沿面放电与外绝缘
局部放电的类型及原理
局部放电的类型及原理电介质的局部放电是一种非常复杂的物理现象，通常情况下，可以将局部放电的种类分为气隙放电、电晕放电和沿面放电三种。
实验表明，当放电量q<2×10 -8库仑时为脉冲状放电。
当放电量q>2×10 -8库仑时为持续火花放电。
1气隙放电绝缘介质在加工的过程中，由于工艺和材料的缺陷，绝缘体内会存在杂质或气隙，形成绝缘介质中的缺陷。
一般情况气隙中充满空气或碳氢气体，压力接近大气压。
当外施交变高压时，绝缘缺陷处将发生局部的、重复的击穿。
该现象通常是在高电场强度下，在绝缘体内电气强度较低的部位发生，产生局部放电的条件取决于绝缘装置中的电场分布和绝缘的电气物理性能。
2沿面放电电气设备中用来固定支撑带电部分的固体介质，多数是在空气中。
当电压超过一定限制时，常在固体介质和空气的分界面上出现沿着固体介质表面的放电现象，称为沿面放电。
3电晕放电电晕放电是极不均匀电场所特有的一种自持放电形式，是极不均匀电场的特征之一。
电力系统中所遇到的绝缘结构大多是不均匀的。
不均匀电场的形式很多，绝大多数是不对称电场。
在电场极不均匀时，随间隙上所加电压的升高，在大曲率电极附近很小范围内的电场足以使空气发生游离，而间隙中大部分区域的电场仍然很小。
于是在大曲率电极附近很薄一层空气中将具备自持放电的条件。
电晕放电的形成机制因尖端电极的极性不同而有区别，这主要是由于电晕放电时空间电荷的积累和分布状况不同所造成的。
在直流电压作用下，负极性电晕或正极性电晕均在尖端电极附近聚集起空间电荷。
在负极性电晕中，当电子引起碰撞电离后，电子被驱往远离尖端电极的空间，并形成负离子，在靠近电极表面则聚集起正离子。
电场继续加强时，正离子被吸进电极，此时出现一脉冲电晕电流，负离子则扩散到间隙空间。
此后又重复开始下一个电离及带电粒子运动过程。
如此循环，以致出现许多脉冲形式的电晕电流。
若电压继续升高，电晕电流的脉冲频率增加、幅值增大，转变为负辉光放电。
沿面放电的特征(一)
沿面放电的特征(一)沿面放电的特征什么是沿面放电？沿面放电是一种电气现象，指的是电流沿着物体表面产生放电现象。
它通常发生在高电压下，会导致能量损耗、设备损坏甚至火灾等严重后果。
沿面放电的特征沿面放电具有以下特征：•形态多样：沿面放电可以表现为闪络放电、表面击穿放电、放电轨迹等多种形式，具有较强的多样性。
•放电频率高：沿面放电的发生频率较高，尤其是在高电压作用下，容易发生放电现象。
•电流密度大：沿面放电时，电流密度往往比较大，导致能量集中释放，对设备和物体造成损坏。
•温升显著：沿面放电释放的能量会导致附近区域温度升高，特别是对于绝缘材料来说，温升更为显著。
•导致局部气体电离：沿面放电时，放电区域周围的气体容易发生电离现象，形成气体放电等次级效应。
沿面放电的影响沿面放电的发生会对相关物体和设备产生不利影响，包括但不限于以下方面：•设备损坏：沿面放电会使设备损坏，特别是在高电压环境下，放电能量较大时，设备容易发生故障。
•能耗增加：沿面放电会导致能耗增加，因为放电释放的能量是无法有效利用的，只会被转化为热能，造成能源浪费。
•安全风险：沿面放电可能引发火灾等安全事故，对人身和财产安全造成威胁。
如何防止沿面放电？为了防止沿面放电，可以采取以下措施：•优化设计：在产品设计和设备配电系统中，考虑到沿面放电的特点，优化电气结构和绝缘材料的选择，降低发生放电的风险。
