【正文】 極不均勻電場中，采用 薄片固體絕緣材料 插入電暈間隙 適當(dāng)位置 材料：紙和紙板 擋住與電暈電極同號的空間電荷 使電暈電極與屏障間場強(qiáng)減弱 使屏障與另一極板間場強(qiáng)增大 使電場均勻化 改善電場分布 采用屏障（ 2） 直流電壓下，棒 板空氣間隙擊穿電壓和屏障位置關(guān)系 屏障位置不同，擊穿電壓變化很大 棒極極性不同，屏障的影響也不同 屏障靠近板極，負(fù)極性擊穿電壓下降 正極性提高 23倍，負(fù)極性提高 。 最佳位置： x/d=。 對于交流工頻電壓，作用仍明顯。 棒 棒氣隙，兩極均需設(shè)置屏障 原因：電暈從兩個(gè)棒極發(fā)生 球 球氣隙如何？其中一極接地？ 屏障對提高穩(wěn)態(tài)擊穿電壓作用明顯，對暫態(tài)（沖擊）電壓不明顯 時(shí)間短，電荷移動(dòng)本身不明顯 削弱或抑制電離過程 采用高氣壓 機(jī)理： 減小電子平均自由行程 ，削弱和抑制電離過程。 應(yīng)用：壓縮空氣斷路器、電容器等。 對電氣設(shè)備外殼密封性能要求很高。 高氣壓下，電場均勻度的影響更明顯。應(yīng)采取措施均勻電場。 高氣壓下，電極表面粗糙度的影響也更明顯。電極應(yīng)仔細(xì)加工，保持光潔。 氣體要過濾水分和塵埃等。 削弱或抑制電離過程 采用強(qiáng)電負(fù)性氣體 機(jī)理：吸附自由電子，降低電離概率 如 SF6，氟利昂等鹵族元素 優(yōu)點(diǎn)：電氣強(qiáng)度大于空氣，氣壓不必太高，簡化設(shè)備制造 要求： 液化溫度不高； SF6: 20度，高寒地區(qū)戶外限用 化學(xué)性能穩(wěn)定，放電不易分解、不燃燒、不產(chǎn)生有毒氣體； 生產(chǎn)不困難，價(jià)格不過高。 SF6，除空氣外應(yīng)用最廣泛。 電氣強(qiáng)度是空氣的 ，滅弧能力則為空氣的 100倍以上。 SF6擊穿電壓 = 電場不均勻度對 SF6的影響比對空氣的大 SF6混合氣體。廉價(jià)氣體，如 N2， CO2或空氣與 SF6混合。 相比于廉價(jià)氣體自身電氣強(qiáng)度，電氣強(qiáng)度有很大提高。 但仍低于純 SF6 電氣強(qiáng)度對電場敏感度減小。 液化溫度降低。 價(jià)格降低 削弱或抑制電離過程 采用高真空 機(jī)理：提高電子平均自由行程，減少碰撞次數(shù)。 據(jù)巴申理論，電氣強(qiáng)度可以做到無限大。但實(shí)際上做不到 極間距離較小時(shí)，擊穿電壓很高。大于常壓、高氣壓氣體。 擊穿機(jī)理： 真空擊穿理論 ：與陰極表面的強(qiáng)場發(fā)射有關(guān)。陰極強(qiáng)場發(fā)射電流過大，引發(fā)陰極過熱、釋放金屬氣體破壞真空度，引起擊穿。 極間距離較大時(shí)，擊穿電壓提高較緩，低于高氣壓。 擊穿機(jī)理： 全電壓效應(yīng) ：電子從陰極到陽極，積累了很高的動(dòng)能 —— 轟擊陽極，釋放正離子和光子 —— 正離子和光子到達(dá)陰極表面，加強(qiáng)陰極電離 —— 不斷重復(fù)，電子流越來越大，電極氣化，氣隙擊穿。 全電壓效應(yīng)，引起擊穿電壓隨極間距離增大而降低。 應(yīng)用。 在真空斷路器中得到應(yīng)用：絕緣性能好，滅弧能力強(qiáng) 其它電氣設(shè)備中很少應(yīng)用：真空無法長久保持。 