第三章-氣體中的沿面放電和高壓絕緣子

高電壓絕緣技術(shù)第三章—氣體中的沿面放電和高壓絕緣子第一節(jié)絕緣子的性能要求和材料絕緣子用于將不同電位的導(dǎo)電體在機(jī)械上相互連接，在電氣上相互絕緣1.1：絕緣子：導(dǎo)體與地之間絕緣和連接支柱絕緣子盤形懸式絕緣子第一節(jié)絕緣子的性能要求和材料1.2：瓷套：用做電氣內(nèi)絕緣的容器氧化鋅避雷器電流互感器第一節(jié)絕緣子的性能要求和材料1.3：套管：用做導(dǎo)體穿過電器外殼和墻變壓器套管油紙電容式穿墻套管第一節(jié)絕緣子的性能要求和材料

絕緣子電氣性能干閃電壓：表面清潔、干燥的絕緣子的閃絡(luò)電壓：是戶內(nèi)絕緣子的主要指標(biāo)濕閃電壓：表面潔凈的絕緣子在淋雨時的閃絡(luò)電壓，是戶外絕緣子的主要指標(biāo)污閃電壓：表面臟污的絕緣子在受潮時的閃絡(luò)電壓人造雨：體電阻率100歐.米，降雨量1~1.5mm/min，45度角機(jī)械性能：拉伸負(fù)荷、彎曲負(fù)荷、扭轉(zhuǎn)負(fù)荷冷熱性能：膨脹應(yīng)力老化性能：抗老化第一節(jié)絕緣子的性能要求和材料

1.4絕緣子其他性能電瓷：無機(jī)材料，耐腐蝕，抗老化，具有足夠的電氣強(qiáng)度和機(jī)械強(qiáng)度；脆，抗壓強(qiáng)度比抗拉強(qiáng)度大得多；上釉強(qiáng)度大鋼化玻璃：電氣和機(jī)械強(qiáng)度大于電瓷，輸電線路鋼化玻璃絕緣子損壞后能“自爆”有機(jī)復(fù)合材料：重量輕、體積小、工藝簡單；表面有憎水性，抗污閃能力強(qiáng)，復(fù)合絕緣子的玻璃纖維芯棒的抗拉強(qiáng)度高于鋼第一節(jié)絕緣子的性能要求和材料

1.5絕緣子材料第二節(jié)氣體中沿固體介質(zhì)表面的放電

2.1綜述沿面放電：沿絕緣子和空氣的分界面上發(fā)生的放電現(xiàn)象稱為沿面放電；閃絡(luò)：沿面放電發(fā)展到貫穿性的空氣擊穿稱為閃絡(luò)；沿面閃絡(luò)電壓比氣體或固體單獨存在時的擊穿電壓都低第二節(jié)氣體中沿固體介質(zhì)表面的放電

2.2典型電場分布形式均勻電場有強(qiáng)垂直分量的極不均勻場有弱垂直分量的極不均勻場第二節(jié)氣體中沿固體介質(zhì)表面的放電

2.3均勻電場沿面放電1）固體與電極接觸面中氣隙產(chǎn)生局部強(qiáng)場引發(fā)放電2）介質(zhì)表面吸附水分形成水膜，水膜中離子遷移到電極附近畸變電場，降低了閃絡(luò)電壓3）介質(zhì)表面電阻不均勻、表面粗糙，畸變電場第二節(jié)氣體中沿固體介質(zhì)表面的放電

2.3均勻電場沿面放電固體表面吸附水分能力的影響電壓變化較慢擊穿電壓較低第二節(jié)氣體中沿固體介質(zhì)表面的放電

2.4.1極不均勻電場強(qiáng)垂直分量沿面放電基本過程：1）電暈放電2）刷狀放電3）滑閃放電4）完全擊穿滑閃機(jī)理：帶電離子撞擊介質(zhì)表面，使局部溫度升高，導(dǎo)致熱電離第二節(jié)氣體中沿固體介質(zhì)表面的放電

2.4.1極不均勻電場強(qiáng)垂直分量沿面放電滑閃放電在交流和沖擊電壓下很明顯隨著電壓的增加，滑閃長度增加得很快=》單靠加長沿面距離來提高閃絡(luò)電壓的效果很差第二節(jié)氣體中沿固體介質(zhì)表面的放電

