氣體中的沿面放電川大

氣體中的沿面放電川大當(dāng)前1頁，共33頁，星期二。第一頁，共三十三頁。第三章氣體中的沿面放電和高壓絕緣子當(dāng)前2頁，共33頁，星期二。第二頁，共三十三頁?！?絕緣子的性能要求和材料一、絕緣子的分類絕緣子的作用：在電氣上起到絕緣而在機(jī)械上起到連接或支撐作用的外絕緣部件。1.絕緣子：用作導(dǎo)電體和接地體之間的絕緣和固定連接，如隔離開關(guān)安裝觸頭的支絕緣子等。2.瓷套：用作電器內(nèi)絕緣的容器，如電流互感器、斷路器的瓷套等。3.套管：用作導(dǎo)電體穿過接地隔板、電器外殼和墻壁的絕緣部件，如變壓器的出線套管、配電裝置的穿墻套管等。用電瓷作為主要絕緣的稱瓷套管，另外還有充油套管、電容套管等,它們的外絕緣都采用瓷套。當(dāng)前3頁，共33頁，星期二。第三頁，共三十三頁。絕緣子當(dāng)前4頁，共33頁，星期二。第四頁，共三十三頁。電流互感器斷路器當(dāng)前5頁，共33頁，星期二。第五頁，共三十三頁。800kV變壓器套管和穿墻套管當(dāng)前6頁，共33頁，星期二。第六頁，共三十三頁。三個基本要求：1.有足夠的電絕緣強(qiáng)度;2.能承受一定的外力機(jī)械負(fù)荷;3.能經(jīng)受不利的環(huán)境和大氣條件的變化。二、絕緣子的電氣性能和機(jī)械強(qiáng)度當(dāng)前7頁，共33頁，星期二。第七頁，共三十三頁。(一)絕緣子的電氣性能絕緣子的電氣性能通常用連通兩電極的沿絕緣體外部空氣的放電電壓—閃絡(luò)電壓來衡量。1.干閃絡(luò)電壓：清潔、干燥絕緣子的閃絡(luò)電壓，它是戶內(nèi)絕緣子的主要性能。干閃絡(luò)電壓還區(qū)分為:工頻干閃電壓、操作沖擊干閃電壓和雷電沖擊干閃電壓。2.濕閃絡(luò)電壓：潔凈的絕緣子在淋雨情況下的閃絡(luò)電壓，它是戶外絕緣子的主要性能。3.污穢閃絡(luò)電壓：表面臟污的絕緣子在受潮情況下的閃絡(luò)電壓.(二)絕緣子的機(jī)械性能1.拉伸負(fù)荷2.彎曲負(fù)荷3.扭轉(zhuǎn)負(fù)荷(三)絕緣子的冷熱性能(四)絕緣子的老化性能當(dāng)前8頁，共33頁，星期二。第八頁，共三十三頁。(一)絕緣件1.電瓷：電瓷是無機(jī)絕緣材料，由石英、長石和粘土作原料焙燒而成，能耐受不利的大氣環(huán)境和酸堿污穢等的長期作用而不受侵蝕，抗老化性好,且具有足夠的電氣和機(jī)械強(qiáng)度。三、絕緣子的材料當(dāng)前9頁，共33頁，星期二。第九頁，共三十三頁。

瓷是一種脆性材料，它的抗壓強(qiáng)度比抗拉強(qiáng)度大得多。當(dāng)前10頁，共33頁，星期二。第十頁，共三十三頁。2.玻璃：輸電線路采用懸式盤形鋼化玻璃絕緣子還有一個優(yōu)點(diǎn)，損壞后“自爆”的特性。當(dāng)前11頁，共33頁，星期二。第十一頁，共三十三頁。3.復(fù)合絕緣材料：硅橡膠，具有良好的憎水性和憎水遷移性當(dāng)前12頁，共33頁，星期二。第十二頁，共三十三頁。(二)金屬附件

絕緣子的金屬附件主要是由鑄鐵和鋼制成，對一些要通過大電流的產(chǎn)品，為了減少附件的渦流損耗，也有用硅鋁合金做附件的。附件結(jié)構(gòu)對絕緣子機(jī)械強(qiáng)度的影響很大。導(dǎo)電材料：如套管所用導(dǎo)桿一般均采用銅桿或銅管，有些穿墻套管也采用鋁導(dǎo)體。

