高電壓工程基礎(chǔ)(施圍)課件第4章氣體中沿固體絕緣表面的放電

1、第第4 4章章 氣體中沿固體絕緣氣體中沿固體絕緣表面的放電表面的放電4.1 界面電場(chǎng)分布的典型情況界面電場(chǎng)分布的典型情況4.2 均勻電場(chǎng)中的沿面放電均勻電場(chǎng)中的沿面放電4.3 極不均勻電場(chǎng)中的沿面放電極不均勻電場(chǎng)中的沿面放電4.4 受潮表面的沿面放電受潮表面的沿面放電4.5 臟污絕緣表面的沿面放電臟污絕緣表面的沿面放電高電壓工程基礎(chǔ)高電壓工程基礎(chǔ)4.1 界面電場(chǎng)分布的典型情況界面電場(chǎng)分布的典型情況（1）固體介質(zhì)處于均勻電場(chǎng)中，且界面與電力線平行，如圖（a）。（2）固體介質(zhì)處于極不均勻電場(chǎng)中，且電力線垂直于界面的分量比平行于表面的分量要大得多，如圖 (b)。（3）固體介質(zhì)處極不均勻電場(chǎng)中，電場(chǎng)強(qiáng)

2、度平行于界面的分量要比垂直分量大，如（c）。高電壓工程基礎(chǔ)4.2 均勻電場(chǎng)中的沿面放電均勻電場(chǎng)中的沿面放電沿面放電：沿面放電：均勻電場(chǎng)中，固體介質(zhì)的引入并不影響電極間的電場(chǎng)分布，但放電總是發(fā)生在界面，且閃絡(luò)電壓比空氣間隙的擊穿電壓要低得多。不同介質(zhì)的沿面閃絡(luò)電壓空氣間隙石蠟瓷與電極接觸不緊密的瓷特點(diǎn)：特點(diǎn)：（1）沿面閃絡(luò)電壓與固體絕緣材料特性有關(guān)；（2）介質(zhì)表面粗糙，也會(huì)使電場(chǎng)分布畸變，從而使閃絡(luò)電壓降低；高電壓工程基礎(chǔ)（3）上述影響因素在高氣壓時(shí)表現(xiàn)得更為明顯。 氣壓對(duì)氮?dú)庵醒孛骈W絡(luò)電壓的影響 氮?dú)忾g隙膠布板 塑料瓷高電壓工程基礎(chǔ)（4）固體介質(zhì)是否與電極緊密接觸對(duì)閃絡(luò)電壓有影響。 充SF6氣

3、體的同軸圓柱電極中支撐與電極接觸的好壞對(duì)沿面閃絡(luò)電壓的影響 純純SF6接觸良好接觸良好接觸不良接觸不良 對(duì)于支柱絕緣子，內(nèi)屏蔽電極可以提高沿面閃絡(luò)電壓。內(nèi)屏蔽電極有一最佳深度，約10cm左右。支柱絕緣子的內(nèi)屏蔽電極深度對(duì)雷電沖擊閃絡(luò)電壓的影響 正極性正極性負(fù)極性負(fù)極性高電壓工程基礎(chǔ)4.3 極不均勻電場(chǎng)中的沿面放電極不均勻電場(chǎng)中的沿面放電 具有強(qiáng)垂直分量時(shí)的沿面放電具有強(qiáng)垂直分量時(shí)的沿面放電（d）套管表面電容沿套管表面放電的示意圖（a）電暈放電 （b）細(xì)線狀輝光放電（c）滑閃放電高電壓工程基礎(chǔ)2011(/)49 10lnrCF cmRRr 提高套管的電暈起始電壓和滑閃放電電壓的方法：（1）減小比

4、電容減小比電容，例如增大固體介質(zhì)的厚度，特別是加大法蘭處套管的外徑；也可采用介電常數(shù)較小的介質(zhì)，例如用瓷油組合絕緣代替純瓷介質(zhì)。（2）減小絕緣表面電阻減小絕緣表面電阻，即減小介質(zhì)表面電阻率。例如在套管靠近接地法蘭處涂半導(dǎo)體釉；在電機(jī)絕緣的出槽口部分涂半導(dǎo)體漆等。介質(zhì)表面的電壓分布 高電壓工程基礎(chǔ) 具有弱垂直分量時(shí)的沿面放電具有弱垂直分量時(shí)的沿面放電沿不同材料圓管表面的工頻閃絡(luò)電壓峰值 沿面閃絡(luò)電壓與空氣擊穿電壓的差別比前述兩種電場(chǎng)情況都要小得多。因此這種情況下，為提高沿面放電電壓，主要從改進(jìn)電極形狀改進(jìn)電極形狀以改善電極附近的電場(chǎng)著手. 1空氣隙擊穿 2石蠟 3膠紙 4瓷和玻璃高電壓工程基礎(chǔ)3

5、30kV絕緣子柱絕緣子柱 高電壓工程基礎(chǔ)絕緣子串的等效電路及各絕緣子承受的電壓（a）只考慮對(duì)地電容CE （b）只考慮對(duì)導(dǎo)線電容CL （c）同時(shí)考慮CE及CL高電壓工程基礎(chǔ)4.4 受潮表面的沿面放電受潮表面的沿面放電 表面凝露對(duì)沿面放電的影響表面凝露對(duì)沿面放電的影響不同放電距離時(shí)清潔的環(huán)氧樹脂支柱絕緣子的交流閃絡(luò)電壓（環(huán)境溫度為30）RH超過60%閃絡(luò)電壓下降；原因：表面凝露SF6中工頻沿面閃絡(luò)電壓（氣壓0.35MPa）1氣溫為-242氣溫為-29-23環(huán)氧樹脂絕緣子露（液態(tài)）霜（固態(tài)）高電壓工程基礎(chǔ) 表面淋雨對(duì)沿面放電的影響表面淋雨對(duì)沿面放電的影響光滑瓷柱的干閃和濕閃電壓 干閃濕閃雨中電導(dǎo)率對(duì)

