SF6中支撐絕緣子的沿面放電

SF6中支撐絕緣子的沿面放電內(nèi)容沿面放電氣體絕緣系統(tǒng)中絕緣子必須滿足的要求氣體絕緣系統(tǒng)中支撐絕緣子的類別與材料電場(chǎng)分布及其對(duì)沿面閃絡(luò)電壓的影響屏蔽電極的影響影響沿面閃絡(luò)電壓的其它因素直流電壓作用下的絕緣子變介電常數(shù)材料絕緣子沿面放電沿面放電沿不同相(固、液、氣)電介質(zhì)的界面發(fā)生的放電現(xiàn)象稱之為沿面放電。具體到SF6氣體絕緣中，則是沿著支撐絕緣子的表面發(fā)生的放電現(xiàn)象。沿整個(gè)固體絕緣表面發(fā)生的放電稱為閃絡(luò)，在放電距離相同的情況下，沿面閃絡(luò)電壓低于純氣隙的擊穿電壓。因此，很多情況下事故往往是由沿面閃絡(luò)造成的，所以，正如我們已經(jīng)在第三章中所講過的，支撐絕緣子是GIS裝置的弱點(diǎn)之一。支撐絕緣子雖然是GIS系統(tǒng)中的弱點(diǎn)，但其作用也是必不可少的，故必須對(duì)其特性作一些了解。支撐絕緣子的沿面閃絡(luò)隔板系數(shù)(0.5-0.9)：絕緣子沿面閃絡(luò)電壓純氣隙擊穿電壓SF6充氣壓力、絕緣子介電常數(shù)、絕緣子沿面污染、絕緣子沿面以及與金屬結(jié)合處的缺陷氣體絕緣系統(tǒng)中絕緣子必須滿足的要求氣體絕緣系統(tǒng)中絕緣子必須滿足的要求：表面無電場(chǎng)畸變和局部電場(chǎng)集中絕緣子形狀和絕緣材料的介電常數(shù)必須能承受長(zhǎng)期電壓作用而不老化損壞絕緣材料的性能、真空澆注的質(zhì)量、避免局部放電要有一定的機(jī)械強(qiáng)度必須能支撐導(dǎo)體，承受各種應(yīng)力絕緣子與導(dǎo)體、氣體結(jié)合處不應(yīng)有最大電場(chǎng)集中三重結(jié)合點(diǎn)是GIS系統(tǒng)的弱點(diǎn)之一，通常需要有一些特殊的設(shè)計(jì)必須能承受一定的溫升GIS是大容量設(shè)備，其內(nèi)導(dǎo)體可能流過數(shù)千安培的電流，因此必須容許有一定的溫升氣體絕緣系統(tǒng)中支撐絕緣子的類別與材料支撐絕緣子的類別：?jiǎn)渭冎С纸^緣子兼作隔離氣體用絕緣子單柱式絕緣子結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本較低（在氣體絕緣輸電線路中大量使用）GIS系統(tǒng)中多使用盆式絕緣子設(shè)置距離(一般為6m)GIL和一般的GIS中支撐絕緣子的差別：GIL中較多的使用支柱絕緣子，而GIS中較多的使用盆式絕緣子。GIL中全部的支撐絕緣子都置于外殼內(nèi)，故外殼的連接可以采用焊接而不一定要采用法蘭，這種設(shè)計(jì)也可以幫助GIL適應(yīng)小的方向改變，或者適應(yīng)熱脹冷縮造成的導(dǎo)體和外殼的相對(duì)滑動(dòng)。氣體絕緣系統(tǒng)中支撐絕緣子的類別與材料盆式絕緣子(兼作氣體隔離)盆式絕緣子(帶有通氣孔)氣體絕緣系統(tǒng)中支撐絕緣子的類別與材料材料環(huán)氧樹脂機(jī)械強(qiáng)度和耐電強(qiáng)度都很高，熱膨脹與鋁導(dǎo)體匹配比較好，澆注性能與耐弧性能也很好。缺點(diǎn)是介電常數(shù)較高。填料一般使用Al2O3塑料聚四氟乙烯：介電常數(shù)低，耐電強(qiáng)度高，但價(jià)格貴聚丙烯、聚碳酸酯：耐熱性差酰亞胺與丙烯酸的共聚物：介電常數(shù)低，耐熱性好，耐電強(qiáng)度高，耐弧性能和擠制性能比較差，只能用于撓性氣體絕緣電纜中瓷料SF6的放電氣體生成物中有很多具有毒性和腐蝕性的成分，比如HF，會(huì)腐蝕金屬部件和瓷件，因此GIS中一般不使用瓷件作為絕緣子電場(chǎng)分布及其對(duì)沿面閃絡(luò)電壓的影響電場(chǎng)強(qiáng)度沿介質(zhì)分界面的折射規(guī)律電位移向量的閉合面積分等于面內(nèi)所包含的自由電荷電場(chǎng)強(qiáng)度向量的環(huán)路積分恒等于零SF6: 1.002環(huán)氧樹脂： 3.9-6.5電場(chǎng)分布及其對(duì)沿面閃絡(luò)電壓的影響當(dāng)有兩種介質(zhì)置于平行平板電極之間而介質(zhì)的交界面并不與電極表面垂直時(shí)，可觀察到在介電常數(shù)較小的介質(zhì)中，位于介質(zhì)交界面和電極表面的夾角小于90°的一側(cè)，等位線出現(xiàn)壓縮現(xiàn)象。避免支撐絕緣子與電極銳角相交。電場(chǎng)分布及其對(duì)沿面閃絡(luò)電壓的影響不同結(jié)構(gòu)的支撐絕緣子的電場(chǎng)分布柱式：d2>d0>d1，最大電場(chǎng)強(qiáng)度Em出現(xiàn)在絕緣子內(nèi)部，Em>Er≥Et盤式：d2>d0=d1，Em≈Er，Er≥Et盆式：d2>d1>d0，泄漏距離較長(zhǎng)，電場(chǎng)分布與選擇的角度