(三)膠合劑膠合劑是將瓷件和附件膠合連接的材料。最常用的是500號硅酸鹽水泥。當(dāng)前13頁，共33頁，星期二。第十三頁，共三十三頁?！?氣體中沿固體介質(zhì)表面的放電沿面放電：絕緣子和空氣的交界面上出現(xiàn)放電現(xiàn)象。閃絡(luò)：沿面放電發(fā)展成貫穿性的空氣擊穿。沿面放電的三種典型的電場沿面放電和固體介質(zhì)表面的電場分布有很大關(guān)系。1）均勻電場：2）強(qiáng)垂直分量電場：固體介質(zhì)處于極不均勻電場中，且電場強(qiáng)度垂直于介質(zhì)表面的分量(以下簡稱垂直分量)要比平行于表面的分量大得多，套管就屬于這種情況。當(dāng)前14頁，共33頁，星期二。第十四頁，共三十三頁。3）弱垂直分量電場：固體介質(zhì)處于極不均勻電場中，但在介質(zhì)表面大部分地方（除緊靠電極的很小區(qū)域外)，電場強(qiáng)度平行于表面的分量要比垂直分量大。支柱絕緣子就屬于這種情況。其中2和3可概括為電力線與介質(zhì)面斜交。當(dāng)前15頁，共33頁，星期二。第十五頁，共三十三頁。特點(diǎn)：放電總是發(fā)生在瓷柱表面，且同樣條件下，沿瓷柱表面的閃絡(luò)電壓比純空氣間隙的擊穿電壓要低得多。原因分析：若固體介質(zhì)和電極表面沒有完全密合，則兩者間將存在氣隙。由于空氣的介電常數(shù)比固體介質(zhì)低，氣隙中場強(qiáng)將比平均場強(qiáng)大很多，因此這里將發(fā)生局部放電。放電產(chǎn)生的帶電質(zhì)點(diǎn)從氣隙中逸出，到達(dá)介質(zhì)表面后畸變了原有電場，從而降低沿面閃絡(luò)電壓?；谶@一原因，所以在實(shí)際絕緣結(jié)構(gòu)中應(yīng)保證電極和介質(zhì)緊密結(jié)合。一．均勻電場中的沿面放電當(dāng)前16頁，共33頁，星期二。第十六頁，共三十三頁。一．均勻電場中的沿面放電當(dāng)前17頁，共33頁，星期二。第十七頁，共三十三頁。2.介質(zhì)表面吸附水分形成水膜。水膜具有離子電導(dǎo)，離子在電場中沿介質(zhì)表面移動，電極附近逐漸積聚起電荷，使介質(zhì)表面電壓分布不均勻，電極附近場強(qiáng)增加，因此沿面閃絡(luò)電壓低于純空氣間隙的擊穿電壓。一．均勻電場中的沿面放電3.介質(zhì)表面電阻不均勻和介質(zhì)表面有傷痕裂紋，也都會畸變電場分布，使閃絡(luò)電壓降低。當(dāng)前18頁，共33頁，星期二。第十八頁，共三十三頁。和空氣間隙一樣，增加氣體壓力也能提高沿面閃絡(luò)電壓。但氣體必須干燥，否則壓力增加，氣體的相對濕度也增加，介質(zhì)表面凝聚水滴，沿面電壓分布更不均勻，甚至出現(xiàn)高氣壓下沿面閃絡(luò)電壓反而降低的異?，F(xiàn)象。氣壓對沿面放電電壓的影響：當(dāng)前19頁，共33頁，星期二。第十九頁，共三十三頁。（一）基本過程1.電暈放電。電子崩式的電暈放電階段2.細(xì)線狀的輝光放電：到某一電壓后，形成了由許多伸向另一電極的平行細(xì)火花線條組成的光帶。放電細(xì)線的長度隨著電壓正比增加，特點(diǎn)是放電通道中電流密度較小，壓降較大,伏安特性具有上升特征。流注放電階段二、極不均勻電場具有強(qiáng)垂直分量時的沿面放電當(dāng)前20頁，共33頁，星期二。第二十頁，共三十三頁。3.滑閃放電：繼續(xù)升高電壓，當(dāng)超過某臨界值后，放電的性質(zhì)就發(fā)生了變化。個別放電細(xì)線開始迅速增長，轉(zhuǎn)變?yōu)闃渲?、淺紫色、明亮得多的火花。這些放電火花在法蘭的不同位置上交替出現(xiàn)，一處產(chǎn)生后緊貼介質(zhì)表面向前發(fā)展，隨即很快消失，而后又在新的地方產(chǎn)生，這一放電形式稱為滑閃放電。滑閃放電通道中電流密度較大，壓降較小，伏安特性具有下降特征。先導(dǎo)放電階段4．