第三章氣體中的沿面放電和高壓絕緣子第一節(jié)絕緣子的性能要求和材料

第二節(jié)氣體中沿固體介質(zhì)表面的放電

第三節(jié)支柱絕緣子

第四節(jié)棒形絕緣子計(jì)算

第五節(jié)瓷套管

第六節(jié)線路絕緣子

第七節(jié)復(fù)合絕緣子

第八節(jié)污閃2/61第一節(jié)絕緣子的性能要求和材料絕緣子用于將不同電位的導(dǎo)電體在機(jī)械上相互連接，在電氣上相互絕緣1.1：絕緣子：導(dǎo)體與地之間絕緣和連接支柱絕緣子盤形懸式絕緣子3/611.2：瓷套：用做電氣內(nèi)絕緣的容器氧化鋅避雷器電流互感器第一節(jié)絕緣子的性能要求和材料4/611.3：套管：用做導(dǎo)體穿過電器外殼和墻變壓器套管油紙電容式穿墻套管第一節(jié)絕緣子的性能要求和材料5/61

固體介質(zhì)擊穿：一旦發(fā)生擊穿，即意味著不可逆轉(zhuǎn)地喪失絕緣功能。

沿介質(zhì)表面發(fā)生閃絡(luò)：由于大多數(shù)絕緣子以電瓷、玻璃等硅酸鹽材料組成，所以沿著它們的表面發(fā)生放電或閃絡(luò)時，一般不會導(dǎo)致絕緣子的永久性損壞。電力系統(tǒng)的外絕緣，一般均為自恢復(fù)絕緣，因?yàn)榻^緣子閃絡(luò)或空氣間隙擊穿后，只要切除電源，它們的絕緣性能都能很快地自動徹底恢復(fù)。絕緣功能的喪失可以分為以下兩種情況：第一節(jié)絕緣子的性能要求和材料6/61

沿固體介質(zhì)表面的閃絡(luò)電壓不但比固體介質(zhì)本身的擊穿電壓低得多，而且也比極間距離相同的純氣隙的擊穿電壓低不少。輸電線路和變電所外絕緣的實(shí)際絕緣水平取決于它的沿面閃絡(luò)電壓。它與設(shè)備表面的干燥、潮濕或清潔、污染有較大關(guān)系。沿面放電的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：7/61干閃電壓：表面清潔、干燥的絕緣子的閃絡(luò)電壓。是戶內(nèi)絕緣子的主要指標(biāo)。濕閃電壓：表面潔凈的絕緣子在淋雨時的閃絡(luò)電壓，是戶外絕緣子的主要指標(biāo)。污閃電壓：表面臟污的絕緣子在受潮時的閃絡(luò)電壓。人造雨：體電阻率100歐.米，降雨量1~1.5mm/min，45度角

氣體沿面放電的主要類型第一節(jié)絕緣子的性能要求和材料8/61機(jī)械性能：拉伸負(fù)荷、（盤形懸式絕緣子）彎曲負(fù)荷、扭轉(zhuǎn)負(fù)荷（隔離開關(guān)的支柱絕緣子）冷熱性能：膨脹應(yīng)力老化性能：抗老化絕緣子其他性能第一節(jié)絕緣子的性能要求和材料9/61電瓷：無機(jī)材料，耐腐蝕，抗老化，具有足夠的電氣強(qiáng)度和機(jī)械強(qiáng)度；脆，抗壓強(qiáng)度比抗拉強(qiáng)度大得多；上釉強(qiáng)度大鋼化玻璃：電氣和機(jī)械強(qiáng)度大于電瓷，輸電線路鋼化玻璃絕緣子損壞后能“自爆”，便于巡線時及時發(fā)現(xiàn)有機(jī)復(fù)合材料：重量輕、體積小、工藝簡單；表面有憎水性，抗污閃能力強(qiáng)，復(fù)合絕緣子的玻璃纖維芯棒的抗拉強(qiáng)度高于鋼絕緣子材料第一節(jié)絕緣子的性能要求和材料10/6111/6112/61沿面放電：沿絕緣子和空氣的分界面上發(fā)生的放電現(xiàn)象稱為沿面放電；閃絡(luò)：沿面放電發(fā)展到貫穿性的空氣擊穿稱為閃絡(luò)；沿面閃絡(luò)電壓比氣體或固體單獨(dú)存在時的擊穿電壓都低第二節(jié)氣體中沿固體介質(zhì)表面的放電均勻電場沿面放電

