高电压技术：第4章_气体中沿固体绝缘表面的放电

1、电气设备绝缘包括内绝缘和外绝缘。内绝缘指设备内部的绝缘，外绝缘指设备外壳之外的绝缘和输电线路的绝缘。330kV绝缘子柱 典型的外绝缘 沿面闪络：指沿气体介质与固体介质交界面上发展的放电现象。研究表明：在相同的放电距离条件下，沿面闪络电压比纯气体放电电压低的多。一个绝缘装置的实际耐压能力取决于其沿面闪络电压；表面潮湿、污染情况下的沿面闪络电压要比干燥、清洁时的低很多（湿闪、污闪），甚至在工作电压（110kV的绝缘子串长约1m）下发生，威胁电力系统的安全运行。4 气体中固体绝缘表面的放电 用于支撑和悬挂高压导体的固体绝缘称为绝缘子或绝缘支撑。用于固定高压导体的固体绝缘为套管。在电力系统中不可或缺，

2、空气绝缘和气体绝缘设备中存在沿面放电问题。 绝缘子串融冰期的沿面闪络4.1 界面电场分布的典型情况4.2 均匀电场中的沿面放电4.3 极不均匀电场中的沿面放电4.4 受潮表面的沿面放电4.5 脏污绝缘表面的沿面放电4.1 界面电场分布的典型情况（1）均匀电场：固体介质处于均匀电场中，且界面与电力线平行，如图（a）。（2）强垂直分量电场：固体介质处于极不均匀电场中，且电力线垂直于界面的分量比平行于表面的分量要大得多，如图 (b)。套管（3）弱垂直分量电场：固体介质处极不均匀电场中，电场强度平行于界面的分量要比垂直分量大，如（c）。支柱绝缘子4.2 均匀电场中的沿面放电沿面放电：均匀电场中，固体介

3、质的引入并不影响电极间的电场分布，但放电总是发生在界面，且闪络电压比空气间隙的击穿电压要低得多。说明电场畸变严重。特点：（1）沿面闪络电压与固体绝缘材料特性有关。界面吸潮而形成水膜（水有弱的导电性），其中的离子在电场的作用下沿界面移动，沿面电压分布不均，闪络电压降低。憎水性的石蜡、硅橡胶等，亲水性的瓷和玻璃等。（4）上述影响因素在高气压时表现得更为明显。 （2）固体介质与电极接触紧密程度。若固体介质与电极间存在小气隙，空气的相对介电常数比固体小，使得气隙中的场强比固体大；另一方面气体的击穿场强比固体低的多。两方面的作用，气隙首先发生局部放电，使得沿面闪络电压降低。（3）介质表面粗糙，也会使电场

4、分布畸变，从而使闪络电压降低.4.3 极不均匀电场中的沿面放电 具有强垂直分量时的沿面放电（d）套管表面电容沿套管表面放电的示意图（a）电晕放电（b）细线状辉光放电（c）滑闪放电直流下没有明显的滑闪放电。玻璃板上的沿面放电提高外加电压 提高套管的电晕起始电压和滑闪放电电压的方法：（1）减小比电容C0，增大固体介质的厚度，特别是加大法兰处套管的外径；也可采用介电常数较小的介质，例如用瓷油组合绝缘代替纯瓷介质。介质表面的电压分布 靠近法兰处场强最大，易产生滑闪放电和闪络。（2）减小绝缘表面电阻，即减小介质表面电阻率。例如在套管靠近接地法兰处涂半导体釉；在电机绝缘的出槽口部分涂半导体漆。比电容C0:

5、 界面与导电杆之间的电容F/cm2沿面放电电压U0： 具有弱垂直分量时的沿面放电 具有弱垂直分量的极不均匀电场的沿面闪络电压，比空气击穿电压降低的不多，沿面闪络电压没有显著的下降，也没有明显的滑闪放电。 垂直于放电发展方向的介质厚度对放电电压实际上没有影响。在这种情况下，为提高沿面放电电压，主要从改进电极形状以改善电极附近的电场着手.。 330kV绝缘子柱 不同放电距离时清洁的环氧树脂支柱绝缘子的交流闪络电压（环境温度为30）RH超过60%闪络电压下降；原因：表面凝露0.35MPa的SF6中工频沿面闪络电压1气温为-242气温为-29-2 3环氧树脂绝缘子露（液态）霜（固态） 表面凝露对沿面放