有關(guān)，如

較小，則Et會(huì)變大，也即泄漏距離增長(zhǎng)與電場(chǎng)分布情況變壞同時(shí)存在，不能同時(shí)得益電場(chǎng)分布及其對(duì)沿面閃絡(luò)電壓的影響

=30°時(shí)，絕緣子表面Et達(dá)到Er的1.6倍要增大泄漏距離，必須增大角度

=75°避免支撐絕緣子與電極銳角相交電場(chǎng)分布及其對(duì)沿面閃絡(luò)電壓的影響當(dāng)

=70°時(shí)，沿面電場(chǎng)分布是比較均勻的電場(chǎng)分布及其對(duì)沿面閃絡(luò)電壓的影響電場(chǎng)分布及其對(duì)沿面閃絡(luò)電壓的影響對(duì)交流輸電系統(tǒng)的氣體絕緣設(shè)備而言，一般都不用帶裙邊的絕緣子。因?yàn)槿惯呺m然可以增大泄漏距離，但對(duì)電場(chǎng)有較大的畸變作用，其沖擊閃絡(luò)和工頻閃絡(luò)電壓均不如光面絕緣子。屏蔽電極的影響內(nèi)屏蔽電極的影響支撐絕緣子的閃絡(luò)通常是在金屬電極-環(huán)氧樹脂-SF6氣體的三重結(jié)合點(diǎn)開始的另外，當(dāng)絕緣子和導(dǎo)體電極接觸不良時(shí)，絕緣子和導(dǎo)體之間的小氣體間隙會(huì)出現(xiàn)高場(chǎng)強(qiáng)，使得絕緣子的閃絡(luò)電壓降低。針對(duì)這一問題，可以考慮采用內(nèi)裝屏蔽電極。屏蔽電極的影響改善三重結(jié)合點(diǎn)的電場(chǎng)分布改善電極和絕緣子之間的結(jié)合屏蔽電極的影響外加屏蔽電極，或者絕緣子帶有絕緣圓筒時(shí)，沿面場(chǎng)強(qiáng)與平均場(chǎng)強(qiáng)的比值變得比較均勻，三重點(diǎn)處電場(chǎng)明顯改善。外屏蔽比絕緣圓筒的效果更明顯外部屏蔽電極的影響屏蔽電極的影響楔形氣隙的影響在盆式絕緣子的設(shè)計(jì)中，若內(nèi)導(dǎo)體或地電位法蘭與盆式絕緣子的環(huán)氧樹脂接觸處留有弧狀楔形間隙，將會(huì)造成該處局部場(chǎng)強(qiáng)集中，引發(fā)局部放電。該問題的解決方法，很重要的一點(diǎn)就是在盆式絕緣子兩端設(shè)計(jì)時(shí)消除楔形氣隙，采用適當(dāng)?shù)?/p>