極不均勻電場沿面放電13/61界面電場分布可分為3種典型情況，見下圖(a)固體介質(zhì)處于均勻電場中，界面與電力線平行第二節(jié)氣體中沿固體介質(zhì)表面的放電14/61(c)固體介質(zhì)處于極不均勻電場中，但大部分界面上的電場切線分量Et大于垂直分量En（支柱絕緣子）(b)固體介質(zhì)處于極不均勻電場中，且界面電場的垂直分量En比平行于表面的切線分量Et要大得多（套管）15/611）均勻電場沿面放電1）固體與電極接觸面中氣隙產(chǎn)生局部強(qiáng)場引發(fā)放電2）介質(zhì)表面吸附水分形成水膜，水膜中離子遷移到電極附近畸變電場，降低了閃絡(luò)電壓3）介質(zhì)表面電阻不均勻、表面粗糙，畸變電場第二節(jié)氣體中沿固體介質(zhì)表面的放電16/61固體表面吸附水分能力的影響表面吸附水能力小的介質(zhì)，受濕度影響?。ㄊ灒?）均勻電場沿面放電第二節(jié)氣體中沿固體介質(zhì)表面的放電17/61電壓變化較慢擊穿電壓較低離子移動，電荷積聚需要時間，電壓變化緩慢，較電壓變化快時要低。1）均勻電場沿面放電第二節(jié)氣體中沿固體介質(zhì)表面的放電18/61基本過程：1）電暈放電2）刷狀放電3）滑閃放電4）完全擊穿滑閃機(jī)理：帶電離子撞擊介質(zhì)表面，使局部溫度升高，導(dǎo)致熱電離2）極不均勻電場強(qiáng)垂直分量沿面放電第二節(jié)氣體中沿固體介質(zhì)表面的放電19/61滑閃放電在交流和沖擊電壓下很明顯隨著電壓的增加，滑閃長度增加得很快→單靠加長沿面距離來提高閃絡(luò)電壓的效果很差2）極不均勻電場強(qiáng)垂直分量沿面放電第二節(jié)氣體中沿固體介質(zhì)表面的放電20/61等值電路：由表面電阻、體電容、體電阻構(gòu)成比電容C0：介質(zhì)表面單位面積與另一電極間的電容（F/cm2)放電現(xiàn)象與比電容和電壓變化率有關(guān)管壁↓比電容↑→滑閃火花長度↑2）極不均勻電場強(qiáng)垂直分量沿面放電第二節(jié)氣體中沿固體介質(zhì)表面的放電21/61工頻起始放電電壓：提高起始電壓的方法：1）減小比電容→增加厚度、采用介電常數(shù)小的介質(zhì)2）減小表面電阻率→涂半導(dǎo)體漆2）極不均勻電場強(qiáng)垂直分量沿面放電第二節(jié)氣體中沿固體介質(zhì)表面的放電22/611）電場垂直分量小，沿表面不會有較大電容電流，不會出現(xiàn)熱電離→沒有明顯的滑閃放電2）閃絡(luò)電壓與空氣擊穿電壓的差別比有強(qiáng)垂直分量時要小得多3）一般從改進(jìn)電極形狀以改善電場分布入手提高閃絡(luò)電壓2）極不均勻電場弱垂直分量沿面放電第二節(jié)氣體中沿固體介質(zhì)表面的放電23/61實(shí)心帶傘；幾個支柱絕緣子串接后，沿表面的電壓分布不均勻，一般常采用均勻環(huán)支柱絕緣子：弱垂直分量類型3.1戶外第三節(jié)支柱絕緣子24/61實(shí)心或空心帶棱；分為內(nèi)膠、外膠和內(nèi)外聯(lián)膠空心瓷件頂部隔板用來防止沿內(nèi)表面閃絡(luò)3.2戶內(nèi)第三節(jié)支柱絕緣子25/61干閃距離：棒形絕緣子兩電極間的最短空氣距離→決定了干閃電壓傘形、傘數(shù)、支柱直徑對干閃電壓影響不大干閃電壓接近空氣間隙的擊穿電壓，可用棒板空氣間隙估算工頻：操作沖擊：雷電沖擊：4.1干閃電壓第四節(jié)棒形絕緣子計(jì)算26/61傘形、傘數(shù)決定了濕閃電壓→戶外絕緣子的外形