•定期维护：定期检查和维护设备和电气系统，确保连接良好、绝缘正常，及时发现并处理潜在的沿面放电问题。
•引入保护装置：在关键设备和系统中引入沿面放电保护装置，能够及时监测和阻止放电现象，保护设备和人员的安全。
•加强培训和意识：对于操作人员和相关人员进行培训，提高他们对沿面放电的认识和防范意识，以便及时处理和应对相关问题。
结论沿面放电作为一种电气现象，具有形态多样、放电频率高、电流密度大、温升显著和导致局部气体电离等特征。
它对设备和物体产生不利影响，包括设备损坏、能耗增加和安全风险等。
高压设备绝缘综述—介质绝缘特性
绝缘漆
绝缘漆（绝缘涂料 ）： 是一种具有优良电绝缘性的涂料。它有良好的电化性能、 热性能、机械性能和化学性能, 多为清漆, 也有色漆。绝 缘漆是漆类中的一种特种漆。 绝缘漆是以高分子聚合物 为基础，能在一定的条件下固化成绝缘膜或绝缘整体的 重要绝缘材料。 浸渍漆 漆包线漆按照使用范围绝缘漆可以分为 覆盖漆 硅钢片漆 防电晕漆
绝缘漆要求：1.绝缘性能优良 2.附着力好，机械强度高 3.收缩应力小 4.耐热性应满足变压器的不同要求 5.对户外或特殊环境应满足其特殊要求,如防辐射,防腐蚀,防紫外线等 6.工艺性良好，如操作性好，无毒或低毒，干燥时间短等。
优点：1、合成油的黏度指数更高，所以黏温特性更好，高温时润滑更充足，低温下流动 性好（室温条件下外观感觉比同级别矿物油稀） 2、用合成油调配的机油抗氧化性更强，大大地延长了换油周期，虽然在机油上增 加了投入，但减少了更换机油和滤清器的次数。 3、合成油因其蒸发损失小，所以机油消耗低，减少了添加机油的繁琐，并且能更 好地保护三元催化器等昂贵的废气控制系统部件。 4、合成油适应更高负荷的发动机，还拥有更强的抗高温抗剪切能力，在发动机高 速运转下，机油也不会损失黏度，对发动机的保护更全面。
图2 瓷绝缘子
图3 瓷绝缘子
图4 玻璃绝缘子
图5 玻璃绝缘子
图6 复合绝缘子
防止绝缘子污闪的措施
1、在表面刷硅油由于硅油有一定的绝缘度和憎水性，因此它能起到一定的防污闪作用，但因为硅油的有效期短，只有半年左右，且其为非固化状态，容易粘附灰尘，进而在雨雾天气形成污闪，甚至更为严重。2、合理调爬调爬是指增加电气设备外绝缘的爬电距离，提高绝缘水平。如增加污秽地区的绝缘子片数3、防污闪增爬辅助伞裙防污闪增爬辅助伞裙一般选用材料为合成硅橡胶，它是在原有瓷瓶、瓷绝缘子上再粘接安装增爬辅助伞裙，由于增加了曲线、增加了闪络的距离，也就提高了闪络电压。4、使用合成绝缘子。5、使用防污绝缘子6、定期清扫绝缘子
高电压技术复习资料
1.1带电粒子的产生与消失电离：产生带电粒子的物理过程。
电力能：电力过程所需要的能量。
原子的激发（激励）：在外界因素作用下，气体原子获得外加能量时，一个或若干个电子有可能转移到离核较远的轨道上去的现象。
带电粒子的产生：碰撞电离（有碰撞引起的电离）光电离（由光辐射引起的气体原子或分子电离的现象）热电离（气体在热状态下引起的电离过程）表面电离（气体中的电子也可以由电场作用下的金属表面发射出来）。
这三种形式同时存在、相互作用，只是各种电离形式表现出的强弱不同。
空间电离：气体在间隙空间里带电粒子的产生过程。
逸出功：从金属电极表面发射电子需要的一定的能量。
去电离过程：当气体中发生放电时，与不断产生带电粒子的电力过程相反的过程。
气体去电离的基本形式：漂移（带电粒子在外电场的作用下做定向移动，消逝于电极面形成的回路电流，从而减少了气体中的带电粒子的现象）、扩散、复合、（吸附）。
