沿面放電及閃絡(luò)

關(guān)于沿面放電及閃絡(luò)常發(fā)生在高壓外絕緣及高壓絕緣子表面。定義：沿著固體介質(zhì)表面所進(jìn)行的氣體放電。放電發(fā)展到另外一極稱為閃絡(luò)。實(shí)驗(yàn)表明：沿固體介質(zhì)表面的閃絡(luò)電壓比固體介質(zhì)本身的擊穿電壓低很多，也比相同間距的純氣隙的擊穿電壓低得多。第2頁,共29頁，2024年2月25日，星期天一個(gè)絕緣裝置的實(shí)際耐受電壓往往取決于它的閃絡(luò)電壓，而閃絡(luò)電壓常受固體介質(zhì)表面的干燥、清潔、污染等情況影響。因此設(shè)計(jì)時(shí)需要知道絕緣子的干閃絡(luò)、濕閃絡(luò)和污穢閃絡(luò)電壓。界面電場分布的三種典型情況第3頁,共29頁，2024年2月25日，星期天一、均勻和稍不均勻電場中的沿面放電由于電場畸變使沿面閃絡(luò)電壓比空氣間隙擊穿電壓低得多。

因此，均勻電場中閃絡(luò)電壓與固體介質(zhì)吸附水分的能力有關(guān)；與固體介質(zhì)與電極結(jié)合的緊密程度有關(guān)；與固體介質(zhì)表面電阻和表面光滑狀況有關(guān)；與氣體的狀態(tài)有關(guān)；與電壓的種類有關(guān)。Us＜Ub

原因在于：①介質(zhì)與電極間存在氣隙→局放→電荷畸變電場→Us↓；②介質(zhì)表面吸潮形成水膜→畸變電場→Us↓；③介質(zhì)表面電阻分布不均勻→Us↓。第4頁,共29頁，2024年2月25日，星期天提高Us措施：密合、光滑、干燥氣體下增大氣壓。二、極不均勻場中具有強(qiáng)垂直分量時(shí)的沿面放電電場特點(diǎn)：電力線與固體介質(zhì)表面幾乎垂直。放電特點(diǎn)：閃絡(luò)發(fā)展過程中會出現(xiàn)滑閃放電典型設(shè)備：穿墻套管（法蘭邊緣場強(qiáng)最大）電暈放電→（放電伸展）刷狀放電→（放電繼續(xù)發(fā)展）滑閃放電滑閃放電是強(qiáng)垂直分量場特定的放電形式。第5頁,共29頁，2024年2月25日，星期天

法蘭附近沿介質(zhì)表面電流密度最大，電位梯度也最大，因此最先出現(xiàn)初始的沿面放電；在電場強(qiáng)垂直分量的作用下，帶電質(zhì)點(diǎn)撞擊介質(zhì)表面，引起局部溫升，導(dǎo)致熱游離，從而帶電質(zhì)點(diǎn)劇增，電阻劇降，通道迅速增長；熱游離是滑閃放電的重要特征和條件。

滑閃放電的機(jī)理第6頁,共29頁，2024年2月25日，星期天影響閃絡(luò)電壓的因素：1、體積電容C0對Us的影響C0越大→U分布越不均勻→Us↓r表越大→U分布越不均勻→Us↓2、介質(zhì)材料吸濕性吸濕性大→r表分布不均勻→Us↓

