第4章氣體中沿固體絕緣表面的放電課件

4氣體中沿固體絕緣表面的放電4.1界面電場分布的典型情況4.2均勻電場鐘的沿面放電4.3極不均勻電場鐘的沿面放電4.4受潮表面的沿面放電4.5臟污絕緣表面的沿面放電4氣體中沿固體絕緣4.1界面電場分布的典型情況14.1界面電場分布的典型情況（1）固體介質(zhì)處于均勻電場中，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)處極不均勻電場中，電場強度平行于界面的分量要比垂直分量大，如（c）。4.1界面電場分布的典型情況（1）固體介質(zhì)處于均勻電場中，24.2均勻電場中的沿面放電沿面放電：均勻電場中，固體介質(zhì)的引入并不影響電極間的電場分布，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：（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，也會使電場分布畸變，從而使閃絡(luò)電壓降低；4.2均勻電場中的沿面放電沿面放電：均勻電場中，固體介質(zhì)的3（3）上述影響因素在高氣壓時表現(xiàn)得更為明顯。氣壓對氮氣中沿面閃絡(luò)電壓的影響氮氣間隙膠布板塑料瓷（3）上述影響因素在高氣壓時表現(xiàn)得更為明顯。氣壓對氮氣中沿4（4）固體介質(zhì)是否與電極緊密接觸對閃絡(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沿面閃絡(luò)電壓的影響純SF6接觸良好接觸不良對于支柱絕緣子，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)屏蔽電極深度對雷電沖擊閃絡(luò)電壓的影響正極性負極性（4）固體介質(zhì)是否與電極緊密接觸對閃絡(luò)電壓有影響。充SF54.3極不均勻電場中的沿面放電具有強垂直分量時的沿面放電（d）套管表面電容沿套管表面放電的示意圖（a）電暈放電（b）細線狀輝光放電（c）滑閃放電4.3極不均勻電場中的沿面放電具有強垂直分量時的沿面放電6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，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，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體釉；在電機絕緣的出槽口部分涂半導體漆等。介質(zhì)表面的電壓分布提高套管的電暈起始電壓和滑閃放電電壓的方法：7具有弱垂直分量時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，主要從改進電極形狀以改善電極附近的電場著手.1－空氣隙擊穿2－石蠟3－膠紙4－瓷和玻璃具有弱垂直分量時的沿面放電沿不同材料圓管表面的工頻閃絡(luò)電壓8330kV絕緣子柱330kV絕緣子柱9絕緣子串的等效電路及各絕緣子承受的電壓（a）只考慮對地電容CE（b）只考慮對導線電容CL（c）同時考慮CE及CL絕緣子串的等效電路及各絕緣子承受的電壓104.4受潮表面的沿面放電表面凝露對沿面放電的影響不同放電距離時清潔的環(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-2℃~＋4℃2－氣溫為-29℃~-2℃3－環(huán)氧樹脂絕緣子露（液態(tài)）霜（固態(tài)）4.4受潮表面的沿面放電表面凝露對沿面放電的影響不同放電11表面淋雨對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率對濕閃電壓的影響（取雨水電導率為0.1S/m時的閃絡(luò)電壓為1）表面淋雨對沿面放電的影響光滑瓷柱的干閃和濕閃電壓干閃濕閃124.5臟污絕緣表面的沿面放電污閃：戶外絕緣子常會受到工業(yè)污穢或自然界鹽堿、飛塵等污染。干燥情況下，對閃絡(luò)電壓沒多大影響。但當絕緣子表面污層被濕潤，其表面電導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4.5臟污絕緣表面的沿面放電污閃：絕緣子閃絡(luò)電壓與污染程度13污閃的發(fā)展過程（1）污層剛受潮時，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，并在干燥帶形成很大的電壓降；（3）當干燥帶的電位梯度超過沿面閃絡(luò)場強時，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。污閃的發(fā)展過程（1）污層剛受潮時，介質(zhì)表面有明顯的泄漏電流14影響污閃的因素（1）污穢的性質(zhì)和污染程度

污穢的導電率越高和介質(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率作為監(jiān)測絕緣子臟污嚴重程度的一個特征參數(shù)。（2）濕潤的方式