1.2均匀电场中的气体放电均匀电场：在电场中，电场强度处处相等。
汤逊放电理论实验条件：均匀电场、低气压、短间隙。
自持放电：仅由电场的作用就能自行维持的放电。
非自持放电：需要外界电离因素才能维持的放电。
起始放电电压：放电由非自持转为自持的临界电压。
起始放电场强：起始放电电压对应的场强。
汤逊自持放电条件：电子碰撞电离形成电子崩是气体放电的主要过程，而放电是否由非自持转为自持，则取决于阴极表面是否释放出了二代电子。
光电离。
书图1.2巴申曲线：放电电压与放电距离d和气压p的乘积的曲线，呈U型。
巴申定律：高气压或真空都可提高击穿电压，工程上已广泛使用。
正流注：当外加电压较低时，电子崩需要整个间隙才能形成流注，这种流注是由阳极向阴极发展的。
负流注：外加电压高于击穿电压，流注由阴极向阳极发展。
流注放电理论：解释高气压长间隙以及不均匀电场中的气体放电现象。
1.3不均匀电场中的气体放电气体放电特征：稍不均匀电场的间隙击穿前看不到放电迹象，一旦出现自持放电，便立即导致整个间隙的击穿；极不均匀电场当外加电压达到某一临界时间时，首先出现电晕放电现象，当外加电压进一步增大时，电晕区也随之扩大，但气隙依然保持其绝缘状态没有被击穿。
沿面放电与外绝缘
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 很大关系。
固体介质与电极表面接触不良，存在小气隙 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。
固体表面电阻的不均匀和粗糙不平也会造成 电场畸变。
（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
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：
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。
▲增大爬电比距（增大泄漏距离）
由于污闪是污染绝缘子表面上局部电弧逐渐延伸的结 果，在一定电压下，能够维持的局部电弧长度是有限的 （存在一临界值），因此在判断外绝缘的爬电距离（简称 爬距，或泄漏距离）是否足够时，必须与所加电压的高低 联系起来，所以通常用“爬电比距”这一指标来表示外绝
缘
的爬绝电缘比水距平（。 ）指外绝缘“相－地”之间的爬电距离（
起 ▲改变绝缘体表面的电阻率
▲强制固体介质表面的电位分布
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。
4沿面放电及大气条件对外绝缘放电电压的影响解析
一、均匀和稍不均匀电场中的沿面放电
由于电场畸变使沿面闪络电压 比空气间隙击穿电压低得多。
Us＜Ub
原因在于： ①介质与电极间存在气隙→局放→电荷畸变电场→Us↓； ②介质表面吸潮形成水膜→畸变电场→Us↓； ③介质表面电阻以及粗糙→电场分布不均匀→Us↓。 因此，均匀电场中闪络电压 ① 与固体介质吸附水分的能力有关； ② 与固体介质与电极结合的紧密程度有关； ③ 与固体介质表面电阻和表面光滑状况有关； ④ 与气体的状态（压力、干燥）有关； ⑤ 与电压的种类有关；
本次课程目的要求
1、能说明强垂直分量极不均匀场沿面放电特点 及影响因素
2、能说明污闪的条件及影响因素
3、掌握提高固体绝缘沿面闪络电压的方法
2.8 沿面放电
定义：
