第3章_气体中的沿面放电和高压绝缘
《高电压绝缘技术》第3章
高电压与绝缘技术专业培训课程2009年7月23日高电压绝缘技术High Voltage Insulation Technology U n i v e r s i t y n J i a o t o n g 西安交通大学高电压技术教研室© 2009 X i ’a 丁卫东wdding@ 029********y r i g h t 029-********第三章：气体中的沿面放电和高压绝缘子Xi’an Jiaotong University 《高电压绝缘技术》绝缘子的性能要求和材料绝缘子在电力系统中的作用：机械上相互连接，电气上相互绝缘高压绝缘子的分类：(1)绝缘子：用作导电体和接地体之间的绝缘和固定连接。
如隔离开关中用于固定触头的支柱绝缘子等。
(2)瓷套用作电器内绝缘的容器，并使内绝缘免遭周围环境因素的影响。
如电压互感器的瓷套等。
(3)套管：用作导电体穿过电器外壳、接地隔板或墙壁的绝缘部件。
如Xi’an Jiaotong University 《高电压绝缘技术》变压器绕组的出线套管等。
瓷套管以瓷作为主要绝缘，电容套管、充油套管则以瓷套作为外绝缘。
绝缘子的电气性能和机械性能有足够的电绝缘强度；能承受一定的机械负荷；能经受不利的环境和大气作用。
电气性能•干闪络电压：表面清洁、干燥的绝缘子的闪络电压。
是户内绝缘子的主要性能。
•湿闪络电压：表面洁净的绝缘子在淋雨时的闪络电压。
国标对人造雨水的规定：体积电阻率100±5Ω⋅m(20°C时)，雨1015mm/min滴细小均匀，降雨量为1.0-1.5mm/min，降雨方向与水平面近似为45°。
•污秽闪络电压表面脏污的绝缘子在受潮情况下的闪络电压。
目前常用爬电距离来衡量绝缘子在污秽和受潮条件下的绝缘能力。
Xi’an Jiaotong University 《高电压绝缘技术》机械性能•拉伸负荷：如悬挂输电线的绝缘子受重力和导线拉力的作用。
气体中沿固体绝缘表面的放电
在特定应用中，如等离子体发生 器或气体放电管，沿固体绝缘表 面的放电是实现设备功能的关键 。
沿固体绝缘表面放电的防范措施
01 优化材料选择
选择具有高耐电强度和良好绝缘性能的材料，降 低沿固体绝缘表面放电的风险。
02 保持清洁
定期清洁高压设备表面，去除尘埃、污垢和其他 导电杂质，以减少放电的可能性。
气体中沿固体绝缘表 面的放电
目录
• 放电现象概述 • 沿固体绝缘表面放电的理论基础 • 沿固体绝缘表面放电的实验研究 • 沿固体绝缘表面放电的应用与防范
措施
01
放电现象概述
放电现象的定义
放电现象是指气体中带电粒子在电场作用下沿固体绝缘 表面移动并释放能量的过程。
当气体中的带电粒子受到足够强的电场作用时，它们会 被加速并沿电场方向移动，与固体绝缘表面发生碰撞并 释放能量，从而产生光、热和声等现象。
02
基础
电场分布与绝缘材料的关系
电场分布
气体中的电场分布对绝缘材料的性能和表面放电的起始 和持续具有重要影响。
绝缘材料特性
绝缘材料的电学、化学和机械性质决定了其在电场作用 下的行为和耐放电能力。
表面放电的起始电压
01
起始电压
表面放电的起
影响表面放电起始电压的因素包括气体压力、气 体种类、电极形状和材料等。
表面放电的发展过程
发展阶段
表面放电的发展过程通常经历预放电、流光放电 和电弧放电等阶段。
变化规律
各发展阶段呈现出不同的放电特性和变化规律， 对绝缘材料的破坏程度也不同。
表面放电的影响因素
01 电场强度
电场强度是决定表面放电是否发生及发展的重要 因素。
3
智能化监测与预警系统
高电压工程基础(第3章)
• • • •
3. 采用高气压 • 巴申定律 • 需要设备外壳的密封性和机械强度提出很高的要求 4. 采用高抗电强度的气体 • 在气体电介质中，有一些含卤族元素的强电负件气 体，如六氟化硫(SF6)、氟里昂(CCl2F2)等，因其具有 强烈的吸附效应。所以在相同的压力下具有比空气高 得多的抗电强度．因此被称为高抗电强度的气体。 5. 采用高真空 • 真空间隙的击穿电压大致与间隙距离的平方根成正比
