氣體中的沿面放電川大目前一頁\總數三十三頁\編于八點第三章氣體中的沿面放電和高壓絕緣子目前二頁\總數三十三頁\編于八點§1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械上起到連接或支撐作用的外絕緣部件。1.絕緣子：用作導電體和接地體之間的絕緣和固定連接，如隔離開關安裝觸頭的支絕緣子等。2.瓷套：用作電器內絕緣的容器，如電流互感器、斷路器的瓷套等。3.套管：用作導電體穿過接地隔板、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。目前三頁\總數三十三頁\編于八點絕緣子目前四頁\總數三十三頁\編于八點電流互感器斷路器目前五頁\總數三十三頁\編于八點800kV變壓器套管和穿墻套管目前六頁\總數三十三頁\編于八點三個基本要求：1.有足夠的電絕緣強度;2.能承受一定的外力機械負荷;3.能經受不利的環境和大氣條件的變化。二、絕緣子的電氣性能和機械強度目前七頁\總數三十三頁\編于八點(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—閃絡電壓來衡量。1.干閃絡電壓：清潔、干燥絕緣子的閃絡電壓，它是戶內絕緣子的主要性能。干閃絡電壓還區分為:工頻干閃電壓、操作沖擊干閃電壓和雷電沖擊干閃電壓。2.濕閃絡電壓：潔凈的絕緣子在淋雨情況下的閃絡電壓，它是戶外絕緣子的主要性能。3.污穢閃絡電壓：表面臟污的絕緣子在受潮情況下的閃絡電壓.(二)絕緣子的機械性能1.拉伸負荷2.彎曲負荷3.扭轉負荷(三)絕緣子的冷熱性能(四)絕緣子的老化性能目前八頁\總數三十三頁\編于八點(一)絕緣件1.電瓷：電瓷是無機絕緣材料，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械強度。三、絕緣子的材料目前九頁\總數三十三頁\編于八點

瓷是一種脆性材料，它的抗壓強度比抗拉強度大得多。目前十頁\總數三十三頁\編于八點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點，損壞后“自爆”的特性。目前十一頁\總數三十三頁\編于八點3.復合絕緣材料：硅橡膠，具有良好的憎水性和憎水遷移性目前十二頁\總數三十三頁\編于八點(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。附件結構對絕緣子機械強度的影響很大。導電材料：如套管所用導桿一般均采用銅桿或銅管，有些穿墻套管也采用鋁導體。

