第3章_气体中的沿面放电和高压绝缘

所以放电总发生在沿着固体介质表面
第三章 气体中的沿面放电和高压绝缘子
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。 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。
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
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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。
导杆 瓷套 法兰
第二节 气体中沿固体介质表面的放电
法兰
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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
2. 瓷套：用做电气内绝缘的容器，并使绝缘免遭周围环境的影响。
氧化锌避雷器
电流互感器
电压互感器
第三章 气体中的沿面放电和高压绝缘子
3. 套管：用做导体穿过电器外壳、接地隔板或墙壁的绝缘部件
第一节 绝缘子的性能要求和材料
油纸电容式穿墙套管
变 压 器 套 管
穿墙套管
第三章 气体中的沿面放电和高压绝缘子
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
取决于材料的亲水性或憎水性
第二节 气体中沿固体介质表面的放电
亲水性→介质表面易吸潮→介质表面电阻下降→沿面闪络 电压下降 憎水性→介质表面不易吸潮→沿面闪络电压提高
第三章 气体中的沿面放电和高压绝缘子
⑵ 电场形式
相同的表面闪络距离下，均匀电场和稍不均匀电场中的沿面 闪络电压最高； 在极不均匀电场中，沿面闪络电压比同样距离的纯空气间隙 的击穿电压降低得较少，因而单纯靠增大极间距离等措失提 高沿面放电电压的可能幅度也不大； 只有采取防治或推迟滑闪放电的措施才能收到效果。
法兰
I I I I I I I I I I I I I
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
户外支柱绝缘子
带伞的实心圆瓷柱，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。
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
（2）玻璃——电气和机械强度大于电瓷，输电线路玻璃绝缘子 损坏后能“自爆”
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
（3）有机复合材料——重量轻、体积小、工艺简单；表面有憎 水性，抗污闪能力强，复合绝缘子的玻璃纤维芯棒的抗拉强度 高于钢
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。
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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。
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。
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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管，有些穿 墙套管也采用铝导体。
第一节 绝缘子的性能要求和材料
由于作用电压持续时间不同，雷电冲击电压下绝缘子的干、 湿闪络电压基本相同，工频电压下两者相差很多，而操作冲击 电压下两者虽有差别，但不如工频下那么明显。
第三章 气体中的沿面放电和高压绝缘子
二、绝缘子的电气性能和机械强度
（二）绝缘子机械性能
第一节 绝缘子的性能要求和材料
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
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
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
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
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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。
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
法兰
I I I I I I I I I I I I I
第二节 气体中沿固体介质表面的放电
导 杆
沿面电场 更均匀
沿面闪络电压 提高
第三章 气体中的沿面放电和高压绝缘子
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 涂半导体 漆（釉） 法兰附近 压降减小 减小法兰附 近表面电阻 表面电场分布更 加均匀
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。
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
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。
第三章 气体中的沿面放电和高压绝缘子
（二）沿面放电的类型和特点
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
第四节 棒形绝缘子的计算
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
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
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