沿着固体介质表面所进 行的气体放电。 常发生在高压外绝缘及 高压绝缘子表面 放电发展到另外一极 称为闪络。
界面电场分布可分为3种典型情况
高电气强度（强电负性）气体，①其电子附着效应大大减 弱碰撞游离过程； ②分子量、直径大，自由行程小； ③ 碰撞引起分子极化反应，能量损失。 SF6具有较高的耐电强度和很强的灭弧性能（为空气的100 倍）而被广泛应用于大容量高压断路器、高压充气电缆、 高压电容器、高压充气套管、以及全封闭组合电器中。 SF6电气设备尺寸大大缩小，且不受气候影响，但造价高， 而且它是对臭氧层有破坏作用的温室气体。
2、设法削弱和抑制气体介质中的游离过程
1）高气压的采用； 幻灯片 24
2）高真空的采用；
3）高电气强度气体（SF6）的采用
幻灯均击穿场强也就越大。因此， 可以通过改进电极形状的方法来减小气隙中的最大电场 强度，以改善电场分布，提高气隙的击穿电压。如： 增大电极曲率半径；消除电极表面毛刺 ；消除电极表面尖角
变压器绝缘
变压器的绝缘分为外部绝缘和内部绝缘：
1、外绝缘：一般指变压器油箱外部空气绝缘部分，包括各相带电导线之间的空气间隙，以及带电导线与接地部分间的空气间隙，套管的沿面放电距离也属于变压器的外绝缘，外绝缘直接受到外界气候条件的影响。
2、内绝缘：指变压器油箱中的绝缘部分，包括线圈的绝缘，引线的绝缘和分接开关的绝缘。
套管的内部绝缘及套管下部油箱中的部分，内绝缘不受外界气候条件的影响。
变压器的内绝缘又分为主绝缘与纵绝缘。
高压线圈与低压线圈之间，线圈与铁芯及油箱之间，不同相线圈之间的绝缘称为主绝缘。
线圈的匝间、层间、饼间绝缘，即同一线圈不同电位的各部分间的绝缘，称为纵绝缘。
主绝缘主要由线圈间的纸或胶木的绝缘筒、板、绝缘支架等和引线包覆的绝缘及变压器油间隙构成。
纵绝缘主要由线圈中导线外的包覆材料及层间、饼间的绝缘板、垫块及变压器油构成。
变压器的主绝缘又有全绝缘和分级绝缘之分。
全绝缘就是指线圈本身及两个引出头的绝缘水平一样，即耐电强度一样。
分级绝缘是指线圈的两端绝缘水平不一样，也称半绝缘。
沿面放电陶瓷片的工作原理
沿面放电陶瓷片的工作原理沿面放电陶瓷片是一种常用的电子元件，用于电力设备、医疗设备、通信设备等领域。
它的工作原理是基于沿面放电现象，通过电场作用下的放电电流来实现其功能。
一、沿面放电现象沿面放电是指在两个电极之间的绝缘介质表面上出现电流放电现象。
当电压施加到沿面放电陶瓷片的两个电极上时，由于电极之间的电场强度超过介质的击穿电场强度，介质表面上会形成电晕放电区域。
在这个区域内，电子受到电场力的作用，加速运动，撞击到介质表面上，产生电离和激发，从而形成放电电流。
二、沿面放电陶瓷片的结构沿面放电陶瓷片通常由两个电极、绝缘介质和外壳组成。
1. 电极：沿面放电陶瓷片的两个电极一般采用金属材料制成，如铜、铝等。
电极的形状和尺寸可以根据具体的应用需求进行设计。
2. 绝缘介质：绝缘介质是沿面放电陶瓷片的核心部分，起到隔离和支撑电极的作用。
常用的绝缘材料包括陶瓷、玻璃、塑料等。
绝缘介质的选材和制备工艺对沿面放电陶瓷片的性能有重要影响。
3. 外壳：外壳是保护沿面放电陶瓷片的重要部分，通常采用金属或塑料材料制成。
外壳的设计要考虑到电极的固定和连接，以及对绝缘介质的保护。
三、沿面放电陶瓷片的工作原理可以分为两个方面：电场作用和放电现象。
1. 电场作用：当外部电源施加电压到沿面放电陶瓷片的两个电极上时，电极之间会形成一个电场。
