極不均勻電場中的沿面放電

1、極不均勻電場中的沿面放電1套管的沿面放電（電場具有強垂直分量）圖1-39給出了220kV變壓器出線套管及其簡化剖面示意圖。套管的沿面放電過程如圖1-40所示，隨著外施電壓的增高，在法蘭的邊緣先出現(xiàn)淺藍色的電暈放電，如圖1-40(a)。進一步升高電壓，放電形成平行向前伸展的許多細(xì)光線，稱為刷形放電，如圖1-40(b)。刷形放電的長度隨著電壓的升高而增加。當(dāng)電壓到某臨界值時，其中某些細(xì)線的長度迅速增長，并轉(zhuǎn)變?yōu)檩^明亮的淺紫色的樹枝狀火花。這種放電很不穩(wěn)定，迅速改變放電路徑，并有爆裂聲響，這種放電稱為滑閃放電，如圖1-40(c)?；W放電的火花長度隨外施電壓的升高而迅速增長，因而出現(xiàn)滑閃后，電壓只需

2、要增加不多，放電火花就能延伸到另一電極，形成閃絡(luò)。導(dǎo)電桿（電極）固體介質(zhì)（電工陶瓷）法蘭（接地極）圖1-39 220kV變壓器出線套管(a)套管；(b)剖面簡圖導(dǎo)電桿固體介質(zhì)法蘭(a)(b)圖1-40 工頻電壓作用下沿面放電發(fā)展過程示意圖(a)電暈放電；(b)細(xì)絲狀輝光放電；(c)滑閃放電(a)(b)(c)CCr2r2r1r1i1i2i3(a)(b)圖1-41 套管的電場分布及等效電路(a)電場示意圖；（b）套管等效電路電力線套管滑閃放電現(xiàn)象可用圖1-41所示的套管的電場分布及等效電路來解釋。從圖1-41（a）中可以看出，電場強度垂直于介質(zhì)表面的分量比平行于表面的分量大得多，因此電場具有強垂直

3、分量。圖1-41（b）中r1表示套管表面單位面積的表面電阻，r2表示單位面積的體積電阻，C表示單位面積與導(dǎo)電桿間的電容，稱其為表面電容系數(shù)（F/cm2）。由于套管表面電場具有強垂直分量，即電場主要從法蘭垂直介質(zhì)表面進入固體介質(zhì)到達導(dǎo)電桿，使體積電阻r2和電容C的分流大，流過表面電阻r1的電流逐漸減小，在法蘭附近沿介質(zhì)表面的電流密度最大，在該處介質(zhì)表面的電位梯度也最大，當(dāng)此處電位梯度達到使氣體游離的數(shù)值時，就出現(xiàn)了電暈放電。隨著電壓的升高，此放電進一步發(fā)展。電場的強垂直分量使帶電質(zhì)點撞擊介質(zhì)表面，引起局部溫度升高，高到足以引起熱游離。從而使通道中帶電質(zhì)點數(shù)量劇增，電阻劇降，通道頭部場強增加，導(dǎo)致

4、通道迅速增長，這就是滑閃放電。出現(xiàn)熱游離是滑閃放電的特征。出現(xiàn)滑閃放電后，放電發(fā)展很快，會很快貫通兩電極，完成閃絡(luò)。提高套管沿面閃絡(luò)電壓的方法：（1）減小表面電容系數(shù)。如加大法蘭處套管外徑（由電容公式可知，極間距離增大后，電容減小，流過電容C的分流減小，套管表面各部位泄漏電流相差不大，使得套管表面場強分布均勻），或采用瓷-油組合絕緣結(jié)構(gòu)（由于油的介電常數(shù)較陶瓷小，所以極間電容減小）。（2）減少法蘭附近瓷表面的電阻率。在此處涂半導(dǎo)體漆或上半導(dǎo)體釉，以改善電位分布。2支柱絕緣子的沿面放電（電場具有弱垂直分量）母線（電極）固體介質(zhì)（電工陶瓷）法蘭（接地極）圖1-42 35kV母線支柱絕緣子（a）35

