沿面放电与外绝缘

外绝缘
高压电气设备外壳之外，所有暴露在大气中需要绝 缘的部分都属于外绝缘。外绝缘的主要部分是户 外绝缘，一般由空气间隙与各种绝缘子串构成。
绝缘子
绝缘子是将不同电位的导体在机械上固定，在电气上 隔绝的一种使用数量极大的高压绝缘部件。 如一条300km长的交流500kV线路，就需 要悬式绝缘子8万～9万片。
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▲屏蔽 是指改善电极的形状，使电极附近的电场分布趋于 均匀，从而提高沿面闪络电压。
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（四）.影响沿面闪络电压的因素
▲电场分布情况和作用电压波形 ▲电介质材料的影响 不易吸潮的介质，沿面闪络电压较高，较易吸潮或吸附水 分的介质，沿面闪络电压较低 ▲气体条件的影响 气压和温度对沿面闪络电压的影响程度不如纯空气间隙显 著 ▲雨水的影响 在淋雨的情况下固体介质的沿面闪络电压会明显降低
（二）. 极不均匀电场具有强垂直分量时的沿面放电
1. 基本过程 各处场强差异大，套管法兰附近的电力线密集，电 场最强，可出现持续局部沿面放电 Ｕ↑ → 浅兰色的电晕放电 Ｕ↑↑ →电晕延伸，形成平行细光线，是一种辉光放电 Ｕ↑＞临界值→放电性质改变，明亮的树枝状火花， 在不 同位置交替出现，有轻的爆裂声，称滑闪放电 Ｕ↑一点→滑闪放电火花迅速增长，贯穿两级→ 沿面闪络
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均匀电场
强垂直分量的 极不均匀电场
弱垂直分量的 极不均匀电场
1-电极 2－固体介质 3－电力线
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提高套管的起晕电压和滑闪电压的措施： ▲减小C0：加大法兰处套管的外径和壁厚，也可采用介电 常数较小的介质，如用瓷－油组合绝缘代替纯瓷介质等 办法。 ▲减小绝缘表面电阻，如在套管靠近法兰处涂半导体釉 或半导体漆，使此处压降逐渐减小，防止滑闪电压过早 出现，从而提高沿面闪络电压。 ▲对于35kV以上的高压套管，以上措施还不够，必须采 用能调节径向和轴向电场的电容式套管或绝缘性能更好 的充油式套管
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固体介质击穿：一旦发生击穿，即意味着不可 逆转地丧失绝缘功能。 沿介质表面发生闪络：由于大多数绝缘子以电 瓷、玻璃等硅酸盐材料组成，所以沿着它们的 表面发生放电或闪络时，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，因 为绝缘子闪络或空气间隙击穿后，只要切除电 源，它们的绝缘性能都能很快地自动彻底恢复。
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（五）.提高沿面放电电压的方法
▲屏障 使安放在电场中的固体介质在电场等位面方向具有 突出的棱缘（称为屏障），能显著提高沿面闪 络电压。该棱缘不仅起增加爬电距离的作用， 而且起阻碍放电发展的作用。实际绝缘子的伞 棱都起着屏障的作用。
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第二节. 绝缘子的沿面放电
一、沿面放电概念 沿面放电：沿着固体介质表面发展的气体放电 现象。 污 闪：沿着污染表面发展的闪络。 电力系统中绝缘子、套管等固体绝缘在机 械上起固定作用，又在电气上起绝缘作用。其 绝缘状况关系到整个电力系统的可靠运行。 绝缘功能的丧失可以分为以下两种情况：
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绝缘子的分类
从材料上也可分为3类： 1. 2. 3. 电工陶瓷（ Porcelain Insulator ） 钢化玻璃 （ Glass Insulator ） 硅橡胶、乙丙橡胶等有机材料（ Polymer Rubber insulator ）
在高压套管及电缆终端头等设备中，常用在绝缘内部 加电容极板的方法来使轴向及径向的电位分布均 匀，从而达到提高沿面闪络电压的目的。
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电力系统外绝缘与沿面放电
第一节. 电力系统外绝缘 电力系统的高压绝缘可大致划分如下： 输电线 路绝缘 厂、站外绝缘 发电厂、 变电站绝缘 电力设备内绝缘 高压内绝缘
高 压 绝 缘
高压外绝缘
高 压 绝 缘