这个电场的强度取决于施加的电压和电极之间的距离。
电场的作用是在绝缘介质表面上形成电晕放电区域，从而引发放电现象。
2. 放电现象：在电晕放电区域内，电子受到电场力的作用，被加速运动。
当电子撞击到绝缘介质表面时，会发生电离和激发，从而形成放电电流。
这个放电电流可以用来实现不同的功能，如电力设备中的绝缘检测、医疗设备中的治疗等。
四、沿面放电陶瓷片的应用沿面放电陶瓷片由于其特殊的工作原理和性能，被广泛应用于各个领域。
1. 电力设备：沿面放电陶瓷片可用于电力设备中的绝缘检测和故障诊断。
通过监测放电电流的变化，可以及时发现绝缘故障，并采取相应的措施进行修复，以确保电力设备的安全运行。
绝缘子的沿面放电
绝缘子的沿面放电沿气体、固体交界面处的气体放电是电力系位系数主要原用之一。
沿面放电——一种气体放电现象，介质分界面上一电压分布不匀称，沿面闪络电压比气体，固体单独击穿电压低，与固体介质表面电场分布关系大。
按绝缘结构，固体介质处于电极间电场中的形式：① 处于匀称电场中，固气分界而与电力线平行② 处于极不匀称电场中，E平行重量大于垂直重量③ 处于极不匀称电场中，E垂直重量大于平行重量一、匀称电场中气体沿固体介质表面的放电图3-5a中，放电总是发生在固体介质表面，且沿固体表面的闪路电压比张空气间隙的击穿电压低得多缘由：①固体介质表面会吸附气体中的水分形成水膜水膜具有离子电导，介质表面电压不匀称②俚质表面电阻不匀称及表面有伤痕裂纹，会畸变原电场分布。
使闪络电压降低。
③电极和固体介质端面存在气隙，场强大，发生电离，带电质点到达介质有面，畸变电场，闪络电压降低。
二、极不匀称电场具有弱垂直重量时的沿面放电支柱绝缘较典型比同电极结构下经空气闪络放电电压降低不多，提高放电电压的途径——匀称屏蔽环转变电极外形，缓和局部的高磁场。
三、极不匀称电场具有强垂直重量时的沿面放电套管绝缘子，这种电场形式——介质表面各处的场强差别很大，工频电压作用下消失滑闪放电图3-8外施电压的上升：①在法兰的边缘先消失浅蓝色电晕放电②进一步上升，很多细光线——刷状放电③ 工高某临界值，转为光明——浅紫色树状火花，不稳定，爆裂声响——滑闪放电④ 再上升不多，火花延长到另一电极——形成闪络。
滑闪放电——肯有强垂直重量的绝缘结构——滑闪放电形式滑闪放电等效电络解释，图3-9法兰四周沿介质表面电流密度最大，在该处介质表面电位梯度最大，达到电离值时消失初始沿面放电，电压上升，放电进展。
电场垂直重量作用，带电质点撞击介质表面，避部温升，——引起热电离，通道中带电质点数量剧增，电阻剧降，通道并没有部场强增加，导致通道快速增长——滑闪放电。
特征——热电高进一频道进展——贯穿两极，完成闪络（很快）滑闪放电起始电压CO，表面电容，ps电阻率表面电容滑闪放电条件：足够强的垂直重量和水平重量交变电压，直流电压下不消失滑闪放电四、影响沿面闪络电压的因素1．电场分布状况和作用电压波形的影响匀称放电场中：沿面闪络电压明显低于空气间隙击穿电压工频和直流电压下的沿面闪络电压，低于高频和冲击电压作用下的闪络电压2．电介质材料的影响3．气体条件的影响4．雨水的影响石蜡不吸潮较高，陶瓷吸潮较低。
第3章 高压外绝缘及沿面放电
污闪的根本原因：积污。 污闪的根本原因：积污。 污闪的气象条件：毛毛雨、 雪等。 污闪的气象条件：毛毛雨、雾、露、霜、雪等。 污闪特点：次数虽没有雷击闪络那样多， 污闪特点：次数虽没有雷击闪络那样多， 但后果却严重的多。 但后果却严重的多。 污秽除与积污量有关外， 污秽除与积污量有关外，还与污秽的化学 成分有关。 成分有关。