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到飽和濕潤的狀態(tài)但不被沖洗掉。（3）泄漏距離

在污層表面電導率一定時，泄漏距離越長，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

由于污閃是局部電弧不斷拉長的過程，因此電壓作用時間越短就越不容易導致閃絡(luò)。影響污閃的因素（1）污穢的性質(zhì)和污染程度15污穢等級的劃分污穢等值附鹽密度（mg/cm2）：

與絕緣子表面單位面積上污穢物導電性相當?shù)牡戎蝶}(NaCl)量。用一個參數(shù)同時表征污穢性質(zhì)及污穢量，以簡化對污穢嚴重程度的描述。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：1－0.03mg/cm2；2－0.05mg/cm2；3－0.1mg/cm2污穢等級的劃分污穢等值附鹽密度（mg/cm2）：500k16污穢等級污濕特征鹽密(mg/cm2)線路發(fā)電廠變電所0大氣清潔地區(qū)及離海岸鹽場50km以上無明顯污染地區(qū)≤0.03－Ⅰ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10km～50km地區(qū)，在污閃季節(jié)中干燥少霧（含毛毛雨）或雨量較多時>0.03~0.06≤0.06Ⅱ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3km～10km地區(qū)，在污閃季節(jié)中潮濕多霧（含毛毛雨）但雨量較少時>0.06~0.10>0.06~0.10Ⅲ大氣污染較嚴重地區(qū)，重霧和重鹽堿地區(qū)，近海岸鹽場1～3km地區(qū)，工業(yè)與人口密度較大地區(qū)，離化學污源和爐煙污穢300m～1500m的較嚴重污穢地區(qū)>0.10~0.25>0.10~0.25Ⅳ大氣特別嚴重污染地區(qū)，離海岸鹽場1km以內(nèi)，離化學污源和爐煙污穢300m以內(nèi)的地區(qū)>0.25~0.35>0.25~0.35線路和發(fā)電廠、變電所污穢等級污穢等級污濕特征鹽密(mg/cm2)線路發(fā)電廠變電所0大氣清17污穢等級爬電比距（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）－－Ⅰ1.39～1.74（1.60～2.00）1.45～1.82（1.60～2.00）1.60（1.84）1.60（1.76）Ⅱ1.74～2.17（2.00～2.50）1.82～2.27（2.00～2.50）2.00（2.30）2.00（2.20）Ⅲ2.17～2.78（2.50～3.20）2.27～2.91（2.50～3.20）2.50（2.88）2.50（2.75）Ⅳ2.78～3.30（3.20～3.80）2.91～3.45(3.20～3.80)3.10（3.57）3.10（3.41）各污穢等級下的爬電比距分級數(shù)值單位爬電距離（爬電比距)：絕緣子每1kV額定線電壓的爬電距離。污穢等級爬電比距（cm/kV）線路發(fā)電廠、變電所220kV及18（1）定期或不定期的清掃