• 3.伏秒特性 • 工程上用气隙击穿期间出现的冲击电压的最大值和放电时 间的关系来表征气隙在冲击电压下的击穿特性，称为伏秒 特性。 • 实际上，由于放电时间的分散性．在每一电压下可得到 一系列放电时间。所以伏秒特性曲线是一个带状区域、通 常使用的是平均伏秒特性曲线。 • 均匀和稍不均匀电场气隙的伏秒特性曲线比较平坦，其放 电形成时延较短，比较稳定， • 极不均匀电场气隙的伏秒特性曲线比较陡峭。 • 保护设备（避雷器或间隙）需要伏秒特性曲线尽可能平坦， 并且位于被保护设备的伏秒特性之下且二者永不相交。
第三章 气体电介质的击穿特性
• 根据气体放电理论，可以说明气体放电的基本物 理过程．有助于分析各种气体间隙在各种高电压 下的放电机理和击穿规律。但由于气体放电的发 展过程比较复杂．影响因素较多，气隙击穿的分 散性较大，所以要想利用理论计算的方法来获取 各种气隙的击穿电压相当困难。因此通常都是采 用试验的方法来得到某些典型电极所构成的气隙 在各种电压下的击穿特性，以满足工程设计的需 要。 • 气隙的电场形式对气隙的击穿特性影响较大。此 外气隙所加电压的类型对气隙的击穿特性也有很 大关系。
三、极不均匀电场气隙在稳态电压下的击穿 特性 • 在极不均匀电场的气隙中，“棒一板”间 隙和“棒一棒”间隙具有典型意义。前者 具有最大的不对称性，后者则具有完全的 对称性。其他类型的极不均匀电场气隙的 击穿特性均介于这两种典型气隙的击穿特 性之间。
沿面放电(ppt)
沿面放电(ppt)
（优选）沿面放电
❖2.5 沿面放电 【学习任务】了解气体沿面放电和闪络的现象， 熟悉各类绝缘子沿面放电的特点，了解提高各 类绝缘子闪络电压的方法。
1.2 气体绝缘材料及其击穿特性
❖2.5 沿面放电
气体放电：气体中流通电流的各种形式。 工程上将击穿和闪络统称为放电。
母线（电极） 固体介质
（电工陶瓷） 法兰（接地极）
(a)
电极
固体介 质
电极 (b)
支持绝缘子表面电场的垂直 分量小，沿固体介质表面没 有较大的电容电流流过，放 电过程中不会出现热游离现 象，故没有明显的滑闪放电。
因而垂直于放电发展方向的 介质厚度对放电电压实际上 电 没有影响。
力
线 在这种情况下沿面放电电压 比同电极结构下纯空气间隙 放电电压降低不多。
（钢化玻璃） 均 压 环
四分裂导线
绝缘子串的电压分布很不均匀
图1-43 500kV线路的绝缘子串
使用均压环来改善绝缘子 串的电压分布
绝缘子的三种闪络方式
干闪： 表面干燥、洁净的绝缘子发生的闪络； 湿闪： 表面洁净的绝缘子在淋雨时的闪络； 污闪： 表面脏污的绝缘子在受潮情况下的闪络；
三、淋雨时绝缘子的沿面放电
2、支柱绝缘子的沿面放电 (电场具有弱垂直分量）
提高支柱绝缘子沿面闪络电压的方法
1、增高支柱绝缘子，加大极间距离
2、装设均压环
例如：高3.3m的支柱绝缘子，干闪电压为 588kV，顶部加装直径为1.5m的均压环后， 干闪电压提高到834kV。
二、极不均匀电场中的沿面放电
3、悬式绝缘子的沿面放电 (电场具有弱垂直分量）
热游离是滑闪放电的重要特 征
气体中的沿面放电和高压绝缘子
机械性能
高压绝缘子应能承受输电线路的振 动、拉伸、扭曲等机械负荷，以及 风、雨、雪等自然灾害的影响。
环境适应性
高压绝缘子应能在各种环境条件下 运行，如高温、低温、潮湿、盐雾 等，且应具有较长的使用寿命。
03
气体中的沿面放电与高压绝缘子的关
系
沿面放电对高压绝缘子的影响
降低绝缘强度
沿面放电会产生导电通道， 降低绝缘子的绝缘强度， 增加击穿风险。
当气体中的电场强度达到一定程度，气体中的自由电子会被加速到足够高的速度， 撞击气体分子，产生更多的电子，形成电子崩。
电子崩在电场作用下迅速扩展，最终导致沿固体绝缘介质表面的气体被击穿，形成 沿面放电。
沿面放电的分类
均匀电场中的沿面放电
在均匀电场中，沿面放电通常发生在电场强度较高的区域，如电极边缘或间隙 不均匀处。