擊穿：滑閃放電火花的長度隨著外加電壓的增加迅速地增大，因而電壓只需增加不多，滑閃放電火花就能達(dá)到另一個電極，形成完全擊穿(閃絡(luò))，使間隙喪失絕緣性能，造成電源短路。此后根據(jù)電源容量的大小，放電就將轉(zhuǎn)入空氣中的火花放電或電弧放電了。（一）基本過程當(dāng)前21頁，共33頁，星期二。第二十一頁，共三十三頁。1）在放電的開始階段,細(xì)線通道內(nèi)因碰撞電離存在著大量帶電質(zhì)點(diǎn)。2）由于電場除具有切向分量外，還具有較大的垂直分量，在電場垂直分量的作用下，帶電質(zhì)點(diǎn)不斷撞擊介質(zhì)表面，引起局部溫度增高。3）隨著電壓增加，沿著放電通道流過的帶電質(zhì)點(diǎn)增多,介質(zhì)表面局部溫度也就升得更高。在一定電壓下，此處溫度可高達(dá)足以引起氣體熱電離的數(shù)值，因此通道中帶電質(zhì)點(diǎn)數(shù)目就將劇增、電阻劇降，通道頭部場強(qiáng)也將劇增，導(dǎo)致通道迅速增長，放電就轉(zhuǎn)入滑閃放電階段了。所以，滑閃放電是以介質(zhì)表面通道中發(fā)生了熱電離作為特征的。滑閃放電的機(jī)理分析當(dāng)前22頁，共33頁，星期二。第二十二頁，共三十三頁。(二)絕緣子的機(jī)械性能絕緣子的作用：在電氣上起到絕緣而在機(jī)械上起到連接或支撐作用的外絕緣部件。當(dāng)前20頁，共33頁，星期二。特點(diǎn)：放電總是發(fā)生在瓷柱表面，且同樣條件下，沿瓷柱表面的閃絡(luò)電壓比純空氣間隙的擊穿電壓要低得多。第三十一頁，共三十三頁。第十六頁，共三十三頁。電瓷：電瓷是無機(jī)絕緣材料，由石英、長石和粘土作原料焙燒而成，能耐受不利的大氣環(huán)境和酸堿污穢等的長期作用而不受侵蝕，抗老化性好,且具有足夠的電氣和機(jī)械強(qiáng)度。此后根據(jù)電源容量的大小，放電就將轉(zhuǎn)入空氣中的火花放電或電弧放電了。瓷是一種脆性材料，它的抗壓強(qiáng)度比抗拉強(qiáng)度大得多。K—系數(shù)，負(fù)雷電沖擊電壓下為，正雷電沖擊電壓下為。當(dāng)前6頁，共33頁，星期二。復(fù)合絕緣材料：硅橡膠，具有良好的憎水性和憎水遷移性當(dāng)前13頁，共33頁，星期二。介質(zhì)表面吸附水分形成水膜?！橘|(zhì)的表面電阻率，Ω；由于空氣的介電常數(shù)比固體介質(zhì)低，氣隙中場強(qiáng)將比平均場強(qiáng)大很多，因此這里將發(fā)生局部放電。絕緣子的金屬附件主要是由鑄鐵和鋼制成，對一些要通過大電流的產(chǎn)品，為了減少附件的渦流損耗，也有用硅鋁合金做附件的。電瓷：電瓷是無機(jī)絕緣材料，由石英、長石和粘土作原料焙燒而成，能耐受不利的大氣環(huán)境和酸堿污穢等的長期作用而不受侵蝕，抗老化性好,且具有足夠的電氣和機(jī)械強(qiáng)度。（3）閃絡(luò)電壓峰值的經(jīng)驗公式:kV3）隨著電壓增加，沿著放電通道流過的帶電質(zhì)點(diǎn)增多,介質(zhì)表面局部溫度也就升得更高。當(dāng)前28頁，共33頁，星期二。當(dāng)前19頁，共33頁，星期二。法蘭(x=0)處電場強(qiáng)度為：個別放電細(xì)線開始迅速增長，轉(zhuǎn)變?yōu)闃渲?、淺紫色、明亮得多的火花。當(dāng)前25頁，共33頁，星期二。第十二頁，共三十三頁。氣體中沿固體介質(zhì)表面的放電直流沒有明顯的滑閃放電的現(xiàn)象法蘭(x=0)處電場強(qiáng)度為：氣體中沿固體介質(zhì)表面的放電電壓與滑閃放電的長度長度的關(guān)系單純增加沿面的距離來提高閃絡(luò)電壓效果不好。玻璃壁的厚度對滑閃放電的長度有較大的影響當(dāng)前23頁，共33頁，星期二。第二十三頁，共三十三頁。(二)等值回路及分析當(dāng)前24頁，共33頁，星期二。第二十四頁，共三十三頁。介質(zhì)表面單位面積（1平方厘米）的電容即比電容為：上三式中——介質(zhì)的相對介電常數(shù)；

