沿面放电与外绝缘

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即沿面距离)与系统最高工作(线)电压(有效值)之比, cm/kV
▲定期或不定期清扫
Washing on-line
▲涂料,在绝缘子表面涂上憎水性材料:这时落到绝缘子 表面的水分就不会形成连续水膜而以孤立的水珠形式 存在,这时污层电导不大,泄漏电流很小,不易形成 逐步延伸的局部电弧。
▲采用半导体釉绝缘子:釉层有一定的导电性因而一直 有一个比普通绝缘子表面泄漏电流大的表面电导电流 流过,湿绝缘子表面温度略高于周围环境,因而污层 不易受潮,积污也较少另外釉层电导还能缓解干区电 场集中,使绝缘子串电压分布均匀些
insulator )
支柱绝缘子
开关瓷套
悬式绝缘子
变压器出线套管
Glass insulator
Polymer Rubber insulator
对绝缘子的基本要求
(1)电气性能 (2)机械性能 (3)冷热性能及环境老化性能
第二节. 绝缘子的沿面放电
一、沿面放电概念 沿面放电:沿着固体介质表面发展的气体放电 现象。 污 闪:沿着污染表面发展的闪络。
i F
RS
D Rv i
T 套管加上交流电压后,沿套管 U
表面将有电容电流流过,
U0
由于C0的分流作用,瓷套表 面各处的电流不等,越 靠近法
兰电流越大,单位长度上的压
降也大,使套管表面上的电压
分布不均匀,在法兰附近,电
场强度大,其垂直分量也大,
容易发生滑闪放电。
0
C0
x l
滑闪放电的起始电压 和各参数的关系如下:
绝缘子
绝缘子是将不同电位的导体在机械上固定,在电气上 隔绝的一种使用数量极大的高压绝缘部件。
如一条300km长的交流500kV线路,就需 要悬式绝缘子8万~9万片。
绝缘子的分类
从结构上可分为3类: 1. (狭义)绝缘子(Insulator):用在导电体和接地体之
间的绝缘和固定连接,如悬挂输电导线的绝缘子串) 2. 套管(Bushing、insulating tube): 用作导电体穿过接地
在绝缘子上的分布; 从污闪的4阶段来说,等值盐密法只反映积污结果,不
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
电力系统中绝缘子、套管等固体绝缘在机 械上起固定作用,又在电气上起绝缘作用。其 绝缘状况关系到整个电力系统的可靠运行。 绝缘功能的丧失可以分为以下两种情况:
固体介质击穿:一旦发生击穿,即意味着不可 逆转地丧失绝缘功能。
沿介质表面发生闪络:由于大多数绝缘子以电 瓷、玻璃等硅酸盐材料组成,所以沿着它们的 表面发生放电或闪络时,一般不会导致绝缘子 的永久性损坏。
(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
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
突出的棱缘(称为屏障),能显著提高沿面闪 络电压。该棱缘不仅起增加爬电距离的作用, 而且起阻碍放电发展的作用。实际绝缘子的伞 棱都起着屏障的作用。
▲屏蔽 是指改善电极的形状,使电极附近的电场分布趋于
均匀,从而提高沿面闪络电压。
▲提高表面憎水性 ▲消除绝缘体与电极接触面处的缝隙 消除缝隙最有效的办法就是将电极与绝缘体浇铸嵌装在一
隔板、电器外壳或墙壁的绝缘部件,如变压器出线套管 3. 套筒:用作电器内绝缘的容器,多数由电工陶瓷制成,
如互感器瓷套、避雷器瓷套及断路器瓷套等
绝缘子的分类
从材料上也可分为3类: 1. 电工陶瓷( Porcelain Insulaຫໍສະໝຸດ Baiduor )
2. 钢化玻璃 ( Glass Insulator ) 3. 硅橡胶、乙丙橡胶等有机材料( Polymer Rubber