02 分析气体中存在的污染物对沿面放电和高压绝缘子性
能的损害作用。
温度和湿度对放电与绝缘性能的影响
03
研究温度和湿度变化对沿面放电和高压绝缘子性能的
影响，并探讨相应的防护措施。
THANKS
感谢观看
01
深入研究沿面放电的物理过程，包括电场分布、电荷传输和能
量释放等。
放电过程中的化学反应
02
分析放电过程中发生的化学反应和产物，了解其对绝缘材料性
能的影响。
放电稳定性研究
03
探讨影响沿面放电稳定性的因素，寻求提高放电稳定性的方法。
高压绝缘材料与结构设计的研究
新材料开发
研究新型高压绝缘材料，提高材料的电气性能 和耐久性。
结构设计优化
通过对高压绝缘子的结构进行优化设计，提高 其机械强度和电气性能。
材料与结构的复合设计
高压电课件第3章-气体中的沿面放电和高压绝缘子
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第二节 气体中沿固体介质表面的放电
2）极不均匀电场强垂直分量沿面放电
滑闪放电在交流和冲击 电压下很明显
随着电压的增加，滑闪 长度增加得很快
→单靠加长沿面距离来 提高闪络电压的效果很 差
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第五节 瓷套管
35kV套管特点：
1）套管内壁喷铝，并用 弹簧与导杆接触→内部 空气不会电晕
2）加大紧靠法兰的伞的 直径和瓷壁厚度→减小 该处比电容
3）法兰到大伞的瓷壁喷 铝或上半导体釉→将法 兰极不均匀的锐边电极 延伸到伞槽下，减弱了 法兰附近的电场强度
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第六节 线路绝缘子
悬式盘形绝缘子： 由铁帽、钢脚和瓷件组成，金具和绝缘 件用水泥胶合。 组成串时，钢脚接入铁帽的球窝，成为 软连接 瓷盘下表面有棱，或采用双棱瓷盘 瓷盘直径和结构高度的关系象湿闪条件 下考虑棒形绝缘子的伞宽和伞距一样， 比例为0.5~0.65
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第七节 复合绝缘子
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第七节 复合绝缘子
组成：环氧树脂玻璃纤维棒、硅橡胶伞盘、护套
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第七节 复合绝缘子
优点：抗拉、轻、小、防污闪（憎水性）、工艺简单
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第七节 复合绝缘子
截至1998年底，我国合成绝缘子挂网总量达60万只， 仅次于美国居世界第二位[1]，到2002年底我国已使用 合成绝缘子约160万只。京津唐电网在1998年就有3 万余支合成绝缘子在网上运行，占该网输电线路绝缘 子总数的1/3，而110kV线路和220kV线路合成绝缘 子已占主流，截止到2001年10月，京津唐电网的复合 绝缘子用量进一步增加至91912只，其中北京供电局 达到18373支，约占其主网110kV及以上线路绝缘子 的25%～30%[2]
高电压与绝缘技术读书报告
高电压与绝缘技术读书报告（一到六章）静电场由静止电荷所产生的场，工频交流电气设备中，不同电位导体间的电位差随时间的变化比较缓慢，导体间距离远小于相应电磁场的波长，所以任一瞬间工频交流电气设备中的电场可近似视为静电场。
掌握静电场中的解析计算和数值计算。
气体击穿的理论分析和空气间隙绝缘1.气体放电的主要形式：辉光放电、电弧放电、火花放电、电晕放电、刷状放电。
辨明它们各自的特点、产生原因、差别。
2.带电质点的产生和消失，平均自由行程及其影响因素、概率分布。