(5)污闪梯度法 此法将不同形式、不同串长的 多串绝缘子长时间挂在自然污秽站，最先 闪络的必然是性能最差的或串长最短的绝缘子，此种方法是以绝缘子 的最短耐受串长或最大污闪梯度来表征当地的污秽度，其结果可以直 接选择绝缘子的串长。 缺点：费时费力 优点：能够反映真实情况。 (6)局部电导率法 此方法是利用小探头测出绝缘子表面数点的局部电导率，然后算出整个 绝缘子的电导率，进而算出整个绝缘子的污秽度。 优点：不用加高压，不需整体受潮，简单易行，可以多年监测同一片绝 缘子的污秽变化。
• 2对绝缘子的基本要求 • 1）电气性能（闪络电压衡量） • 运行中的绝缘子能在正常工作电压和一定的幅值的过电压下可靠工作， 出厂的绝缘子必须耐受规定的实验电压，不发生闪络。 • 闪络电压可分为 • 干闪络电压：工频、雷电冲击 • 湿闪络电压：工频、操作冲击和直流 • 2）机械性能 • 能够承受一定范围的拉伸、弯曲和扭转负荷。 • 3）冷热和环境老化性能 • 4）其他性能
3.3绝缘子的沿面放电
1沿面放电的一般概念 沿面放电—沿着固体介质表面发展的气体放电现象。 若沿面放电发展到贯穿性的空气击穿，称为闪络。 沿面闪络电压比气体或固体单独存在时的击穿电压都低。 2沿面放电的类型与特点 沿面放电与固体介质表面的电场分布有很大关系。 界面电场分布可分为三种典型情况。 3.3.1固体介质处于均匀或稍不均匀电场中，且界面与电力线平行加入固 体介质后，沿面闪络电压比纯空气间隙的击穿降低很多。原因有： ①固体介质与电极表面接触不良，存在小气隙； ②潮气吸附到固体介质表面形成水膜，离子沿介质表面移动，介质表面 电场分布不均匀； ③固体介质表面电阻不均匀和表面粗糙不平畸变电场。
4沿面放电及大气条件对外绝缘放电电压的影响
影响因素：
表面电容C0对Us的影响 C0越大→Us分布越不均匀→Us↓ r表越大→Us分布越不均匀→Us↓ 2、介质材料吸湿性 吸湿性大→r表分布不均匀→Us↓ 大气相对湿度<70% 湿度影响很小 大气相对湿度>70% 湿度↑→Us↓
提高Us的措施：
1、↓C0： 2、↓r表： 增大绝缘厚度，采用小介电常数介质 靠近法兰处漆半导体釉
在绝缘子两侧达到临界闪络电压时，局部电弧通道将不断向前发展，最 后贯穿两极，形成沿面闪络。 绝缘子在淋雨下的闪络与表面形成的导电水膜及表面局部烘干的现象有 关。表面泄漏电流大小对闪络电压有直接的影响，故雨的特性、绝缘子的形 状都是影响湿闪电压的重要因素。 雷电冲击电压下，电压作用时间短，烘干过程来不及进行，故雷电冲击 电压作用下，湿闪电压比干闪电压降低相对较小。
70湿度us?电场垂直分量小沿面电容电流小无热电离和滑闪沿面放电电压降低不多电场垂直分量小沿面电容电流小无热电离和滑闪沿面放电电压降低不多?提高放电电压的途径主要是用均压屏蔽环等改变电极形状缓和局部高强场均匀电场分布提高放电电压的途径主要是用均压屏蔽环等改变电极形状缓和局部高强场均匀电场分布三极不均匀场中具有弱垂直分量时的沿面放电三极不均匀场中具有弱垂直分量时的沿面放电四干闪雨闪1干闪定义2湿闪定义绝缘子表面在干燥洁净状态下的闪络表面洁净的绝缘子在淋雨时的闪络绝缘子表面在干燥洁净状态下的闪络表面洁净的绝缘子在淋雨时的闪络3湿闪过程以垂直悬挂的盘形绝缘子为例
