10 套管和绝缘子的试验28

套管和绝缘子的状态分析与诊断

绝缘子的性能要求和材料

绝缘子分类：

绝缘子的作用：将不同电位的导电体在机械上相互连接，而在电气上则相互绝缘。

（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。

高压绝缘子按用途分为线路绝缘子和电站电器绝缘子两类。

高压线路绝缘子包括针式绝缘子、盘形悬式绝缘子、棒形悬式绝缘子、横担绝缘子、电气化铁道用绝缘子、蝴蝶形绝缘子和拉紧绝缘子等。

高压电站电器绝缘子，包括支柱绝缘子和套管绝缘子等。

低值绝缘子：绝缘子击穿电压下降至小于沿面干闪电压时，称为低值绝缘子。

零值绝缘子：低值绝缘子的内部击穿电压为零时，称为零值绝缘子。

电气性能

闪络电压：连通绝缘子两电极、沿绝缘体外部空气的放电电压。

闪络电压分类：

（1）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。

（2）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性能。

（3）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。

干、湿闪络电压之间的差别（实验规律）：

（1）雷电冲击电压下绝缘子的干、湿闪电压基本相同；（2）工频电压下两者相差较多；

（3）而操作冲击电压下两者虽有差别，但不如工频电压下显著。

绝缘子材料：

绝缘子组成：绝缘件；机械固定用的金属附件；胶装绝缘件和金属附件的胶合剂。

绝缘件：电瓷；玻璃；浇注环氧树脂；复合绝缘子（环氧树脂玻璃纤维芯棒，高分子聚合物伞盘，护套）

气体中沿固体介质表面的放电

沿面放电：绝缘子和它所固定的带电导体绝大部分处于空气中，在绝缘子和空气的分界面上有时会出现放电现象，称为沿面放电。

闪络：若沿面放电发展到贯穿性的空气击穿，称为闪络。

气体中的沿面放电也是一种气体放电现象，沿面闪络电压比气体或固体单独存在时的击穿电压都低，电力设备的绝缘事故中，很多是沿面放电造成的。

沿面放电与固体介质表面的电场分布有关，固体介质表面电场分布有以下三种典型情况：

（1）固体介质处于均匀电场中，固、气体介质分界面平行于电力线，如图a所示。

（2）固体介质处于极不均匀电场中，且电场强度垂直于介质表面的分量（以下简称垂直分量）要比平行于表面的分量大得多，如图3-5b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，但在介质表面大部分地方（除紧靠电极的很小区域外）电场强度平行于介质表面的分量要比垂直分量大，如图3-5c所示。支柱绝缘子就属于这种情况。

一、均匀电场中的沿面放电

实验现象：在平行平板电极间放一圆瓷柱，瓷柱表面与电力线平行，如图3-5a所示，瓷柱虽未影响极板间电场分布，但放电总是发生在瓷柱表面，且闪络电压比纯空气的击穿电压低得多。

出现这种现象的原因：

（1）固体介质与电极的接触面间可能存在气隙；

（2）空气湿度及固体介质吸附水分的能力对闪络电压也有显著影响；

（3）介质表面电阻不均匀和介质表面粗糙，也都会畸变电场分布，使闪络电压降低。

二、极不均匀电场具有强垂直分量时的沿面放电

绝缘结构具有强垂直分量时的沿面放电电压较低，放电对绝缘的危害大，下面以绝缘套管为例进行讨论。

（一）放电基本过程

（1）法兰边缘电场较强，在不太高的电压下，法兰边缘出现微弱的发光圈（电晕放电）；

（2）随着电压升高，电晕向上延伸，逐渐形成由火花细线组成的光带（辉光放电，电流密度小）；

（3）当电压超过某临界值后，放电性质发生变化，个别细线迅速增长，转变为树枝状、紫色、较明亮的火花，火花在法兰不同位置交替出现，一处出现后紧贴介质表面向前发展，随即很快消失，而后又在新的位置产生。这种放电称为滑闪放电。

滑闪放电的机理：

（1）放电起始阶段，细线通道内因碰撞电离存在大量带电质点；

（2）在较强的电场垂直分量作用下，带电质点不断撞击介质表面，使局部温度升高；

（3）当温度高达足以引起气体热电离时，通道中带电质点剧增、电阻剧降，通道头部场强也剧增，导致通道迅速增长，放电转入滑闪放电阶段。

滑闪放电的特征：介质表面放电通道中发生热电离。

滑闪放电现象和比电容及电压变化速率有关，由此可以理解，滑闪放电现象在交流和冲击电压下很明显，在直流电压不会发生滑闪放电现象；玻璃管壁减薄，比电容增大，滑闪火花长度显著增加。

（二）等值回路及分析（产生滑闪放电原因）

在导杆和法兰之间加交流电压，沿套管表面将有电

的分流作用，套管表面各处电流不等，越流流过。由于C

靠近法兰电流越大，单位距离上的压降也大，这就使套管表面的电压分布更不均匀。

沿介质表面的电压分布极不均匀，紧靠法兰处场强最高，首先在此处发生局部放电。

电晕放电的起始电压为：

（1）电压变化快，电晕起始电压低；

（2）介质厚度小，相对介电常数大，即比电容大，电晕起始电压低；

（3）介质表面电阻率大，表面电压分布不均匀，电晕起始电压低。

由上式可以看出： 000S

E U C ωρ=

电晕放电的起始电压为：

（1）减小比电容C0，如增加绝缘厚度 d 和采用介电常数小的介质；

（2）减小表面电阻率，如在靠近法兰处涂半导体漆或上半导体釉。

提高放电起始电压的方法有：

000S E U C ωρ=