西交高壓課件第三章

1、3 氣體中沿固體絕緣表面的放電 一切導(dǎo)體都要靠固體絕緣裝置（各類絕緣子）固定，這些固體絕緣裝置還起著電氣絕緣的作用。它們喪失絕緣功能有兩種可能：一是固體介質(zhì)本身的擊穿；二是沿著固體介質(zhì)表面發(fā)生閃落。電力系統(tǒng)的外絕緣一般都是自恢復(fù)絕緣，絕緣子閃落或空氣間隙擊穿后，它們的絕緣性能很快自動恢復(fù)。一、沿面放電的一般概念 （1） 固體介質(zhì)處于均勻電場中，且界面與電力線平行，這種情況在工程中比較少見，但實(shí)際結(jié)構(gòu)中會遇到固體處于稍不均勻電場中、且界面與電力線大致平行的情況。此時的沿面放電特性與均勻電場的情況有些相似。E 固體介質(zhì)與氣體介質(zhì)交界面上的電場分布狀況對沿面放電特性有很大影響。界面電場分布可分為典型

2、三種情況。 二、沿面放電的類型與特點(diǎn)實(shí)驗(yàn)表明：沿固體表面的閃落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?？梢娨粋€固體絕緣裝置的實(shí)際耐壓能力取決于沿面閃落電壓。在確定輸電線路和變電所外絕緣的絕緣水平時，沿面閃落電壓其者決定性作用。在表面潮濕污染的情況下，沿面閃落電壓會更低。 下面就三種情況分別介紹起放電特性。 情況一中，雖界面與電力線平行，但沿面閃落電壓仍要比空氣間隙的擊穿電壓低很多。說明電場發(fā)生了畸變，主要原因如下： （2）固體介質(zhì)處于極不均勻電場中，且界面電場的垂直分量 En 比平行于表面的切線分量 Et 大得多。如右上圖EtEnE （3）固體介質(zhì)

3、處于極不均勻電場中，但大部分分界面上的電場切線分量 Et 大于垂直分量 En 。右下圖。EtEnE（一）均勻和稍不均勻電場中的沿面放電。（1）沿面閃絡(luò)電壓與固體絕緣材料特性有關(guān)。大氣的濕度影響。大氣中的潮氣吸附在固體介質(zhì)表面形成水膜，其中的離子受電場的驅(qū)動而沿著介質(zhì)表面移動，會使沿面電壓分布不均勻，降低了閃落電壓。（3）固體介質(zhì)表面的不均勻和表面的凸凹不平也會造成沿面電場畸變。凸起部分的電場強(qiáng)度比其它部分大。（2）固體介質(zhì)與電極表面接觸不良，存在小氣隙。小氣隙中的電場強(qiáng)度很大，首先發(fā)生局部放電，放電所產(chǎn)生的帶電粒子沿固體介質(zhì)表面移動，畸變了原有電場，使沿面閃落電壓明顯降低。可采用在固體介質(zhì)表面

4、噴吐導(dǎo)電粉末的辦法消除。 在電壓還不高時，如右1 圖法蘭附近先出現(xiàn)電暈放電，隨著電壓升高放電區(qū)變成許多平行的火花細(xì)線組成的細(xì)線狀輝光放電（右中 圖 ），當(dāng)電壓超過某一臨界值后個別細(xì)線突然迅速增長，轉(zhuǎn)為分叉的樹枝狀明亮火花通道，如 右3圖。導(dǎo)桿法蘭 這種樹枝火花在不同的位置上交替出現(xiàn)，成為滑閃放電。電壓再升高一些火花就到達(dá)另一電極，完成表面氣體的完全擊穿，稱為沿面閃絡(luò)或簡稱 “閃絡(luò)” （二）極不均勻電場具有強(qiáng)垂直分量時的沿面放電。注意：具有強(qiáng)垂直分量時閃絡(luò)電壓較低，危害也大。 這種以支柱絕緣子為典型例子，其兩個電極之間的距離較長，其間固體介質(zhì)本身不可能被擊穿。由于電極形狀和布置已使電場很不均勻，

