2.5沿面放电

2.2均匀电场中气体的击穿过程2.3不均匀电场中气体的击穿过程气体绝缘材料及其击穿特性2.1气体中带电质点的产生与消失2.4冲击电压下气体的击穿过程2.5沿面放电2.5沿面放电2.5沿面放电重庆电力高等专科学校【学习任务】了解气体沿面放电和闪络的现象，熟悉各类绝缘子沿面放电的特点，了解提高各类绝缘子闪络电压的方法。1.2气体绝缘材料及其击穿特性气体放电：气体中流通电流的各种形式。工程上将击穿和闪络统称为放电。2.5沿面放电套管悬式绝缘子支柱绝缘子绝缘子是将处于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。主要有套管、支柱绝缘子、悬式绝缘子等。2.5沿面放电沿面放电：当带电体电位超过一定值时，常常在固体介质和空气的交界面上出现的放电现象。闪络：当沿面放电发展为贯穿性空气击穿时，称为沿面闪络。沿面闪络时的临界电压称闪络电压。2.5沿面放电电力系统不少绝缘事故均是沿面闪络造成的。所以研究它的放电机理和规律对电气设备的设计和安全运行都有重大的现实意义。（一）均匀电场中的沿面放电U闪Ub纯空原因？2.5沿面放电1.表面吸潮一层水膜离子电导在E作用下向电极运动电极附近E电极间E电极附近首先游离U闪因此与绝缘材料表面吸潮性有关与离子移动累积电荷导致沿面闪络电压低于空气间隙的击穿电压。2.表面污秽表面有毛刺、裂纹表面电阻不均匀引起局部E首先游离U闪3.电极和固体介质接触不良有气隙，形成分层介质ε气=1ε介≈4气体中E首先游离局部放电带电质点从气隙逸出到介质表面畸变原E变成不均匀电场U闪越易吸湿的固体，沿面闪络电压越低。如玻璃、陶瓷。由于表面水分中离子沿电场移动需要时间，因此工频和直流电压下的沿面闪络电压比冲击电压下低。工程中绝大多数是极不均匀电场的沿面放电。2.5沿面放电（一）均匀电场中的沿面放电导电杆（电极）固体介质（电工陶瓷）法兰（接地极）导电杆固体介质法兰二、极不均匀电场中的沿面放电1、套管的沿面放电（电场具有强垂直分量）2.5沿面放电放电发展过程可大致分为三个阶段电晕放电细线状辉光放电滑闪放电放电形成平行向前伸展的许多细光线法兰的边缘先出现浅蓝色的电晕放电较明亮的浅紫色的树枝状火花1、套管的沿面放电（电场具有强垂直分量）套管沿面放电的解释由于电场的强垂直分量，使得流过体积电阻r2和电容C的电流分量大，流过表面电阻r1的电流逐渐减小。法兰附近沿介质表面电流密度最大，电位梯度也最大，因此最先出现初始的沿面放电。在电场强垂直分量的作用下，带电质点撞击介质表面，引起局部温升，导致热游离，从而带电质点剧增，电阻剧降，通道迅速增长，即滑闪放电热游离是滑闪放电的重要特征固体介质处于极不均匀电场中，且界面电场的垂直分量比平行于表面的切线分量大得多。r1:套管表面单位面积的表面电阻，r2:单位面积的体积电阻，C:单位面积与导电杆间的电容。提高套管沿面闪络电压的方法1、减小C值，如加大法兰处套管外径，或采用瓷-油组合绝缘结构。2、减少法兰附近的瓷表面的电阻率，在此处涂半导体漆或上半导体釉，以改善电位分布。1、套管的沿面放电（电场具有强垂直分量）2、支柱绝缘子的沿面放电(电场具有弱垂直分量）母线（电极）固体介质（电工陶瓷）法兰（接地极）电极电极固体介质(a)(b)电力线支持绝缘子表面电场的垂直分量小，沿固体介质表面没有较大的电容电流流过，放电过程中不会出现热游离现象，故没有明显的滑闪放电。因而垂直于放电发展方向的介质厚度对放电电压实际上没有影响。在这种情况下沿面放电电压比同电极结构下纯空气间隙放电电压降低不多。二、极不均匀电场中的沿面放电1、增高支柱绝缘子，加大极间距离2、装设均压环提高支柱绝缘子沿面闪络电压的方法例如：高3.3m的支柱绝缘子，干闪电压为588kV，顶部加装直径为1.5m的均压环后，干闪电压提高到834kV。2、支柱绝缘子的沿面放电(电场具有弱垂直分量）3、悬式绝缘子的沿面放电(电场具有弱垂直分量）悬式绝缘子串的表面电场的垂直分量也很小（与支柱绝缘子一样），沿固体介质表面也没有较大的电容电流流过，放电过程中不会出现热游离现象，故没有明显的滑闪放电。因而垂直于放电发展方向的介质厚度对放电电压实际上没有影响。沿面闪络电压则随绝缘子片数的增多而提高。