4沿面放电及大气条件对外绝缘放电电压的影响

1、2.7、提高气体击穿电压的措施、提高气体击穿电压的措施 1 1、改善气隙中的电场分布，使其尽可能均匀、改善气隙中的电场分布，使其尽可能均匀 1）改进电极形状；）改进电极形状；2）利用空间电荷畸变电场；）利用空间电荷畸变电场；2 2、设法削弱和抑制气体介质中的游离过程、设法削弱和抑制气体介质中的游离过程 为缩小电力设施的尺寸，希望将气隙长度或绝缘距离尽可能为缩小电力设施的尺寸，希望将气隙长度或绝缘距离尽可能取小一些，为此就应采取措施提高气体介质的电气强度。从取小一些，为此就应采取措施提高气体介质的电气强度。从实用角度出发，要提高气隙的实用角度出发，要提高气隙的Ub不外乎采用两条途径：不外乎采用两

2、条途径：幻灯片幻灯片 22幻灯片幻灯片 231）高气压的采用；）高气压的采用；2）高真空的采用；）高真空的采用；3）高电气强度气体（）高电气强度气体（SF6）的采用）的采用幻灯片幻灯片 24幻灯片幻灯片 25幻灯片幻灯片 26增大电极曲率半径；消除电极表面毛刺增大电极曲率半径；消除电极表面毛刺 ；消除电极表面尖角；消除电极表面尖角电场分布越均匀，气隙的平均击穿场强也就越大。因此，电场分布越均匀，气隙的平均击穿场强也就越大。因此，可以通过改进电极形状的方法来减小气隙中的最大电场可以通过改进电极形状的方法来减小气隙中的最大电场强度，以改善电场分布，提高气隙的击穿电压。如：强度，以改善电场分布，提高

3、气隙的击穿电压。如：极不均匀电场中间隙被击穿前先发生电晕现象，所以在一极不均匀电场中间隙被击穿前先发生电晕现象，所以在一定条件下，可以利用放电产生的空间电荷来改善电场分布，定条件下，可以利用放电产生的空间电荷来改善电场分布，提高击穿电压。提高击穿电压。 在极不均匀电场中，放入薄片固体绝缘材料，在一定条件在极不均匀电场中，放入薄片固体绝缘材料，在一定条件 下可以显著提高间隙的击穿电压。下可以显著提高间隙的击穿电压。 屏障的作用取决于它所拦住的与电晕电极同号的空间电屏障的作用取决于它所拦住的与电晕电极同号的空间电 荷，这样就能使电晕电极与屏障之间的空间电场强度减小，荷，这样就能使电晕电极与屏障之间

4、的空间电场强度减小，从而使整个气隙的电场分布均匀化。从而使整个气隙的电场分布均匀化。例：导线与平板间隙中，导线直径很小时，导线周围容易例：导线与平板间隙中，导线直径很小时，导线周围容易形成比较均匀的电晕层，由于电晕层比较均匀，电场分布形成比较均匀的电晕层，由于电晕层比较均匀，电场分布改善，提高了击穿电压。改善，提高了击穿电压。例：正尖例：正尖负板电场中设置屏障后，正负板电场中设置屏障后，正离子将在屏障上集聚，由于同号排斥作离子将在屏障上集聚，由于同号排斥作用，正离子沿屏障表面均匀分布，从而用，正离子沿屏障表面均匀分布，从而在屏障前方形成较均匀的电场，改善了在屏障前方形成较均匀的电场，改善了电场

5、分布，提高了击穿电压。电场分布，提高了击穿电压。屏障离棒极越近，比较均匀电场占整个间屏障离棒极越近，比较均匀电场占整个间隙的比例越大，棒极与屏障间电场越小，隙的比例越大，棒极与屏障间电场越小，击穿电压越高，当过分靠近棒极屏障上电击穿电压越高，当过分靠近棒极屏障上电荷分布很不均匀，屏障前方又将出现极不荷分布很不均匀，屏障前方又将出现极不均匀电场，击穿电压又会降低。均匀电场，击穿电压又会降低。但当棒为负极性时，即使屏障放在但当棒为负极性时，即使屏障放在最有利的位置，也只能略微提高气最有利的位置，也只能略微提高气隙的击穿电压隙的击穿电压(例如例如20)，而在大，而在大多数位置上，反而使击穿电压有不多