高电气强度（强电负性）气体，①其电子附着效应大大减 弱碰撞游离过程； ②分子量、直径大，自由行程小； ③ 碰撞引起分子极化反应，能量损失。 SF6具有较高的耐电强度和很强的灭弧性能（为空气的100 倍）而被广泛应用于大容量高压断路器、高压充气电缆、 高压电容器、高压充气套管、以及全封闭组合电器中。 SF6电气设备尺寸大大缩小，且不受气候影响，但造价高， 而且它是对臭氧层有破坏作用的温室气体。
《高压电工程》教学课件—03高压外绝缘及沿面放电
极不均匀电场具有强切线分量时的沿面放电
与均匀电场相比其沿面闪络电压较低,因而介质表面积聚电荷使电压 重新分布所造成的电场畸变,不会显著降低沿面闪络电压。
此外,因电场的垂直分量较小,没有明显的滑闪放电。 因此为提高沿面闪络电压,一般从改进电极形状以改善电极附近的电场 着手,如采用内屏蔽或采用外屏蔽电极。
按照材料不同分类：
①瓷绝缘子 抗老化性能极好，且具有足够的电气性能和机械强度； ②玻璃绝缘子 具有零值自破、耐雷击、抗舞动和不掉串等特性； ③复合绝缘子，又称作合成绝缘子 具有一定的机械强度、良好的电气性能和 环境稳定性。
3.2.1 绝缘子的作用及分类
3.2.2 绝缘子的性能要求
1.绝缘子的材料
3.3.2 均匀电场中的沿面放电
固体介质处于均匀或稍不均匀电场中，且界面与电力线平行加 入固体介质后，沿固体介质表面的闪络电压比纯空气间隙的击 穿电压降低很多，原因有:
①固体介质与电极表面没有完全密合或者介质表面有裂纹，存在有极小气隙； ②介质表面电阻的不均匀和表面的粗糙不平； ③处在潮湿空气中的介质表面常吸收潮气形成一层很薄的水膜。水膜中的离 子在电场作用下分别向两极移动，逐渐在两电极附近积聚电荷，使介质表面的电 场分布不均匀。
式中，Kd为空气密度校正系数；Kh为湿度校正系数。
3.1.1 空气密度对放电电压的影响
空气相对密度与气压和温度的关系为：
PT0 273 t0 P 2.89 P
(3-2)
P0T 273 t P0 273 t
在大气条件下，气隙的击穿电压随δ的增大而提高。实验表明，
当δ处于0.95~1.05的范围内时，气隙的击穿电压几乎与δ成正比，即
极不均匀电场具有强垂直分量时的沿面放电
3章高压外绝缘及沿面放电
3.2.1 外绝缘及其工作条件
高压外绝缘
外绝缘的主要部分是户外绝缘,一般由空气间隙与 各种绝缘子组成。外绝缘的耐受电压值与大气条 件密切相关.气隙击穿和沿面闪络是外绝缘丧失绝 缘性能的表现形式.一般来说,击穿或闪络发生后, 空气的绝缘性能可自动恢复,属自恢复性绝缘. 交流高压线路,变电站,交流高压配电装置要求的 最小空气间隙距离与绝缘子串最少片数.(书P66, 表3-1,2,3)
3.3 绝缘子的沿面放电
沿气体,固体交界面处的气体放电是电力系统事故 的主要原因之一.沿面放电是一种气体放电现象. 由于介质分界面上的电压分布不均匀,沿面闪络电 压比纯空气间隙或纯固体间隙的击穿电压都低。 沿面放电和固体介质表面的电场分布有很大关系. 以绝缘结构来分析,固体介质在电极间电场中的形 式(位置)有三种电场结构：
3.1.1 大气状态对放电电压的影响
空气间隙中气体的状态,如温度,湿度和气压等因 素,都会影响空气的电离发展,从而影响间隙的击 穿电压或放电电压. 1.标准参考大气条件
国家标准规定 标准参考大气条件: 温度200C,压力101.3kPa,绝对湿度11g/m3
2. 大气条件的校正
外绝缘破坏性放电电压与试验时的大气条件有关:通 常该值随空气密度或湿度的增加而升高;但当相对湿度 >80%时,变化不规则.
