第4章 氣體中沿固體絕緣表面放電-2014

1、高電壓工程基礎(chǔ)高電壓工程基礎(chǔ)（第二版）施圍 邱毓昌 張喬根（西安交通大學(xué)）編著劉青（西安科技大學(xué)）制作11第第4 4章章 氣體中沿固體絕緣氣體中沿固體絕緣表面的放電表面的放電4.1 界面電場分布的典型情況界面電場分布的典型情況4.2 均勻電場鐘的沿面放電均勻電場鐘的沿面放電4.3 極不均勻電場鐘的沿面放電極不均勻電場鐘的沿面放電4.4 受潮表面的沿面放電受潮表面的沿面放電4.5 臟污絕緣表面的沿面放電臟污絕緣表面的沿面放電高電壓工程基礎(chǔ)2高電壓工程基礎(chǔ)4.1 界面電場分布的典型情況界面電場分布的典型情況（1）固體介質(zhì)處）固體介質(zhì)處于均勻電場中，且于均勻電場中，且界面與電力線平行，界面與電力線平

2、行，如圖（如圖（a）。）。（2）固體介質(zhì)處于）固體介質(zhì)處于極不均勻電場中，極不均勻電場中，且電力線垂直于界且電力線垂直于界面的分量比平行于面的分量比平行于表面的分量要大得表面的分量要大得多，如圖多，如圖 (b)。（3）固體介質(zhì)處）固體介質(zhì)處極不均勻電場中，極不均勻電場中，電場強(qiáng)度平行于電場強(qiáng)度平行于界面的分量要比界面的分量要比垂直分量大，如垂直分量大，如（c）。）。3高電壓工程基礎(chǔ)4.2 均勻電場中的沿面放電均勻電場中的沿面放電沿面放電：均勻電場中，固體介質(zhì)的引入并不影響電極間的沿面放電：均勻電場中，固體介質(zhì)的引入并不影響電極間的電場分布，但放電總是發(fā)生在界面，且閃絡(luò)電壓比空氣間隙電場分布，但

3、放電總是發(fā)生在界面，且閃絡(luò)電壓比空氣間隙的擊穿電壓要低得多。的擊穿電壓要低得多。不同介質(zhì)的沿面閃絡(luò)電壓空氣間隙石蠟瓷與電極接觸不緊密的瓷特點(diǎn)：（1）沿面閃絡(luò)電壓與固體絕緣材料特性有關(guān)；（2）介質(zhì)表面粗糙，也會(huì)使電場分布畸變，從而使閃絡(luò)電壓降低；4高電壓工程基礎(chǔ)（3）上述影響因素在高氣壓時(shí)表現(xiàn)得更為明顯。）上述影響因素在高氣壓時(shí)表現(xiàn)得更為明顯。 氣壓對氮?dú)庵醒孛骈W絡(luò)電壓的影響 氮?dú)忾g隙膠布板 塑料瓷5高電壓工程基礎(chǔ)（4）固體介質(zhì)是否與電極緊密接觸對閃絡(luò)電壓有影響。固體介質(zhì)是否與電極緊密接觸對閃絡(luò)電壓有影響。 充SF6氣體的同軸圓柱電極中支撐與電極接觸的好壞對沿面閃絡(luò)電壓的影響 純純SF6接觸良好

4、接觸良好接觸不良接觸不良 對于支柱絕緣子，內(nèi)屏蔽電極可以提高沿面閃絡(luò)電壓。對于支柱絕緣子，內(nèi)屏蔽電極可以提高沿面閃絡(luò)電壓。內(nèi)屏蔽電極有一最佳深度，約內(nèi)屏蔽電極有一最佳深度，約10cm左右。左右。支柱絕緣子的內(nèi)屏蔽電極深度對雷電沖擊閃絡(luò)電壓的影響 正極性正極性負(fù)極性負(fù)極性6高電壓工程基礎(chǔ)4.3 極不均勻電場中的沿面放電極不均勻電場中的沿面放電 具有強(qiáng)垂直分量時(shí)的沿面放電具有強(qiáng)垂直分量時(shí)的沿面放電（d）套管表面電容）套管表面電容沿套管表面放電的示意圖沿套管表面放電的示意圖（a）電暈放電）電暈放電 （b）細(xì)線狀輝光放電）細(xì)線狀輝光放電 （c）滑閃放電）滑閃放電7高電壓工程基礎(chǔ)2011(/)49 10