6、数位置上，反而使击穿电压有不同程度的降低。同程度的降低。采用高气压可以采用高气压可以减少电子的平均自由行程，削弱游离过程减少电子的平均自由行程，削弱游离过程，提高击穿电压。提高击穿电压。 均匀电场中，当气体的压力在均匀电场中，当气体的压力在1MP以下，击穿电压随气压的增大线性以下，击穿电压随气压的增大线性增大，气压更高时，击穿电压增大增大，气压更高时，击穿电压增大速度变缓。速度变缓。 不均匀电场中增高气压也可以提高不均匀电场中增高气压也可以提高击穿电压，但效果不如均匀电场显著。击穿电压，但效果不如均匀电场显著。 高气压下应尽可能改进电极形状，高气压下应尽可能改进电极形状，改善电场分布，电极应仔

7、细加工光洁，改善电场分布，电极应仔细加工光洁，气体要过滤（滤去尘埃和水份）处理。气体要过滤（滤去尘埃和水份）处理。在高真空中，电子的在高真空中，电子的平均自由行程远大于极间距离平均自由行程远大于极间距离，使碰，使碰撞游离几乎不可能实现，从而显著提高间隙击穿电压。撞游离几乎不可能实现，从而显著提高间隙击穿电压。 在电气设备中气、液、固等几种绝缘材料往往并存，而固在电气设备中气、液、固等几种绝缘材料往往并存，而固体、液体等绝缘材料在高真空下会逐渐释放出气体，因此体、液体等绝缘材料在高真空下会逐渐释放出气体，因此电气设备中实际使用高真空的还很少。电气设备中实际使用高真空的还很少。 只有在真空断路器等

8、特殊场合下才采用高真空作为绝缘材只有在真空断路器等特殊场合下才采用高真空作为绝缘材料。料。高电气强度（强高电气强度（强电负性电负性）气体，）气体，其电子附着效应大大减其电子附着效应大大减弱碰撞游离过程；弱碰撞游离过程； 分子量、直径大，自由行程小；分子量、直径大，自由行程小； 碰撞引起分子极化反应，能量损失。碰撞引起分子极化反应，能量损失。 SF6具有较高的耐电强度和很强的灭弧性能（具有较高的耐电强度和很强的灭弧性能（为空气的为空气的100倍）倍）而被广泛应用于大容量高压断路器、高压充气电缆、而被广泛应用于大容量高压断路器、高压充气电缆、高压电容器、高压充气套管、以及全封闭组合电器中。高压电容

9、器、高压充气套管、以及全封闭组合电器中。 SF6电气设备尺寸大大缩小，且不受气候影响，但造价高，电气设备尺寸大大缩小，且不受气候影响，但造价高，而且它是对臭氧层有破坏作用的温室气体。而且它是对臭氧层有破坏作用的温室气体。本次课程目的要求本次课程目的要求1 1、能说明强垂直分量极不均匀场沿面放电特点、能说明强垂直分量极不均匀场沿面放电特点 及影响因素及影响因素 2 2、能说明污闪的条件及影响因素、能说明污闪的条件及影响因素3 3、掌握提高固体绝缘沿面闪络电压的方法、掌握提高固体绝缘沿面闪络电压的方法 2.8 2.8 沿面放电沿面放电常发生在高压外绝缘及常发生在高压外绝缘及高压绝缘子表面高压绝缘子

10、表面定义：定义：沿着固体介质表面所进沿着固体介质表面所进行的气体放电。行的气体放电。放电发展到另外一极放电发展到另外一极称为闪络。称为闪络。界面电场分布可分为界面电场分布可分为3种典型情况种典型情况一、均匀和稍不均匀电场中的沿面放电一、均匀和稍不均匀电场中的沿面放电由于电场畸变使沿面闪络电压由于电场畸变使沿面闪络电压 比空气间隙击穿电压低得多。比空气间隙击穿电压低得多。 因此，均匀电场中闪络电压因此，均匀电场中闪络电压 与固体介质吸附水分的能力有关；与固体介质吸附水分的能力有关； 与固体介质与电极结合的紧密程度有关；与固体介质与电极结合的紧密程度有关； 与固体介质表面电阻和表面光滑状况有关；与

