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造成電場畸變。 37.1.2 界面上有強垂直電場分量時的沿面放電 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 各處場強差異

2、大，套管法蘭附近的電力線密集，電場最強，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→滑閃放電火花迅速增長，貫穿兩級→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，這時沿瓷面的電場切線分量Et較強，而垂直分量En很弱，這時絕緣子的兩個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)。這時固體介質(zhì)處于極不均勻電場中，因此其平均閃絡(luò)場強要比均勻電場低，但由于界面上的垂直電場分量很弱，沿介質(zhì)表面不會有較大的電容電流流過，故放電發(fā)展過程中不會出現(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，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 絕緣子的污閃是一個復(fù)雜的過程，通?？梢苑譃榉e污、受潮、干區(qū)形成、局部電弧出現(xiàn)和發(fā)展四個階段。 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)計要解決的重要問題； 37.3.2 防止污閃的對策 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，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均勻電場油間隙工頻擊穿電壓的影響。當(dāng)油中含水量達十萬分之幾時，對擊穿電壓就有明顯影響。 當(dāng)油中還含有其他雜質(zhì)時，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)電壓作用時間 油隙的擊穿電壓會隨電壓作用時間的增加而下降，加電壓時間還會影響油的擊穿性質(zhì)。 在電壓作用時間短至幾個微秒時擊穿電壓很高，擊穿有時延特性，屬電擊穿； 電壓作用時間更長時，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，這是因為油中氣泡的電離電壓增高和氣體在油中的溶解度增大的緣故。

8、 38.1.3 提高擊穿強度的措施 油中雜質(zhì)對油隙的工頻擊穿電壓有很大的影響，所以對于工程用油來說，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，擊穿場強可達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 除時間很短的情況，與電壓作用時間關(guān)系不大； ③ 介質(zhì)發(fā)熱不顯著； ④ 電場均勻程度對擊穿有顯著影響。 38.2.2 熱擊穿 固體介質(zhì)會因介質(zhì)損耗而發(fā)熱，如果周圍環(huán)境溫度高，散熱條件不好，無法達到熱均衡，介質(zhì)溫度不斷升高，使介質(zhì)電導(dǎo)增大，進一步升高溫度，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、電氣強度下降的主要原因為： 1)產(chǎn)生活性氣體對介質(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：同時滿足電氣性能、機械性能、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度與其電氣強度成正比，這樣整個組合絕緣的電氣強度最高，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高于交流耐壓（約3倍） 5頁