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绝缘子的污闪是一个复杂的过程，通常可以分为积污、 受潮、干区形成、局部电弧出现和发展四个阶段。 采取措施抑制或阻止任何一个阶段的发展和完成， 就能防止发生污闪事故。 积污是发生污闪的根本原因－城区比农村严重、化工厂、 火电厂、冶炼厂等地方最严重； 污层受潮取决于气象条件－多雾、毛毛雨、易凝露的地 区容易发生污闪； 干区出现的部位和局部电弧发展、延伸的难易，都与绝 缘子的结构形状有密切关系，是绝缘子设计要解决 的重要问题；
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烘干区 局部电弧 扩展的 烘干区 电弧的 延伸 铁角 湿污区
悬式绝缘子
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支柱绝缘子
开关瓷套
悬式绝缘子
变压器出线套管
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（一）. 均匀电场中的沿面放电
沿面闪络电压明显低于纯气隙中的击穿电压 原因：
Ø固体介质与电极表面接触不良，存在小气隙 Ø大气中的潮气吸附到固体介质的表面形成薄
水膜，电极表面集聚了电荷，降低了闪络电压。
Ø固体表面电阻的不均匀和粗糙不平也会造成
电场畸变。
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▲提高表面憎水性 ▲消除绝缘体与电极接触面处的缝隙 消除缝隙最有效的办法就是将电极与绝缘体浇铸嵌装在一 起 ▲改变绝缘体表面的电阻率
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▲强制固体介质表面的电位分布
二、沿面放电的类型与特点
固体介质与气体介质交界面上的电场分布情况对沿面 放电的特性影响很大，界面电场可分为三种情况： 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，工程实 际中很少 2. 强垂直分量的极不均匀电场 固体介质处于极不均匀电场中，且界面电场的垂直分量 En比平行于表面的切线分量Et大得多，典型的如套管 3. 弱垂直分量的极不均匀电场 固体介质处于极不均匀电场中，但大部分界面上的电场 切线分量Et大于垂直分量E n ，典型的如支柱绝缘子
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三. 绝缘子污秽状态下的沿面放电
电力系统的绝缘事故不外乎两方面的原因： 或是由于电压升高，或是由于绝缘下降。 污闪发生在工作电压下，属于典型的绝缘下降问题 1. 发展过程： 积污－受潮－干区形成－局部电弧出现（爬电）－ 局部电弧达到某一临界长度，自动延伸，贯通两级， 完成沿面闪络
Glass insulator
Polymer Rubber insulator
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对绝缘子的基本要求
（1）电气性能 （2）机械性能 （3）冷热性能及环境老化性能
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沿面放电的实验现象： 沿固体介质表面的闪络电压不但比固体 介质本身的击穿电压低得多，而且也比极间 距离相同的纯气隙的击穿电压低不少。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、潮湿或清洁、污染有 较大关系。
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1 -导杆
1
1
2-法兰 (a)电晕放电
2 (b)细线状 辉光放电
2 (c)滑闪放电
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Flashover
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（三.）极不均匀电场且垂直分量很弱时的沿面放电
以支柱绝缘子为例，这时沿瓷面的电场切线分量Et较强， 而垂直分量En很弱，这时绝缘子的两个电极之间的距离较 长，其间的固体介质本身不可能击穿，可能出现的只有沿 面闪络。这时固体介质处于极不均匀电场中，因此其平均 闪络场强要比均匀电场低，但由于界面上的垂直电场分量 很弱，沿介质表面不会有较大的电容电流流过，故放电发 展过程中不会出现热电离和滑闪放电。这种绝缘子的干闪 络电压基本随极间距离的增大而提高。
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绝缘子的分类
从结构上可分为3类： 1. 2. 3. （狭义）绝缘子（Insulator)：用在导电体和接地体之 间的绝缘和固定连接，如悬挂输电导线的绝缘子串） 套管(Bushing、insulating tube): 用作导电体穿过接地 隔板、电器外壳或墙壁的绝缘部件，如变压器出线套管 套筒：用作电器内绝缘的容器，多数由电工陶瓷制成， 如互感器瓷套、避雷器瓷套及断路器瓷套等