3.气体中带电质点产生的方式热电离、光电离、碰撞电离、表面电离4.气体中带电质点消失的方式流入电极、逸出气体空间、复合5.电子崩与汤逊理论电子崩的形成、汤逊理论的基本过程及适用范围6.巴申定律及其适用范围击穿电压与气体相对密度和极间距离乘积之间的关系。
两者乘积大于0.26cm时,不再适用。
7.流注理论考虑了空间电荷对原有电场的影响和空间光电离的作用，适用两者乘积大于0.26cm时的情况6、均匀电场与不均匀电场的划分以最大场强与平均场强之比来划分。
8.极不均匀电场中的电晕放电，电晕放电的过程、起始场强、放电的极性效应9.冲击电压作用下气隙的击穿特性雷电和操作过电压波的波形、冲击电压作用下的放电延时与伏秒特性、50%击穿电压的概念10.电场形式对放电电压的影响均匀电场无极性效应、各类电压形式放电电压基本相同、分散性小极不均匀电场中极间距离为主要影响因素、极性效应明显。
11.电压波形对放电电压的影响电压波形对均匀和稍不均匀电场影响不大，对极不均匀电场影响相当大完全对称的极不均匀场：棒棒间隙极大不对称的极不均匀场：棒板间隙12.气体的状态对放电电压的影响，湿度、密度、海拔高度的影响；气体的性质对放电电压的影响；在间隙中加入高电强度气体,可大大提高击穿电压，主要指一些含卤族元素的强电负性气体，如SF613、提高气体放电电压的措施，电极形状的改进，空间电荷对原电场的畸变作用，极不均匀场中屏障的采用，提高气体压力的作用，高真空、高电气强度气体SF6的采用气体中的沿面放电和高压绝缘子1绝缘子用于将不同电位的导电体在机械上相互连接，在电气上相互绝缘。
高电压技术复习要点
第一章 电介质的电气强度1.1气体放电的基本物理过程1.高压电气设备中的绝缘介质有气体、液体、固体以及其他复合介质。
2.气体放电是对气体中流通电流的各种形式统称。
3.电离：指电子脱离原子核的束缚而形成自由电子和正离子的过程。
4.带电质点的方式可分热电离、光电离、碰撞电离、分级电离。
5.带电质点的能量来源可分正离子撞击阴极表面、光电子发射、强场发射、热电子发射。
6.带电质点的消失可分带电质点受电场力的作用流入电极、带电质点的扩散、带电质点的复合。
7.附着：电子与气体分子碰撞时，不但有可能引起碰撞电离而产生出正离子和新电子，也可能发生电子附着过程而形成负离子。
8.复合：当气体中带异号电荷的粒子相遇时，有可能发生电荷的传递与中和，这种现象称为复合。
（1）复合可能发生在电子和正离子之间，称为电子复合，其结果是产生一个中性分子；（2） 复合也可能发生在正离子和负离子之间，称为离子复合，其结果是产生两个中性分子。
9.1、放电的电子崩阶段（1）非自持放电和自持放电的不同特点宇宙射线和放射性物质的射线会使气体发生微弱的电离而产生少量带电质点；另一方面、负带电质点又在不断复合，使气体空间存在一定浓度的带电质点。
因此，在气隙的电极间施加电压时，可检测到微小的电流。
由图1-3可知：（1）在I-U 曲线的OA 段：气隙电流随外施电压的提高而增大，这是因为带电质点向电极运动的速度加快导致复合率减小。
当电压接近 时，电流趋于饱和，因为此时由外电离因素产生的带电质点全部进入电极，所以电流值仅取决于外电离因素的强弱而与电压无关。
（2）在I-U 曲线的B 、C 点：电压升高至 时，电流又开始增大，这是由于电子碰撞电离引起的，因为此时电子在电场作用下已积累起足以引起碰撞电离的动能。
电压继续升高至 时，电流急剧上升，说明放电过程又进入了一个新的阶段。
此时气隙转入良好的导电状态，即气体发生了击穿。
（3）在I-U 曲线的BC 段：虽然电流增长很快，但电流值仍很小，一般在微安级，且此时气体中的电流仍要靠外电离因素来维持，一旦去除外电离因素，气隙电流将消失。
高电压技术：1.3 固体绝缘表面的气体沿面放电
（4）在很低的运行电压下，绝缘子就发生闪络
• 绝缘事故的原因: –电压升高:雷击、操作过电压、工频电压升高 –绝缘下降：污秽、雨、雾、露、冰、雪；异物、零值 (如果某一片绝缘子的电位差为O时,则该片绝缘子为零 值绝缘子)、大风、老化
绝缘子工作电压
绝缘子闪络电压与污染程度（以单位面积的污量表示）的关系
