第4章氣體中沿固體絕緣表面放電

1、第4章氣體中沿固體絕緣表面放電沿面放電的概念氣氣-固復(fù)合介質(zhì)絕緣擊穿固復(fù)合介質(zhì)絕緣擊穿/閃絡(luò)：閃絡(luò)：固體介質(zhì)本身的擊穿固體介質(zhì)本身的擊穿氣體間隙擊穿氣體間隙擊穿1. 沿著固體介質(zhì)表面發(fā)生氣體放電（閃絡(luò)）沿著固體介質(zhì)表面發(fā)生氣體放電（閃絡(luò)） 實(shí)驗(yàn)表明：沿固體表面的閃絡(luò)電壓不但比固體介質(zhì)本身的擊穿電壓沿固體表面的閃絡(luò)電壓不但比固體介質(zhì)本身的擊穿電壓低得多，而且也比極間距離相同的純氣隙的擊穿電壓低不少。低得多，而且也比極間距離相同的純氣隙的擊穿電壓低不少。 一般：U U（固固） U U （氣）氣） U U （沿面沿面） 在表面潮濕或污染的情況下，沿面閃絡(luò)電壓會(huì)更低。 研究意義研究意義：一個(gè)絕緣裝置的

2、實(shí)際耐壓水平由沿面放電電壓一個(gè)絕緣裝置的實(shí)際耐壓水平由沿面放電電壓決定。決定。 研究范圍研究范圍： 表面干燥、清潔時(shí)的沿面放電電壓表面干燥、清潔時(shí)的沿面放電電壓 表面潮濕時(shí)的沿面放電電壓表面潮濕時(shí)的沿面放電電壓 表面污穢且受潮時(shí)的沿面放電電壓表面污穢且受潮時(shí)的沿面放電電壓 研究意義和范圍第第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

3、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)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；（3）上述影響因素在高氣壓時(shí)表現(xiàn)得更

4、為明顯。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1-導(dǎo)桿，2接地法蘭高電壓工程基礎(chǔ)

5、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)

6、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)330kV絕緣子柱絕緣子柱 如：高的絕緣子，裝直徑的均壓環(huán)后：閃絡(luò)電壓：588kV834kV，提高42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CL35kV-3片110-7220133301950028措施：均壓環(huán)增大C困難330kV均壓環(huán)：影響沿面放電電壓的因素1、電場(chǎng)分布和電壓波形的影響、電場(chǎng)分布和電壓波形的影響均勻與不均勻；工頻、直流、沖擊均勻與不均勻；工頻、直流、沖擊2、介質(zhì)材料的影響、介質(zhì)材料的影響主

7、要體現(xiàn)在表面吸潮方面主要體現(xiàn)在表面吸潮方面3、大氣條件的影響、大氣條件的影響溫度、濕度、氣壓溫度、濕度、氣壓4、介質(zhì)表面情況的影響、介質(zhì)表面情況的影響雨水淋濕或表面臟污，沿面閃絡(luò)電壓急劇下降雨水淋濕或表面臟污，沿面閃絡(luò)電壓急劇下降高電壓工程基礎(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(shù)脂支柱絕緣子的交流閃絡(luò)電壓（環(huán)境溫度為30）RH超過(guò)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-2402氣溫為-29-23環(huán)氧樹(shù)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

8、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)濕閃電壓的影響4.5 臟污絕緣表面的沿面放電臟污絕緣表面的沿面放電絕緣子絕緣子將處于不同電位的導(dǎo)體在機(jī)將處于不同電位的導(dǎo)體在機(jī)械上固定，在電氣上絕緣械上固定，在電氣上絕緣結(jié)構(gòu)分類結(jié)構(gòu)分類（懸式、支柱）絕緣子、套（懸式、支柱）絕緣子、套筒、套管筒、套管4.5 臟污絕緣表面的沿面放電臟污絕緣表面的沿面放電絕緣事故原因：絕緣事故原因：一、電壓升高一、電壓升高雷電、操作過(guò)電壓、工頻電壓升高雷電、操作過(guò)電壓、工頻電壓升高二、絕緣下降二、絕緣下降污穢、雨、霧、露、冰、雪、異物、零值、大風(fēng)、老化等污穢、雨、霧、露、冰、雪、異物、零值

9、、大風(fēng)、老化等p 污穢絕緣閃絡(luò)發(fā)生到工作電壓下，屬于典型的絕污穢絕緣閃絡(luò)發(fā)生到工作電壓下，屬于典型的絕緣下降問(wèn)題緣下降問(wèn)題 絕緣污穢是國(guó)內(nèi)外超高壓線路外絕緣的決定性因素絕緣污穢是國(guó)內(nèi)外超高壓線路外絕緣的決定性因素 大面積污閃容易造成電網(wǎng)多點(diǎn)同時(shí)跳閘，是電網(wǎng)安大面積污閃容易造成電網(wǎng)多點(diǎn)同時(shí)跳閘，是電網(wǎng)安全運(yùn)行的主要威脅之一全運(yùn)行的主要威脅之一 我國(guó)污閃事故造成的損失是雷擊的我國(guó)污閃事故造成的損失是雷擊的10倍以上倍以上高電壓工程基礎(chǔ)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(méi)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。

10、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1電站煙灰2煉鋁廠塵埃高電壓工程基礎(chǔ) 污閃的發(fā)展過(guò)程污閃的發(fā)展過(guò)程（1）污層剛受潮時(shí)，介質(zhì)表面有明顯的泄漏電流流過(guò)，電壓）污層剛受潮時(shí)，介質(zhì)表面有明顯的泄漏電流流過(guò)，電壓分布是較均勻；分布是較均勻； （2）出現(xiàn)高電阻的）出現(xiàn)高電阻的“干燥帶干燥帶” ，使污層的泄漏電流減小，使污層的泄漏電流減小，并在干燥帶形成很大的電壓降；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(guò)沿面閃絡(luò)場(chǎng)強(qiáng)時(shí)，干燥帶發(fā)）當(dāng)干燥帶的電位梯度超過(guò)沿面閃絡(luò)場(chǎng)強(qiáng)時(shí)，干燥帶發(fā)生放電，

11、放電具有電弧特性，這就是出現(xiàn)局部電弧的階段。生放電，放電具有電弧特性，這就是出現(xiàn)局部電弧的階段。 (4) 局部電弧發(fā)展成閃絡(luò)局部電弧發(fā)展成閃絡(luò) 。高電壓工程基礎(chǔ) 污閃的發(fā)展過(guò)程污閃的發(fā)展過(guò)程高電壓工程基礎(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(shuō)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

12、。（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(guò)程，因此電壓作用時(shí)間越短就越不容易導(dǎo)致閃絡(luò)。雷電：；操作：；工頻：；直流： 等值附鹽密度等值附鹽密度（ESDD，mg/cm2）：絕緣子表面：絕緣子表面每平方厘米面積上沉積的等效每平方厘米面積上沉積的等效NaClNaCl的質(zhì)量數(shù)的質(zhì)量數(shù)(mg)(mg)。 所謂等效：是在電導(dǎo)率上等效。所謂等效：是在電導(dǎo)率上等效。300 ml300 ml 污穢等級(jí)的劃分污穢等級(jí)的劃分污穢等級(jí)污濕特征鹽密(mg/cm2)線

13、路發(fā)電廠變電所0大氣清潔地區(qū)及離海岸鹽場(chǎng)50km以上無(wú)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)0.250.350.250.35：外絕緣與系統(tǒng)最高工作線電壓的有效值之比。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.