結(jié)構(gòu)由濕閃電壓決定介質(zhì)表面完全淋濕時，雨水形成連續(xù)導(dǎo)電層，泄漏電流增加，閃絡(luò)電壓僅為干燥時的40%設(shè)計(jì)時首先根據(jù)干閃電壓初步?jīng)Q定絕緣件高度，再按濕閃電壓確定外形結(jié)構(gòu)，并最終確定絕緣高度4.2濕閃電壓第四節(jié)棒形絕緣子計(jì)算27/61垂直安裝淋雨時閃絡(luò)路徑：1)小雨：AB-BCA’-A’B’或AB-BA’-A’B’：濕表面和空氣間隙串聯(lián)2)大雨：BB’水平安裝淋雨時閃絡(luò)路徑：絕緣子表面4.2濕閃電壓第四節(jié)棒形絕緣子計(jì)算28/61影響濕閃電壓的因素：1)傘寬a：較小時表面干燥區(qū)域小，閃絡(luò)電壓低；a增加，濕閃電壓升高2)傘距t：減小傘距能提高濕閃電壓3)a/t:一般a/t=0.5~14)傘的傾斜角：200~3004.2濕閃電壓第四節(jié)棒形絕緣子計(jì)算29/61垂直安裝：L1=EA+DA’+D’A”+FG：淋雨表面長度L2=AD+A’D’+A”F：空氣間隙長度E1:淋雨表面閃絡(luò)場強(qiáng)E2:空氣間隙閃絡(luò)場強(qiáng)3kV/cm4.2濕閃電壓第四節(jié)棒形絕緣子計(jì)算30/61套管：典型的強(qiáng)垂直分量電場，在中間法蘭邊緣處電場十分集中分類：純瓷套管、樹脂套管、充油套管、充氣套管、油紙電容式套管等純瓷套管廣泛用于35kV及以下穿墻套管和110kV及以下電器套管第五節(jié)瓷套管31/6135kV套管特點(diǎn)：1）套管內(nèi)壁噴鋁，并用彈簧與導(dǎo)桿接觸→內(nèi)部空氣不會電暈2）加大緊靠法蘭的傘的直徑和瓷壁厚度→減小該處比電容3）法蘭到大傘的瓷壁噴鋁或上半導(dǎo)體釉→將法蘭極不均勻的銳邊電極延伸到傘槽下，減弱了法蘭附近的電場強(qiáng)度第五節(jié)瓷套管32/61懸式盤形絕緣子：由鐵帽、鋼腳和瓷件組成，金具和絕緣件用水泥膠合。組成串時，鋼腳接入鐵帽的球窩，成為軟連接瓷盤下表面有棱，或采用雙棱瓷盤瓷盤直徑和結(jié)構(gòu)高度的關(guān)系象濕閃條件下考慮棒形絕緣子的傘寬和傘距一樣，比例為0.5~0.65第六節(jié)線路絕緣子33/61第六節(jié)線路絕緣子34/61零值絕緣子：電阻小于300M歐，成因于瓷件微小的裂紋大多數(shù)的絕緣子：瓷件承受壓力第六節(jié)線路絕緣子35/61電壓分布：中間低，兩邊高第六節(jié)線路絕緣子36/61提高閃絡(luò)電壓的措施：1）加裝均壓環(huán)：（220kV以下，可以提高起暈電壓，但不能提高閃絡(luò)電壓；220kV以上，可以提高閃絡(luò)電壓）第六節(jié)線路絕緣子2）涂半導(dǎo)體涂料（RTV）37/61帶電檢測第六節(jié)線路絕緣子38/61帶電檢測-分布電壓火花叉系列：測量絕緣子分布電壓：先將2接觸下鐵帽，然后將1靠近上鐵帽，產(chǎn)生火花越早、聲音越大，表明電壓越高。第六節(jié)線路絕緣子39/61語音報(bào)數(shù)帶電檢測-分布電壓第六節(jié)線路絕緣子40/61DL-型絕緣子帶電檢測儀：測量絕緣子串縱向電場分布41/6142/6143/6144/61第七節(jié)復(fù)合絕緣子45/61組成：環(huán)氧樹脂玻璃纖維棒、硅橡膠傘盤、護(hù)套第七節(jié)復(fù)合絕緣子46/61優(yōu)點(diǎn)：抗拉、輕、小、防污閃（憎水性）、工藝簡單第七節(jié)復(fù)合絕緣子47/61截至1998年底，我國合成絕緣子掛網(wǎng)總量達(dá)60萬只，僅次于美國居世界第二位[1]，到2002年底我國已使用合成絕緣子約160萬只。