削弱或抑制電離過程 措施對比 幾種措施的 性能對比 ： 曲線 1和 7，曲線 2和 6，說明高氣壓能提高電氣強(qiáng)度 曲線 1和 2，曲線 6和 7，說明強(qiáng)電負(fù)性氣體電氣強(qiáng)度高 曲線 3說明，短氣隙真空效果最好，長氣隙效果提升不明顯 措施 1（高氣壓）和措施 2（強(qiáng)電負(fù)性氣體）同時(shí)使用，那就能獲得更好的效果 如：采用高氣壓的同時(shí)，再采用 SF6氣體來代替空氣 沿面放電及防污對策 主要內(nèi)容 沿面放電 固體介質(zhì)表面有水膜時(shí)的沿面放電 絕緣子污染狀態(tài)下的沿面放電 沿面放電 相同放電距離下，沿面閃絡(luò)電壓比純氣隙的擊穿電壓低得多。 在絕緣裝置的耐壓能力中具有 決定性作用 。是木桶中最短的板。 沿面放電的適用環(huán)境：表面干燥、清潔；表面潮濕、污染 后者沿面閃絡(luò)電壓遠(yuǎn)低， 機(jī)理不同 沿面放電 ：沿氣體介質(zhì)和固體介質(zhì)的交界面上發(fā)展的 氣體 放電現(xiàn)象。 一種特殊的 氣體放電 。特點(diǎn)：電子、離子運(yùn)動(dòng)方向不僅取決于電場方向，也取決于固體形狀。 應(yīng)用：如絕緣子、絕緣支撐、絕緣套管。 沿面滑閃。尚未發(fā)生擊穿的放電形式。 沿面閃絡(luò)：沿面擊穿放電。 擊穿的概念。沿面滑閃和沿面閃絡(luò)的本質(zhì)區(qū)別。 界面電場的分布類型 界面的 電場分布 嚴(yán)重 影響沿面放電特性 。 界面電場分布可分為三種典型情況。 固體介質(zhì)處于 均勻電場 中，且 界面與電力線平行 。 實(shí)用中更多的是固體介質(zhì)處于稍不均勻電場 固體介質(zhì)處于 極不均勻電場 中，且電力線的垂直于界面的 法向分量 大于 平行界面的 切向分量 。 固體介質(zhì)處于極不均勻電場中，且電力線垂直于界面的 法向分量 小于平行界面的 切向分量 。 均勻和稍不均勻電場中的沿面放電 插入固體介質(zhì)后且保持界面與電力線平行，看似沒有影響，事實(shí)上沿面閃絡(luò)電壓將遠(yuǎn)低于純間隙擊穿電壓 原來的均勻電場發(fā)生了畸變。因素如下： 固體介質(zhì)與氣體接觸的狀況。 電場畸變機(jī)制：潮氣吸附到固體表面形成薄水膜 —— 其中離子受電場驅(qū)動(dòng)而移動(dòng) —— 電極附近聚集大量電荷 —— 電場畸變。 既取決于空氣的潮濕程度，更取決于固體材料的吸附水分的性能。 策略：多采用憎水性材料，如石蠟、硅橡膠。少用親水材料：瓷、玻璃 固體介質(zhì)與電極接觸的狀況。 電場畸變機(jī)理：接觸不良，存在小氣隙 —— 小氣隙首先放電 —— 電電粒子沿固體表面移動(dòng) —— 電場畸變 策略：在與電極接觸的固體表面噴涂導(dǎo)電粉末。 固體介質(zhì)表面電阻、表面光滑程度。引起電場畸變 極不均勻電場且具有強(qiáng)垂直分量的沿面放電 放電過程： 在垂直電場作用下，電子、正離子與固體表面有強(qiáng)烈的摩擦。 引起熱游離和滑閃放電 電壓不太高時(shí)，法蘭附近首先出現(xiàn) 電暈放電 電壓提高， 火花放電 許多平行的火花細(xì)線組成的光帶 隨電壓升高，火花細(xì)線長度增加 電壓超越某一臨界值后，放電性質(zhì)變化，個(gè)別細(xì)線突然伸長，轉(zhuǎn)為明亮的火花通道。