大氣相對濕度<70%濕度影響很小大氣相對濕度>70%濕度↑→Us↓提高Us的措施：1、↓C0：增大絕緣厚度，采用小介電常數(shù)介質(zhì)2、↓r表：法蘭瓷套表面涂半導(dǎo)體釉（漆），工程上常用。第7頁,共29頁，2024年2月25日，星期天電場垂直分量小→沿面電容電流小→無熱電離和滑閃→沿面放電電壓降低不多提高放電電壓的途徑主要是用均壓屏蔽環(huán)等改變電極形狀，緩和局部高強(qiáng)場，均勻電場分布三、弱垂直分量極不均勻場的沿面放電四、干閃、濕閃1、干閃定義2、濕閃定義絕緣子表面在干燥、潔凈狀態(tài)下的閃絡(luò)表面潔凈的絕緣子在淋雨時(shí)的閃絡(luò)。第8頁,共29頁，2024年2月25日，星期天五、污閃1、定義：重污染地區(qū)：化工廠、水泥廠、冶煉廠等高鹽密區(qū)惡劣大氣條件：霧、露、雪、毛毛雨表面臟污的絕緣子在受潮情況下的閃絡(luò)。2、污閃過程：表面受污、受潮不同→R表分布不均勻，泄漏電流分布不同，電流大處發(fā)熱多、干燥快→形成高阻干燥帶→此處I↓，附近潮區(qū)I↑→干燥帶擴(kuò)大→干燥帶幾乎受全部電壓→當(dāng)E>Ecr→局部閃爍放電→熱游離產(chǎn)生局部電弧。若：1）外施電壓、弧道電流足以維持局部電弧燃燒→閃絡(luò)2）否則→熄滅第9頁,共29頁，2024年2月25日，星期天4、影響因素：（1）表面泄漏電流的大??；（2）絕緣子直徑；（3）爬電距離；（4）污層電導(dǎo)率；（5）大氣濕度3、污閃條件：（1）產(chǎn)生局部電?。?）污閃電流能維持局部電弧燃燒5、污閃的危害：干閃和濕閃通常在過電壓下發(fā)生，而污閃在工作電壓下就可能發(fā)生；污閃往往造成大面積多點(diǎn)事故，重合閘動作成功率遠(yuǎn)低于雷擊閃絡(luò)時(shí)的情況，易導(dǎo)致事故擴(kuò)大和長時(shí)間停電。污閃被認(rèn)為是電力系統(tǒng)安全運(yùn)行的大敵。第10頁,共29頁，2024年2月25日，星期天6、等值鹽密：表征絕緣子表面污穢度的一個(gè)指標(biāo)，指的是每平方厘米表面上沉積的等效NaCl毫克數(shù)?！暗戎蝶}密法”即是用NaCl來等值表示表面上實(shí)際沉積的混合鹽類。測量污穢度是為了劃分污區(qū)、決定戶外絕緣應(yīng)具備的絕緣水平、決定清掃周期。我國是按三個(gè)因素來劃分污區(qū)等級的：污源，氣象條件和等值鹽密。我國國標(biāo)規(guī)定的污穢等級從0級到Ⅳ共五個(gè)級別，污穢程度逐級提高。（參照P28表1-4所示）第11頁,共29頁，2024年2月25日，星期天六、防污閃的措施兩個(gè)途徑：一是改善絕緣表面電位分布；二是改進(jìn)絕緣子的形狀、材料，減小表面泄漏電流。具體措施：1、增大泄漏距離（爬距）：“爬電比距”λ是指外絕緣“相—地”間的爬電距離（cm）與系統(tǒng)最高工作電壓（kV，有效值）之比，該指標(biāo)用來表示染污外絕緣的絕緣水平。若某地常出現(xiàn)不應(yīng)有的污閃事故，可考慮增大爬距、加強(qiáng)絕緣。比如增加絕緣子片數(shù)、選用耐污性絕緣子或用Ⅴ串代替Ⅰ串。第12頁,共29頁，2024年2月25日，星期天2、屏蔽的應(yīng)用：改善電極形狀，使固體介質(zhì)表面電位分布均勻化。如采用均壓環(huán)或屏蔽環(huán)。3、涂憎水性涂料（硅脂、室溫硫化硅橡膠RTV等）；4、應(yīng)用半導(dǎo)體釉絕緣子；5、應(yīng)用硅橡膠合成絕緣子；硅橡膠特點(diǎn)：

憎水性強(qiáng)、耐分性好、且具有遷移性；耐氣候變化、耐臭氧、紫外線、電弧；重量輕、機(jī)械強(qiáng)度高、不破碎、安裝方便；價(jià)貴，壽命短，5-15年壽命。6、定期或不定期清掃（含帶電水沖洗）。第13頁,共29頁，2024年2月25日，星期天情景二絕緣子串電壓分布的測量第14頁,共29頁，2024年2月25日，星期天一、試驗(yàn)?zāi)康睦斫廨旊娋€路絕緣子串上電壓分布不均勻的原因，理解測量絕緣子串上電壓分布的意義，掌握電壓分布的測量方法，了解絕緣子串的電壓分布規(guī)律及其測量方法，了解均壓環(huán)的均壓作用。二、絕緣子串的電壓分布不均的原因35kV以上的電壓輸電線路使用由懸式絕緣子組成的絕緣子串來構(gòu)成具有高電位的導(dǎo)線與具有地電位的桿塔之間的絕緣。絕緣子串上的每片懸式絕緣子結(jié)構(gòu)，尺寸完全相同，若每片絕緣子承受的電壓相同，則利用率最高。但是由于絕緣子的金屬部分與接地的鐵塔和帶電的導(dǎo)線之間存在雜散電容，使絕緣子串的電壓分布不均。第15頁,共29頁，2024年2月25日，星期天設(shè)絕緣子自身電容為C，若只考慮對地雜散電容CE,則等值電路如圖（a）所示當(dāng)CE兩端有電位差時(shí)，必然有一部分電流經(jīng)CE流入接地鐵塔，而流過CE的電流都是由絕緣子串分流出去，因此靠近導(dǎo)線的絕緣子流過電流最多，電壓降△U也最大