6、电的影响4.4 受潮表面的沿面放电 淋雨时的沿面放电湿闪络路径：（1）沿湿表面AB和干表面BCA发展,绝缘子湿闪电压为干闪时的4050。（2）沿湿表面AB和空气间隙BA发展，绝缘子湿闪电压不会下降很多。 （3）沿湿表面AB和水流BB发展，湿闪电压降低到很低的数值。高电压工程基础 表面淋雨对沿面放电的影响光滑瓷柱的干闪和湿闪电压 干闪湿闪雨中电导率对湿闪电压的影响（取雨水电导率为0.1S/m时的闪络电压为1）4.5 脏污绝缘表面的沿面放电污闪：户外绝缘子常会受到工业污秽或自然界盐碱、飞尘等的污染，在天气比较潮湿的情况下，其闪络电压比干燥、洁净表面的闪络电压低得多。2009年2月广州某220千伏线

7、路放电高压试验室内的污闪试验污闪： 绝缘子积污，干燥情况下，对闪络电压没多大影响。但当绝缘子表面污层被湿润，其表面电导剧增使绝缘子泄漏电流急剧增加。绝缘子的闪络电压（污闪电压）大大降低，甚至有可能在工作电压下发生闪络。 污闪的发展过程（施加恒定的工频电压，使污层受潮）（a）污层刚受潮时，介质表面有明显的泄漏电流流过，电压分布是较均匀； （b）出现高电阻的“干燥带” ，使污层的泄漏电流减小，并在干燥带形成很大的电压降； （c）当干燥带的电位梯度超过沿面闪络场强时，干燥带发生放电，放电具有电弧特性，这就是出现局部电弧的阶段。(d) 局部电弧发展成为闪络。（爬电）高电压工程基础 影响污闪的因素（1）

8、污秽的性质和污染程度 污秽的导电率越高、介质表面沉积的污秽量越多，则闪络电压越低。表面泄漏电流越大，闪络电压越低。在工程中常将污层表面电导率作为监测绝缘子脏污严重程度的一个特征参数。（2）湿润的方式 最易发生污闪气象条件是雾、露、融雪和毛毛雨等，这些条件下污层易达到饱和湿润但不被冲洗掉。（3）泄漏距离 在污层表面电导率一定时，泄漏距离越长，剩余电阻的阻值越大，污闪电压越高。绝缘子的泄漏距离是影响污闪电压的重要因素。 绝缘子做成伞形（4）外施电压的形式 污闪是局部电弧不断拉长的过程，也是污层烘干过程，发展需要较长时间。电压作用时间短，不易闪络。在雷电冲击、操作冲击、工频、直流下，污闪电压约为干闪

9、值的0.9、0.5、0.2、0.15倍。高电压工程基础 污秽等级的划分等量的不同污秽，其污闪电压不同；污秽严重程度不同，其污闪电压也不同。用污秽等值盐密来表征污秽的性质和严重程度。污秽等值附盐密度（mg/cm2） ：与绝缘子表面单位面积上污秽物导电性相当的等值盐(NaCl)量。同时表征污秽性质及污秽量，以描述的污秽严重程度。污秽等级污湿特征盐密(mg/cm2)线路发电厂变电所0大气清洁地区及离海岸盐场50km以上无明显污染地区0.03大气轻度污染地区，工业区和人口低密集区，离海岸盐场10km50km地区，在污闪季节中干燥少雾（含毛毛雨）或雨量较多时0.030.060.06大气中等污染地区，轻盐

10、碱和炉烟污秽地区，离海岸盐场3km10km地区，在污闪季节中潮湿多雾（含毛毛雨）但雨量较少时0.060.100.060.10大气污染较严重地区，重雾和重盐碱地区，近海岸盐场13km地区，工业与人口密度较大地区，离化学污源和炉烟污秽300m1500m较严重污秽地区0.100.250.100.25大气特别严重污染地区，离海岸盐场1km以内，离化学污源和炉烟污秽300m以内的地区0.250.350.250.35线路和发电厂、变电所污秽等级污秽等级爬电比距（cm/kV）线路发电厂、变电所220kV及以下330kV及以上220kV及以下330kV及以上01.39（1.60）1.45（1.60）1.391

11、.74（1.602.00）1.451.82（1.602.00）1.60（1.84）1.60（1.76）1.742.17（2.002.50）1.822.27（2.002.50）2.00（2.30）2.00（2.20）2.172.78（2.503.20）2.272.91（2.503.20）2.50（2.88）2.50（2.75）2.783.30（3.203.80）2.913.45(3.203.80)3.10（3.57）3.10（3.41）各污秽等级下的爬电比距分级数值 单位泄漏距离（泄漏比距或爬电比距）：绝缘子每千伏额定线电压的平均泄漏距离，cm/kV。“绝缘子串在工作电压下不发生污闪”在电力系统外绝缘水平中的选择起着重要的作用。电压等级kV35110220330500绝缘子片数 27131928等值附灰密度mg/cm2 ：与绝缘子表面单位面积上污秽物中不容于水的惰性物质的含量。高电压工程基础（1）定期或不定期的清扫: 在容易发生污闪的季节定期进行清扫。一般采用带电水冲洗，注意水冲洗时不能相间闪络。变电设备可