表面电容值 C有0 关,经验公式如下:
U cr
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)。
适用范围: C0 0.251012 F/cm2
提高套管的起晕电压和滑闪电压的措施: ▲减小C0:加大法兰处套管的外径和壁厚,也可采用介电 常数较小的介质,如用瓷-油组合绝缘代替纯瓷介质等 办法。 ▲减小绝缘表面电阻,如在套管靠近法兰处涂半导体釉 或半导体漆,使此处压降逐渐减小,防止滑闪电压过早 出现,从而提高沿面闪络电压。 ▲对于35kV以上的高压套管,以上措施还不够,必须采 用能调节径向和轴向电场的电容式套管或绝缘性能更好 的充油式套管
积污是发生污闪的根本原因-城区比农村严重、化工厂、 火电厂、冶炼厂等地方最严重;
污层受潮取决于气象条件-多雾、毛毛雨、易凝露的地 区容易发生污闪;
干区出现的部位和局部电弧发展、延伸的难易,都与绝 缘子的结构形状有密切关系,是绝缘子设计要解决 的重要问题;
污闪放电发展过程:
污层在干燥状态下一般不导电,在遇到毛毛雨、雾、露等不利天气 时,污层受潮,电导增大,在工作电压下的泄漏电流增大,所 产生的热量使水分蒸发、污层变干,出现干区或干带。
干区的电阻比其他湿污层的电阻大得多,因此整个绝缘子的电压几 乎全部集中到干区上,而一般干区的宽度并不大,所以电场强 度很大。如果电场强度足以引起表面空气的碰撞电离,开始出 现电晕火花放电通道,由于火花通道的电阻低于原干燥部分的 表面电阻,使泄漏电流增大,电晕放电很容易直接转变电弧放 电,不过这时的电弧还只存在于绝缘子的局部表面,故称局部 电弧。
3. 弱垂直分量的极不均匀电场 固体介质处于极不均匀电场中,但大部分界面上的电场 切线分量Et大于垂直分量E n ,典型的如支柱绝缘子
均匀电场
强垂直分量的 极不均匀电场
1-电极 2-固体介质 3-电力线
弱垂直分量的 极不均匀电场
(一). 均匀电场中的沿面放电
沿面闪络电压明显低于纯气隙中的击穿电压 原因:
2. 污秽等级 用“等值盐密”来表示绝缘子表面的污秽度:指 与
绝缘子表面单位面积上的污秽物导电性相当的等值 NaCl含量(mg/cm2)
测量污秽度的目的是为了划分污区等级,决定不同污 区内户外绝缘应有的绝缘水平、决定清扫周期;我国 分五级
我们所关心的外绝缘表面的积污程度,不单纯指沉 积的污秽物的多少,而是指污层的导电程度,换言之, 污秽度不仅与积污量有关,而且与污秽的化学成分有关 。实际绝缘子表面所积污的成分很复杂,等值方法:
滑闪放电是具有强垂直分量绝缘结构
所特有的放电形式。
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。
2. 等值回路及分析

x=0
x= l
D
F
l
T
d
1
T-导杆 D-介质(瓷套) F-法兰
C0-比电容,瓷套表面单位面积对导杆的电容 2
Rv-瓷套的体积电阻 RS-瓷套的表面电阻
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。
把所有表面沉积的的污秽刮下,溶于300ml的蒸馏水 中,测出其在20度水温时的电导率,然后在另一杯20度, 300ml 的蒸馏水中加入NaCl,直到其电导率等于混合盐 液的电导率,所加入的NaCl即为等值盐量,再除以绝缘 子的表面积,即为“等值附盐密度”。
等值盐密法的缺点: 不反映污秽成分,不反映非导电物的含量,不反映污秽
起 ▲改变绝缘体表面的电阻率
▲强制固体介质表面的电位分布
在高压套管及电缆终端头等设备中,常用在绝缘内部 加电容极板的方法来使轴向及径向的电位分布均 匀,从而达到提高沿面闪络电压的目的。
三. 绝缘子污秽状态下的沿面放电
