4章_气体中沿固体绝缘表面的放电(2014luo)

电压微小升高，滑闪迅速延伸， 贯穿两极 沿面闪络
分析固体绝缘的介电性能和几何尺寸对 沿面放电的影响 Rs:表示固体介质单位面积的表面电阻
Ｃ０:表示介质表面单位面积对导杆的电容
R,r：圆柱形介质的内外半径
C0
r
R 4 9 10 R ln r
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Rs, C0越小电压分布越均匀。
滑闪放电现象的物理解释
影响因素：
（１）憎水性或亲水性
亲水性的材料表面容易形成一层水膜，水膜中的离子在电场 作用下移动使沿面电压分布不均匀。 （２）介质表面状况
（３）固体介质与电极接触是否紧密
纯SF6
接触良好
接触不良
充SF6气体的同轴圆柱电极中支撑与电极 接触的好坏对沿面闪络电压的影响
（4）上述影响因素在高气压时表现得更为明显。
涂半导体 漆（釉） 减小法兰附 近表面电阻
法兰
I I I I I I I I I I I I I
法兰附近 压降减小
表面电场分布更 加均匀
导 杆
沿面闪络电压 提高
2、具有弱垂直分量时的沿面放电 放电过程
外加电压升高， 电晕放电延伸
电压超过某一值 辉光放电 沿面闪络
电晕放电
由于界面上电场垂直分量很弱，因此不 会出现热电离和滑闪放电
法兰
I I ห้องสมุดไป่ตู้ I I I
Gr—体积电导(≈0)；
—瓷套对地电容；
提高方法
① 加大法兰处瓷套的外直径和璧厚 外直径璧 厚增加 减小对地 电容C0
法兰
I I I I I I I I I I I
I
I
分流作用 减小
表面电流更均匀 电压分布更均匀
导 杆
沿面电场 更均匀
沿面闪络电压 提高
② 在法兰处电场强度较强的瓷套外表 面涂上半导体漆或半导体釉
工频电压下沿面放电起始电压为：
U0 kf C0
kf 为常系数，由介电性能和
放电形式决定（电晕还是滑 闪）。
由实验得到的工频电压 下滑闪放电起始电压， 单 位 kV, C0 单 位 为 F/cm2
1.36104 U cr 0.44 C0
滑闪放电只出现在交流和冲击电压下，直流电压 下不会出现滑闪放电。原因？
Rs — 单位面积的介质表面电阻 C0 — 表示介质表面单位面积对导杆 的电容（比电容） R,r： —圆柱形介质的内外半径
C0＝
r
4 9 1011 R ln R r
( F / cm2 )
C0＝
r
4 9 1011 R ln R r
( F / cm2 )
介质表面的电压分布
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，例如增大 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。 （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 涂半导体漆等。 当Rs、C0一定时，外加电压变 化速度越快，流过C0的电流越 大，分流作用越大，流过表面 的电流分布及表面电位分布越 不均匀，闪络电压也越低。
1. 界面电场分布的三种典型情况
界面—— 气体介质与固体介质的交界面
① 固体介质处于均匀电场中，且界面 与电力线平行， 工程中比较少见，但实际结构 中会遇到固体处于稍不均匀电 场中、且界面与电力线大致平 行的情况。此时沿面放电特性 与均匀电场的情况相似。
均 匀 电 场
1.
沿面放电-不同电场形式中的沿面放电
提高沿面放电电压的方法
以套管为例（具有强垂直分量的极不均匀电场）
等值电路分析 瓷套 法兰 导杆 电流： 导线与法兰两极间 的电流沿绝缘表面经过 Rs 流到各C0； 电压： 表面各处电流不同， I I I I 越靠近法兰电流越大，单 I I I 位长度压降也大，使得表 面电压分布不均匀； 场强： 法兰附近，电场强 导杆 度大，其垂直分量也大， Rs— 表 面 电 阻 ； C0 极易发生滑闪放电。
330kV及更高电压的悬式绝缘子 串一般也装有均压环，以改善沿
绝缘子串的电压分布。悬式绝缘 子的一个突出优点是可将多个绝 缘子用简单的机械方法组成绝缘 子串，串中绝缘子数决定于线路 所要求的绝缘水平。
长绝缘子串电压分布很不均匀， 是由于绝缘子的金属部分与接地 的铁塔和高压导线间有杂散电容 引起的。绝缘子串中间的绝缘子， 所承受的电压比两端的小。靠近 导线的绝缘子承受的电压最大。 电压分布不均匀的情况，随线路 电压的升高而严重，在330kV及 以上线路，靠近导线的绝缘子易 引起电晕和无线电干扰，为使绝 缘子串电压分布较均匀，330kV 及以上线路上应在导线线夹处装 设均压屏蔽环。 绝缘子串的等效电路及各绝缘子承受的电压
（三）极不均匀电场垂直分量很弱时的沿面放电。
这种绝缘子的两个电极之间 的距离较长，只可能出现沿面闪 络。不出现热电离和滑闪放电？
