第三章电力系统污闪及防污闪技术(精)

流过套管表面的电流是经过介质的表面电容C构成通路，因此通道中的 电流，即带质点的数量随表面电容C和电压及其变化速度的增加而增多。从 图3-4可以看到，流过介质表面单位长度上的表面电阻r的电流愈靠近法兰就 愈大，故法兰电极附近的电压最大，也就最容易产生游离。正是表面电容 的分流作用使得沿表面的电流分布不均匀，而表面电阻则是均匀分布的， 因而沿介质表面的电压分布不均匀，使沿面电场分布不均匀。C愈大，电压 就愈高，电压变化速度愈快，电流就愈大，分流作用就愈强，从而导致沿 面电场分布不均匀，闪络电压也愈低。
第三章 电力系统污闪及防污闪技术
第一节 绝缘子的沿面放电
电力系统中使用各类绝缘支持以固定带电体，这些绝缘支持大多数 工作在空气中，当外加电压超过某一数值时，常常在固体绝缘与空气的 交界面上产生放电。这种放电可能沟通两极，造成沿面放电，也称为闪 络；也可能停止于表面上任何一点，形成局部放电。沿面闪络放电电压 通常比纯空气间隙的击穿电压低的多，而且受固体绝缘表面状态污染程 度、气候条件等因素的影响很大，电力系统中很多停电事故都是由绝缘 子表面闪络所引起的。由于空气属于自恢复绝缘，闪络一般不会造成设 备的永久损坏，所以在设计和制造时要求固体绝缘的击穿电压高于沿面 闪络电压1.5倍以上，以避免在高电压的作用下造成固体绝缘击穿的永久 性故障。 一、沿面放电的基本特性
。这种情况虽然在工程中比较少遇到，但实际绝缘结构中常有介质处于稍不
均匀电场中的情况，它的放电现象和均匀电场在中的情况有很多相似之处（2
）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（以下简称垂
直分量）比平行于界面的分量要大得多，如图3-1（b）所示。套管就属于这
种情况。
（3）固体介质处于极不均匀电场中，在界面大部分地方（除紧靠电极的很小
由于介质表面水膜的电阻较大，离子移动积聚电荷导致表面电场畸 变需要一定的时间，故沿面闪络电压与外加电压的变化速度有关。水膜 对冲击电压作用下的闪络电压影响小，对工频和直流作用下的闪络电压 影响较大，即在变化较慢的工频或直流电压作用下的沿面闪络电压比变 化较快的冲击电压作用下的沿面闪络电压要低。
２．极不均匀电场具有强垂直分量时的沿面放电
沿面放电的发展主要取决于沿面放电路径的电场分布，它直接受到 电极形式和表面状态的影响。从电场分布看，有以下三种典型的形式：
图3—1 介质表面电场的典型分布
(a)均匀电场；(b)有垂直分量的极不均匀电场；(c)有弱垂直分量的极不均
匀电场
Baidu Nhomakorabea
1—电极；2—固体介质；3—电力线
（1）固体介质处于均匀电场中，它的表面与电力线平行， 如图3-1（a）所示
（2）介质不可能绝对光滑，总有一定的粗糙性，使介质表面的微观 电场有一定的不均匀，贴近介质表面薄层气体中的最大场强将比其他部 分要大，使沿面闪络电压降低。
（3）固体介质表面电阻不均匀，使其电场分布不均匀，造成沿面闪 络电压的降低。
（4）固体介质表面的常吸收水分，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，使介质表面的电场不均匀，电极附近 电场增强，因而降低了沿面闪络电压。介质表面吸收水分的能力越大， 沿面闪络电压降低的越多。由图3-2可见，瓷的沿面闪络电压曲线比石蜡 的低，这是由于瓷吸附水分的能力比石蜡大的缘故。瓷体经过仔细干燥 后，沿面闪络电压可以提高。
由滑闪放电引起的沿面闪络电压可由下式计算：
Us=KL0.2 S 0.4

式中 L—极间沿固体介质表面的距离； S—介质厚度；
—介电常数；
K—由实验确定的系数。
由上式可见，增加套管的长度对Us的影响很小。因此，为了提高Us，
需增加套管壁的厚度S，或者减小固体介质的介电常数 以减小表面电
当电压增加而使放电电流加大时，在火花通道中个别的地方温度会 升的很高，当温度达到某一临界值后，便足以引起气体热游离。热游离 使通道中的带电质点急剧增加，介质导电猛烈增大，并使火花通道头部 电场增加，导致火花通道迅速向前发展，形成树枝状火花
套管沿面放电时的等值电路如图
法兰
i0
RC
RC
A
导杆
图3—4 套管绝缘子等值电路 C—表面电容 R—体积电阻 r—表面电阻
当电场不均匀程度较大时可能出现电晕放电。电晕产生的臭氧、氧化 氮等产物作用于固体介质，对聚合物危害较大。电晕流注通道的温度很高， 可将与其接触的聚合物分解并产生导电炭化的痕迹，这些痕迹随时间而增大 ，最终导致绝缘闪络并使其永远丧失绝缘能力。
对这种电场，可以通过改变电极形状，如采用外屏蔽和内屏蔽来提高 沿面闪络电压。
容C0的影响。
３．极不均匀电场具有弱垂直分量时的沿面放电
如图3-1(c)所示的结构中，电极本身的形状和布置已经使电场很不均 匀。因此，这里介质的表面状态，材料的吸收能力及微小气隙对降低闪络电 压的影响不太明显。
此外，因电场的垂直分量很弱，沿固体介质表面也没有较大的电容电 流，放电形成过程也不会出现热游离现象，故无明显的滑闪放电。
区域外），电场强度平行于界面的分量比垂直分量大，如图3-1（c）所示。
支持绝缘子就属于此情况。
UF(kV,幅值)
1．均匀电场中的沿面放电
S(cm)
图3—2 均匀电场中沿不同介质表面的工频闪络电压 1—纯空气；2—石蜡；3—瓷；4—与电极接触不紧密的瓷 （1）固体介质与电极表面没有完全密合而存在微小气隙，或者介质表面 有裂纹。由于纯空气的介电系数比固体介质的低，这些气隙中的场强将比 平均场强大的多，从而引起微小气隙的局部放电。放电产生的带电质点从 气隙中逸出，带电指点达到介质表面后，畸变原有的电场，从而降低了沿 面闪络电压，
a
b
C
图3—3 套管表面放电示意图 电晕放电 (b)细线状辉光放电 (c)滑闪放电
1—导线杆 2—法兰
图3-3是表示在交流电压作用下套管的沿面放电发展过程，由于在套 管法兰盘附近的电场很强，故放电首先从此处开始。随着加在套管上的 电压逐渐升高并达到一定值时，法兰边沿处的空气首先发生游离，出现 电晕放电
二、绝缘子的沿面闪络