5、lnrCF cmRRr 提高套管的電暈起始電壓提高套管的電暈起始電壓和滑閃放電電壓的方法：和滑閃放電電壓的方法：（1）減小比電容，例如增大）減小比電容，例如增大固體介質(zhì)的厚度，也可采用介固體介質(zhì)的厚度，也可采用介電常數(shù)較小的介質(zhì)。電常數(shù)較小的介質(zhì)。（2）減小絕緣表面電阻，即）減小絕緣表面電阻，即減小介質(zhì)表面電阻率。減小介質(zhì)表面電阻率。介質(zhì)表面的電壓分布 8高電壓工程基礎(chǔ) 具有弱垂直分量時(shí)的沿面放電具有弱垂直分量時(shí)的沿面放電沿不同材料圓管表面的工頻閃絡(luò)電壓峰值 沿面閃絡(luò)電壓與空氣擊穿電壓的差別比前述兩種電場情況都要小得多。因此這種情況下，為提高沿面放電電壓，主要從改進(jìn)電極形狀改進(jìn)電極形狀以改善電

6、極附近的電場著手. 1空氣隙擊穿 2石蠟 3膠紙 4瓷和玻璃9高電壓工程基礎(chǔ)330kV絕緣子柱絕緣子柱 10高電壓工程基礎(chǔ)絕緣子串的等效電路及各絕緣子承受的電壓（a）只考慮對地電容CE （b）只考慮對導(dǎo)線電容CL （c）同時(shí)考慮CE及CL11高電壓工程基礎(chǔ)4.4 受潮表面的沿面放電受潮表面的沿面放電 表面凝露對沿面放電的影響表面凝露對沿面放電的影響不同放電距離時(shí)清潔的環(huán)氧樹脂支柱絕緣子的交流閃絡(luò)電壓（環(huán)境溫度為30）RH超過60%閃絡(luò)電壓下降；原因：表面凝露SF6中工頻沿面閃絡(luò)電壓（氣壓0.35MPa）1氣溫為-242氣溫為-29-23環(huán)氧樹脂絕緣子露（液態(tài)）霜（固態(tài)）12高電壓工程基礎(chǔ) 表面

7、淋雨對沿面放電的影響表面淋雨對沿面放電的影響光滑瓷柱的干閃和濕閃電壓 干閃濕閃雨中電導(dǎo)率對濕閃電壓的影響（取雨水電導(dǎo)率為0.1S/m時(shí)的閃絡(luò)電壓為1）13高電壓工程基礎(chǔ)4.5 臟污絕緣表面的沿面放電臟污絕緣表面的沿面放電污閃：污閃： 戶外絕緣子常會(huì)受到工業(yè)污穢或自然界鹽堿、飛塵等污染。干燥情況下，對閃絡(luò)電壓沒多大影響。但當(dāng)絕緣子表面污層被濕潤，其表面電導(dǎo)劇增使絕緣子泄漏電流急劇增加。絕緣子的閃絡(luò)電壓（污閃電壓）大大降低，甚至有可能在工作電壓下發(fā)生閃絡(luò)。 絕緣子閃絡(luò)電壓與污染程度（以單位面積的污量表示）的關(guān)系絕緣子工作電壓14高電壓工程基礎(chǔ) 污閃的發(fā)展過程污閃的發(fā)展過程（1）污層剛受潮時(shí)，介質(zhì)表

8、面有明顯的泄漏電流流過，電壓）污層剛受潮時(shí)，介質(zhì)表面有明顯的泄漏電流流過，電壓分布是較均勻；分布是較均勻； （2）出現(xiàn)高電阻的）出現(xiàn)高電阻的“干燥帶干燥帶” ，使污層的泄漏電流減小，使污層的泄漏電流減小，并在干燥帶形成很大的電壓降；并在干燥帶形成很大的電壓降；（3）當(dāng)干燥帶的電位梯度超過沿面閃絡(luò)場強(qiáng)時(shí)，干燥帶發(fā)）當(dāng)干燥帶的電位梯度超過沿面閃絡(luò)場強(qiáng)時(shí)，干燥帶發(fā)生放電，放電具有電弧特性，這就是出現(xiàn)局部電弧的階段。生放電，放電具有電弧特性，這就是出現(xiàn)局部電弧的階段。 15高電壓工程基礎(chǔ) 影響污閃的因素影響污閃的因素（1）污穢的性質(zhì)和污染程度）污穢的性質(zhì)和污染程度 （2）濕潤的方式）濕潤的方式 （3）