第16頁,共29頁，2024年2月25日，星期天如果只考慮對導(dǎo)線的雜散電容CL,則等值電路如圖(b)所示

流過CL的電流都匯入下一片絕緣子中，因此靠近鐵塔的絕緣子流過的電流最多，電壓降△U最大第17頁,共29頁，2024年2月25日，星期天實(shí)際上CE與CL兩種雜散電容同時(shí)存在，綜合考慮兩者影響時(shí)，絕緣子串的電壓分布位圖（c）所示

第18頁,共29頁，2024年2月25日，星期天一般C為50－70pF，CE為4－5pF，CL只有0.5－1pF，所以CE的影響比CL大，絕緣子串中靠近導(dǎo)線的絕緣子的電壓降最大，遠(yuǎn)離導(dǎo)線的絕緣子電壓降逐漸減小，當(dāng)靠近鐵塔橫擔(dān)時(shí)，CL的作用顯著，電壓降又升高。第19頁,共29頁，2024年2月25日，星期天絕緣子串的長度越長，片數(shù)越多，電壓分布越不均勻。若絕緣子本身電容C大，則對地和對導(dǎo)線雜散電容的影響要小一些，絕緣子串的電壓分布就比較均勻。

增大CL能在一定程度上補(bǔ)償CE的影響，使電壓分布不均勻程度減小例如可采用增大導(dǎo)線截面積和分裂導(dǎo)線，還可采用均壓環(huán)，以增加絕緣子對導(dǎo)線的電容，達(dá)到改善電壓分布的目的。解決絕緣子串電壓分布不均的方法當(dāng)絕緣子承受的電壓超過某一數(shù)值時(shí)，會產(chǎn)生電暈，引起絕緣子金具的腐蝕；同時(shí)伴隨產(chǎn)生的脈沖電磁波，會干擾附近的無線電通訊。若其中一個(gè)絕緣子出現(xiàn)沿面放電，相當(dāng)于短接，將使其他絕緣子承受更高電壓。第20頁,共29頁，2024年2月25日，星期天第21頁,共29頁，2024年2月25日，星期天三、絕緣子串電壓分布測量的意義當(dāng)絕緣子表面因污穢而電阻下降時(shí)，或者因機(jī)械﹑電和環(huán)境等因素的影響而絕緣電阻發(fā)生變化時(shí)，沿絕緣子串表面的電壓分布將發(fā)生改變，嚴(yán)重時(shí)將發(fā)生絕緣閃絡(luò)在工作電壓作用下沿絕緣子串表面有一定電壓分布當(dāng)絕緣子表面比較清潔時(shí)，電壓分布由絕緣子本身電容和雜散電容決定例如在輸電線路的絕緣子串中，當(dāng)出現(xiàn)損壞了的絕緣子（即零值絕緣子）時(shí)，這片絕緣子就不再承受電壓，其他絕緣子上的電壓就會升高，有可能引起對地閃絡(luò)。因此測量絕緣子表面的電壓分布可以發(fā)現(xiàn)絕緣子是否存在缺陷。第22頁,共29頁，2024年2月25日，星期天若絕緣子串中出現(xiàn)低值或零值絕緣子，根據(jù)正常的電壓分布曲線和實(shí)測的曲線就能判斷出來，如下圖所示。一般某片絕緣子的實(shí)際電壓低于標(biāo)準(zhǔn)值的一半時(shí)，即可斷定該片為低值或零值絕緣子。第23頁,共29頁，2024年2月25日，星期天四、絕緣子串電壓分布測量方法電力生產(chǎn)中經(jīng)常使用短路叉、可調(diào)火花間隙測桿、音響式測桿、電阻分布測桿及各種電壓分布測試儀等。第24頁,共29頁，2024年2月25日，星期天將小球隙放電器依次接到每片絕緣子上并保持球隙距離不變，升高加在絕緣子串上的電壓直至球隙擊穿，記錄擊穿時(shí)所施加在導(dǎo)線上的電壓。試驗(yàn)室常用“球隙放電器法”進(jìn)行測量，接線如下圖示。第25頁,共29頁，2024年2月25日，星期天五、試驗(yàn)接線設(shè)i為各片絕緣子的編號，最靠近導(dǎo)線絕緣子片的編號為1。由于絕緣子本身電壓分布不均勻，而球隙器的放電距離是固定的，即其擊穿電壓Ub在各個(gè)絕緣子上均相同，當(dāng)放電器放在第i片絕緣子上時(shí)加在導(dǎo)線上并使放電器擊穿的電壓為Ui，則有第26頁,共29頁，2024年2月25日，星期天根據(jù)可知又因?yàn)榧磩t有將（2）代入（1），可得（1）（2）根據(jù)上式即可求得絕緣子串中各片絕緣子的電壓分布百分比a1,a2,…,ai,…,an。第27頁,共29頁，2024年2月25日，星期天六、試驗(yàn)步驟（1）按