（2）使用防污閃涂料或進行表面處理（3）加強絕緣和采用耐污絕緣子（4）使用其他材質(zhì)的絕緣子防止污閃的措施（1）定期或不定期的清掃防止污閃的措施194氣體中沿固體絕緣表面的放電4.1界面電場分布的典型情況4.2均勻電場鐘的沿面放電4.3極不均勻電場鐘的沿面放電4.4受潮表面的沿面放電4.5臟污絕緣表面的沿面放電4氣體中沿固體絕緣4.1界面電場分布的典型情況204.1界面電場分布的典型情況（1）固體介質(zhì)處于均勻電場中，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)處極不均勻電場中，電場強度平行于界面的分量要比垂直分量大，如（c）。4.1界面電場分布的典型情況（1）固體介質(zhì)處于均勻電場中，214.2均勻電場中的沿面放電沿面放電：均勻電場中，固體介質(zhì)的引入并不影響電極間的電場分布，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：（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，也會使電場分布畸變，從而使閃絡(luò)電壓降低；4.2均勻電場中的沿面放電沿面放電：均勻電場中，固體介質(zhì)的22（3）上述影響因素在高氣壓時表現(xiàn)得更為明顯。氣壓對氮氣中沿面閃絡(luò)電壓的影響氮氣間隙膠布板塑料瓷（3）上述影響因素在高氣壓時表現(xiàn)得更為明顯。氣壓對氮氣中沿23（4）固體介質(zhì)是否與電極緊密接觸對閃絡(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沿面閃絡(luò)電壓的影響純SF6接觸良好接觸不良對于支柱絕緣子，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)屏蔽電極深度對雷電沖擊閃絡(luò)電壓的影響正極性負極性（4）固體介質(zhì)是否與電極緊密接觸對閃絡(luò)電壓有影響。充SF244.3極不均勻電場中的沿面放電具有強垂直分量時的沿面放電（d）套管表面電容沿套管表面放電的示意圖（a）電暈放電（b）細線狀輝光放電（c）滑閃放電4.3極不均勻電場中的沿面放電具有強垂直分量時的沿面放電25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，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，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體釉；在電機絕緣的出槽口部分涂半導體漆等。介質(zhì)表面的電壓分布提高套管的電暈起始電壓和滑閃放電電壓的方法：26具有弱垂直分量時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，主要從改進電極形狀以改善電極附近的電場著手.1－空氣隙擊穿2－石蠟3－膠紙4－瓷和玻璃具有弱垂直分量時的沿面放電沿不同材料圓管表面的工頻閃絡(luò)電壓27330kV絕緣子柱330kV絕緣子柱28絕緣子串的等效電路及各絕緣子承受的電壓（a）只考慮對地電容CE（b）只考慮對導線電容CL（c）同時考慮CE及CL絕緣子串的等效電路及各絕緣子承受的電壓294.4受潮表面的沿面放電表面凝露對沿面放電的影響不同放電距離時清潔的環(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-2℃~＋4℃2－氣溫為-29℃~-2℃3－環(huán)氧樹脂絕緣子露（液態(tài)）霜（固態(tài)）4.4受潮表面的沿面放電表面凝露對沿面放電的影響不同放電30表面淋雨對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率對濕閃電壓的影響（取雨水電導率為0.1S/m時的閃絡(luò)電壓為1）表面淋雨對沿面放電的影響光滑瓷柱的干閃和濕閃電壓干閃濕閃314.5臟污絕緣表面的沿面放電污閃：戶外絕緣子常會受到工業(yè)污穢或自然界鹽堿、飛塵等污染。干燥情況下，對閃絡(luò)電壓沒多大影響。但當絕緣子表面污層被濕潤，其表面電導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4.5臟污絕緣表面的沿面放電污閃：絕緣子閃絡(luò)電壓與污染程度32污閃的發(fā)展過程（1）污層剛受潮時，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，并在干燥帶形成很大的電壓降；（3）當干燥帶的電位梯度超過沿面閃絡(luò)場強時，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。污閃的發(fā)展過程（1）污層剛受潮時，介質(zhì)表面有明顯的泄漏電流33影響污閃的因素（1）污穢的性質(zhì)和污染程度

污穢的導電率越高和介質(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率作為監(jiān)測絕緣子臟污嚴重程度的一個特征參數(shù)。（2）濕潤的方式

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到飽和濕潤的狀態(tài)但不被沖洗掉。（3）泄漏距離

在污層表面電導率一定時，泄漏距離越長，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

由于污閃是局部電弧不斷拉長的過程，因此電壓作用時間越短就越不容易導致閃絡(luò)。影響污閃的因素（1）污穢的性質(zhì)和污染程度34污穢等級的劃分污穢等值附鹽密度（mg/cm2）：

與絕緣子表面單位面積上污穢物導電性相當?shù)牡戎蝶}(NaCl)量。用一個參數(shù)同時表征污穢性質(zhì)及污穢量，以簡化對污穢嚴重程度的描述。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：1－0.03mg/cm2；2－0.05mg/cm2；3－0.1mg/cm2污穢等級的劃分污穢等值附鹽密度（mg/cm2）：500k35污穢等級污濕特征鹽密(mg/cm2)線路發(fā)電廠變電所0大氣清潔地區(qū)及離海岸鹽場50km以上無明顯污染地區(qū)≤0.03－Ⅰ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10km～50km地區(qū)，在污閃季節(jié)中干燥少霧（含毛毛雨）或雨量較多時>0.03~0.06≤0.06Ⅱ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3km～10km地區(qū)，在污閃季節(jié)中潮濕多霧（含毛毛雨）但雨量較少時>0.06~0.10>0.06~0.10Ⅲ大氣污染較嚴重地區(qū)，重霧和重鹽堿地區(qū)，近海岸鹽場1～3km地區(qū)，工