——介質(zhì)的體積電阻率，Ω·cm;——介質(zhì)的表面電阻率，Ω；

——介質(zhì)圓柱的內(nèi)、外半徑，cm。(二)等值回路及分析當(dāng)前25頁，共33頁，星期二。第二十五頁，共三十三頁。如果介質(zhì)厚度與半徑相比很小，則式（3-1）、（3-2）可以簡化為平板電極間電容和電導(dǎo)的計算公式：d——介質(zhì)厚度，cm。

F/m(二)等值回路及分析當(dāng)前26頁，共33頁，星期二。第二十六頁，共三十三頁。根據(jù)圖3-12的等值電路，可寫出下列方程其中解上述微分方程，并考慮到邊界條件（見圖3-13）介質(zhì)表面電壓介質(zhì)表面場強(qiáng)(二)等值回路及分析當(dāng)前27頁，共33頁，星期二。第二十七頁，共三十三頁。(二)等值回路及分析當(dāng)前28頁，共33頁，星期二。第二十八頁，共三十三頁。由圖可知，沿介質(zhì)表面的電壓分布極不均勻，緊靠法蘭處電場強(qiáng)度最大。隨著電壓升高，首先在此處發(fā)生局部放電。法蘭(x=0)處電場強(qiáng)度為：當(dāng)E0達(dá)到產(chǎn)生電暈放電(或細(xì)線狀輝光，或滑閃放電)的場強(qiáng)時，此時的外加電壓：即為電暈放電(或細(xì)線狀輝光放電，或滑閃放電）的起始電壓。工頻電壓下，介質(zhì)的體積電導(dǎo)故通常足夠長，，因而(3-13)式可簡化為(二)等值回路及分析當(dāng)前29頁，共33頁，星期二。第二十九頁，共三十三頁。①電壓變化快，頻率高，ω大，放電電壓低;②介質(zhì)厚度d小，相對介電常數(shù)εr大，即比電容C0大，放電電壓低；③介質(zhì)表面電阻率ρs大，表面電壓分布不均勻，放電電壓低;

這些結(jié)論與實(shí)驗結(jié)果一致。(二)等值回路及分析改善沿面電壓分布，提高起始放電電壓的方法①減小比電容C0，如增加絕緣厚度d(加大法蘭處套管的外徑)和采用介電常數(shù)小的介質(zhì)(如用瓷—油組合絕緣，見第八章);②減小表面電阻率ρs，如在靠近法蘭處涂半導(dǎo)體漆或上半導(dǎo)體釉。這些方法在套管中都得到了應(yīng)用。當(dāng)前30頁，共33頁