有關；與固體介質(zhì)與電極結(jié)合的緊密程度有關； 與固體介質(zhì)表面電阻和表面光滑狀況有關；與固體介質(zhì)表面電阻和表面光滑狀況有關； 與氣體的狀態(tài)有關；與氣體的狀態(tài)有關； 與電壓的種類有關。與電壓的種類有關。 UsUb 原因在于：原因在于： 介質(zhì)與電極間存在氣隙介質(zhì)與電極間存在氣隙局放局放電荷畸變電場電荷畸變電場Us； 介質(zhì)表面吸潮形成水膜介質(zhì)表面吸潮形成水膜畸變電場畸變電場Us； 介質(zhì)表面電阻分布不均勻介質(zhì)表面電阻分布不均勻Us。提高提高Us措施：措施： 密合、光滑、干燥氣體下增大氣壓。密合、光滑、干燥氣體下增大氣壓。 二、極不均勻場中具有強垂直分量時的沿面二、極

4、不均勻場中具有強垂直分量時的沿面放電放電電場特點：電場特點：電力線與固體介質(zhì)表電力線與固體介質(zhì)表面幾乎垂直。面幾乎垂直。 放電特點：閃絡發(fā)展過程中會放電特點：閃絡發(fā)展過程中會出現(xiàn)出現(xiàn)滑閃放電滑閃放電 典型設備：典型設備：穿墻套管穿墻套管 （法蘭邊緣場強最大）電暈放電（法蘭邊緣場強最大）電暈放電（放電伸展）刷狀放電（放電伸展）刷狀放電（放電繼續(xù)發(fā)展）滑閃放電（放電繼續(xù)發(fā)展）滑閃放電 滑閃放電是強垂直分量場特定的放電形式。滑閃放電是強垂直分量場特定的放電形式。v 法蘭附近沿介質(zhì)表面電流密度法蘭附近沿介質(zhì)表面電流密度最大，電位梯度也最大，因此最最大，電位梯度也最大，因此最先出現(xiàn)初始的沿面放電；先出現(xiàn)

5、初始的沿面放電； v 在電場強垂直分量的作用下，在電場強垂直分量的作用下，帶電質(zhì)點撞擊介質(zhì)表面，引起局帶電質(zhì)點撞擊介質(zhì)表面，引起局部溫升，導致熱游離，從而帶電部溫升，導致熱游離，從而帶電質(zhì)點劇增，電阻劇降，通道迅速質(zhì)點劇增，電阻劇降，通道迅速增長；增長； v 熱游離是滑閃放電的重要特征熱游離是滑閃放電的重要特征和條件。和條件。 滑閃放電的機理滑閃放電的機理影響閃絡電壓的因素：影響閃絡電壓的因素：1、體積電容、體積電容C0對對Us的影響的影響C0越大越大U分布越不均勻分布越不均勻Usr表表越大越大U分布越不均勻分布越不均勻Us2、介質(zhì)材料吸濕性、介質(zhì)材料吸濕性 吸濕性大吸濕性大r表表分布不均勻分

6、布不均勻Us 大氣相對濕度大氣相對濕度70% 濕度濕度Us提高提高Us的措施：的措施：1、C0：增大絕緣厚度，采用小介電常數(shù)介質(zhì)增大絕緣厚度，采用小介電常數(shù)介質(zhì)2、r表表： 法蘭瓷套表面涂半導體釉（漆），工程上常用。法蘭瓷套表面涂半導體釉（漆），工程上常用。 電場垂直分量小電場垂直分量小沿面電容電流小沿面電容電流小無熱電離和滑閃無熱電離和滑閃沿面放電電壓降低不多沿面放電電壓降低不多 提高放電電壓的途徑主要是用均壓屏蔽環(huán)等改變電極形提高放電電壓的途徑主要是用均壓屏蔽環(huán)等改變電極形狀，緩和局部高強場，均勻電場分布狀，緩和局部高強場，均勻電場分布三、弱垂直分量極不均勻場的沿面放電三、弱垂直分量極不均