間隙結(jié)構(gòu)(

=3-4mm)，盆式絕緣子兩端不與導(dǎo)體、法蘭上的最高場(chǎng)強(qiáng)點(diǎn)接觸，絕緣子的閃絡(luò)電壓明顯提高。影響沿面閃絡(luò)電壓的其它因素氣壓的影響第2章中研究過純SF6氣體間隙的擊穿電壓與氣體充氣壓力的關(guān)系。結(jié)論是，擊穿電壓與氣壓并不成正比，而是偏離線性關(guān)系的。實(shí)際的環(huán)氧樹脂澆注絕緣子的閃絡(luò)電壓也不是與氣壓成正比的。隨著氣壓的增加，絕緣子閃絡(luò)電壓的增加相比純氣隙的擊穿電壓的增加而言較小，也就是說，隨著氣壓的增加，隔板系數(shù)減小。隔板系數(shù)絕緣子沿面閃絡(luò)電壓純氣隙擊穿電壓影響沿面閃絡(luò)電壓的其它因素氣隙中的場(chǎng)強(qiáng)為平均場(chǎng)強(qiáng)的數(shù)倍，因此在相當(dāng)?shù)偷碾妷合戮烷_始發(fā)生放電，容易引發(fā)沿面閃絡(luò)。提高接觸系數(shù)的措施：直接澆注內(nèi)屏蔽電極電極同絕緣子的接觸效應(yīng)對(duì)閃絡(luò)場(chǎng)強(qiáng)的影響影響沿面閃絡(luò)電壓的其它因素水分對(duì)閃絡(luò)電壓的影響當(dāng)SF6氣體中的水汽含量大到在絕緣件表面上呈露滴狀凝結(jié)時(shí)，閃絡(luò)電壓明顯降低當(dāng)水分的露點(diǎn)溫度在零攝氏度以下時(shí)，水蒸汽在絕緣件表面上以霜的形式而不是以露的形式凝結(jié)，這種情況下?lián)舸╇妷簺]有明顯的下降影響沿面閃絡(luò)電壓的其它因素導(dǎo)電微粒對(duì)閃絡(luò)電壓的影響絕緣子表面上存在的導(dǎo)電微粒會(huì)使絕緣子的閃絡(luò)電壓下降導(dǎo)電微粒引發(fā)的局部放電有可能使得絕緣子表面帶電，從而降低其閃絡(luò)電壓

采用第三章中講述的方法控制導(dǎo)電微粒的影響影響沿面閃絡(luò)電壓的其它因素絕緣子材料對(duì)表面閃絡(luò)電壓的影響絕緣子的相對(duì)介電常數(shù)對(duì)絕緣子的電場(chǎng)分布和閃絡(luò)電壓有重要的影響，隨著介電常數(shù)的增加，會(huì)引發(fā)下列后果而使得沿面閃絡(luò)電壓降低：(1)在絕緣子表面的雜質(zhì)處局部電場(chǎng)增加(2)出現(xiàn)微觀放電的外施電壓降低(3)微觀放電的能量增加絕緣子的表面電阻率的降低有助于使絕緣子所帶的表面電荷泄漏掉，從而降低了表面電荷增強(qiáng)局部電場(chǎng)的作用，其結(jié)果是提高了閃絡(luò)電壓直流電壓作用下的絕緣子直流電壓作用下絕緣子的電場(chǎng)分布與交流電壓作用下不同多介質(zhì)系統(tǒng)中的電場(chǎng)分布直流下交流下設(shè)計(jì)直流電壓下使用的絕緣子必須考慮直流電壓下，絕緣子的電場(chǎng)分布與交流電壓下的不同。同時(shí)，如果遭受雷擊或操作波，電壓分布仍然按照介電常數(shù)進(jìn)行分配。因此，直流電壓下絕緣子的設(shè)計(jì)比交流下復(fù)雜。電壓分配規(guī)律：直流電壓作用下的絕緣子絕緣子表面電荷的積聚在外施電壓的作用下，絕緣子表面會(huì)積聚電荷，這種表面電荷積聚現(xiàn)象在長(zhǎng)時(shí)間的直流電壓作用下表現(xiàn)更為明顯。當(dāng)絕緣子表面存在電荷時(shí)，表面電荷可以降低雷電沖擊下的閃絡(luò)電壓。如果介質(zhì)均勻且各向同性，則表面電荷密度隨時(shí)間的變化規(guī)律為：其中，

1，

2為固體和氣體的介電常數(shù)；

1，

2為固體和氣體的電導(dǎo)率；A,B為常數(shù)；

0為電荷積聚時(shí)間常數(shù)；U為外施電壓。當(dāng)表面電荷達(dá)到飽和時(shí)，表面電荷密度與法向場(chǎng)強(qiáng)之間的關(guān)系為：其中，En2為氣體側(cè)的法向場(chǎng)強(qiáng)。優(yōu)化電場(chǎng)結(jié)構(gòu)使電場(chǎng)強(qiáng)度法向分量盡可能小，從而抑制表面電荷的積聚選擇絕緣子材料或在絕緣子表面敷以涂層，使得表面電荷加快消散速度變介電常數(shù)材料絕緣子交流電壓下，絕緣子的電位分布是受介電常數(shù)控制的，這一現(xiàn)象啟發(fā)我們采用變介電常數(shù)的材料來改善絕緣子的