En EE t
提高干闪络电压的措施：增大极 间距离。
思考：三种情况下沿面闪络电压 的比较？
(31)
采用均压环不但减弱了电极边缘的场强，而且还由于流 经均压环与介质表面间的分布电容电流，部分地补偿了介质 的对地电容电流，改善了电压分布，从而提高了闪络电压。
平均闪络场强比均匀电场时低得多；但 大于前一种有滑闪放电的情况
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沿面闪络电压与空气
击穿电压的差别比前述
电场情况都要小得多。 因此这种情况下，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。
1-空气隙击穿 2-石蜡 3-胶纸 4-瓷和玻璃 沿不同材料圆管表面的工频闪络电压峰值
氮气间隙 塑料 胶布板 瓷
气压对氮气中沿面闪络电压的影响
4.3 极不均匀电场中的沿面放电
1、具有强垂直分量时的沿面放电
a. 随着外施电压的增大，首 先在法兰边缘出现电晕放电; b. 电压进一步升高，出现刷 状放电，其放电长度随着电 压升高而增长； c. 当电压增长到某临界值时， 某些细线长度迅速增长转变 为树枝状火花，这种放电很 不稳定，迅速改变放电路径, 并有爆裂声，称为滑闪放电。 出现滑闪后，电压再增加一 点，放电火花就能延伸到另 一电极，形成闪络。
第4章 气体中沿固体绝缘 表面的放电
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
沿面放电的一般概念
沿面放电——沿着固体介质表面的气体发生的放电
闪络——沿面放电发展到 贯穿性的空气击穿 导体都要靠固体绝缘 装置（各类绝缘子） 固定，同时固体绝缘 装置还起着电气绝缘 的作用。 它们丧失绝缘功能有 两种可能，：一是固 体介质本身的击穿。 二是沿着固体介质表 面发生闪络。
固体介质
电极
② 介质表面易吸收水分，形成一层很薄的膜，水 膜中的离子在电场作用下向两极移动，易在电 极附近积聚电荷，使介质表面电场不均匀，降 低闪络电压，导致放电总发生在沿着固体介质 表面。
放电路径
③ 介质表面不可能绝对光滑及介质表面电阻不均 匀，使表面电场不均匀，降低闪络电压，导致 放电总发生在沿着固体介质表面。
固体介质处于均匀 电场中，且界面与 电力线平行。 固体介质处于极不 均匀电场中，且电 力线垂直于界面的 分量比平行于界面 的分量要大得多， 如套管。 固体介质处于极 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 支柱绝缘子。
沿面放电的类型和特点
沿面放电与固体介质表面的电场分布有很大关系
绝缘子：将处于不同电位的导体或导体与接地构 件之间在机械上固定，在电气上隔绝的一种高压 绝缘部件。两大作用:电气绝缘，机械支撑。 绝缘子的分类（结构）：
(狭义)绝缘子：用作带电体与接地体间的绝缘和固定连接。 用于架空线路的称为线路绝缘子，如悬式绝缘子(盘形和棒 形)。电站用于支持母线或隔离刀闸的称为支柱绝缘子。 套筒：用作电器内绝缘的容器，使电气设备内部的带电端 子与外部系统相连。大多用电工陶瓷制成，如互感器瓷套， 避雷器瓷套，断路器瓷套等。 套管：用作导电体穿过接地隔板、电器外壳和墙壁的绝缘 件，使室内的带电端子和室外系统相连。如穿越墙壁的穿 墙套管，变压器、电容器的出线套管等。
类似于支撑绝缘子
复合支持绝缘子
户外高压支持绝缘子
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。
空气间隙 石蜡 瓷
特点： （1）沿面闪络电压与固体 绝缘材料特性有关；
与电极接 触不紧密 的瓷
一般不会导致绝缘子的永久性损坏。电力系统
的外绝缘，一般均为自恢复绝缘。
沿面闪络电压比气体或固体介质单独存 在时的击穿电压都低，可见绝缘的实际水平 取决于它的沿面闪络电压。它与设备表面的 干燥、潮湿、清洁、污染有较大关系。
沿面放电
实验结果表明：在相同的 放电距离条件下，沿面闪 络电压比纯空气间隙的击 穿电压低得多 在表面潮湿污染的情况下 ，沿面闪络电压会更低。
箭头反 应电流 大小的 变化
330kV绝缘子柱
悬式绝缘子可以用多个绝缘子用简 单机械的方法组成绝缘子串。35kV--3 片 ;110kV---7 片 ;220kV---13 片 330kV---19 片;500kV---28片 也可采用并串（机械负荷大）或多加１～ ２片（耐张塔杆）
长绝缘子串的电压分布很不均匀，这 是由于绝缘子的金属部分与接地的铁 塔和高压导线间有杂散电容引起的。 330kV 及更高电压的悬式绝缘子串一 般也装有均压环
（2）介质表面粗糙，也会 使电场分布畸变，从而使 闪络电压降低；
不同介质的沿面闪络电压