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&&&&&&&&&&&&第3章_气体中的沿面放电和高压绝缘子
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第3章_气体中的沿面放电和高压绝缘子
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资源描述：高电压 绝缘 技术第三章 气体中的沿面放电和高压绝缘子主讲：王建国 教授周 蜜第一节 绝缘子的性能要求和材料第二节 气体中沿固体介质表面 的放电第三节 支柱绝缘子第四节 棒形绝缘子的计算第五节 瓷套管第六节 线路绝缘子第七节 复合绝缘子第八节 介质表面脏污时的沿面放电和污秽绝缘第九节 大气条件对外绝缘放电电压的影响第十节 海拔高度对外绝缘放电电压的影响? 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，在电气上相互绝缘第三章 气体中的沿面放电和高压绝缘子1. 绝缘子：导体与地之间绝缘和连接支柱绝缘子盘形悬式绝缘子第 一 节 绝缘子的性能要求和材料第三章 气体中的沿面放电和高压绝缘子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 一 节 绝缘子的性能要求和材料第三章 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变压器套管油纸电容式穿墙套管穿墙套管第 一 节 绝缘子的性能要求和材料第三章 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（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 一 节 绝缘子的性能要求和材料第三章 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?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 一 节 绝缘子的性能要求和材料第三章 气体中的沿面放电和高压绝缘子三、绝缘子的材料绝缘件（ 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 一 节 绝缘子的性能要求和材料第三章 气体中的沿面放电和高压绝缘子三、绝缘子的材料绝缘件（ 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 一 节 绝缘子的性能要求和材料第三章 气体中的沿面放电和高压绝缘子三、绝缘子的材料绝缘件（ 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 一 节 绝缘子的性能要求和材料第三章 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。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 一 节 绝缘子的性能要求和材料第三章 气体中的沿面放电和高压绝缘子返回第二节 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。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第三章 气体中的沿面放电和高压绝缘子复合绝缘子的沿面放电现象第 二 节 气体中沿固体介质表面的放电? 注意? 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? 沿面放电与固体介质表面的电场分布有很大关系1. 界面电场分布的三种典型情况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。? 界面 —— 气体介质与固体介质的交界面E电极固体介质第三章 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EtEnE电极固体介质? 类似于变压器用电容套管第三章 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大得多电极固体介质? 类似于支持绝缘子 EtEnE 电极复合支持绝缘子 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第 二 节 气体中沿固体介质表面的放电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 . 电极固体介质放电路径? 原因① 固体介质与电极表面没有完全密合存在小气隙 ,或介面有裂纹小气隙存在 形成 (气体 — 固体 —气体 )串联回路电场强度与介电常数成反比且气体介电常数小 小气隙中电场强度大小气隙内先发生放电，产生带电粒子带电粒子在电场作用下沿固体介质表面运动 固体介质表面电场变得不均匀，导致沿面闪络电压低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第 二 节 气体中沿固体介质表面的放电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。电极固体介质放电路径第三章 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外加电压升高，电晕放电延伸滑闪放电电压超过某一值电压微小升高，滑闪迅速延伸，贯穿两极沿面闪络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⑶ 极不均匀电场中垂直分量很弱时的沿面放电（绝缘子）? 注意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? 