(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。目前十三頁\總數三十三頁\編于八點§2氣體中沿固體介質表面的放電沿面放電：絕緣子和空氣的交界面上出現放電現象。閃絡：沿面放電發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表面的電場分布有很大關系。1）均勻電場：2）強垂直分量電場：固體介質處于極不均勻電場中，且電場強度垂直于介質表面的分量(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。目前十四頁\總數三十三頁\編于八點3）弱垂直分量電場：固體介質處于極不均勻電場中，但在介質表面大部分地方（除緊靠電極的很小區域外)，電場強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面斜交。目前十五頁\總數三十三頁\編于八點特點：放電總是發生在瓷柱表面，且同樣條件下，沿瓷柱表面的閃絡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比固體介質低，氣隙中場強將比平均場強大很多，因此這里將發生局部放電。放電產生的帶電質點從氣隙中逸出，到達介質表面后畸變了原有電場，從而降低沿面閃絡電壓。基于這一原因，所以在實際絕緣結構中應保證電極和介質緊密結合。一．均勻電場中的沿面放電目前十六頁\總數三十三頁\編于八點一．均勻電場中的沿面放電目前十七頁\總數三十三頁\編于八點2.介質表面吸附水分形成水膜。水膜具有離子電導，離子在電場中沿介質表面移動，電極附近逐漸積聚起電荷，使介質表面電壓分布不均勻，電極附近場強增加，因此沿面閃絡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.介質表面電阻不均勻和介質表面有傷痕裂紋，也都會畸變電場分布，使閃絡電壓降低。目前十八頁\總數三十三頁\編于八點和空氣間隙一樣，增加氣體壓力也能提高沿面閃絡電壓。但氣體必須干燥，否則壓力增加，氣體的相對濕度也增加，介質表面凝聚水滴，沿面電壓分布更不均勻，甚至出現高氣壓下沿面閃絡電壓反而降低的異常現象。氣壓對沿面放電電壓的影響：目前十九頁\總數三十三頁\編于八點（一）基本過程1.電暈放電。電子崩式的電暈放電階段2.細線狀的輝光放電：到某一電壓后，形成了由許多伸向另一電極的平行細火花線條組成的光帶。放電細線的長度隨著電壓正比增加，特點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垂直分量時的沿面放電目前二十頁\總數三十三頁\編于八點3.滑閃放電：繼續升高電壓，當超過某臨界值后，放電的性質就發生了變化。個別放電細線開始迅速增長，轉變為樹枝狀、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，一處產生后緊貼介質表面向前發展，隨即很快消失，而后又在新的地方產生，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到另一個電極，形成完全擊穿(閃絡)，使間隙喪失絕緣性能，造成電源短路。此后根據電源容量的大小，放電就將轉入空氣中的火花放電或電弧放電了。（一）基本過程目前二十一頁\總數三十三頁\編于八點1）在放電的開始階段,細線通道內因碰撞電離存在著大量帶電質點。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，帶電質點不斷撞擊介質表面，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點增多,介質表面局部溫度也就升得更高。在一定電壓下，此處溫度可高達足以引起氣體熱電離的數值，因此通道中帶電質點數目就將劇增、電阻劇降，通道頭部場強也將劇增，導致通道迅速增長，放電就轉入滑閃放電階段了。所以，滑閃放電是以介質表面通道中發生了熱電離作為特征的。滑閃放電的機理分析目前二十二頁\總數三十三頁\編于八點電壓與滑閃放電的長度長度的關系單純增加沿面的距離來提高閃絡電壓效果不好。玻璃壁的厚度對滑閃放電的長度有較大的影響目前二十三頁\總數三十三頁\編于八點(二)等值回路及分析目前二十四頁\總數三十三頁\編于八點介質表面單位面積（1平方厘米）的電容即比電容為：上三式中——介質的相對介電常數；

——介質的體積電阻率，Ω·cm;——介質的表面電阻率，Ω；

——介質圓柱的內、外半徑，cm。(二)等值回路及分析目前二十五頁\總數三十三頁\編于八點如果介質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的計算公式：d——介質厚度，cm。

F/m(二)等值回路及分析目前二十六頁\總數三十三頁\編于八點根據圖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）介質表面電壓介質表面場強(二)等值回路及分析目前二十七頁\總數三十三頁\編于八點(二)等值回路及分析目前二十八頁\總數三十三頁\編于八點由圖可知，沿介質表面的電壓分布極不均勻，緊靠法蘭處電場強度最大。隨著電壓升高，首先在此處發生局部放電。法蘭(x=0)處電場強度為：當E0達到產生電暈放電(或細線狀輝光，或滑閃放電)的場強時，此時的外加電壓：即為電暈放電(或細線狀輝光放電，或滑閃放電）的起始電壓。工頻電壓下，介質的體積電導故通常足夠長，，因而(3-13)式可簡化為(二)等值回路及分析目前二十九頁\總數三十三頁\編于八點①電壓變化快，頻率高，ω大，放電電壓低;②介質厚度d小，相對介電常數εr大，即比電容C0大，放電電壓低；③介質表面電阻率ρs大，表面電壓分布不均勻，放電電壓低;

這些結論與實驗結果一致。(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)和采用介電常數小的介質(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體漆或上半導體釉。這些方法在套管中都得到了應用。目前三十頁\總數三十三頁\編于八點直流沒有明顯的滑閃放電的現象原因是通過介質體積電導的電流很小，體積分流對表面電壓分布的影響極小。所以在有強垂直分量的極不均勻電場中，直流電壓下介質表面的電壓分布和交流下相比要均勻些，放電通道中的電流也小，因此沒有明顯的滑閃放電現象，沿面閃絡電壓也比較高。目前三十一頁\總數三十三頁\編于八點（1）由實驗得到的工頻電壓下滑閃放電起始電壓和比電容的關系如圖3-15所示：kV(有效值)(三)滑閃放電電壓的經驗公式目前三十二頁\總數三十三頁\編于八點（2）計算滑閃放電火花長度的經驗公式：式中U—外加電壓，千伏(幅值)；—比電容，法