界面电场的分布有以下三种典型情况：
（1）固体介质处 （2）固体介质处于
于均匀电场中，且 极不均匀电场中，
界面与电力线平行， 且电力线垂直于界
如图（a）。
面的分量比平行于
表面的分量要大得
1－电极 2－固体介质 多，如图 (b)。
（3）固体介质处 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 （c）。
s ——表面电阻率。
➢滑闪放电的条件：
➢电场必须有足够的垂直分量； ➢电场必须有足够的水平分量； ➢电压必须是交变的。
s、E0、 一定时，滑闪放电的起始电压U0 主要和
比表面电容值C0 有关，经验公式如下：
Ucr
1.36104
C 0.44 0
U cr——工频滑闪放电的起始电压有效值（kV）; C0 ——比表面电容（F/cm2）。
沿面放电
极不均匀电场有弱垂直分量时 电场分布情况和电压波形
3 影响沿面放电电压的因素 介质材料 气体状态
介质表面情况
4 提高沿面放电电压的措施
基本概念：
沿面放电——沿着固体介质表面的气体放电 闪络——沿面放电发展到贯穿电极，成为闪络。即 沿着整个固体绝缘表面发生的放电。
危害：发生闪络后，电极间的电压迅速下降到零 或接近于零。闪络通道中的火花或电弧使绝缘表 面局部过热造成炭化，损坏表面绝缘
高电压习题及解答-章节
第一章气体放电的基本物理过程基本内容和知识点带电粒子的产生和消失电子崩自持放电及其条件汤逊理论和流注理论不均匀电场中的放电过程电子崩：设外界电离因子在阴极附近产生了一个初始电子，如果空间的电场强度足够大，那么该电子在向阳极运动时就会引起碰撞电离，产生一个新电子，初始电子和新电子继续向阳极运动，又会引起新的碰撞电离，产生出更多的电子。
依次类推，电子将按几何级数不断增多，像雪崩似地发展，因而这种急剧增大的空间电子流被称为电子崩。
电子崩过程是汤逊理论、流注理论的共同基础。
气体游离的类型主要有哪几种？试作解释。
答气体游离的类型有 4 种，具体为：（1）碰撞游离：电子在电场作用下加速向阳极运动的过程中，获得足够的能量，运动加快并不断与途中其他中性原子发生碰撞，从而激发出自由电子。
这种由于碰撞而产生游离的形式称为碰撞游离。
（2）光游离：正、负带电粒子复合时，都以光子的形式释放出能量，其他中性原子内的电子吸收此能量后变为自由电子。
这种由于光辐射而产生游离的形式称为光游离。
（3）热游离：在高温下，气体内的各种粒子动能增加，当动能超过一定值时，粒子相互碰撞而产生游离。
这种由气体热状态引起的游离方式称为热游离。
（4）表面游离气体中带电粒子的消失有哪几种形式？答气体中带电粒子的消失有以下几种形式：（1）在电场驱动下作定向运动，在到达电极时，消失于电极上而形成外电路中的电流；（2）因扩散现象而逸出气体放电空间；（3）复合。
气体放电的基本特点是什么？解释气体放电现象常用的理论有哪两个？答（1）气体放电的基本特点是：在外电场作用下，气体间隙中带电粒子数增加，气隙击穿时，其中带电粒子数剧增，而在撤去外电场后，气体间隙中带电粒子又消失并恢复其原有的绝缘强度。
（2）解释气体放电现象常用的理论是：汤逊理论和流注理论。
什么叫流注？流注形成的条件是什么？答（1）初始电子崩头部成为辐射源后，就会向气隙空间各处发射光子而引起光电离，如果这时产生的光电子位于崩头前和崩尾附近的强场区内，那么它们所造成的二次电子崩将以大得多的电离强度向阳极发展或汇入崩尾的正离子群中。
沿面放电与外绝缘
反应污秽的受潮，不反映局部电弧的发展。 因此国内外对其有效性也有很多争议。
CIGRE（国际大电网会议）同时推荐的评定绝缘子污秽 度的其他方法：
积分电导法，泄漏电流脉冲计数法，最大泄漏电流法， 污闪梯度法，局部电导法
3.防止污闪的措施
（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
（五）.提高沿面放电电压的方法
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：