7、勻場的沿面放電四、干閃、濕閃四、干閃、濕閃1、干閃定義、干閃定義2、濕閃定義、濕閃定義絕緣子表面在干燥、潔凈狀態(tài)下的閃絡絕緣子表面在干燥、潔凈狀態(tài)下的閃絡表面潔凈的絕緣子在淋雨時的閃絡。表面潔凈的絕緣子在淋雨時的閃絡。五、污閃五、污閃1、定義：、定義：重污染地區(qū)：化工廠、水泥廠、冶煉廠等高鹽密區(qū)重污染地區(qū)：化工廠、水泥廠、冶煉廠等高鹽密區(qū) 惡劣大氣條件：霧、露、雪、毛毛雨惡劣大氣條件：霧、露、雪、毛毛雨 表面臟污的絕緣子在受潮情況下的閃絡。表面臟污的絕緣子在受潮情況下的閃絡。2、污閃過程：、污閃過程：表面受污、受潮不同表面受污、受潮不同R表表分布不均勻，泄漏電流分布不分布不均勻，泄漏電流分布不

8、同，電流大處發(fā)熱多、干燥快同，電流大處發(fā)熱多、干燥快形成高阻干燥帶形成高阻干燥帶此處此處I，附近潮區(qū)，附近潮區(qū)I干燥帶擴大干燥帶擴大干燥帶幾乎受全部電壓干燥帶幾乎受全部電壓當當EEcr局部閃爍放電局部閃爍放電熱游離產(chǎn)生局部電弧。熱游離產(chǎn)生局部電弧。若：若：1）外施電壓、弧道電流足以維持局部電弧燃燒）外施電壓、弧道電流足以維持局部電弧燃燒閃絡閃絡2）否則）否則熄滅熄滅4、影響因素：、影響因素： （1）表面泄漏電流的大??；）表面泄漏電流的大小；（2）絕緣子直徑；）絕緣子直徑；（3）爬電距離；）爬電距離；（4）污層電導率；）污層電導率；（5）大氣濕度）大氣濕度3、污閃條件：、污閃條件：（1）產(chǎn)生局部

9、電?。┊a(chǎn)生局部電弧 （2）污閃電流能維持局部電弧燃燒）污閃電流能維持局部電弧燃燒 5、污閃的危害：、污閃的危害：6、等值鹽密：、等值鹽密：表征絕緣子表面污穢度的一個指標，指的是每平方厘米表面表征絕緣子表面污穢度的一個指標，指的是每平方厘米表面上沉積的等效上沉積的等效NaCl毫克數(shù)。毫克數(shù)。“等值鹽密法等值鹽密法”即是用即是用NaCl來來等值表示表面上實際沉積的混合鹽類。等值表示表面上實際沉積的混合鹽類。測量污穢度是為了測量污穢度是為了劃分污區(qū)劃分污區(qū)、決定決定戶外絕緣應具備的戶外絕緣應具備的絕緣水絕緣水平平、決定清掃周期決定清掃周期。我國是按三個因素來劃分污區(qū)等級的：我國是按三個因素來劃分污區(qū)

10、等級的：污源污源，氣象條件氣象條件和和等值鹽密等值鹽密。我國國標規(guī)定的污穢等級從我國國標規(guī)定的污穢等級從0級到級到共五個級別，污穢程度共五個級別，污穢程度逐級提高。逐級提高。六、防污閃的措施六、防污閃的措施兩個途徑：兩個途徑： 一是改善絕緣表面電位分布；一是改善絕緣表面電位分布； 二是改進絕緣子的形狀、材料，減小表面泄漏電流。二是改進絕緣子的形狀、材料，減小表面泄漏電流。 具體措施：具體措施： 1、增大泄漏距離（爬距）：、增大泄漏距離（爬距）： “爬電比距爬電比距” 是指外絕緣是指外絕緣“相相地地”間的爬電距離（間的爬電距離（cm）與系統(tǒng)最高工作電壓（與系統(tǒng)最高工作電壓（kV，有效值）之比，該

