沿面放电及闪络

模块六沿面放电试验情景一沿面放电及闪络新课引入：什么是沿面放电？常发生在高压外绝缘及高压绝缘子表面。定义：沿着固体介质表面所进行的气体放电。放电发展到另外一极称为闪络。实验表明：沿固体介质表面的闪络电压比固体介质本身的击穿电压低很多，也比相同间距的纯气隙的击穿电压低得多。一个绝缘装置的实际耐受电压往往取决于它的闪络电压，而闪络电压常受固体介质表面的干燥、清洁、污染等情况影响。因此设计时需要知道绝缘子的干闪络、湿闪络和污秽闪络电压。界面电场分布的三种典型情况一、均匀和稍不均匀电场中的沿面放电由于电场畸变使沿面闪络电压比空气间隙击穿电压低得多。因此，均匀电场中闪络电压①与固体介质吸附水分的能力有关；②与固体介质与电极结合的紧密程度有关；③与固体介质表面电阻和表面光滑状况有关；④与气体的状态有关；⑤与电压的种类有关。Us＜Ub原因在于：①介质与电极间存在气隙→局放→电荷畸变电场→Us↓；②介质表面吸潮形成水膜→畸变电场→Us↓；③介质表面电阻分布不均匀→Us↓。提高Us措施：密合、光滑、干燥气体下增大气压。二、极不均匀场中具有强垂直分量时的沿面放电电场特点：电力线与固体介质表面几乎垂直。放电特点：闪络发展过程中会出现滑闪放电典型设备：穿墙套管（法兰边缘场强最大）电晕放电→（放电伸展）刷状放电→（放电继续发展）滑闪放电滑闪放电是强垂直分量场特定的放电形式。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；热游离是滑闪放电的重要特征和条件。滑闪放电的机理影响闪络电压的因素：1、体积电容C0对Us的影响C0越大→U分布越不均匀→Us↓r表越大→U分布越不均匀→Us↓2、介质材料吸湿性吸湿性大→r表分布不均匀→Us↓大气相对湿度70%湿度影响很小大气相对湿度70%湿度↑→Us↓提高Us的措施：1、↓C0：增大绝缘厚度，采用小介电常数介质2、↓r表：法兰瓷套表面涂半导体釉（漆），工程上常用。电场垂直分量小→沿面电容电流小→无热电离和滑闪→沿面放电电压降低不多提高放电电压的途径主要是用均压屏蔽环等改变电极形状，缓和局部高强场，均匀电场分布三、弱垂直分量极不均匀场的沿面放电四、干闪、湿闪1、干闪定义2、湿闪定义绝缘子表面在干燥、洁净状态下的闪络表面洁净的绝缘子在淋雨时的闪络。五、污闪1、定义：重污染地区：化工厂、水泥厂、冶炼厂等高盐密区恶劣大气条件：雾、露、雪、毛毛雨表面脏污的绝缘子在受潮情况下的闪络。2、污闪过程：表面受污、受潮不同→R表分布不均匀，泄漏电流分布不同，电流大处发热多、干燥快→形成高阻干燥带→此处I↓，附近潮区I↑→干燥带扩大→干燥带几乎受全部电压→当EEcr→局部闪烁放电→热游离产生局部电弧。若：1）外施电压、弧道电流足以维持局部电弧燃烧→闪络2）否则→熄灭4、影响因素：（1）表面泄漏电流的大小；（2）绝缘子直径；（3）爬电距离；（4）污层电导率；（5）大气湿度3、污闪条件：（1）产生局部电弧（2）污闪电流能维持局部电弧燃烧5、污闪的危害：干闪和湿闪通常在过电压下发生，而污闪在工作电压下就可能发生；污闪往往造成大面积多点事故，重合闸动作成功率远低于雷击闪络时的情况，易导致事故扩大和长时间停电。污闪被认为是电力系统安全运行的大敌。6、等值盐密：表征绝缘子表面污秽度的一个指标，指的是每平方厘米表面上沉积的等效NaCl毫克数。“等值盐密法”即是用NaCl来等值表示表面上实际沉积的混合盐类。测量污秽度是为了划分污区、决定户外绝缘应具备的绝缘水平、决定清扫周期。我国是按三个因素来划分污区等级的：污源，气象条件和等值盐密。我国国标规定的污秽等级从0级到Ⅳ共五个级别，污秽程度逐级提高。（参照P28表1-4所示）六、防污闪的措施两个途径：一是改善绝缘表面电位分布；二是改进绝缘子的形状、材料，减小表面泄漏电流。具体措施：1、增大泄漏距离（爬距）：“爬电比距”λ是指外绝缘“相—地”间的爬电距离（cm）与系统最高工作电压（kV，有效值）之比，该指标用来表示染污外绝缘的绝缘水平。若某地常出现不应有的污闪事故，可考虑增大爬距、加强绝缘。比如增加绝缘子片数、选用耐污性绝缘子或用Ⅴ串代替Ⅰ串。2、屏蔽的应用：改善电极形状，使固体介质表面电位分布均匀化。如采用均压环或屏蔽环。3、涂憎水性涂料（硅脂、室温硫化硅橡胶RTV等）；4、应用半导体釉绝缘子；5、应用硅橡胶合成绝缘子；硅橡胶特点：憎水性强、耐分性好、且具有迁移性；耐气候变化、耐臭氧、紫外线、电弧；重量轻、机械强度高、不破碎、安装方便；价贵，寿命短，5-15年寿命。6、定期或不定期清扫（含带电水冲洗）。情景二绝缘子串电压分布的测量一、试验目的理解输电线路绝缘子串上电压分布不均匀的原因，理解测量绝缘子串上电压分布的意义，掌握电压分布的测量方法，了解绝缘子串的电压分布规律及其测量方法，了解均压环的均压作用。