11、固体介质表面电阻和表面光滑状况有关； 与气体的状态（压力、干燥）有关；与气体的状态（压力、干燥）有关； 与电压的种类有关；与电压的种类有关；UsUb 原因在于：原因在于： 介质与电极间存在气隙介质与电极间存在气隙局放局放电荷畸变电场电荷畸变电场Us； 介质表面吸潮形成水膜介质表面吸潮形成水膜畸变电场畸变电场Us； 介质表面电阻以及粗糙介质表面电阻以及粗糙电场分布不均匀电场分布不均匀Us。二、极不均匀场中具有强垂直分量时的二、极不均匀场中具有强垂直分量时的沿面放电沿面放电电场特点：电力线与固体电场特点：电力线与固体介质表面几乎垂直。介质表面几乎垂直。 放电特点：出现滑闪放电放电特点：出现滑闪放电

12、 v 法兰附近沿介质表面电流密度法兰附近沿介质表面电流密度最大，电位梯度也最大，因此最最大，电位梯度也最大，因此最先出现初始的沿面放电；先出现初始的沿面放电； v 在电场强垂直分量的作用下，在电场强垂直分量的作用下，带电质点撞击介质表面，引起局带电质点撞击介质表面，引起局部温升，导致热游离，从而带电部温升，导致热游离，从而带电质点剧增，电阻剧降，通道迅速质点剧增，电阻剧降，通道迅速增长；增长； v 热游离是滑闪放电的重要特征热游离是滑闪放电的重要特征和条件。和条件。 滑闪放电的解释滑闪放电的解释放电过程放电过程（法兰边缘）电晕放电（法兰边缘）电晕放电（放电伸展）（放电伸展）刷状放电刷状放电（放

13、电继续发展）滑闪放电（放电继续发展）滑闪放电 滑闪放电是强垂直分量场特定的放电形滑闪放电是强垂直分量场特定的放电形式式影响因素：影响因素：表面电容表面电容C0对对Us的影响的影响C0越大越大Us分布越不均匀分布越不均匀Usr表表越大越大Us分布越不均匀分布越不均匀Us提高提高Us的措施：的措施：1、C0：增大绝缘厚度，采用小介电常数介质增大绝缘厚度，采用小介电常数介质2、r表表： 靠近法兰处漆半导体釉靠近法兰处漆半导体釉 2、介质材料吸湿性、介质材料吸湿性 吸湿性大吸湿性大r表表分布不均匀分布不均匀Us 大气相对湿度大气相对湿度70% 湿度湿度Us电场垂直分量小电场垂直分量小沿面电容电流小沿面

14、电容电流小无热电离和滑闪无热电离和滑闪沿面放电电压降低不多沿面放电电压降低不多 提高放电电压的途径主要是用均压屏蔽环等改变电极提高放电电压的途径主要是用均压屏蔽环等改变电极形状，缓和局部高强场，均匀电场分布形状，缓和局部高强场，均匀电场分布三、极不均匀场中具有弱垂直分量时三、极不均匀场中具有弱垂直分量时的沿面放电的沿面放电四、干闪、雨闪四、干闪、雨闪1、干闪定义、干闪定义2、湿闪定义、湿闪定义绝缘子表面在干燥、洁净状态下的闪络绝缘子表面在干燥、洁净状态下的闪络表面洁净的绝缘子在淋雨时的闪络表面洁净的绝缘子在淋雨时的闪络3、湿闪过程（以垂直悬挂的盘形绝缘子为例）：、湿闪过程（以垂直悬挂的盘形绝缘

15、子为例）：表面淋雨，形成水膜表面淋雨，形成水膜铁帽、铁脚间表面电阻下降，泄漏电流增铁帽、铁脚间表面电阻下降，泄漏电流增大，电流大处发热多、干燥快大，电流大处发热多、干燥快形成高阻烘干带形成高阻烘干带分担电压高，分担电压高，产生火花放电，电流都经过放电通道流过产生火花放电，电流都经过放电通道流过一方面导致通道前方一方面导致通道前方湿表面处电流增大，促使烘干带扩大，另一方面使通道两侧烘干湿表面处电流增大，促使烘干带扩大，另一方面使通道两侧烘干带流过的泄漏电流降低，烘干作用减弱，表面重新形成水膜带流过的泄漏电流降低，烘干作用减弱，表面重新形成水膜电导增大电导增大反过来对放电通道产生分流，可能使放电熄