高 压
输电线 路绝缘
高压外绝缘
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
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。
Flashover
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
▲屏障 使安放在电场中的固体介质在电场等位面方向具有
武大电气2019年高电压绝缘复习
2019年高电压绝缘复习一．题型1填空（30空30分）2简答（7题70分）二．题库第二章：气体击穿理论分析和气体间隙绝缘1．气体放电的五种形式及其特点：辉光放电：电弧放电：火花放电：电晕放电：刷状放电：注意：电晕放电、刷状放电时气隙未击穿，而辉光放电、火花放电、电弧放电均指击穿后的放电现象，且随条件不同，这些放电现象可相互转换。
2．质点产生四种形式：（1）气体分子本身发生电离①光电离:光辐射引起的气体分子的电离过程。
外光源(紫外线照射)/激励态原子回到基态/正负离子的复合。
②碰撞电离：由于质点碰撞所引起的电离过程。
（主要是电子碰撞电离）。
是气体中产生带电粒子的最重要的方式。
分级电离时能量小于上式。
分析气体放电发展过程时，往往只考虑电子所引起的碰撞电离。
③热电离：因气体热状态引起的电离过程。
热电离实质上是热状态下碰撞电离和光电离的综合。
(2）气体中的固体或液体金属发生表面电离④表面电离：金属表面电离比气体空间电离更易发生。
阴极表面电离在气体放电过程中起着相当重要的作用。
电极表面电离按外加能量形式的不同，可分为四种形式：①正离子撞击阴极表面②光电子发射（光电效应）③热电子发射④强场发射（冷发射）3.质点消失三种形式：①电场作用定向移动消失于电极形成电流。
②扩散：在热运动的过程中，粒子从浓度较大的区域运动到浓度较小的区域，从而使每种粒子的浓度分布均匀化的物理过程。
特点：气压越低，温度越高，扩散进行的越快。
电子的热运动速度大、自由行程长度大，其扩散速度也要比离子快得多。
③带电粒子的复合，气体中带异号电荷的粒子相遇而发生电荷的传递与中和，还原为分子的过程。
带电粒子的复合过程中会发生光辐射，这种光辐射在一定条件下又成为导致电离的因素参与复合的粒子的相对速度越大，复合概率越小。
通常放电过程中离子间的复合更为重要带电粒子浓度越大，复合速度越大，强烈的电离区也是强烈的复合区。
4．汤逊放电：特点：电子的碰撞电离（α过程）和正离子（γ过程）撞击阴极造成的表面电离起主要作用。
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第二节 气体中沿固体介质表面的放电
第三章 气体中的沿面放电和高压绝缘子
2. 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 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 ，越靠近法兰电流越大， 单位长度压降也大，使得 表面电压分布不均匀； 场强：法兰附近，电场强 度大，其垂直分量也大， 极易发生滑闪放电。
导杆 瓷套 法兰
第二节 气体中沿固体介质表面的放电
法兰
I I I I I I I I I I I I I
导杆 Rs—表面电阻；C0 —瓷套对地电容； Gr—体积电导(≈0)；
第三章 气体中的沿面放电和高压绝缘子
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 分流作用 减小 减小对地 电容C0 表面电流更均匀 电压分布更均匀
沿面放电与固体介质表面的电场分布有很大关系
第二节 气体中沿固体介质表面的放电
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。
第四节 棒形绝缘子的计算
第三章 气体中的沿面放电和高压绝缘子
