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4、淋雨状态下的沿面放电4、淋雨状态下的沿面放电架空输电线路和敞开式变电站处于大气环境中，为了使其在雨天也能安全运行，必须保证线路绝缘子和电站电器绝缘子的湿闪络电压满足规定的绝缘水平。湿闪络电压不仅是户外绝缘子最重要的性能指标，也是决定其外形结构的最主要因素。在设计户外绝缘子时，首先根据干闪络电压的要求初步决定绝缘件的高度，再按湿闪络电压的要求确定伞数和伞形，然后才能确定绝缘子的最终高度(耐污型绝缘子设计还要考虑污耐受电压等)4、淋雨状态下的沿面放电①XP-160②XWP2-160③XWP4-160④LXY4-160⑤LXHY3-160110kV复合绝缘子(FXBW3-110/70)试品参数型式H/mmD/mmL/mm`A/cm2厂家XP-1601552553051691大连电瓷厂XWP2-1601553004502786大连电瓷厂XWP4-1601703305453624大连电瓷厂LXY4-1601552803802098南京电瓷厂LXHY3-1601552804502799南京电瓷厂注：H为结构高度，D为盘径，L为爬电距离，A为表面积。4、淋雨状态下的沿面放电4.1沿淋湿表面放电的物理过程及影响湿放电的外绝缘结构参数沿淋湿表面放电的物理过程沿淋湿表面放电是一种沿着被雨淋湿表面和空气间隙串联路径的放电。沿淋湿表面放电模型4、淋雨状态下的沿面放电淋湿表面的电导很大，因焦耳热使淋湿表面形成间隙性的干燥带，干燥带承担大部分外施电压，当干燥带表面场强超过表面空气临界击穿场强时，则形成局部小弧；但小弧一形成又被雨水将干燥带重新湿润，恢复连续的导电水膜层；由于雨水的离子电导使泄漏电流密度大的地方又因焦耳热使水膜烘干，再次引起局部放电；泄漏电流二次跃变之间的时间非常短，甚至完全连续，没有明显的跃变现象；4、淋雨状态下的沿面放电两伞间的空气隙与完全淋湿的上表面串联，因被伞遮住部分表面润湿程度小，放电不会沿此表面发展，仅会出现局部小弧；如果伞间空气间隙被雨水短路，则直接形成局部电弧通道。因此，在淋雨状态下的沿面放电发展过程非常快，在两电极处(电流密度大)及被伞遮住的下表面(湿润程度很弱)多处出现局部电弧，随外施电压的增高很快发展至闪络。4、淋雨状态下的沿面放电光滑瓷柱湿闪简化模型假定条件：在直流电压下湿带是充分湿润，而干带一开始就存在；宽度随淋雨的持续时间增长而不断变小；则干带的表面电阻和闪络电压也随时间而不断变化；干、湿带有明确的边界，除干带外的其余表面被完全淋湿。)/1()(00LAtLtLD−=干带实际长度LD(t)与淋雨作用时间t之间呈线性减少的函数：式中：参数A通过观察淋雨开始后干带伞裙开始滴水数的方法来确定，仅取决于雨强，与时间无关，即雨强越大，干带淋湿越快。4、淋雨状态下的沿面放电干、湿带的表面总电阻RD和Rw为)(0tLRRDDD=)]([0tLLRRDBww−=式中：、为干、湿带单位长度的表面电阻；为模型的放电距离(即爬电距离)。0DR0wRBL4、淋雨状态下的沿面放电在稳态条件下，瞬时干带承受的电压UD由电阻分压原理得假定干带在直流电压下的击穿电压与带长成正比，即E0是干带的击穿场强。则模型的电路方程为)]}([)(/{)(00tLLRRtLtLUUDBDwDDSD−+=)(0tLEUDbD=)]([]/[)(0000tLLRREtLEUDBDwDS−⋅+=Us为施加于模型的直流电压4、淋雨状态下的沿面放电干带闪络的时间0000000000/1]}[1{DwDDwBsRRRLRLRLLEUALt−−−=0000LEURRsDw非均匀雨量湿闪络的必要条件。当t=L0/A,干带宽度为0，则由上式可得到局部电弧的时间应L0/A,即4、淋雨状态下的沿面放电非均匀雨量下湿闪络的充分条件0000001swBDwDURLERLRR−−当干带闪络时，外施电压几乎全部加在湿带上，湿带因泄漏电流及淋雨连续作用形成几乎不间断的脉冲放电是否也会引起全面闪络问题没有考虑。