2.4.2極不均勻電場強(qiáng)垂直分量沿面放電等值電路：由表面電阻、體電容、體電阻構(gòu)成比電容C0：介質(zhì)表面單位面積與另一電極間的電容（F/cm2)放電現(xiàn)象與比電容和電壓變化率有關(guān)第二節(jié)氣體中沿固體介質(zhì)表面的放電

2.4.2極不均勻電場強(qiáng)垂直分量沿面放電工頻起始放電電壓：提高起始電壓的方法：1）減小比電容=》增加厚度、采用介電常數(shù)小的介質(zhì)2）減小表面電阻率=》涂半導(dǎo)體漆第二節(jié)氣體中沿固體介質(zhì)表面的放電

2.4.2極不均勻電場強(qiáng)垂直分量沿面放電直流電壓：1）無明顯滑閃放電現(xiàn)象2）介質(zhì)表面電壓分布均勻3）閃絡(luò)電壓較高第二節(jié)氣體中沿固體介質(zhì)表面的放電

2.4.3極不均勻電場弱垂直分量沿面放電1）電場垂直分量小，沿表面不會有較大電容電流，不會出現(xiàn)熱電離=》沒有明顯的滑閃放電2）閃絡(luò)電壓與空氣擊穿電壓的差別比有強(qiáng)垂直分量時要小得多3）一般從改進(jìn)電極形狀以改善電場分布入手提高閃絡(luò)電壓第三節(jié)支柱絕緣子-3.1

戶外實心帶傘；幾個支柱絕緣子串接后，沿表面的電壓分布不均勻，一般常采用均勻環(huán)支柱絕緣子：弱垂直分量類型第三節(jié)支柱絕緣子-3.2

戶內(nèi)實心或空心帶棱；分為內(nèi)膠、外膠和內(nèi)外聯(lián)膠空心瓷件頂部隔板用來防止沿內(nèi)表面閃絡(luò)第四節(jié)棒形絕緣子計算

4.1干閃電壓干閃距離：棒形絕緣子兩電極間的最短空氣距離=》決定了干閃電壓傘形、傘數(shù)、支柱直徑對干閃電壓影響不大干閃電壓接近空氣間隙的擊穿電壓，可用棒板空氣間隙估算工頻：操作沖擊：雷電沖擊：第四節(jié)棒形絕緣子計算

4.2濕閃電壓傘形、傘數(shù)決定了濕閃電壓=》戶外絕緣子的外形結(jié)構(gòu)由濕閃電壓決定介質(zhì)表面完全淋濕時，雨水形成連續(xù)導(dǎo)電層，泄漏電流增加，閃絡(luò)電壓僅為干燥時的40%設(shè)計時首先根據(jù)干閃電壓初步?jīng)Q定絕緣件高度，再按濕閃電壓確定外形結(jié)構(gòu)，并最終確定絕緣高度第四節(jié)棒形絕緣子計算

4.2濕閃電壓垂直安裝淋雨時閃絡(luò)路徑：1)小雨：AB-BCA’-A’B’或AB-BA’-A’B’：濕表面和空氣間隙串聯(lián)2)大雨：BB’水平安裝淋雨時閃絡(luò)路徑：絕緣子表面第四節(jié)棒形絕緣子計算

4.2濕閃電壓影響濕閃電壓的因素：1)傘寬a：較小時表面干燥區(qū)域小，閃絡(luò)電壓低；a增加，濕閃電壓升高2)傘距t：減小傘距能提高濕閃電壓3)a/t:一般a/t=0.5~14)傘的傾斜角：200~300第四節(jié)棒形絕緣子計算