其位置不固定，交替出現(xiàn)，稱為 滑閃 。 電壓再升高，火花急劇延伸、溝通另一極，氣體擊穿，稱為 閃絡(luò) 。 極不均勻電場且具有弱垂直分量的沿面放電 絕緣子極間距離較長，固體介質(zhì)不可能被擊穿，只可能發(fā)生沿面閃絡(luò)。 垂直分量很弱，基本沒有熱電離和滑閃放電。 電子與固體表面沒有強(qiáng)烈的摩擦 干閃絡(luò)電壓（表面干燥、清潔）基本隨極間距離增大而提高 三種放電對比 閃絡(luò)場強(qiáng)（擊穿電壓）從大到小： 均勻場 極不均勻場、弱垂直分量 極不均勻場、強(qiáng)垂直分量 極不均勻電場中， 弱垂直分量的沿面閃絡(luò)電壓 略小于 同距離氣隙，強(qiáng)垂直分量 遠(yuǎn)小于 同距離氣隙 。 提高沿面放電電壓的方法 將套管型沿面放電問題轉(zhuǎn)換為鏈形等值電路， 根據(jù)該等值電路計(jì)算沿介質(zhì)表面的電壓分布 電壓（電場）分布不均勻，靠近法蘭處場強(qiáng)高，易電暈和滑閃 措施 1：減小分布電容，如加大法蘭套管的外徑和壁厚，采用介電常數(shù)小的介質(zhì) 措施 2：減小絕緣表面電阻，涂半導(dǎo)體釉、半導(dǎo)體漆等 固體介質(zhì)表面有水膜時(shí)的沿面放電 潔凈的瓷表面被雨水淋濕時(shí)的沿面放電 水膜特征：不均勻、不連續(xù)。 外加電壓分布特征：有水膜處電導(dǎo)大、無水膜處小，外加電壓基本由干表面承受 絕緣子在雨中的閃絡(luò)的三個(gè)途徑 沿濕表面 AB和干表面 BCA’發(fā)展。 濕閃電壓取決于雨水導(dǎo)電率。如對于工業(yè)區(qū)的雨水，濕閃電壓約為干閃電壓的 40%~50% 沿濕表面 AB和空氣間隙 BA’發(fā)展 空氣中雨滴不連續(xù)，氣隙擊穿電壓降低不大 濕閃電壓降低不大，雨水導(dǎo)電率影響不大 沿濕表面 AB和水流 BB’發(fā)展。 氣隙被連續(xù)的水流短接，濕閃電壓降到很低 在絕緣子的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，應(yīng)予以充分考慮 三種閃絡(luò)途徑的擊穿電壓，從大到小為： 濕表面 +空氣間隙 濕表面 +干表面 濕表面 +水流 絕緣子污染狀態(tài)下的沿面放電（ 1） 污閃過程：積污、受潮、形成干區(qū)、出現(xiàn)局部電弧、電弧發(fā)展直至沿面閃絡(luò) 積污：一般是漸進(jìn)式，且在干燥狀態(tài)下一般不導(dǎo)電。 受潮：在毛毛雨、霧、露天氣下，污層濕潤，開始導(dǎo)電 形成干區(qū)：電流密度大增大，污層被烘干，出現(xiàn)干區(qū) 出現(xiàn)局部電?。焊蓞^(qū)電阻遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于濕區(qū)，電壓幾乎集中在干區(qū)，對應(yīng)的電場強(qiáng)度大，引起碰撞電離，出現(xiàn)電暈或輝光放電。由于泄漏電流大，極易轉(zhuǎn)為電弧。 由于電弧存在于絕緣子的局部表面，稱為 局部電弧 外加電壓分布的變化，出現(xiàn)電弧之前集中于干區(qū)，之后集中于濕區(qū) 電弧的發(fā)展：出現(xiàn)電弧之后，外加電壓集中于濕區(qū)，電流增大，干區(qū)擴(kuò)大，電弧伸長；根據(jù)電壓的大小，加之電壓過零影響，電弧出現(xiàn)“熄滅 重燃”“延伸 收縮”的交替變化。 