京津唐電網(wǎng)在1998年就有3萬余支合成絕緣子在網(wǎng)上運(yùn)行，占該網(wǎng)輸電線路絕緣子總數(shù)的1/3，而110kV線路和220kV線路合成絕緣子已占主流，截止到2001年10月，京津唐電網(wǎng)的復(fù)合絕緣子用量進(jìn)一步增加至91912只，其中北京供電局達(dá)到18373支，約占其主網(wǎng)110kV及以上線路絕緣子的25%～30%[2]第七節(jié)復(fù)合絕緣子48/61問題：界面擊穿、脆斷、老化界面擊穿：局部放電沿護(hù)套與芯棒的界面發(fā)展形成導(dǎo)通性炭化通道，從外表難以觀察到。第七節(jié)復(fù)合絕緣子49/61問題：界面擊穿、脆斷、老化脆斷：護(hù)套破損，酸性水分侵入腐蝕芯棒，局部放電侵蝕芯棒第七節(jié)復(fù)合絕緣子50/61問題：界面擊穿、脆斷、老化老化：紫外線、酸雨、濕污表面放電使護(hù)套和傘群變脆變硬、開裂、粉化、褪色、失去憎水性第七節(jié)復(fù)合絕緣子51/61措施：改進(jìn)工藝、加強(qiáng)端部密封、耐酸芯棒、高溫硫化橡膠舊工藝：手工粘貼新工藝：真空澆注壓接第七節(jié)復(fù)合絕緣子52/61帶電檢測：紅外測溫法原理：缺陷部位異常發(fā)熱第七節(jié)復(fù)合絕緣子53/61帶電檢測：電場法原理：缺陷部位電場畸變（下降）第七節(jié)復(fù)合絕緣子54/61帶電檢測：電場法電場分布曲線：1良好2高壓端缺陷3中部缺陷第七節(jié)復(fù)合絕緣子55/61污閃是電力系統(tǒng)常見的事故之一。例如，1996年12月27～30日華東地區(qū)出現(xiàn)罕見的大霧，華東電網(wǎng)23條500kV線路中就有11條發(fā)生閃絡(luò)，跳閘77次，其中3條線路因零值瓷絕緣子炸裂導(dǎo)致導(dǎo)線落地，220kV系統(tǒng)中24條線路閃絡(luò)，跳閘58次，其中9條線路因零值瓷絕緣子炸裂導(dǎo)致導(dǎo)線落地，雖然斷路器、繼電保護(hù)動作正確，未造成大范圍停電，但仍對電網(wǎng)安全構(gòu)成了嚴(yán)重的威脅[4，5]，1996年12月，在上述華東、華中、西北、山東、福建等地電網(wǎng)瓷絕緣子大面積污閃時，運(yùn)行于中等及重污穢地區(qū)的全部20多萬支合成絕緣子無一閃絡(luò)。1991～1998年8月，京津唐電網(wǎng)合成絕緣子總的閃絡(luò)跳閘次數(shù)是同期瓷絕緣子的1/7，20余次閃絡(luò)跳閘大都重合成功第八節(jié)污閃56/61干燥情況下污穢物的電阻較大，受潮后泄露電流劇增，使閃絡(luò)電壓顯著降低污閃不再是單純空氣間隙的擊穿，而是臟污表面氣體電離和局部電弧發(fā)展、熄滅、重燃、再發(fā)展的過程各類污穢中以化工污穢最嚴(yán)重，水泥等次之引起污穢的氣象條件則以霧、露、雪、毛毛雨為主第八節(jié)污閃57/611）表面電阻大的地方干得快，形成“干燥”帶電流變小，干燥帶重新受潮2）重復(fù)上述過程3）干燥帶承受高壓，產(chǎn)生輝光放電4）線狀放電火花跳動，熱量使干燥帶擴(kuò)大，濕潤區(qū)縮小5）電流增大，引起熱電離，形成局部電弧放電6）電弧烘干鄰近區(qū)域，并迅速發(fā)展7）電弧連通電極，形成閃絡(luò)第八節(jié)污閃8.2污穢閃絡(luò)的基本過程58/