16、灭反过来对放电通道产生分流，可能使放电熄灭再次再次循环此过程。循环此过程。 在绝缘子两侧达到临界闪络电压时，局部电弧通道将不断向前发展，最在绝缘子两侧达到临界闪络电压时，局部电弧通道将不断向前发展，最后贯穿两极，形成沿面闪络。后贯穿两极，形成沿面闪络。 绝缘子在淋雨下的闪络与表面形成的导电水膜及表面局部烘干的现象有绝缘子在淋雨下的闪络与表面形成的导电水膜及表面局部烘干的现象有关。表面泄漏电流大小对闪络电压有直接的影响，故雨的特性、绝缘子的形关。表面泄漏电流大小对闪络电压有直接的影响，故雨的特性、绝缘子的形状都是影响湿闪电压的重要因素。状都是影响湿闪电压的重要因素。 雷电冲击电压下，电压作用时间

17、短，烘干过程来不及进行，故雷电冲击雷电冲击电压下，电压作用时间短，烘干过程来不及进行，故雷电冲击电压作用下，湿闪电压比干闪电压降低相对较小。电压作用下，湿闪电压比干闪电压降低相对较小。五、污闪五、污闪1 1、定义：、定义：重污染地区：化工厂、水泥厂、冶炼厂等高盐密区重污染地区：化工厂、水泥厂、冶炼厂等高盐密区 恶劣大气条件：雾、露、雷、毛毛雨恶劣大气条件：雾、露、雷、毛毛雨 表面脏污的绝缘子在受潮情况下的闪络表面脏污的绝缘子在受潮情况下的闪络2、污闪过程：、污闪过程：绝缘子在污秽受潮时，闪络过程与淋雨时类似。不同的是污秽受潮表面烘干绝缘子在污秽受潮时，闪络过程与淋雨时类似。不同的是污秽受潮表面

18、烘干部分重新湿润的速度较慢，放电两次时间间隔长，而淋雨时重燃的时间间隔部分重新湿润的速度较慢，放电两次时间间隔长，而淋雨时重燃的时间间隔很短，甚至是连续的。很短，甚至是连续的。4、影响因素：、影响因素： 表面泄漏电流的大小（主导因素）表面泄漏电流的大小（主导因素）3、污闪条件：、污闪条件：（1）产生局部电弧）产生局部电弧 （2）污闪电流能维持局部电弧燃烧）污闪电流能维持局部电弧燃烧 （1）污秽电导：与污秽物种类及程度有关，化工、水泥污秽含有大量可溶）污秽电导：与污秽物种类及程度有关，化工、水泥污秽含有大量可溶性盐类和酸碱类物质，可溶于水，电导增大，闪络电压降低。污秽电导一般性盐类和酸碱类物质，

19、可溶于水，电导增大，闪络电压降低。污秽电导一般随污秽程度增大而增大，故闪络电压也如此。随污秽程度增大而增大，故闪络电压也如此。（2）大气湿度：水分对污秽的溶解能力，干燥污秽即使含有大量电解质，）大气湿度：水分对污秽的溶解能力，干燥污秽即使含有大量电解质，污秽层电导很小，闪络电压不会降低，故湿度较小时，湿度对闪络电压影响污秽层电导很小，闪络电压不会降低，故湿度较小时，湿度对闪络电压影响小。湿度超过小。湿度超过50%70%时，闪络电压才随湿度增加而迅速降低。在毛毛雨时，闪络电压才随湿度增加而迅速降低。在毛毛雨时电解质可以充分溶解，但大雨时污秽可能被水冲掉。故大雨时闪络电压相时电解质可以充分溶解，但