絕緣子表面這種不斷延伸發(fā)展的局部放電稱為： 爬電 絕緣子污染狀態(tài)下的沿面放電（ 2） 沿面閃絡(luò)：隨污層濕潤度不斷增加，爬電超越某一臨界長度時(shí)，弧道即可自動(dòng)延伸，形成沿面閃絡(luò)。 污閃電壓： 注意：污閃過程中外加電壓的分布、絕緣電阻和電流的變化過程 外加電壓的分布：整個(gè)污層 —— 干區(qū) —— 濕區(qū) 絕緣電阻：整個(gè)污層電阻 —— 干區(qū)電阻 —— 濕區(qū)電阻 形成污閃的因素： 積污是溫床。措施：治理環(huán)境，清污。 污層受潮或濕潤是催化劑。電力部門不可控。 絕緣子的結(jié)構(gòu)形狀：干區(qū)出現(xiàn)的部位、電弧的發(fā)展。電力部門可控的。 污閃事故的特點(diǎn)：大面積范圍，自動(dòng)重合閘成功率遠(yuǎn)低于雷擊閃絡(luò)，造成經(jīng)濟(jì)損失最大 污穢等級的劃分 污穢度：用“等值鹽密”來表征，即每平方厘米表面上沉積的等效氯化鈉毫克數(shù)。 劃分因素：污源、氣象條件、等值鹽密 劃分目的：決定戶外絕緣應(yīng)有的水平，清掃周期 劃分等級： 0~IV級。 0級為清潔區(qū)， IV為特別嚴(yán)重區(qū) 防止污閃的措施 增大爬電比距（泄漏比距）。 爬電比距：外絕緣“相 — 地”之間的爬電距離與系統(tǒng)最高工作電壓之比。 對耐張絕緣子串，可增加串中片數(shù) 對懸垂串，如增加片數(shù)有困難，可換用每片爬距更大的絕緣子，或用 V型串 用復(fù)合材料制成的環(huán)狀薄片，嵌入絕緣子鐵帽下方。既增加爬電距離，有改善電場分布 清掃表面積污。 定期清掃、不定期、即時(shí)清掃（風(fēng)鈴串） 一般帶電用水沖洗，不能因水沖洗引發(fā)閃絡(luò) 用防污閃材料處理表面。憎水材料 采用半導(dǎo)體釉和硅橡膠的絕緣子。 半導(dǎo)體釉表面有泄漏電流，溫度比環(huán)境溫度高，污層不易吸潮。但易被腐蝕和老化 硅橡膠：復(fù)合結(jié)構(gòu)，較為理想 新型合成絕緣子：防污好、重量輕、體積小、抗拉、抗彎、強(qiáng)度高、制造工藝簡單 章節(jié)復(fù)習(xí) 湯遜理論、流注理論：關(guān)鍵在于二次電子的來源，適用條件 稍不均勻電場、極不均勻電場：是否有穩(wěn)定電暈 極不均勻放電過程：電暈階段、擊穿階段。隨電極極性的不同變化 空氣在各種電壓下的擊穿特性： 穩(wěn)態(tài)（工頻 +直流）、沖擊（雷電、操作） 擊穿電壓對電場均勻度的變化 擊穿電壓的飽和特性 標(biāo)準(zhǔn)雷電波、操作波 相同氣隙下的擊穿電壓：雷電 操作 工頻，后兩者可互換 大氣條件對擊穿特性的影響：校正氣體密度、溫度、濕度、壓力、海拔等 提高氣隙電氣強(qiáng)度的方法：改善電場分布、削弱或抑制電離過程 沿面放電：均勻場、極不均勻且強(qiáng)垂直分量、極不均勻且弱垂直分量 擊穿電壓：均勻 極不均勻且弱垂直分量 極不均勻且強(qiáng)垂直分量 介質(zhì)表面水膜放電：三種途徑 污染放電：污閃過程：積污、受潮、形成干區(qū)、出現(xiàn)局部電弧、電弧發(fā)展直至沿面閃絡(luò) 防污措施： 復(fù)習(xí)題 111 117 118 119