4.2濕閃電壓-工頻垂直安裝：L1=EA+DA’+D’A”+FG：淋雨表面長度L2=AD+A’D’+A”F：空氣間隙長度E1:淋雨表面閃絡(luò)場強(qiáng)E2:空氣間隙閃絡(luò)場強(qiáng)3kV/cm第五節(jié)瓷套管套管：典型的強(qiáng)垂直分量電場，在中間法蘭邊緣處電場十分集中分類：純瓷套管、樹脂套管、充油套管、充氣套管、油紙電容式套管等純瓷套管廣泛用于35kV及以下穿墻套管和110kV及以下電器套管第五節(jié)瓷套管35kV套管特點：1）套管內(nèi)壁噴鋁，并用彈簧與導(dǎo)桿接觸=》內(nèi)部空氣不會電暈2）加大緊靠法蘭的傘的直徑和瓷壁厚度=》減小該處比電容3）法蘭到大傘的瓷壁噴鋁或上半導(dǎo)體釉=》將法蘭極不均勻的銳邊電極延伸到傘槽下，減弱了法蘭附近的電場強(qiáng)度第六節(jié)線路絕緣子懸式盤形絕緣子：由鐵帽、鋼腳和瓷件組成，金具和絕緣件用水泥膠合。組成串時，鋼腳接入鐵帽的球窩，成為軟連接瓷盤下表面有棱，或采用雙棱瓷盤瓷盤直徑和結(jié)構(gòu)高度的關(guān)系象濕閃條件下考慮棒形絕緣子的傘寬和傘距一樣，比例為0.5~0.65第六節(jié)線路絕緣子第六節(jié)線路絕緣子零值絕緣子：電阻小于300M歐，成因于瓷件微小的裂紋大多數(shù)的絕緣子：瓷件承受壓力第六節(jié)線路絕緣子電壓分布：中間低，兩邊高第六節(jié)線路絕緣子提高閃絡(luò)電壓的措施：1）加裝均壓環(huán)：（220kV以下，可以提高起暈電壓，但不能提高閃絡(luò)電壓；220kV以上，可以提高閃絡(luò)電壓）2）涂半導(dǎo)體涂料（RTV）第六節(jié)線路絕緣子

帶電檢測第六節(jié)線路絕緣子

帶電檢測-分布電壓火花叉系列：測量絕緣子分布電壓：先將2接觸下鐵帽，然后將1靠近上鐵帽，產(chǎn)生火花越早、聲音越大，表明電壓越高。零值絕緣子不承擔(dān)，則不會產(chǎn)生火花第六節(jié)線路絕緣子

帶電檢測-分布電壓可調(diào)火花間隙第六節(jié)線路絕緣子

帶電檢測-分布電壓語音報數(shù)第六節(jié)線路絕緣子

帶電檢測-分布電場DL-型絕緣子帶電檢測儀：測量絕緣子串縱向電場分布第六節(jié)線路絕緣子

帶電檢測-分布電場第六節(jié)線路絕緣子帶電檢測第六節(jié)線路絕緣子

帶電檢測-分布電場第六節(jié)線路絕緣子帶電檢測第七節(jié)復(fù)合絕緣子第七節(jié)復(fù)合絕緣子組成：環(huán)氧樹脂玻璃纖維棒、硅橡膠傘盤、護(hù)套第七節(jié)復(fù)合絕緣子優(yōu)點：抗拉、輕、小、防污閃（憎水性）、工藝簡單第七節(jié)復(fù)合絕緣子截至1998年底，我國合成絕緣子掛網(wǎng)總量達(dá)60萬只，僅次于美國居世界第二位[1]，到2002年底我國已使用合成絕緣子約160萬只。京津唐電網(wǎng)在1998年就有3萬余支合成絕緣子在網(wǎng)上運行，占該網(wǎng)輸電線路絕緣子總數(shù)的1/3，而110kV線路和220kV線路合成絕緣子已占主流，截止到2001年10月，京津唐電網(wǎng)的復(fù)合絕緣子用量進(jìn)一步增加至91912只，其中北京供電局達(dá)到18373支，約占其主網(wǎng)110kV及以上線路絕緣子的25%～30%[2]第七節(jié)復(fù)合絕緣子污閃是電力系統(tǒng)常見的事故之一。例如，1996年12月27～30日華東地區(qū)出現(xiàn)罕見的大霧，華東電網(wǎng)23條500kV線路中就有11條發(fā)生閃絡(luò)，跳閘77次，其中3條線路因零值瓷絕緣子炸裂導(dǎo)致導(dǎo)線落地，220kV系統(tǒng)中24條線路閃絡(luò)，跳閘58次，其中9條線路因零值瓷絕緣子炸裂導(dǎo)致導(dǎo)線落地，雖然斷路器、繼電保護(hù)動作正確，未造成大范圍停電，但仍對電網(wǎng)安全構(gòu)成了嚴(yán)重的威脅[4，5]，1996年12月，在上述華東、華中、西北、山東、福建等地電網(wǎng)瓷絕緣子大面積污閃時，運行于中等及重污穢地區(qū)的全部20多萬支合成絕緣子無一閃絡(luò)。1991～1998年8月，京津唐電網(wǎng)合成絕緣子總的閃絡(luò)跳閘次數(shù)是同期瓷絕緣子的1/7，20余次閃絡(luò)跳閘大都重合成功第七節(jié)復(fù)合絕緣子問題：界面擊穿、脆斷、老化界面擊穿：局部放電沿護(hù)套與芯棒的界面發(fā)展形成導(dǎo)通性炭化通道，從外表難以觀察到。第七節(jié)復(fù)合絕緣子問題：界面擊穿、脆斷、老化脆斷：護(hù)套破損，酸性水分侵入腐蝕芯棒，局部放電侵蝕芯棒第七節(jié)復(fù)合絕緣子問題：界面擊穿、脆斷、老化老化：紫外線、酸雨、濕污表面放電使護(hù)套和傘群變脆變硬、開裂、粉化、褪色、失去憎水性第七節(jié)復(fù)合絕緣子措施：改進(jìn)工藝、加強(qiáng)端部密封、耐酸芯棒、高溫硫化橡膠舊工藝：手工粘貼新工藝：真空澆注壓接第七節(jié)復(fù)合絕緣子帶電檢測：紅外測溫法原理：缺陷部位異常發(fā)熱第七節(jié)復(fù)合絕緣子帶電檢測：電場法原理：缺陷部位電場畸變（下降）第七節(jié)復(fù)合絕緣子帶電檢測：電場法電場分布曲線：1良好2高壓端缺陷3中部缺陷第八節(jié)污閃