5、因此介質(zhì)表面積聚電荷使電壓重新分布所造成的電場畸變，不會顯著降低沿面放電電壓。另外，其垂直分量較小，沿表面沒有較大的電容電流流過，放電過程中不會出現(xiàn)熱電離，故沒有明顯的滑閃放電。（三）極不均勻電場具有弱垂直分量時的沿面放電。 這種情況下沿面放電電壓比同電極結(jié)構(gòu)下純空氣間隙放電電壓降低不多，提高放電電壓的途徑主要是用均壓環(huán)等改變電極形狀，緩和局部的高電場，適當(dāng)均勻整體電場分布。 三、沿面放電電壓的影響因素和提高方法。 （一）固體介質(zhì)材料主要取決于該材料的親水性或憎水性。 影響因素： （二）電場形式 同樣的表面閃落距離下均勻與稍不均勻電場閃落電壓最高。界面電場主要為強(qiáng)垂直分量的極不均勻電場中，閃落

6、電壓比同樣距離的純空氣間隙的擊穿電壓低，也比具有弱垂直分量極不均勻電場則低得很多。 主要是增大極間距離，防止或推遲滑閃放電。 以瓷套管為例，要在瓷套的內(nèi)壁上噴鋁，消除內(nèi)壁消除內(nèi)壁兩側(cè)的電位差。加大法蘭處瓷套的外直徑和壁厚或涂半導(dǎo)體漆或半導(dǎo)體釉，防止滑閃放電過早出現(xiàn)。對35K以上的高壓陶管要采用電容式套管和充油式套管。 四、受潮表面的沿面放電 此處討論的是潔凈的瓷表面被雨水淋濕時的沿面放電，相應(yīng)的電壓稱為濕閃電壓。絕緣子表面有濕污層時的閃落電壓稱為污閃電壓，將在后面再作專門探討。 提高方法： 如右圖，棒型絕緣子除最上面的一個傘裙的上表面會全部淋濕外，下面各傘的上表面都只有一部分淋濕，切全部傘裙的

7、下表面及瓷柱也不會被淋濕，只可能有少量的回濺雨水。可見絕緣子表面的水膜是不均勻和不連續(xù)的。有水膜覆蓋的表面電導(dǎo)大，無水膜處的表面電導(dǎo)小，決大多數(shù)外加電壓將由干表面（圖中的BCA）段來承受。ABCAB當(dāng)電壓升高時，或者空氣間隙BA先擊穿或者干表面BCA先閃落，但結(jié)果都是形成ABA電弧放電通道，出現(xiàn)一連串的ABA通道就造成整個絕緣子完全閃落。如雨量特別大時，傘絕緣間有可能被雨水短接而構(gòu)成電弧通道，絕緣子也將發(fā)生完全的閃落。四、固體表面有水膜時的沿面放電 可見絕緣子在雨下有三種可能的閃落途徑：沿濕表面AB和干表面BCA發(fā)展沿濕表面AB和空氣間隙BA發(fā)展；沿濕表面AB和水流BB發(fā)展。 第一種情況濕閃只

8、有干閃電壓的40%50%，還受雨水電導(dǎo)率的影響。第二種情況下絕緣子的濕閃電壓不會降低太多。第三種情況，濕閃電壓將降低到很低的數(shù)值。在設(shè)計(jì)時對各級電壓的絕緣子應(yīng)有的傘裙數(shù)、傘的傾角、傘裙直徑、傘裙伸出長度與傘裙間氣隙長度的比均應(yīng)仔細(xì)考慮、合理選擇。 五、絕緣子污染狀態(tài)下的沿面放電（污閃）污閃放電的機(jī)理 絕緣子污染通?？煞譃榉e污、受潮、干區(qū)形成、局部電弧的出現(xiàn)和發(fā)展等四個階段。采取措施抑制或阻止其中任何一個階段的完成就能防止污閃事故的發(fā)生。 注意:污閃是一個局部電弧伸展的過程，也就是一個濕污穢層烘干的過程，需要較長的時間 線路和變電所的外絕緣受環(huán)境應(yīng)力的作用，包括雨、露、霜、雪、風(fēng)等氣候條件和工業(yè)

