第70講 氣體中沿固體表面的放電及液體與固體介質(zhì)的擊穿(2010年新版)

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1、 第37章 氣體中沿固體表面的放電 37.1 界面電場分布對(duì)沿面放電的影響 37.1.1 均勻電場的沿面放電 固體介質(zhì)處于均勻電場中，且界面與電力線平行，工程實(shí)際中很少 沿面閃絡(luò)電壓明顯低于純氣隙中的擊穿電壓原因： ?固體介質(zhì)與電極表面接觸不良，存在小氣隙 ?大氣中的潮氣吸附到固體介質(zhì)的表面形成薄水膜，電極表面集聚了電荷，降低了閃絡(luò)電壓。 ?固體表面電阻的不均勻和粗糙不平也會(huì)造成電場畸變。 37.1.2 界面上有強(qiáng)垂直電場分量時(shí)的沿面放電 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大得多，典型的如套管 1. 基本過程 各處場強(qiáng)差異

2、大，套管法蘭附近的電力線密集，電場最強(qiáng)，可出現(xiàn)持續(xù)局部沿面放電 Ｕ↑ → 淺蘭色的電暈放電 Ｕ↑↑ →電暈延伸，形成平行細(xì)光線，是一種輝光放電 Ｕ↑＞臨界值→放電性質(zhì)改變，明亮的樹枝狀火花， 在不同位置交替出現(xiàn)，有輕的爆裂聲，稱滑閃放電 Ｕ↑一點(diǎn)→滑閃放電火花迅速增長，貫穿兩級(jí)→沿面閃絡(luò) 提高套管的起暈電壓和滑閃電壓的措施： ▲減小C0：加大法蘭處套管的外徑和壁厚，也可采用介電常數(shù)較小的介質(zhì)，如用瓷－油組合絕緣代替純瓷介質(zhì)等辦法。 ▲減小絕緣表面電阻，如在套管靠近法蘭處涂半導(dǎo)體釉或半導(dǎo)體漆，使此處壓降逐漸減小，防止滑閃電壓過早出現(xiàn)，從而提高沿面閃絡(luò)電壓。 ▲對(duì)于35kV以上的高

3、壓套管，以上措施還不夠，必須采用能調(diào)節(jié)徑向和軸向電場的電容式套管或絕緣性能更好的充油式套管 37.1.3 界面上有弱垂直電場分量時(shí)的沿面放電 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E n，典型的如支柱絕緣子 以支柱絕緣子為例，這時(shí)沿瓷面的電場切線分量Et較強(qiáng)，而垂直分量En很弱，這時(shí)絕緣子的兩個(gè)電極之間的距離較長，其間的固體介質(zhì)本身不可能擊穿，可能出現(xiàn)的只有沿面閃絡(luò)。這時(shí)固體介質(zhì)處于極不均勻電場中，因此其平均閃絡(luò)場強(qiáng)要比均勻電場低，但由于界面上的垂直電場分量很弱，沿介質(zhì)表面不會(huì)有較大的電容電流流過，故放電發(fā)展過程中不會(huì)出現(xiàn)熱電離和滑閃放電。這種絕緣子的干

4、閃 絡(luò)電壓基本隨極間距離的增大而提高。 37.2 受潮表面的沿面放電 在遇到毛毛雨、霧、露等不利天氣時(shí)，污層受潮，電導(dǎo)增大，在工作電壓下的泄漏電流增大，所產(chǎn)生的熱量使水分蒸發(fā)、污層變干，出現(xiàn)干區(qū)或干帶。 37.3 污染絕緣表面的沿面放電 37.3.1 污閃的特點(diǎn) 絕緣子的污閃是一個(gè)復(fù)雜的過程，通常可以分為積污、受潮、干區(qū)形成、局部電弧出現(xiàn)和發(fā)展四個(gè)階段。 積污是發(fā)生污閃的根本原因－城區(qū)比農(nóng)村嚴(yán)重、化工廠、火電廠、冶煉廠等地方最嚴(yán)重； 污層受潮取決于氣象條件－多霧、毛毛雨、易凝露的地區(qū)容易發(fā)生污閃； 干區(qū)出現(xiàn)的部位和局部電弧發(fā)展、延伸的難易，都與絕緣子的結(jié)構(gòu)形狀有密切關(guān)系，

5、是絕緣子設(shè)計(jì)要解決的重要問題； 37.3.2 防止污閃的對(duì)策 增大爬電比距（增大泄漏距離） 由于污閃是污染絕緣子表面上局部電弧逐漸延伸的結(jié)果，在一定電壓下，能夠維持的局部電弧長度是有限的（存在一臨界值），因此在判斷外絕緣的爬電距離（簡稱爬距，或泄漏距離）是否足夠時(shí)，必須與所加電壓的高低聯(lián)系起來，所以通常用“爬電比距”這一指標(biāo)來表示外絕緣的絕緣水平 定期或不定期清掃（減小絕緣子表面的污穢沉積） 避免在絕緣形成連續(xù)的水膜 涂料，在絕緣子表面涂上憎水性材料： 采用半導(dǎo)體釉絕緣子 新型復(fù)合絕緣子 第38章 液體與固體介質(zhì)的擊穿 38.1 液體介質(zhì)的擊穿 38.1.1 工程液體介質(zhì)