8.1概述干燥情況下污穢物的電阻較大，受潮后泄露電流劇增，使閃絡(luò)電壓顯著降低污閃不再是單純空氣間隙的擊穿，而是臟污表面氣體電離和局部電弧發(fā)展、熄滅、重燃、再發(fā)展的過程各類污穢中以化工污穢最嚴(yán)重，水泥等次之引起污穢的氣象條件則以霧、露、雪、毛毛雨為主第八節(jié)污閃

8.2污穢閃絡(luò)的基本過程1）表面電阻大的地方干得快，形成“干燥”帶電流變小，干燥帶重新受潮2）重復(fù)上述過程3）干燥帶承受高壓，產(chǎn)生輝光放電4）線狀放電火花跳動，熱量使干燥帶擴(kuò)大，濕潤區(qū)縮小5）電流增大，引起熱電離，形成局部電弧放電6）電弧烘干鄰近區(qū)域，并迅速發(fā)展7）電弧連通電極，形成閃絡(luò)第八節(jié)污閃遼沈地區(qū)2001年2月22日遭遇最嚴(yán)重大面積停電事故，沈陽市區(qū)停電面積已經(jīng)超過70%。遼沈停電事故是從高壓輸電線路污閃開始的。遼沈為我國重工業(yè)區(qū)，含鹽的空氣污染物附著在絕緣瓷瓶上，大霧濕氣使瓷瓶絕緣能力降低，電弧沿著瓷瓶表面爬升，出現(xiàn)閃烙放電現(xiàn)象。遼沈停電事故中，幾乎所有的高壓輸電線路都出現(xiàn)污閃，停電事故最厲害的就是工業(yè)集中、污染嚴(yán)重的鐵西區(qū)，該區(qū)全部停止了電力供應(yīng)，損失巨大。第八節(jié)污閃

8.3影響污穢表面沿面放電的因素1）污染物性質(zhì)與污染程度=》電導(dǎo)2）大氣濕度：>50%-70%時很顯著3）爬電距離：與污閃電壓成正比4）絕緣子直徑：直徑大的絕緣子表面電阻小第八節(jié)污閃

8.4污穢的檢測1）等值附鹽密度：絕緣子表面單位面積上污穢物導(dǎo)電性相當(dāng)?shù)牡戎蝶}量(NaCl,mg/cm2)[溶解于一定容積的蒸餾水]2）濕潤污層的表面電導(dǎo)率3）泄露電流脈沖：沿絕緣子表面會有躍變的泄露電流，當(dāng)電流幅值和躍變頻度越大時，表明臨近污閃第八節(jié)污閃

8.5污穢區(qū)的絕緣維護(hù)1）定期清掃，帶電水清洗，停電清潔2）涂防塵涂料：憎水性涂料：有機(jī)硅油、地蠟3）加強(qiáng)絕緣和采用防污絕緣子4）采用合成絕緣子（憎水性遷移）第九節(jié)大氣條件對外絕緣放電電壓的影響標(biāo)準(zhǔn)大氣：溫度t0=20度，壓力b0=101.3kPa，絕對濕度h=11g/m