9、粉塵、廢氣、自然鹽堿、灰塵、鳥糞等污穢物的污染。外絕緣被污染的過程一般是漸進(jìn)的，但有時也可能是急速的。 染污絕緣子表面上的污層在干燥狀態(tài)下一般不導(dǎo)電。遇到雨、霧、露等不利天氣時，污層被濕潤，電導(dǎo)增大，在工作電壓下的泄漏電流大增。電流所產(chǎn)生的焦耳熱，既可能使污層電導(dǎo)增大，又可能使水分蒸發(fā)、污層變干而減小其電導(dǎo)。例如懸式絕緣子鐵腳和鐵帽附近的污層中電流密度較大，污層烘干較快先出現(xiàn)干區(qū)或干帶。干區(qū)的電阻比其余濕區(qū)的電阻大的多。整個絕緣子上的電壓都集中到干區(qū)上，一般干區(qū)寬度不大，所以電場強(qiáng)度很大。如果電場強(qiáng)度已足已引起表面空氣的電離，在鐵腳和鐵帽周圍即開始電暈放電或輝光放電，由于此時泄漏電流較大，電暈

10、或輝光放電很容易轉(zhuǎn)為只存在于絕緣子局部表面的有明亮通道的電弧，成為局部電弧。隨著干區(qū)的擴(kuò)大，電弧被拉長。在霧、露天，污層濕潤度不斷增大，泄漏電流也隨之增大，在一定電壓下能維持的局部電弧長度也不斷增大。一旦局部電弧達(dá)到某一臨界長度時弧道溫度已很高，弧道的進(jìn)一步伸長不需要更高電壓，而是自動延伸直至貫穿兩極完成沿面閃落。 污閃造成的后果很嚴(yán)重，由于一個區(qū)域內(nèi)絕緣子積污受潮情況差不多，所以容易發(fā)生大面積污閃事故。自動重合閘成功率遠(yuǎn)低于雷擊閃落時，造成事故的擴(kuò)大和長時間停電。就經(jīng)濟(jì)損失而言，污閃在各類事故中居首位。 污穢度除了與積污量有關(guān)還與污穢的化學(xué)成分有關(guān)。通常采用“等值附鹽密度”（簡稱“等值鹽密”

11、）來表征絕緣子表面的污穢度，它指的是每平方厘米表面所沉積的等效氯化鈉（NaCl）毫克數(shù)。 等值的方法：把表面沉積的污穢刮下，溶于300ml蒸餾水，測出其在20水溫時的電導(dǎo)率；然后在另一杯20 、300ml的蒸餾水中加入NaCl，直到其電導(dǎo)率等于混合鹽溶液的電導(dǎo)率時，所加入的NaCl毫克數(shù)，即為等值鹽量，再除以絕緣子的表面積，即可得出“等值鹽密” ( mg/cm2 ) （一）調(diào)整爬距（增大泄露距離） 泄漏比距 指外絕緣“相地”之間的爬電距離(cm) 與系統(tǒng)最高工作（線）電壓（kv,有效值）之比。一定要遵循規(guī)定的泄漏比距來選擇絕緣子串的總爬電距離和片數(shù)。 六、防止污閃的措施 下表為各污穢等級所要求

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 發(fā)電廠、變電所 線 路泄漏 比 距 (cm/kv)污穢等級 注 括號內(nèi)的數(shù)據(jù)為以系統(tǒng)額定電壓為基準(zhǔn)的泄漏比距值。 各污穢等級所要求的爬電比距值 （二）定期或不定期的清掃。 （三）使用