9、泄漏距離）泄漏距離 （4）外施電壓的形式）外施電壓的形式 16高電壓工程基礎(chǔ) 污穢等級的劃分污穢等級的劃分污穢等值附鹽密度污穢等值附鹽密度（mg/cm2） ： 與絕緣子表面單位面積上污穢物導(dǎo)電性相當(dāng)?shù)牡戎蝶}與絕緣子表面單位面積上污穢物導(dǎo)電性相當(dāng)?shù)牡戎蝶}(NaCl)量。用一個(gè)參數(shù)同時(shí)表征污穢性質(zhì)及污穢量，以簡量。用一個(gè)參數(shù)同時(shí)表征污穢性質(zhì)及污穢量，以簡化對污穢嚴(yán)重程度的描述?；瘜ξ鄯x嚴(yán)重程度的描述。500kV套管及支柱絕緣子的污穢耐受電壓和泄漏距離的關(guān)系附鹽密度：10.03mg/cm2； 20.05mg/cm2；30.1mg/cm217高電壓工程基礎(chǔ)污穢污穢等級等級污濕特征污濕特征鹽密鹽密(mg

10、/cm2)線路線路發(fā)電廠發(fā)電廠變電所變電所0大氣清潔地區(qū)及離海岸鹽場大氣清潔地區(qū)及離海岸鹽場50km以上無明顯污染地區(qū)以上無明顯污染地區(qū)0.03大氣輕度污染地區(qū)，工業(yè)區(qū)和人口低密集區(qū)，離海岸鹽大氣輕度污染地區(qū)，工業(yè)區(qū)和人口低密集區(qū)，離海岸鹽場場10km50km地區(qū)，在污閃季節(jié)中干燥少霧（含毛毛地區(qū)，在污閃季節(jié)中干燥少霧（含毛毛雨）或雨量較多時(shí)雨）或雨量較多時(shí)0.030.060.06大氣中等污染地區(qū)，輕鹽堿和爐煙污穢地區(qū)，離海岸鹽大氣中等污染地區(qū)，輕鹽堿和爐煙污穢地區(qū)，離海岸鹽場場3km10km地區(qū)，在污閃季節(jié)中潮濕多霧（含毛毛雨）地區(qū)，在污閃季節(jié)中潮濕多霧（含毛毛雨）但雨量較少時(shí)但雨量較少時(shí)0

11、.060.100.060.10大氣污染較嚴(yán)重地區(qū)，重霧和重鹽堿地區(qū)，近海岸鹽場大氣污染較嚴(yán)重地區(qū)，重霧和重鹽堿地區(qū)，近海岸鹽場13km地區(qū)，工業(yè)與人口密度較大地區(qū)，離化學(xué)污源和地區(qū)，工業(yè)與人口密度較大地區(qū)，離化學(xué)污源和爐煙污穢爐煙污穢300m1500m的較嚴(yán)重污穢地區(qū)的較嚴(yán)重污穢地區(qū)0.100.250.100.25大氣特別嚴(yán)重污染地區(qū)，離海岸鹽場大氣特別嚴(yán)重污染地區(qū)，離海岸鹽場1km以內(nèi)，離化學(xué)以內(nèi)，離化學(xué)污源和爐煙污穢污源和爐煙污穢300m以內(nèi)的地區(qū)以內(nèi)的地區(qū)0.250.350.250.35線路和發(fā)電廠、變電所污穢等級線路和發(fā)電廠、變電所污穢等級18高電壓工程基礎(chǔ)污穢污穢等級等級爬電比距（爬

12、電比距（cm/kV）線路線路發(fā)電廠、變電所發(fā)電廠、變電所220kV及以下及以下330kV及以上及以上220kV及以及以下下330kV及以及以上上01.39（1.60）1.45（1.60）1.391.74（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）各污穢等級下的爬電比距分級數(shù)值各