6、濕閃電壓的影響（取雨水電導(dǎo)率為0.1S/m時(shí)的閃絡(luò)電壓為1）高電壓工程基礎(chǔ)4.5 臟污絕緣表面的沿面放電臟污絕緣表面的沿面放電污閃：污閃： 戶外絕緣子常會(huì)受到工業(yè)污穢或自然界鹽堿、飛塵等污染。干燥情況下，對(duì)閃絡(luò)電壓沒多大影響。但當(dāng)絕緣子表面污層被濕潤(rùn)，其表面電導(dǎo)劇增使絕緣子泄漏電流急劇增加。絕緣子的閃絡(luò)電壓（污閃電壓）大大降低，甚至有可能在工作電壓下發(fā)生閃絡(luò)。 絕緣子閃絡(luò)電壓與污染程度（以單位面積的污量表示）的關(guān)系絕緣子工作電壓高電壓工程基礎(chǔ) 污閃的發(fā)展過程污閃的發(fā)展過程（1）污層剛受潮時(shí)，介質(zhì)表面有明顯的泄漏電流流過，電壓分布是較均勻； （2）出現(xiàn)高電阻的“干燥帶” ，使污層的泄漏電流減小，

7、并在干燥帶形成很大的電壓降；（3）當(dāng)干燥帶的電位梯度超過沿面閃絡(luò)場(chǎng)強(qiáng)時(shí)，干燥帶發(fā)生放電，放電具有電弧特性，這就是出現(xiàn)局部電弧的階段。 高電壓工程基礎(chǔ) 影響污閃的因素影響污閃的因素（1）污穢的性質(zhì)和污染程度）污穢的性質(zhì)和污染程度 污穢的導(dǎo)電率越高和介質(zhì)表面沉積的污穢量越多，則閃絡(luò)電壓越低。這實(shí)際上說明表面泄漏電流越大，閃絡(luò)電壓越低。所以在工程中常將污層表面電導(dǎo)率作為監(jiān)測(cè)絕緣子臟污嚴(yán)重程度的一個(gè)特征參數(shù)。（2）濕潤(rùn)的方式）濕潤(rùn)的方式 最容易發(fā)生污閃的氣象條件是霧、露、融雪和毛毛雨等，這些條件下污層易達(dá)到飽和濕潤(rùn)的狀態(tài)但不被沖洗掉。（3）泄漏距離）泄漏距離 在污層表面電導(dǎo)率一定時(shí)，泄漏距離越長(zhǎng)，剩余

8、電阻的阻值越大，絕緣子的泄漏距離是影響污閃電壓的重要因素。 （4）外施電壓的形式）外施電壓的形式 由于污閃是局部電弧不斷拉長(zhǎng)的過程，因此電壓作用時(shí)間越短就越不容易導(dǎo)致閃絡(luò)。高電壓工程基礎(chǔ) 污穢等級(jí)的劃分污穢等級(jí)的劃分污穢等值附鹽密度污穢等值附鹽密度（mg/cm2） ： 與絕緣子表面單位面積上污穢物導(dǎo)電性相當(dāng)?shù)牡戎蝶}(NaCl)量。用一個(gè)參數(shù)同時(shí)表征污穢性質(zhì)及污穢量，以簡(jiǎn)化對(duì)污穢嚴(yán)重程度的描述。500kV套管及支柱絕緣子的污穢耐受電壓和泄漏距離的關(guān)系附鹽密度：10.03mg/cm2； 20.05mg/cm2；30.1mg/cm2高電壓工程基礎(chǔ)污穢等級(jí)污濕特征鹽密(mg/cm2)線路發(fā)電廠變電所0

9、大氣清潔地區(qū)及離海岸鹽場(chǎng)50km以上無明顯污染地區(qū)0.03大氣輕度污染地區(qū)，工業(yè)區(qū)和人口低密集區(qū)，離海岸鹽場(chǎng)10km50km地區(qū)，在污閃季節(jié)中干燥少霧（含毛毛雨）或雨量較多時(shí)0.030.060.06大氣中等污染地區(qū)，輕鹽堿和爐煙污穢地區(qū)，離海岸鹽場(chǎng)3km10km地區(qū)，在污閃季節(jié)中潮濕多霧（含毛毛雨）但雨量較少時(shí)0.060.100.060.10大氣污染較嚴(yán)重地區(qū)，重霧和重鹽堿地區(qū)，近海岸鹽場(chǎng)13km地區(qū)，工業(yè)與人口密度較大地區(qū)，離化學(xué)污源和爐煙污穢300m1500m的較嚴(yán)重污穢地區(qū)0.100.250.100.25大氣特別嚴(yán)重污染地區(qū)，離海岸鹽場(chǎng)1km以內(nèi)，離化學(xué)污源和爐煙污穢300m以內(nèi)的地區(qū)0

10、.250.350.250.35線路和發(fā)電廠、變電所污穢等級(jí)線路和發(fā)電廠、變電所污穢等級(jí)高電壓工程基礎(chǔ)污穢等級(jí)爬電比距（cm/kV）線路發(fā)電廠、變電所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