试验结果表明，这种情况下的脉冲放电向高压电极方向要发展很长一段距离，尤其是负极性脉冲(高压电极为负极性)更是如此，有利于干带击穿后全面闪络的形成。同时，模型假定淋雨一开始湿区就处于高阻稳定态，而实际上要淋雨几分钟后，湿区才达到稳态高阻态，因此，湿闪络有一个淋湿过程。由干闪络时间必须0，可得4、淋雨状态下的沿面放电影响湿放电的外绝缘结构参数根据淋雨状态下的沿面放电物理过程分析可知，湿闪络电压与绝缘子的外形尺寸和伞形有密切的关系。电站电器绝缘子中，伞宽ba和伞间距离da是影响闪络路径中瓷的湿表面和空气间隙比值的主要因素；在悬式绝缘子串上，结构高度Hs和盘径D则是影响闪络路径中瓷的湿表面和空气间隙比值的主要因素。玻璃绝缘子和有机合成绝缘子也有类似的关系。4、淋雨状态下的沿面放电图3-4不同空气间隙长度lk时，瓷板和空气间隙串联的湿闪络电压图3-5不同伞距时，湿闪络电压与伞宽的关系(试品高1m，伞数n)4、淋雨状态下的沿面放电n、da值:1-15,6cm;2-8,12cm;3-4,25cmbaha从图3-5电站电器绝缘子的模拟试验结果可知：当伞宽ba很小时，表面干燥区域小，淋湿表面所占比例大，湿闪络的电压就低；伞宽ba增加，湿闪络电压就随之升高；当ba0.5da时，闪络离开伞表面而发生在伞边缘空气间隙中，湿闪络电压不再随a的增大而增加；减小伞距也能提高湿闪络电压。设计和运行试验表明：范围内较适宜，小者适合于清洁地区运行，大者适合于污秽地区运行；为了保证雨水能形成水珠下落，伞盘最合适的倾斜角为200~300；4、淋雨状态下的沿面放电1~5.0≈aadbbaha4、淋雨状态下的沿面放电对于耐污型电站电器绝缘子，伞倾斜角不小于150/50(上表面/下表面)，mm，。悬式绝缘子的结构高度Hs与盘径D之比Hs/D越大，湿闪梯度(串单位长度的湿闪电压)越小；在Hs/D相同时，铁帽直径较小时有效雨闪路径长，雨闪梯度就较高；下表面棱越密或棱较高时，干燥区越大，湿闪梯度也较大；（图3-6）对于耐污型悬式绝缘子，应使爬电距离L、结构高度Hs、盘径D、相邻两伞的爬距La间距ds和伞伸出长度b(双层伞型)之间满足：；；；。50≥ab1≈aadb5.3/≤sHL55.0~5.0/≤DHs5/=sadL8.0/bds4、淋雨状态下的沿面放电4.2绝缘子的湿闪络特性由于户外绝缘子最重要的性能指标是湿闪络电压，因此，在进行外绝缘选择时，必须要求户外绝缘子既要能承受规定的运行电压，也要能承受规定的操作过电压和雷电过电压。4、淋雨状态下的沿面放电GB/T16927.1-1997规定了旨在模拟自然雨对外绝缘的影响，并适用于所有类型电压试验和各类设备试验的标准湿试验程序和淋雨状态(表3-1)。为了比较外绝缘的湿闪络特性，雨水电阻率要按下式校正到20℃时的值(3-11)式中和为20℃和t℃的电阻率，雨水电阻率的温度校正因数与温度的关系如图3-7所示。θρρ⋅=t2020ρtρθ4、淋雨状态下的沿面放电电站电器类绝缘子的湿闪络电压在大雨时，垂直安装的绝缘子上部伞边缘流下的雨水将使伞缘间的空气间隙短路的现象特别明显，这时，闪络电压将明显降低。在水平安装时，绝缘件表面虽然被全部淋湿，但雨水不会使伞缘间空气间隙短路，湿闪电压自然比垂直安装时高。为了提高湿闪络电压，常在伞的下表面设置棱，棱数和棱形的设计原则应保证在绝缘件表面被完全淋湿时也有足够的泄漏距离，使绝缘子具有必要的闪络电压。4、淋雨状态下的沿面放电当垂直安装时，在标准雨下的工频湿闪络电压可按如下经验公式计算为2.21.1lElEUeffefff+=式中：E1.eff为淋雨表面的闪络场强有效值，kV/cm；E2.eff为空气间隙部分的闪络场强有效值，kV/cm；为湿闪路径中的淋雨表面长度，cm；为湿闪路径中空气间隙部分长度，cm。1l2l4、淋雨状态下的沿面放电在水平安装时，可按下式估算工频湿闪络电压，即2747.1+=lUf式中：l为总爬电距离，适用范围为23l180cm。