二、极不均匀电场中的沿面放电绝缘子串的电压分布很不均匀使用均压环来改善绝缘子串的电压分布绝缘子串（钢化玻璃）均压环四分裂导线图1-43500kV线路的绝缘子串3、悬式绝缘子的沿面放电湿闪：表面洁净的绝缘子在淋雨时的闪络；干闪：表面干燥、洁净的绝缘子发生的闪络；污闪：表面脏污的绝缘子在受潮情况下的闪络；绝缘子的三种闪络方式要提高绝缘子的湿闪电压，必须在绝缘子外形设计时使淋雨状态下（实验室湿闪试验时取淋雨角为45°以模拟较严重的自然降雨情况）介质表面有一部分不直接受雨淋。为此户外绝缘子都有伞裙。绝缘子伞裙突出于主干直径的宽度与伞间距离之比，通常取1∶2。ABCAB三、淋雨时绝缘子的沿面放电污秽受潮泄露电流增大形成干区电弧出现干区扩大电弧贯穿两极四、污秽时绝缘子的沿面放电污闪的发展过程四、污秽时绝缘子的沿面放电当污秽程度为0.1mg/cm2(等值盐密）饱和湿润时U污闪=10kV干闪和湿闪在过电压下才能发生，而污闪一般在工作电压下就能发生，常造成长时间、大面积的停电，要待不利的气象条件消失后才能恢复供电，因此污闪事故对电力系统的危害特别大。如X－4.5悬式绝缘子干闪电压75kV湿闪电压45kV四、污秽时绝缘子的沿面放电污闪给电网带来的威胁1989年12月底至1990年2月，由于持续数天大雾，豫北、冀南、晋南、晋中、京津唐以及辽西先后有172条线路、27座变电站全部、部分或瞬时停电。事故面积之广、威胁之大，在我国前所未有。1996年底至1997年初，长江中下游六省一市发生较大面积污闪。同年，华北、山东、西北电网也发生了较大面积的污闪，鲁、沪、皖、鄂、赣、陕和新疆电网都发生了区域性停电事故。2001年1月～2月，由于持续数天大雾，污闪首先由河南电网发生，并逐渐北移，经河北南网、京津唐电网直至辽宁南部和中部。沈阳70%以上的区域停电，损失电量937万千瓦小时；河北、河南损失电量660万千瓦小时。四、污秽时绝缘子的沿面放电1、增加爬电距离提高绝缘子污闪电压的方法爬电距离是指两极间的沿面最短距离。增加爬电距离，可直接加大沿面电阻，抑制电流，提高闪络电压。因此对悬式绝缘子串，常用增加片数或采用大爬电距离的绝缘子。35kV线路一般用2－3片绝缘子增加到3－5片增加到8－10片2、加强清扫提高绝缘子污闪电压的方法对输电线路一般是停电人工清扫，人工上塔，用湿布去擦，工作量极大，劳动条件极差，又在野外，清扫效果也很不稳定、很不理想。2005年12月16日上午10点16分,在三峡电站送出500千伏龙斗二回线路187#——189#杆塔之间，一架红色直升飞机准确飞临，在短短的二十多分钟时间内，机上人员用水枪将三基杆塔上带电运行的15串绝缘子逐一清洗干净。这标志着国家电网公司在国内首次进行的直升机带电水冲洗500千伏线路绝缘子作业获得圆满成功。3.安装风力清扫环风力清扫环采用轻质绝缘材料（如塑料）制成，其结构是1个绝缘环上穿有若干个、按同一方向排列的风力推动碗，组成风力清扫环。使用时，将风力清扫环套在绝缘子上，当有风吹动时，风力清扫环就会转动，风力推动碗的边沿就不断地刮去绝缘子表面上的污垢，从而保证绝缘子表面永远清洁，防止污闪事故发生。提高绝缘子污闪电压的方法没有装风力清扫环之前安装风力清扫环之后时间污闪绝缘子/片雷击绝缘子/片直线杆耐张杆直线杆耐张杆2000年3012682001年227452002年25974时间污闪绝缘子/片雷击绝缘子/片直线杆耐张杆直线杆耐张杆2003年04342004年06262005年0426某电力公司安装风力清扫环前后效果比较3.安装风力清扫环两个月自然风力清扫效果3.安装风力清扫环4、绝缘子表面涂憎水性涂料使受潮的污秽层形不成连续导电膜，抑制泄漏电流，从而提高闪络电压。硅油和地蜡涂料的寿命短，RTV涂料（室温硫化硅橡胶涂料）的寿命很长。国内最早的RTV涂料已在户外晒了10多年，带电运行10年以上。提高绝缘子污闪电压的方法5、采用人工合成绝缘子污闪电压是瓷绝缘子的两倍以上：憎水性很强的硅橡胶简单平滑的伞形与较细的杆径提高绝缘子污闪电压的方法1、什么叫绝缘子的沿面放电、沿面闪络？2、均匀电场中，为什么固体表面的闪络电压比纯空气间隙低？3、套管的沿面放电过程？4、如何提高套管、支柱绝缘子、悬式绝缘子的沿面闪络电压？5、什么叫干闪，湿闪，污闪？6、如何提高绝缘子的污闪电压？思考题