（一）淋雨时的闪络路径 可能空气间隙BA’先击穿 电压升高 可能干表面BCA’先闪络 结果都是形成ABA’电弧放电通 道，出现一连串的ABA’通道就 造成整个绝缘子完全闪络。 注意：如雨量特别大时，伞缘间有可能被 雨水短接而构成电弧通道，绝缘子也将发 生完全的闪络。
法兰
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第二节 气体中沿固体介质表面的放电
导 杆
沿面闪络电压 提高 返回
第三章 气体中的沿面放电和高压绝缘子
第三节 支柱绝缘子
支柱绝缘子——支撑高压配电母线和高压电器带电部分（如 触头）的绝缘支柱，由瓷柱和上、下金属附件通过水泥胶装 而成。 支柱绝缘子：弱垂直分量类型
二、绝缘子的电气性能和机械强度
（一）绝缘子电气性能
干闪络电压——表面清洁、干燥的绝缘子的闪络电压：是户 内绝缘子的主要指标； 湿闪络电压——表面洁净的绝缘子在淋雨时的闪络电压，是 户外绝缘子的主要指标； 污秽闪络电压——表面脏污的绝缘子在受潮时的闪络电压。
人造雨：体电阻率100欧.米，降雨量1~1.5mm/min，45度角
本章主要内容
第三章 气体中的沿面放电和高压绝缘子
第一节 绝缘子的性能要求和材料
一、绝缘子的分类
绝缘子——用于将不同电位的导电体在机械上相互连接，在 电气上相互绝缘 1. 绝缘子：导体与地之间绝缘和连接
盘形悬式绝缘子
支柱绝缘子
第三章 气体中的沿面放电和高压绝缘子
第一节 绝缘子的性能要求和材料
强垂直场强分量作用→使带电粒子不断 摩擦介质表面→局部温度升高→个别地 方发生热电离→出现明亮的树枝状放电
电压微小升高，滑闪迅速延 伸，贯穿两极 沿面闪络
第三章 气体中的沿面放电和高压绝缘子
⑶ 极不均匀电场中垂直分量很弱时的沿面放电（绝缘子）
放电过程
第二节 气体中沿固体介质表面的放电
电晕放电 注意
固体介质
电极 放电路径
① 固体介质与电极表面没有完全密合存在小气隙,或介面有裂纹
电场强度与介电常数成 形成(气体—固体— 反比且气体介电常数小 小气隙中电 小气隙存在 场强度大 气体)串联回路 带电粒子在电场作用下 小气隙内先发生放 沿固体介质表面运动 固体介质表面电场变得不均 电，产生带电粒子 匀，导致沿面闪络电压低
电极
第二节 气体中沿固体介质表面的放电
En
固体介质 电极
E E t
复合支持绝缘子
户外高压支持绝缘子
第三章 气体中的沿面放电和高压绝缘子
2. 沿面放电的特性
⑴ 均匀和稍不均匀电场中的沿面放电
放电特点：放电总发生在沿着固体 介质表面，且放电电压比纯空气间 隙的放电电压要低. 原因
第二节 气体中沿固体介质表面的放电
第三章 气体中的沿面放电和高压绝缘子
三、绝缘子的材料
金属附件
第一节 绝缘子的性能要求和材料
绝缘子的金属附件主要是由铸铁和钢制成，对一些要通过大 电流的产品，为了减少附件的涡流损耗，也有用硅铝合金做附 件的。附件结构对绝缘子机械强度的影响很大。 导电材料：如套管所用导杆一般均采用铜杆或铜实心圆瓷柱，伞的作 用：雨天时绝缘子保持一部 分干燥表面和增加电极间沿 瓷表面的泄漏距离，以提高 湿闪络电压。
第三章 气体中的沿面放电和高压绝缘子
户外支柱绝缘子
几个支柱绝缘子串接 后，沿表面的电压分 布不均匀，一般常采 用均匀环。 均压环减弱了电极边 缘的场强，还由于流 经均压环与介质表面 间的分布电容电流， 部分补偿了介质的对 地电容电流，使表面 电压分布比较均匀。
胶合剂
胶合剂是将瓷件和附件胶合连接的材料。最常用的是500号硅 酸盐水泥。
第三章 气体中的沿面放电和高压绝缘子
第一节 绝缘子的性能要求和材料
返回
第三章 气体中的沿面放电和高压绝缘子
第二节 气体中沿固体介质表面的放电
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。
高电压绝缘技术
第三章
气体中的沿面放电和高压绝缘子
第三章 气体中的沿面放电和高压绝缘子