5、kV母線支柱絕緣子；（b）支柱絕緣子剖面簡圖電極電極固體介質(zhì)(a)(b)電力線支柱絕緣子如圖1-42所示，介質(zhì)表面的電場分布極不均勻，在介質(zhì)表面大部分地方，電場強度平行于表面的分量要比垂直分量大，沿固體介質(zhì)表面沒有較大的電容電流流過，放電過程中不會出現(xiàn)熱游離現(xiàn)象，故沒有明顯的滑閃放電，因而垂直于放電發(fā)展方向的介質(zhì)厚度對放電電壓實際上沒有影響。在這種情況下沿面放電電壓比同電極結(jié)構(gòu)下純空氣間隙放電電壓降低不多。提高支柱絕緣子沿面閃絡(luò)電壓的方法：（1）增高支柱絕緣子，即加大極間距離。但因支柱絕緣子表面電壓分布不均勻，閃絡(luò)電壓并不與高度成正比增加。（2）裝設(shè)均壓環(huán)。補償部分對地電容電流，改善電壓分布，

6、以提高閃絡(luò)電壓。例如：高3.3m的支柱絕緣子，干閃電壓為588kV，頂部加裝直徑為1.5m的均壓環(huán)后，干閃電壓提高到834kV。3懸式絕緣子串的沿面放電（電場具有弱垂直分量）絕緣子串（鋼化玻璃）均壓環(huán)四分裂導(dǎo)線圖1-43 500kV線路的絕緣子串懸式絕緣子串的表面電場的垂直分量也很?。ㄅc支柱絕緣子一樣），沿固體介質(zhì)表面也沒有較大的電容電流流過，放電過程中不會出現(xiàn)熱游離現(xiàn)象，故沒有明顯的滑閃放電，因而垂直于放電發(fā)展方向的介質(zhì)厚度對放電電壓實際上沒有影響。我國35kV及以上的高壓線路都使用由懸式絕緣子組成的絕緣子串作為線路絕緣。絕緣子串的機械強度仍與單個絕緣子相同，而其沿面閃絡(luò)電壓則隨絕緣子片數(shù)的

7、增多而提高。絕緣子串中，絕緣子片的數(shù)目多少決定于線路所要求的絕緣水平，例如35kV線路一般用3片，110kV用7片，220kV用13片，330kV用19片，500kV用28片。用于耐張桿塔時考慮到絕緣子老化較快，通常增加12片。在機械負(fù)荷很大的場合，可以用幾串同樣的絕緣子并聯(lián)使用，如圖1-43所示。輸電線路絕緣子串在干燥情況下的等值電路如圖1-44（a）所示。圖中C為每片絕緣子自身電容，隨絕緣子的型號各異，約為5075pF；CE為 每片絕緣子的對地（鐵塔）電容，約為35 pF；CL為每片絕緣子對導(dǎo)線的電容，單導(dǎo)線時CL約為0.31.5 pF，分裂導(dǎo)線時CL增大。長絕緣子串的電壓分布很不均勻，如

8、圖1-44（b）所示。絕緣子串兩端承受的電壓高，中間承受的電壓低，這是由于絕緣子的金屬部分與接地的鐵塔和高壓導(dǎo)線間有雜散電容引起的，分析如下：假定CE存在，CL為零，此時等值電路和沿絕緣子串的電壓分布如圖1-45所示。由于對地電容CE的分流，使得流過導(dǎo)線側(cè)第一片絕緣子上的電流最大，其上所承擔(dān)的電壓U也最大。從導(dǎo)線側(cè)第一片絕緣子開始，由于電流依次減小，各絕緣子上承擔(dān)的電壓依次逐漸減小。再假定CL存在，CE為零，此時的等值電路和沿絕緣子串的電壓分布如圖2-35所示。由于CL的影響，越靠近桿塔的絕緣子，其上的電流越大，所承擔(dān)的電壓也越大。當(dāng)同時考慮CE和CL的存在時，絕緣子串上的電壓分布則如圖1-46所示。由于經(jīng)CE流向地的電流大于經(jīng)CL流向絕緣子的電流，故絕緣子串中靠近導(dǎo)線側(cè)的第一片絕緣子上承受的電壓最大。 （a） （b）圖1-44 絕緣子串的等值電路與電壓分布圖1-45 只考慮對地電容CE時的電壓分布圖1-46 只考慮對導(dǎo)線電容CL時的電壓分布絕緣子串上電壓分布的不均勻程度與絕緣子串等值電路中各電容的相對大小和絕緣子片數(shù)有關(guān)。絕緣子本身的電