输变电设备外绝缘及其击穿特性-高电压技术考点复习讲义和题库

考点2：输变电设备外绝缘及其击穿特性

2.1 输变电设备外绝缘

电力设备不与空气接触的绝缘部分成为内绝缘，与空气接触的绝缘部分成为外绝缘。内绝缘一般不受空气湿度与外界污秽程度等的影响，相对比较稳定。外绝缘包括各种类型的绝缘子、套管、瓷套等。外绝缘长时间在大气种运行，除了承受电气、机械各种应力外，还须承受风、雨、雪、雾、雷电和温度变化等自然条件影响，还受到表面污秽和外力损坏等影响。

高压线路绝缘子在日常运行中，要在不同的大气条件下正常的工作，如天气靕朗、大雨、大雾、雷雨季节、脏污地区、沿海地区、平原和高原地区等条件下，所有天气条件都要求绝缘子具有一定的绝缘水平以保证供电的可靠性在户外的绝缘子，常会受到工业污秽或盐碱、飞尘等的污染。在干燥的环境下，污秽电阻个很大，对运行中的绝缘子没有太大的影响。但在大气湿度较高特别是在毛毛雨、雾、凝露、融雪、融冰等不利的天气条件下，绝缘子表面的污秽物被润湿，表面电导和泄漏电流剧增，闪络电压明显下降，甚至可以在工作电压下发生闪络。

有这种闪络所照成的事故称为污闪事故，防污闪的措施：

1、定期对绝缘子进行清扫，或采取带电冲洗的办法

2、绝缘子表面凃上一层僧水性的防尘涂料。常用的有有机硅脂、地蜡涂料等。这样，绝缘子表面就不易形成连续的水膜，从而减小泄漏电流，使闪络电压不致降低

3、加强绝缘或采用防污绝缘子。加强绝缘最简单的办法是增加绝缘子的长度，以增大爬电距离；还可以采用爬电距离比一般绝缘子大得多的防污绝缘子；

4、采用新型的半导体釉绝缘子。这种绝缘子釉层的表面电阻率为106-108，在运行中因通过电流而发热，使表面始终保持干燥，同时使表面电压分布较均匀，从而能保持较高的闪络电压

5、硅橡胶增爬距

6、涂正水性材料

2.2 气隙的击穿时间

每个气隙都有它的静态击穿电压，即长时间作用在气隙上能使气隙击穿的最低电压。如所加电压的瞬时值是变化的，或所加电压的试验时间很短，则该气隙的击穿电压就不同于静态击穿电压。所以，应该说，对某一气隙，当不同波形的电压作用时，将有相应不同的击穿时间和击穿电压。

气隙击穿的所需时间如图3-1-1。

气隙击穿所需时间分三部分：

（1）升压时间t0——电压从0生到静态击穿电压U0所需的时间。

（2）统计时延t s——从电压达到U0的瞬间起到气隙中形成第一个有效电子为止的时间。

（3）放电发展时间t f——从形成第一个有效电子的瞬间起到气隙完全被击穿为止的时间。

影响平均统计时延的因素主要有以下几种：

（1）电极材料；（2）外施电压；（3）短波光照射；（4）电场情况

影响放电发展时间的因素主要为：

（1）间隙长度。（2）电场均匀度；（3）外施电压。

2.3 气隙的伏秒特性和击穿电压的概率分布

一、电压波形

对于不同性质、不同波形的电压，气隙的击穿电压是不同的。为了便于比较，需要对各种电压的波形规定统一的标准。分述如下：

1、直流电压

直流试验电压通常是由交流整流而得，其波形必然有一定的脉动，通常所称的电压值是指其平均值。

2、工频交流电压

工频交流试验电压应近似为正弦波，频率一般应在45~65Hz范围内。

3、雷电冲击电压

为了模拟雷电电压，国际电工委员会文件制定了雷电冲击标准波形，分为全波和截波两种。

波形参数：1.2μs/50μs

4、操作冲击电压

操作过电压的标准波形为250μs/2500μs。

二、伏秒特性

对于长时间持续作用的电压来讲，气隙的击穿电压有一个确定的值；但对于脉冲性质的，气隙的击穿电压就与该电压的波形有很大的关系。同一个气隙，在峰值较低但延续时间较长的冲击电压作用下可能击穿，而在峰值较高但延续时间较短的冲击电压作用下可能反而不击穿。所以，对于非持续作用的电压来说，气隙的击穿电压就不能简单地用单一的击穿电压值就表示了，对于某一定的电压波形，必须用电压峰值和延续时间两者来共同表示，这就是七夕的电压波形下的伏秒特性。

伏秒特性的意义在于可以描述绝缘配合的程度。如图3-2-6和图3-2-7。

如果一个电压同时作用在两个并联的间隙S1和S2上，若其中某一个气隙先被击穿，则电压被短接，另一个气隙就不会被击穿。这个原则如用于保护装置和被保护物体，就是前者博湖了后者。

设并联的两个气隙的伏秒特性带分别为S1和S2。若3-2-6所示，S2全面位于S1的左下方，这意味着在任何波峰值下，都将是S2被击穿，即S2可靠的保护了S1。若如图3-2-7，则不能完全保护被保护设备S1。

三、气隙击穿电压的概率分布

不论是在直流电压、交流电压、雷电冲击电压或操作冲击电压作用下，气隙的击穿电压都有一定的分散性，即击穿概率分布特性。研究表明，气隙击穿的概率分布接近正态分布，通常可用50%击穿电压U50%来表示。

2.4 大气条件对气隙击穿电压的影响

空气隙的击穿电压（包括沿面闪络）随着空气密度的增大而升高的原因是，随着空气密度的增大，空气中自由电子平均自由程缩短了，不易造成撞击电离。

空气隙的击穿电压随着空气湿度的增大而增大的原因是：水蒸汽是电负性气体，易俘获自由电子

形成负离子，使最活跃的电离因素——自由电子的数量减小，阻碍电离的发展。

2.5 较均匀气隙的击穿电压

在均匀电场中，电场对称，故击穿电压与电压极性无关。由于气隙各处的场强大致相等，不可能出现持续的局部放电，故气隙的击穿电压就等于起始放电电压。

均匀电场的气息距离不可能很大，各处场强又大致相等，故从自持放电开始到气隙完全击穿所需时间极短，因此，在不同电压波形作用下，其击穿电压实际上都相同，且其分散性很小，对于空气，可用下列经验公式表示：

2.6 不均匀电场气隙的击穿电压

在工程实际中，所遇到的电场绝大多数是不均匀电场。不均匀电场的特征是：各处场强差别很大，在所加电压尚小于整个气隙击穿电压时，已可能出现局部的持续放电。由于局部持续放电的存在，空间电荷的积累对击穿电压的影响很大，导致显著的极性效应。

所以预先对集中典型电场的气隙，如棒-棒，线-线（对称电场）、棒-板或线-板（不对称电场），作出其击穿电压-气隙距离的关系曲线，对工程上所遇到的各种不均匀电场，其气隙击穿电压就可以参考与之相接近的典型气隙的击穿电压曲线来估计。

一、直流电压作用下