放电过程电晕放电 辉光放电外加电压升高，电晕放电延伸 电压超过某一值 沿面闪络第三章 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（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?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? 取决于材料的 亲水性 或 憎水性第三章 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。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I I IIIIIII I I I I法兰导杆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。 Rs— 表面电阻； C0 — 瓷套对地电容；Gr— 体积电导 (≈0)；法兰瓷套导杆第三章 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? 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减小 对地电容 C0分流作用减小表面电流更均匀电压分布更均匀沿面电场更均匀沿面闪络电压提高I I IIIIIII I I I I法兰导杆第三章 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I I
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图1-24 沿套管表面放电的示意图
（a）电晕放电
（b）细线状辉光放电 （c）滑闪放电
（d）套管表面电容等值图 1-导杆 2－接地法兰 1、具有强垂直分量时的沿面放电
如图1-24所示，以具有强垂直分量的套管为例，说
明沿面放电的发展过程及其特有形式：
闪络演示 视频连接 发展过程 外施电压升高 电压超过某一值 电压再升高一些 电晕放电 辉光放电 滑闪放电 闪络
图1-24 沿套管表面放电的示意图
（a）电晕放电
（b）细线状辉光放电 （c）滑闪放电
（d）套管表面电容等值图 1-导杆 2－接地法兰 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。 滑闪放电现象可用图1-25所示的等效电路 来解释：
图1-25 套管绝缘子等效电路 C－表面电容 R－体积电阻 r－表面电阻 A－导杆 B－法兰 滑闪放电的起始电压U0和各参数的关系如下： E0 ——滑闪放电的起始场强； ω ——电压的角频率； ρs——表面电阻率。 C0 ——比表面电容（F/cm ）， U0 = E0
ωC0ρs C0 = ε r /[4π×9×1011×r2 ln(r2 /r1)] 2 提高滑闪放电电压的方法 减小C0
：增大固体介质的厚度，或采用相对介 减小 ρs
：在套管的法兰附近涂半导电漆 电常数εr较小的固体介质 C0 & 0.25×10
一定时，滑闪放电的起始电压U0主要和 ρs、 E0、 ω 比表面电容值C0 有关，经验公式如下： C0 1.36×10 Ucr = Ucr——工频滑闪放电的起始电压有效值（kV）;
C0——比表面电容（F/cm）。 ?12 适用范围： 0.44 ?4 2 2 2、具有弱垂直分量时的沿面放电 电极形状和布置不会显著降低沿面闪络电 压； 由于电场垂直分量较小，因此不会出现热电
离和滑闪放电，介质厚度对放电电压没有影响； 改进电极形状可改善电极附近的电场，从而 提高沿面放电电压。 1.3.4 绝缘子的污秽放电 污闪形成：绝缘子常年处于户外，自然界灰尘和
飘浮盐碱颗粒易附于其上，从而形成污层。随着
大气湿度的提高，污层将受潮变得湿润，导致电
导剧增，绝缘子泄漏电流大大增加。当绝缘子闪
络电压降到一个很低的水平时，即使在工作电压
下，绝缘子都可能发生污闪。 污闪：由于污秽导致产生的闪络，对电力系统造 成的损失最大。 1、污闪发展过程 （1）污秽层的形成 （2）污秽层的受潮 （3）干燥带形成与局部电弧产生 （4）局部电弧发展形成闪络 2、污秽等级的划分及污秽度评定方法 等值盐密法——把绝缘子表面的污秽密
度，按照其导电性转化为单位面积上NaCl
含量的一种方法。 我国国标推荐的污秽等级划分标准如 下表所示： 目前，世界上应用最广的划分污秽等 级的方法是等值盐密法。 污秽等级 污湿特征 盐度/（㎎/㎝2） 线路 发电厂、变电所 0 大气清洁地区及离海岸盐场50km以上无明显污染地区 ≤0.03 Ⅰ 大气轻度污染地区，工业区和人口低密度区，离海岸盐场10km-50km地区，在污闪季节中干燥少雾（含毛毛雨）或雨量较多时 &0.03-0.06 ≤0.06 Ⅱ 大气中等污染地区、轻盐碱和炉烟污秽地区，离海岸盐场3km～10km地区，在污闪季节中潮湿多雾（含毛毛雨）但雨量较少时 &0.06-0.10 &0.06-0.10 Ⅲ 大气污染较严重地区，重雾和重盐碱地区，近海岸盐场1km～3km地区，工业与人口密度较大地区，离化学污源和炉烟污秽300m～1500m的较严重污秽地区 &0.10-0.25 &0.10-0.25 Ⅳ 大气特别严重污染地区，离海岸盐场1km以内，离化学污源和炉烟污秽300m以内的地区 &0.25-0.35 &0.25-0.35 表1-7 高压线路以及发电厂、变电所污秽等级 污秽度评定方法 等值盐密法 积分电导率法 泄露电流脉冲计数法
最大泄露电流法
污闪梯度法 局部电导率法 1.3.5
提高沿面放电电压的措施 (1)屏障
(2)屏蔽 (3)提高表面憎水性 (4)消除绝缘体与电极接触面的缝隙
(5)改变绝缘体表面的电阻率 (6)强制固体介质表面的电位分布
(7)提高污闪电压 小 结 闪络是沿着整个固体绝缘表面发生的放电；
滑闪放电是具有强垂直分量绝缘结构所特有的
放电形式；
掌握提高沿面放电电压的措施。 （本节完） * 3、极不均匀场中屏
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