电力系统的绝缘事故不外乎两方面的原因: 或是由于电压升高,或是由于绝缘下降。 污闪发生在工作电压下,属于典型的绝缘下降问题
▲增大爬电比距(增大泄漏距离)
由于污闪是污染绝缘子表面上局部电弧逐渐延伸的结 果,在一定电压下,能够维持的局部电弧长度是有限的 (存在一临界值),因此在判断外绝缘的爬电距离(简称 爬距,或泄漏距离)是否足够时,必须与所加电压的高低 联系起来,所以通常用“爬电比距”这一指标来表示外绝

的爬绝电缘比水距平(。 )指外绝缘“相-地”之间的爬电距离(
电力系统的外绝缘,一般均为自恢复绝缘,因 为绝缘子闪络或空气间隙击穿后,只要切除电 源,它们的绝缘性能都能很快地自动彻底恢复。
沿面放电的实验现象:
沿固体介质表面的闪络电压不但比固体 介质本身的击穿电压低得多,而且也比极间 距离相同的纯气隙的击穿电压低不少。可见 绝缘的实际水平取决于它的沿面闪络电压。 它与设备表面的干燥、潮湿或清洁、污染有 很大关系。
固体介质与电极表面接触不良,存在小气隙 大气中的潮气吸附到固体介质的表面形成薄 水膜,电极表面集聚了电荷,降低了闪络电压。
固体表面电阻的不均匀和粗糙不平也会造成 电场畸变。
(二). 极不均匀电场具有强垂直分量时的沿面放电
1. 基本过程 各处场强差异大,套管法兰附近的电力线密集,电
场最强,可出现持续局部沿面放电
(三.)极不均匀电场且垂直分量很弱时的沿面放电
以支柱绝缘子为例,这时沿瓷面的电场切线分量Et较强, 而垂直分量En很弱,这时绝缘子的两个电极之间的距离较 长,其间的固体介质本身不可能击穿,可能出现的只有沿 面闪络。这时固体介质处于极不均匀电场中,因此其平均 闪络场强要比均匀电场低,但由于界面上的垂直电场分量 很弱,沿介质表面不会有较大的电容电流流过,故放电发 展过程中不会出现热电离和滑闪放电。这种绝缘子的干闪 络电压基本随极间距离的增大而提高。
1. 发展过程: 积污-受潮-干区形成-局部电弧出现(爬电)- 局部电弧达到某一临界长度,自动延伸,贯通两级, 完成沿面闪络
局部电弧
扩展的 烘干区
电弧的 延伸
烘干区 铁角 湿污区
悬式绝缘子
绝缘子的污闪是一个复杂的过程,通常可以分为积污、 受潮、干区形成、局部电弧出现和发展四个阶段。 采取措施抑制或阻止任何一个阶段的发展和完成, 就能防止发生污闪事故。
随后电弧附近的湿污层被很快烘干,这意味着干区的扩大,电弧被 拉长,若此时电压不足以维持电弧的燃烧,电弧即熄灭,电弧 呈现“熄灭-重燃”或“延伸-收缩”的交替变化,在外观上 好像电弧在绝缘子上不断地旋转。
污闪放电发展过程: 在雾、露天气时,污层湿度不断增大,泄漏电流也随之
逐渐变大,在一定电压下能维持的局部电弧长度也不 断增加,绝缘子表面上这种不断延伸发展的局部电弧 现象俗称爬电。 一旦局部电弧达到某一临界长度时,弧道温度已经很高, 弧道的进一步延伸就不再需要更高的电压,而是自动 延伸直至贯通两级,完成沿面闪络。
U 0 E0 C0 s
E0 ——滑闪放电的起始场强;
——电压的角频率;
C0 ——比表面电容(F/cm2),
C0 r /[4 9 1011 r2 ln(r2 / r1 )]
s——表面电阻率。
r1 -导杆半径,r2 - 瓷套绝缘层外半径
s、E0、 一定时,滑闪放电的起始电压U 0 主要和比
U↑ → 浅兰色的电晕放电 U↑↑ →电晕延伸,形成平行细光线,是一种辉光放电 U↑>临界值→放电性质改变,明亮的树枝状火花, 在不
同位置交替出现,有轻的爆裂声,称滑闪放电 U↑一点→滑闪放电火花迅速增长,贯穿两级→ 沿面闪络
1 -导杆
1
1
2-法兰 (a)电晕放电
2
(b)细线状 辉光放电
2 (c)滑闪放电
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