4、淋雨状态下的沿面放电在同一爬电距离下，标准长棒形绝缘子的工频湿闪电压与悬式绝缘子相等或稍有降低的趋势。由于表面淋湿后使绝缘子表面电位分布比干燥时有明显改善，因此，随爬电距离的增大，其湿闪电压将逐渐接近于干闪络电压。支柱或套管的湿闪电压还与伞的隔水效果有关。直流湿闪络特性的基本规律与工频时相似。4、淋雨状态下的沿面放电在操作冲击和雷电冲击电压作用下，表面淋湿对闪络电压的影响比工频电压下要小，而且冲击电压作用时间越短，湿闪电压越接近于干闪络电压。实验结果表明，当电压作用时间约0.01s时，湿闪电压比干闪电压约低10%，显然，雷电冲击湿闪电压要比操作冲击湿闪电压更接近于干闪络电压。支柱及瓷套绝缘子的50%冲击湿闪络电压比干闪电压下降的程度比悬式绝缘子要稍大一些，绝缘子高度增大，这种趋势越明显，而且负极性比正极性低。4、淋雨状态下的沿面放电图3-11悬式绝缘子串的闪络路径线路悬式绝缘子串的湿闪络电压如图3-11所示，悬式绝缘子串的湿闪络径是沿l(CBD)或空气间隙L(EF)。显然，增大，平均雨闪梯度也增大，湿闪络电压就要提高；∑ltfHU/图3-12绝缘子串工频闪络电压与串长的关系1、3—干闪络；2、4、5—湿闪络；1、2——带椭圆均压环4、淋雨状态下的沿面放电整串的工频湿闪电压和串长基本上呈线性关系，但其湿闪电压值与绝缘子结构有关(图3-12)；4、淋雨状态下的沿面放电图3-13绝缘子串干闪和工频湿闪络电压的比较1—干闪；2—湿闪(M—4.5);3—湿闪(—8.5)当绝缘子串不太长时，同型号绝缘子串的工频湿闪电压比干闪电压约低15%~20%；当串长增加时，干燥状态下沿串的电压分布很不均匀，而在淋雨状态下因淋湿表面电导增大而使沿串电压分布相对变得均匀一些，因此，绝缘子串的工频湿闪电压随串长增加而逐步接近干闪电压，甚至超过干闪电压(图3-13)；4、淋雨状态下的沿面放电耐张绝缘子串的工频湿闪电压比悬垂串约高2%～5%（图3-14）。图3-14悬垂串和耐张串工频湿闪电压比较(XP-70)1—耐张串；2—悬垂串4、淋雨状态下的沿面放电悬式绝缘子串的操作冲击湿闪络电压通常是正极性比负极性低，并随雨量的增加而两者逐渐接近，只有在极少遇到的特大雨下才可能出现负极性湿闪电压比正极性低的现象；4、淋雨状态下的沿面放电图3-15悬式绝缘子串正极性操作冲击湿闪电压与波前时间的关系如图3-15所示，悬式绝缘子串的操作冲击湿闪电压与波形有关，在一定的波前时间下，正极性50%操作冲击湿闪电压也有极小值，并且随串长l的增加与湿闪电压出现极小值相对应的波头时间也加大；正极性50%操作冲击湿闪多数发生在波尾，即操作冲击湿闪电压与波尾有关；图3-16XP-70悬垂串的操作冲击闪络电压U50与绝缘子串片数的关系1—800/5000μs，湿闪，正、负极性；2—100/5000μs，湿闪，正、负极性；3—100/5000μs，干闪，正极性；4—800/5000μs，干闪，正极性；5—工频干闪；6—工频湿闪；7—1.5/40μs，正极性4、淋雨状态下的沿面放电4、淋雨状态下的沿面放电从图3-16可以看出，悬式绝缘子串的操作冲击湿闪电压与绝缘子片数或串长基本上呈线性，比干闪电压约低5%～20%，并随串长的增加其差值逐渐减少，干闪电压具有饱和趋势。此外，实验结果还表明：门型塔中悬垂串操作冲击湿闪电压比干闪电压低5%，V形串也比干闪电压低5%左右。大多数试验结果表明，操作冲击干闪特性与湿闪特性相似，仅是湿闪电压值比干闪电压值低而已。由于雷电冲击电压作用时间相对来说比操作冲击电压作用时间短，因此，其淋雨状态对闪络电压的影响比操作冲击时小，但其基本规律与操作冲击湿闪特性相似。4、淋雨状态下的沿面放电4.3大气环境因素对湿放电特性的影响输电线路和敞开式变电站处于复杂的大气环境之中，降雨量、雨水电阻率、海拔高度及雨水酸度等大气环境因素对湿闪络电压将产生不同程度的影响，在进行绝缘选择和