二、绝缘子串的电压分布不均的原因35kV以上的电压输电线路使用由悬式绝缘子组成的绝缘子串来构成具有高电位的导线与具有地电位的杆塔之间的绝缘。绝缘子串上的每片悬式绝缘子结构，尺寸完全相同，若每片绝缘子承受的电压相同，则利用率最高。但是由于绝缘子的金属部分与接地的铁塔和带电的导线之间存在杂散电容，使绝缘子串的电压分布不均。设绝缘子自身电容为C，若只考虑对地杂散电容CE,则等值电路如图（a）所示当CE两端有电位差时，必然有一部分电流经CE流入接地铁塔，而流过CE的电流都是由绝缘子串分流出去，因此靠近导线的绝缘子流过电流最多，电压降△U也最大如果只考虑对导线的杂散电容CL,则等值电路如图(b)所示流过CL的电流都汇入下一片绝缘子中，因此靠近铁塔的绝缘子流过的电流最多，电压降△U最大实际上CE与CL两种杂散电容同时存在，综合考虑两者影响时，绝缘子串的电压分布位图（c）所示一般C为50－70pF，CE为4－5pF，CL只有0.5－1pF，所以CE的影响比CL大，绝缘子串中靠近导线的绝缘子的电压降最大，远离导线的绝缘子电压降逐渐减小，当靠近铁塔横担时，CL的作用显著，电压降又升高。导线1234567C2C1C01234567ia有均压环无均压环绝缘子串上电压分布百分比由导线起绝缘子序号(a)(b)铁塔C0—绝缘子电容,50～70pF；C1—对铁塔(地)电容,4～5pF；C2—对导线电容,0.5～1pF图2.8-1绝缘子串等值电路图及电压分布(a)绝缘子串及等值电路；(b)绝缘子串的电压分布绝缘子串的长度越长，片数越多，电压分布越不均匀。若绝缘子本身电容C大，则对地和对导线杂散电容的影响要小一些，绝缘子串的电压分布就比较均匀。增大CL能在一定程度上补偿CE的影响，使电压分布不均匀程度减小例如可采用增大导线截面积和分裂导线，还可采用均压环，以增加绝缘子对导线的电容，达到改善电压分布的目的。解决绝缘子串电压分布不均的方法当绝缘子承受的电压超过某一数值时，会产生电晕，引起绝缘子金具的腐蚀；同时伴随产生的脉冲电磁波，会干扰附近的无线电通讯。若其中一个绝缘子出现沿面放电，相当于短接，将使其他绝缘子承受更高电压。三、绝缘子串电压分布测量的意义当绝缘子表面因污秽而电阻下降时，或者因机械﹑电和环境等因素的影响而绝缘电阻发生变化时，沿绝缘子串表面的电压分布将发生改变，严重时将发生绝缘闪络在工作电压作用下沿绝缘子串表面有一定电压分布当绝缘子表面比较清洁时，电压分布由绝缘子本身电容和杂散电容决定例如在输电线路的绝缘子串中，当出现损坏了的绝缘子（即零值绝缘子）时，这片绝缘子就不再承受电压，其他绝缘子上的电压就会升高，有可能引起对地闪络。因此测量绝缘子表面的电压分布可以发现绝缘子是否存在缺陷。有低值绝缘子时的电压分布正常的电压分布1234567）（%U从导线侧起的绝缘子编号若绝缘子串中出现低值或零值绝缘子，根据正常的电压分布曲线和实测的曲线就能判断出来，如下图所示。一般某片绝缘子的实际电压低于标准值的一半时，即可断定该片为低值或零值绝缘子。四、绝缘子串电压分布测量方法电力生产中经常使用短路叉、可调火花间隙测杆、音响式测杆、电阻分布测杆及各种电压分布测试仪等。将小球隙放电器依次接到每片绝缘子上并保持球隙距离不变，升高加在绝缘子串上的电压直至球隙击穿，记录击穿时所施加在导线上的电压。试验室常用“球隙放电器法”进行测量，接线如下图示。五、试验接线AXaxEF～220V控制台VRT球隙放电器图2.8-2测量绝缘子串电压分布接线图VC1C2设i为各片绝缘子的编号，最靠近导线绝缘子片的编号为1。由于绝缘子本身电压分布不均匀，而球隙器的放电距离是固定的，即其击穿电压Ub在各个绝缘子上均相同，当放电器放在第i片绝缘子上时加在导线上并使放电器击穿的电压为Ui，则有iibiuaUu根据iibiuaUu可知%100iiiuua又因为1....211nniiaaaa即1111niiiniiiuuuu则有niiiuu111将（2）代入（1），可得%100111niiiiuua（1）（2）根据上式即可求得绝缘子串中各片绝缘子的电压分布百分比a1,a2,…,ai,…,an。六、试验步骤（1）按图2.8-2接线，将球隙放电器依次与绝缘子串中的各绝缘子并联，升高加在导线上的电压直至球隙击穿。记录球隙击穿时加在绝缘子串上的电压，做三次，取平均值。（2）断开电源后，在绝缘子串上安装好均压环，保持接线不变，重复上述试验。（3）测量含有一个低值绝缘子（用阻值为5MΩ的电阻与一片绝缘子并联进行模拟）的绝缘子串电压分布，测量方法同1。七、注意事项（1）小球隙距离在试验过程中应保持不变。（2）每两次试验间隔要足够长，以使空气间隙有充分的去游离时间。（3）试验所加电压不应太高，即球隙不要太大，以免发生强烈电晕，影响绝缘子串电压分布。思考：试验结束之后，电压分布曲线应该如何绘制？