盘形悬式绝缘子可方便 地组成绝缘子串.组成串时, 钢脚的球接头插入钢帽的球 窝中,成为球绞软连接,使绝 缘子串只承受拉力,不承受弯 矩和扭矩. 盘形悬式绝缘子串接成 串后,可在任意电压等级的输 电线路上使用.是高压线路上 使用最广的一种绝缘子.
2.对绝缘子的基本要求
电气性能：由贯穿两电极的沿绝缘体外部空气的放电电压 ----闪络电压来衡量.运行中的绝缘子应该能在正常工作 电压和一定幅值的过电压下可靠工作.出厂的绝缘子要耐 受住规定的试验电压,不发生闪络. 根据工作条件的不同,闪络电压分为:
绝缘子的爬距、泄露比距、沿面放电、闪络、波纹形
绝缘子基础知识问答1. 绝缘子的结构如何 ? 它的作用是什么 ?答 :绝缘子 ( 俗称瓷瓶 ) 由瓷质部分和金具两部分组成 , 中间用水泥粘合剂胶合。
瓷质部分是保证绝缘子有良好的电气绝缘强度 , 金具是固定绝缘子用的。
绝缘子的作用有两个方面 : 一是牢固地支持和固定载流导体 , 二是将载流导体与地之间形成良好的绝缘。
它应具有足够的绝缘强度和机械强度 , 同时对化学杂质的侵蚀具有足够的抗御能力 , 并能适应周围大气条的变化 , 如温度和湿度变化对它本身的影响等。
变电站及架空线路上所使用的绝缘子有针式绝缘子、支柱绝缘子、瓷横担绝缘子以及高压穿墙套管。
2. 什么叫爬距 ? 什么叫泄露比距 ?答 :爬距和泄露比距都是外绝缘特有的参数。
沿外绝缘表面放电的距离即为电的泄露距离 , 也称爬电距离 , 简称爬距。
泄露距离乘以有效系数再除以线电压即为泄露比距 , 即λ=KL/U式中 : λ为泄露比距 ;K 为有效系数 ;L 为泄露距离 ;U 为线电压。
3. 什么是沿面放电 ?答 :电力系统中有很多悬式和针式绝缘子、变压器套管和穿墙套管等 , 他们很多是处在空气中 , 当这些设备的电压达到一定值时 , 这些瓷质设备表面的空气发生放电 , 叫做沿固体介质表面放电 , 简称沿面放电。
当沿面放电贯穿两极间时 , 形成沿面闪络。
沿面放电比空气中的放电电压低。
沿面放电电压和电场的均匀程度、固体介质的表面状态及气象条件有关。
4. 什么叫闪络 ? 引起污闪的原因是什么 ?答 :固体绝缘周围的气体或液体电介质被击穿时 , 沿固体绝缘表面放电的现象 , 称为闪络。
在脏污地区的瓷质绝缘子表面落有很多工业污秽颗粒 , 这些污秽颗粒遇潮湿会在瓷表面形成导电液膜 , 使瓷质绝缘的耐压显著下降 , 闪络电压变得很低 , 这是瓷质绝缘在污湿条件下极易闪络的原因。
污和潮是污闪的必要条件 , 瓷绝缘只脏不湿不会引起闪络。
5. 如何防止变电站的绝缘子污闪 ?答 :(1) 增加基本绝缘。
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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
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
（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
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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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：
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；
▲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
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1 -导杆
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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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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
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 ）
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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
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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
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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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（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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（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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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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▲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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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பைடு நூலகம்，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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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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Flashover
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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：