20、大雨时污秽可能被水冲掉。故大雨时闪络电压相对较高。对较高。（3）绝缘子形状：绝缘子两极最短距离即爬电距离也是影响闪络电压的重）绝缘子形状：绝缘子两极最短距离即爬电距离也是影响闪络电压的重要因素。爬电距离增大时，局部电弧必须发展得更长，要求有较高的电压。要因素。爬电距离增大时，局部电弧必须发展得更长，要求有较高的电压。（4）绝缘子直径：在同样受潮、污染和爬电距离下，直径大的表面电阻小，）绝缘子直径：在同样受潮、污染和爬电距离下，直径大的表面电阻小，因而污闪电压低。因而污闪电压低。六、提高沿面闪络电压的措施六、提高沿面闪络电压的措施两个方面：两个方面： 一是改善绝缘表面电位分布；一是改善绝缘表面电

21、位分布； 二是改进绝缘子的形状、材料，减小表面泄漏距离。二是改进绝缘子的形状、材料，减小表面泄漏距离。 干闪和湿闪通常在过电压情况下发生，而污闪在工作电压干闪和湿闪通常在过电压情况下发生，而污闪在工作电压下就有可能发生，所以近年来由于污闪引起的事故较多。合理下就有可能发生，所以近年来由于污闪引起的事故较多。合理确定绝缘子的爬距，并采取一定的措施如定期清扫、采用合成确定绝缘子的爬距，并采取一定的措施如定期清扫、采用合成绝缘子或耐污绝缘子等，可以防止污闪事故发生。绝缘子或耐污绝缘子等，可以防止污闪事故发生。具体措施：具体措施： 1、屏障的应用：、屏障的应用： 2、屏蔽的应用：、屏蔽的应用： 改善电

22、极形状，使固体改善电极形状，使固体介质表面电位分布均匀化介质表面电位分布均匀化 固介表面设置突出伞裙，可使绝缘子在雨天时保持一部分干固介表面设置突出伞裙，可使绝缘子在雨天时保持一部分干燥表面，并可增大两极间沿固体表面的泄漏距离。燥表面，并可增大两极间沿固体表面的泄漏距离。绝缘子串电压分布电容绝缘子串电压分布电容大小和绝缘子数目有关。大小和绝缘子数目有关。 绝缘子本身电容越绝缘子本身电容越大，其他电容影响小，大，其他电容影响小，分布越均匀；分布越均匀； 绝缘子片数越多，绝缘子片数越多，绝缘子串的电压分布也绝缘子串的电压分布也就越不均匀。就越不均匀。在导线侧加装屏蔽环，相当于增大了在导线侧加装屏蔽

23、环，相当于增大了C CL L。补偿。补偿C CE E分流作用，通常分流作用，通常C CE E分流作用强，才造成导线附件绝缘子承担电压高，如果分流作用强，才造成导线附件绝缘子承担电压高，如果C CL L增大，则增大，则补偿作用增强，使电压不均匀程度降低。在导线侧加屏蔽环更主要补偿作用增强，使电压不均匀程度降低。在导线侧加屏蔽环更主要的目的是消除电晕。的目的是消除电晕。3、强制固定绝缘表面电位；、强制固定绝缘表面电位；绝缘筒上围以若干环形电极，分别绝缘筒上围以若干环形电极，分别接在分压器上或电源的某些抽头，接在分压器上或电源的某些抽头，强制均匀电位。强制均匀电位。4、应用半导体涂料；、应用半导体涂料； 在类似套管的绝缘结构中，靠近法兰介质表面在类似套管的绝缘结构中，靠近法兰介质表面电位梯度大，容易产生电晕并发展成沿面放电。电位梯度大，容易产生电晕并发展成沿面放电。若涂半导体漆可以降低该处表面压降，改善沿面若涂半导体漆可以降低该处表面压降，改善沿面电压分布。电压分布。5、应用合成绝缘子；、应用合成绝缘子； 硅橡胶特点：硅橡胶特点： 憎水性强，表面电流泄漏小，湿闪、憎水性强，表面电流泄漏小，湿闪、干闪电压高；干闪电压高； 耐气候变化、耐臭氧、紫外线、电弧；耐气候变化、耐臭氧、紫外线、电弧； 重量轻、机械强度高、不破碎、安装方便；重量轻、机械强度高、不破碎、安装方便； 价贵，