11、指標用來表，有效值）之比，該指標用來表示染污外絕緣的絕緣水平。示染污外絕緣的絕緣水平。若某地常出現(xiàn)不應有的污閃事故，可考慮增大爬距、加強若某地常出現(xiàn)不應有的污閃事故，可考慮增大爬距、加強絕緣。比如增加絕緣子片數(shù)、選用耐污性絕緣子或用絕緣。比如增加絕緣子片數(shù)、選用耐污性絕緣子或用串串代替代替串。串。 2、屏蔽的應用：、屏蔽的應用： 改善電極形狀，使固體介質(zhì)表面電位分布均勻化。如采改善電極形狀，使固體介質(zhì)表面電位分布均勻化。如采用均壓環(huán)或屏蔽環(huán)。用均壓環(huán)或屏蔽環(huán)。3、涂憎水性涂料（硅脂、室溫硫化硅橡膠、涂憎水性涂料（硅脂、室溫硫化硅橡膠RTV等）；等）； 4、應用半導體釉絕緣子；、應用半導體釉絕緣

12、子； 5、應用硅橡膠合成絕緣子；、應用硅橡膠合成絕緣子； 硅橡膠硅橡膠特點：特點： 憎水性強、耐分性好、且具有遷移性；憎水性強、耐分性好、且具有遷移性； 耐氣候變化、耐臭氧、紫外線、電??；耐氣候變化、耐臭氧、紫外線、電??； 重量輕、機械強度高、不破碎、安裝方便；重量輕、機械強度高、不破碎、安裝方便； 價貴，壽命短，價貴，壽命短，5-15年壽命。年壽命。6、定期或不定期清掃（含帶電水沖洗）。、定期或不定期清掃（含帶電水沖洗）。 情景二情景二 絕緣子串電壓分布的測量絕緣子串電壓分布的測量一、試驗目的一、試驗目的理解輸電線路絕緣子串上電壓分布不均勻的原因，理解測理解輸電線路絕緣子串上電壓分布不均勻的

13、原因，理解測量絕緣子串上電壓分布的意義，掌握電壓分布的測量方法，量絕緣子串上電壓分布的意義，掌握電壓分布的測量方法，了解絕緣子串的電壓分布規(guī)律及其測量方法，了解均壓環(huán)了解絕緣子串的電壓分布規(guī)律及其測量方法，了解均壓環(huán)的均壓作用。的均壓作用。二、絕緣子串的電壓分布不均的原因二、絕緣子串的電壓分布不均的原因35kV以上的電壓輸電線路使用由懸式絕緣子組成的絕緣子以上的電壓輸電線路使用由懸式絕緣子組成的絕緣子串來構(gòu)成具有高電位的導線與具有地電位的桿塔之間的絕緣。串來構(gòu)成具有高電位的導線與具有地電位的桿塔之間的絕緣。絕緣子串上的每片懸式絕緣子結(jié)構(gòu)，尺寸完全相同，若每片絕緣子串上的每片懸式絕緣子結(jié)構(gòu)，尺寸

14、完全相同，若每片絕緣子承受的電壓相同，則利用率最高。但是由于絕緣子的絕緣子承受的電壓相同，則利用率最高。但是由于絕緣子的金屬部分與接地的鐵塔和帶電的導線之間存在雜散電容，使金屬部分與接地的鐵塔和帶電的導線之間存在雜散電容，使絕緣子串的電壓分布不均。絕緣子串的電壓分布不均。 設絕緣子自身電容為設絕緣子自身電容為C，若只考慮對地雜散電容，若只考慮對地雜散電容CE,則等值則等值電路如圖（電路如圖（a）所示）所示 當當CE兩端有電位差時，必然有一部分電流經(jīng)兩端有電位差時，必然有一部分電流經(jīng)CE流入接地鐵塔，流入接地鐵塔，而流過而流過CE的電流都是由絕緣子串分流出去，因此靠近導線的絕的電流都是由絕緣子串