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节 第八节 第九节 第十节 绝缘子的性能要求和材料 气体中沿固体介质表面 的放电 支柱绝缘子 棒形绝缘子的计算 瓷套管 线路绝缘子 复合绝缘子 介质表面脏污时的沿面放电和污秽绝缘 大气条件对外绝缘放电电压的影响 海拔高度对外绝缘放电电压的影响
第三章 气体中的沿面放电和高压绝缘子
三、绝缘子的材料
绝缘件
第一节 绝缘子的性能要求和材料
（1）电瓷——无机材料，耐腐蚀，抗老化，具有足够的电气强 度和机械强度；脆，抗压强度比抗拉强度大得多；上釉强度大 电瓷是无机绝缘材料，由 石英、长石和粘土作原料 焙烧而成，能耐受不利的 大气环境和酸碱污秽等的 长期作用而不受侵蚀，抗 老化性好,且具有足够的 电气和机械强度。 瓷是一种脆性材料，它的抗压强 度比抗拉强度大得多。
第二节 气体中沿固体介质表面的放电
固体介质
电极 放电路径
第三章 气体中的沿面放电和高压绝缘子
⑵ 极不均匀电场具有强垂直分量时的沿面放电（套管）
放电过程
第二节 气体中沿固体介质表面的放电
外加电压升高， 电晕放电延伸
外加电压较低，首 先在电场强的法兰 盘处发生电晕放电 辉光放电
电压超过某一值
滑闪放电
第四节 棒形绝缘子的计算
外加电压升高， 电压超过某一值 电晕放电延伸 辉光放电 沿面闪络
① 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 ② 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
第三章 气体中的沿面放电和高压绝缘子
（三）沿面放电电压的影响因素和提高方法
1. 影响因素
⑴ 固体介质材料
拉伸负荷——悬挂输电线的绝缘子受重力和导线拉力的作用； 弯曲负荷——支柱绝缘子受导线拉力、风力或短路电流电动力 作用，方向与支柱垂直而使支柱受到弯矩作用，作用在绝缘子顶 部的作用力； 扭转负荷——隔离开关的支柱绝缘子常以转动方式开闭触头， 作用在绝缘子顶部的扭矩。
（三）冷热性能
膨胀应力 老化性能：抗老化
50
31.5l kV
0.6 d
200cm≤ld≤700cm 20cm≤ld≤250cm
ld—干闪距离
50
7.8l
0.92 d
kV
第三章 气体中的沿面放电和高压绝缘子
二、湿闪络电压
湿闪络电压——洁净表面被雨水淋湿时的沿面放电电压 绝缘子表面水膜大都是不均匀且不连续的 有水膜的表面电导大； 无水膜的表面电导小。
电极
E
固体介质
第三章 气体中的沿面放电和高压绝缘子
② 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 类似于变压器用电容套管
Et E En
固体介质 电极
第二节 气体中沿固体介质表面的放电
第三章 气体中的沿面放电和高压绝缘子
③ 固体介质处于极不均匀电场中，且 界面电场的水平分量 Et 比垂直分 量 En大得多 类似于支持绝缘子
第三节 支柱绝缘子
第三章 气体中的沿面放电和高压绝缘子
户内支柱绝缘子
实心或空心带棱； 分为内胶装、外胶装和内外联合胶装。 空心瓷件顶部隔板用来防止沿内表面闪络。
第三节 支柱绝缘子
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第三章 气体中的沿面放电和高压绝缘子
第四节 棒形绝缘子的计算
一、干闪络电压
干闪距离：棒形绝缘子两电极间的最短空气距离 决定了干闪络电压。 伞形、伞数、支柱直径对干闪络电压影响不大。 干闪络电压接近空气间隙的击穿电压，可用棒板空 气间隙估算 0.9 工频： U f 5.6ld kV 20cm≤ld≤250cm 操作冲击： U 雷电冲击： U
第三章 气体中的沿面放电和高压绝缘子
注意
第二节 气体中沿固体介质表面的放电
沿面闪络电压比气体或者固体单独存在时的击穿电压都要 低； 在表面潮湿污染的情况下，沿面闪络电压会更低。 一个绝缘装置的实际耐压能力取决于它的沿面闪络电压。