6、的小橋擊穿理論 38.1.2 影響擊穿的因素 （1）雜質(zhì)的影響：水分和其他雜質(zhì) 水在變壓器油中有兩種狀態(tài)： ①溶解狀態(tài):高度分散、且分布非常均勻； ②懸浮狀態(tài):呈水珠狀一滴一滴懸浮在油中 圖中表示在常溫下油的含水量對(duì)均勻電場油間隙工頻擊穿電壓的影響。當(dāng)油中含水量達(dá)十萬分之幾時(shí)，對(duì)擊穿電壓就有明顯影響。 當(dāng)油中還含有其他雜質(zhì)時(shí)，擊穿電壓的下降程度隨雜質(zhì)的種類和數(shù)量而異。 （2)油溫 擊穿電壓與溫度的關(guān)系比較復(fù)雜，隨電場的均勻度、油的品質(zhì)以及電壓類型的不同而異。 (3)電場均勻度 優(yōu)質(zhì)油：保持油不變，而改善電場均勻度，能使工頻擊穿電壓顯著增大，也能大大提高其沖擊擊穿電壓。

7、 品質(zhì)差的油：改善電場對(duì)于提高其工頻擊穿電壓的效果較差 在沖擊電壓下，由于雜質(zhì)來不及形成小橋，故改善電場總是能顯著提高油隙的沖擊擊穿電壓，而與油的品質(zhì)好壞幾乎無關(guān)。 (4)電壓作用時(shí)間 油隙的擊穿電壓會(huì)隨電壓作用時(shí)間的增加而下降，加電壓時(shí)間還會(huì)影響油的擊穿性質(zhì)。 在電壓作用時(shí)間短至幾個(gè)微秒時(shí)擊穿電壓很高，擊穿有時(shí)延特性，屬電擊穿； 電壓作用時(shí)間更長時(shí)，雜質(zhì)開始聚集，油隙的擊穿開始出現(xiàn)熱過程，于是擊穿電壓再度下降，為熱擊穿。 (5)油壓的影響 不論電場均勻度如何，工業(yè)純變壓器油的工頻擊穿電壓總是隨油壓的增加而增加，這是因?yàn)橛椭袣馀莸碾婋x電壓增高和氣體在油中的溶解度增大的緣故。

8、 38.1.3 提高擊穿強(qiáng)度的措施 油中雜質(zhì)對(duì)油隙的工頻擊穿電壓有很大的影響，所以對(duì)于工程用油來說，應(yīng)設(shè)法減少雜質(zhì)的影響，提高油的品質(zhì)。 通?？梢圆捎眠^濾、防潮、祛氣等方法來提高油的品質(zhì)，在絕緣設(shè)計(jì)中則可利用“油—屏障”式絕緣(例如覆蓋層、絕緣層和隔板等)來減少雜質(zhì)的影響，這些措施都能顯著提高油隙的擊穿電壓。 38.2 固體介質(zhì)的擊穿 38.2.1電擊穿 1、固體介質(zhì)的電擊穿是指僅僅由于電場的作用而直接使介質(zhì)破壞并喪失絕緣性能的現(xiàn)象。 2、在介質(zhì)的電導(dǎo)很小，又有良好的散熱條件以及介質(zhì)內(nèi)部不存在局部放電的情況下，固體介質(zhì)的擊穿通常為電擊穿，擊穿場強(qiáng)可達(dá)105-106kV/m。 3

9、、電擊穿的主要特征 ① 與周圍環(huán)境溫度有關(guān)； ② 除時(shí)間很短的情況，與電壓作用時(shí)間關(guān)系不大； ③ 介質(zhì)發(fā)熱不顯著； ④ 電場均勻程度對(duì)擊穿有顯著影響。 38.2.2 熱擊穿 固體介質(zhì)會(huì)因介質(zhì)損耗而發(fā)熱，如果周圍環(huán)境溫度高，散熱條件不好，無法達(dá)到熱均衡，介質(zhì)溫度不斷升高，使介質(zhì)電導(dǎo)增大，進(jìn)一步升高溫度，從而介質(zhì)溫度將不斷上升而導(dǎo)致絕緣的破壞，如介質(zhì)分解、熔化、碳化或燒焦，從而引起熱擊穿。 38.2.3 電化學(xué)擊穿 固體介質(zhì)在長期工作電壓作用下，由于介質(zhì)內(nèi)部發(fā)生局部放電等原因，使絕緣劣化，電氣強(qiáng)度逐步下降并引起擊穿的現(xiàn)象稱為電化學(xué)擊穿。 局部放電是介質(zhì)內(nèi)部的缺陷（如氣隙或氣

10、泡）引起的局部性質(zhì)的放電。局部放電使介質(zhì)劣化、損傷、電氣強(qiáng)度下降的主要原因?yàn)椋? 1)產(chǎn)生活性氣體對(duì)介質(zhì)氧化、腐蝕； 2)溫升使局部介質(zhì)損耗增加； 3)切斷分子結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致介質(zhì)破壞。 38.3 組合絕緣的特性 介質(zhì)的組合原則 組合目的：同時(shí)滿足電氣性能、機(jī)械性能、熱性能的要求 配合原則：在外加電壓的作用下，組合絕緣中各層絕緣所承受的電場強(qiáng)度與其電氣強(qiáng)度成正比，這樣整個(gè)組合絕緣的電氣強(qiáng)度最高，各種絕緣材料的利用最合理、最充分。 油紙絕緣是以固體介質(zhì)為主體的組合絕緣，液體只是用作填充空隙的浸漬劑。廣泛用于電纜、電容器、電容式套管等電力設(shè)備中。 缺點(diǎn)是：散熱條件差、易受污染、受潮。 油紙絕緣中，令代表油層參數(shù)，代表浸漬紙參數(shù)，浸漬紙的電氣強(qiáng)度比油大得多在交流電壓下，電壓按介電常數(shù)反比分配，則，電場分布不合理；在直流電壓下，電壓按電導(dǎo)率反比分配，則，電場分布合理，同一根電纜在直流下的耐壓遠(yuǎn)高于交流耐壓（約3倍） 5頁