15、分流出去，因此靠近導線的絕緣子流過電流最多，電壓降緣子流過電流最多，電壓降U也最大也最大 如果只考慮對導線的雜散電容如果只考慮對導線的雜散電容CL,則等值電路如圖則等值電路如圖(b)所示所示 流過流過CL的電流都匯入下一片絕緣子中，因此靠近鐵塔的絕緣的電流都匯入下一片絕緣子中，因此靠近鐵塔的絕緣子流過的電流最多，電壓降子流過的電流最多，電壓降U最大最大 實際上實際上CE與與CL兩種雜散電容同時存在，綜合考慮兩者影兩種雜散電容同時存在，綜合考慮兩者影響時，絕緣子串的電壓分布位圖（響時，絕緣子串的電壓分布位圖（c）所示）所示 一般一般C為為5070pF，CE為為45pF，CL只有只有0.51pF，

16、所，所以以CE的影響比的影響比CL大，絕緣子串中靠近導線的絕緣子的電壓大，絕緣子串中靠近導線的絕緣子的電壓降最大，遠離導線的絕緣子電壓降逐漸減小，當靠近鐵塔降最大，遠離導線的絕緣子電壓降逐漸減小，當靠近鐵塔橫擔時，橫擔時，CL的作用顯著，電壓降又升高。的作用顯著，電壓降又升高。導線導線1234567C2C1C01234567ia有均壓環(huán)有均壓環(huán)無均壓環(huán)無均壓環(huán)絕絕緣緣子子串串上上電電壓壓分分布布百百分分比比由導線起絕緣子序號由導線起絕緣子序號(a)(b)鐵塔鐵塔C0絕緣子電容,絕緣子電容,5070pF；C1對鐵塔(地)電容,對鐵塔(地)電容,45pF；C2對導線電容,對導線電容,0.51pF圖

17、圖2.8-1 絕緣子串等值電路圖及電壓分布絕緣子串等值電路圖及電壓分布(a) 絕緣子串及等值電路；絕緣子串及等值電路；(b) 絕緣子串的電壓分布 絕緣子串的電壓分布絕緣子串的長度越長，片數(shù)越多，電壓分布越不均勻。絕緣子串的長度越長，片數(shù)越多，電壓分布越不均勻。若絕緣子本身電容若絕緣子本身電容C大，則對地和對導線雜散電容的影響大，則對地和對導線雜散電容的影響要小一些，絕緣子串的電壓分布就比較均勻。要小一些，絕緣子串的電壓分布就比較均勻。 增大增大CL能在一定程度上補償能在一定程度上補償CE的影響，使電壓分布的影響，使電壓分布不均勻程度減小不均勻程度減小 例如可采用例如可采用增大導線截面積增大導線

18、截面積和和分裂導線分裂導線，還可采用，還可采用均均壓環(huán)壓環(huán)，以增加絕緣子對導線的電容，達到改善電壓分布，以增加絕緣子對導線的電容，達到改善電壓分布的目的。的目的。解決絕緣子串電壓分布不均的方法解決絕緣子串電壓分布不均的方法當絕緣子承受的電壓超過某一數(shù)值時，會產(chǎn)生電暈，引當絕緣子承受的電壓超過某一數(shù)值時，會產(chǎn)生電暈，引起絕緣子金具的腐蝕；同時伴隨產(chǎn)生的脈沖電磁波，會起絕緣子金具的腐蝕；同時伴隨產(chǎn)生的脈沖電磁波，會干擾附近的無線電通訊。若其中一個絕緣子出現(xiàn)沿面放干擾附近的無線電通訊。若其中一個絕緣子出現(xiàn)沿面放電，相當于短接，將使其他絕緣子承受更高電壓。電，相當于短接，將使其他絕緣子承受更高電壓。

19、三、絕緣子串電壓分布測量的意義三、絕緣子串電壓分布測量的意義當絕緣子表面因污穢而電阻下降時，或者因機械當絕緣子表面因污穢而電阻下降時，或者因機械電和環(huán)電和環(huán)境等因素的影響而絕緣電阻發(fā)生變化時，沿絕緣子串表面境等因素的影響而絕緣電阻發(fā)生變化時，沿絕緣子串表面的電壓分布將發(fā)生改變，嚴重時將發(fā)生絕緣閃絡的電壓分布將發(fā)生改變，嚴重時將發(fā)生絕緣閃絡在工作電壓作用下沿絕緣子串表面有一定電壓分布在工作電壓作用下沿絕緣子串表面有一定電壓分布當絕緣子表面比較清潔時，電壓分布由絕緣子本身電容當絕緣子表面比較清潔時，電壓分布由絕緣子本身電容和雜散電容決定和雜散電容決定例如在輸電線路的絕緣子串中，當出現(xiàn)損壞了的絕緣子

20、（即例如在輸電線路的絕緣子串中，當出現(xiàn)損壞了的絕緣子（即零值絕緣子）時，這片絕緣子就不再承受電壓，其他絕緣子零值絕緣子）時，這片絕緣子就不再承受電壓，其他絕緣子上的電壓就會升高，有可能引起對地閃絡。因此測量絕緣子上的電壓就會升高，有可能引起對地閃絡。因此測量絕緣子表面的電壓分布可以發(fā)現(xiàn)絕緣子是否存在缺陷。表面的電壓分布可以發(fā)現(xiàn)絕緣子是否存在缺陷。若絕緣子串中出現(xiàn)低值或零值絕緣子，根據(jù)正常的電壓分若絕緣子串中出現(xiàn)低值或零值絕緣子，根據(jù)正常的電壓分布曲線和實測的曲線就能判斷出來，如下圖所示。布曲線和實測的曲線就能判斷出來，如下圖所示。一般某片絕緣子的實際一般某片絕緣子的實際電壓低于標準值的一半電壓

21、低于標準值的一半時，即可斷定該片為低時，即可斷定該片為低值或零值絕緣子。值或零值絕緣子。四、絕緣子串電壓分布測量方法四、絕緣子串電壓分布測量方法電力生產(chǎn)中經(jīng)常使用短路叉、可調(diào)火花間隙測桿、音響式電力生產(chǎn)中經(jīng)常使用短路叉、可調(diào)火花間隙測桿、音響式測桿、電阻分布測桿及各種電壓分布測試儀等。測桿、電阻分布測桿及各種電壓分布測試儀等。將小球隙放電器依次接到每片絕緣子上并保持球隙距離不變，將小球隙放電器依次接到每片絕緣子上并保持球隙距離不變，升高加在絕緣子串上的電壓直至球隙擊穿，記錄擊穿時所施升高加在絕緣子串上的電壓直至球隙擊穿，記錄擊穿時所施加在導線上的電壓。加在導線上的電壓。試驗室常用試驗室常用“球隙放電器法球隙放電器法”進行測量，接線如下圖示。進行測量，接線如下圖示。五、試驗接線五、試驗接線設設i為各片絕緣子的為各片絕緣子的編號，最靠近導線編號，最靠近導線絕緣子片的編號為絕緣子片的編號為1。由于絕緣子本身。由于絕緣子本身電壓分布不均勻，電壓分布不均勻，而球隙器的放電距而球隙器的放電距離是固定的，即其離是固定的，即其擊穿電壓擊穿電壓Ub在各個在各個絕緣子上均相同，絕緣子上均相同，當放電器放在第當放電器放在第i片絕緣子上時加在導線上并使放電器擊穿片絕緣子上時加在導線上并使放電器擊穿的電壓為的電壓為Ui，則有，則有iibiuaUu根據(jù)根據(jù)iibiuaUu可知可知%100iiiuua又