了解不同電場分布情況下沿面放電的特點(diǎn)及影響沿面閃絡(luò)電壓的因素

一、界面電場分布的典型情況

沿著固體介質(zhì)表面發(fā)生的氣體放電現(xiàn)象稱為沿面放電。沿面放電發(fā)展成貫穿兩極的放電時，稱為沿面閃絡(luò)。在放電距離相同時，沿面閃絡(luò)電壓低于純空氣間隙的擊穿電壓。

氣體介質(zhì)與固體介質(zhì)的分界面稱為界面。沿面放電現(xiàn)象及沿面閃絡(luò)電壓與界面電場的分布情況有關(guān)。界面電場分布有以下三種典型情況。

(1)固體介質(zhì)處于均勻電場中，且界面與電力線平行，如圖TYBZ01402007-1(a)所示.

(2)固體介質(zhì)處于極不均勻電場中，且電力線垂直于界面的分量(以下簡稱垂直分量)比平行于界面的分量大。套管就屬于這種情況，如圖TYBZ01402007-1(b)所示。

(3)固體介質(zhì)處于極不均勻電場中，在界面大部分地方電力線平行于界面的分量比垂直分量大。支持絕緣子就屬于這種情況，如圖TYBZ01402007-1(c)所示。

二、均勻電場中的沿面放電

在兩平行板電極構(gòu)成的均勻電場中放入一長度等于極間距離的圓柱形固體介質(zhì)，柱面與電力線平行。當(dāng)兩極間的電壓增加時，放電總是發(fā)生在界面處，并且沿固體表面的閃絡(luò)中壓比同樣條件下純空氣間隙的擊穿電壓低得多。造成這種現(xiàn)象的主要原因如下：

(1)固體介質(zhì)與電極表面接觸不良，存在小氣隙。氣隙處場強(qiáng)大，氣隙先放電，產(chǎn)生的帶電質(zhì)點(diǎn)到達(dá)固體介質(zhì)與氣體的交界面時，畸變原有電場。

(2)大氣中的潮氣被吸附到固體介質(zhì)的表面形成水膜，水膜中的離子在電場作用下沿固體介質(zhì)表面運(yùn)動使電極附近有電荷集聚，從而使沿面電壓分布不均勻。

(3)固體介質(zhì)表面電阻不均勻和介質(zhì)表面粗糙不平也會造成電場畸變。

以上原因都使得原來均勻的電場變得不均勻，所以沿面閃絡(luò)電壓降低。閃絡(luò)電壓下降的程度與氣體的狀態(tài)、固體介質(zhì)表面吸附水分的能力、固體介質(zhì)與電極結(jié)合的緊密程度、外加電壓變化的速度等多種因素有關(guān)。

三、極不均勻電場中的沿面放電

1.具有強(qiáng)垂直分量時的沿面放電

在交流電壓作用下套管的沿面放電發(fā)展過程如圖TYBZ01402007-2所示。由于法蘭附近的電場強(qiáng)，所以當(dāng)外施電壓升高到一定值時，接地法蘭處首先出現(xiàn)電暈放電，如圖TYBZ01402007-2(a)所示。隨著外施電壓的升高，電暈放電的火花向前延伸，形成許多平行的細(xì)線狀火花，如圖 TYBZ01402007-2(b)所示，稱為刷形放電。放電細(xì)線的長度隨外施電壓的升高而增加。當(dāng)外施電壓超過某臨界值后，某些細(xì)線的長度隨電壓的升高迅速增長，轉(zhuǎn)變?yōu)檩^明亮的樹枝狀火花。這種樹枝狀火花通道的位置并不固定，而是不斷地改變放電通道的路徑，所以稱為滑閃放電。出現(xiàn)滑閃放電是因?yàn)槌霈F(xiàn)了熱游離現(xiàn)象。當(dāng)滑閃放電的火花通道到達(dá)另一電極時，發(fā)生沿面閃絡(luò)。

滑閃放電通道中電導(dǎo)較大，壓降較小，且滑閃放電的火花長度隨外施電壓的升高而迅速增長，所以靠增加套管長度來提高閃絡(luò)電壓效果并不好。套管沿面放電時的等值電路如圖TYBZ01402007-3所示，圖中r為固體介質(zhì)單位面積的表面電阻，G為介質(zhì)單位面積的體積電導(dǎo)，C為介質(zhì)表面單位面積對導(dǎo)桿的電容(比電容)。從圖TYBZ01402007-3中可以看出：G、C支路的分流作用使得沿表面電阻r中流過的電流分布不均勻，造成沿面電場分布不均勻。法蘭附近r中流過的電流最大，此處的電場也強(qiáng)。G、C的值越大，其分流作用越強(qiáng)，介質(zhì)表面電場分布越不均勻。所以可通過減小比電容C(可增大固體介質(zhì)的厚度或采用相對介電常數(shù)較小的固體介質(zhì))或減小法蘭附近的表面電阻r(在法蘭附近涂半導(dǎo)體漆)的方法來提高套管的電暈起始電壓和沿面閃絡(luò)電壓。

2.具有弱季直分量時的沿面放電

由于電極本身的形狀和布置已經(jīng)使電場很不均勻，所以固體介質(zhì)表面的情況、材料的吸潮能力和電極與介質(zhì)之間的氣隙造成的電場畸變，不會顯著降低沿面閃絡(luò)電壓。此外電場的垂直分量很弱，放電過程中不會出現(xiàn)熱游離現(xiàn)象，故無明顯的滑閃放電。沿面閃絡(luò)電壓與純空氣間隙的擊穿電壓相比降低不多。對這種電場，可以通過改善電極形狀(如屏蔽電極、均壓環(huán)等)來提高沿面閃絡(luò)電壓。

四、臟污絕緣表面的沿面放電

表面臟污的絕緣子在受潮情況下發(fā)生的閃絡(luò)稱為污閃。線路污閃事故和變電站污閃事故是造成跳鬧停電事故的主要原因之一。

戶外絕緣子會受到工業(yè)污染或自然界鹽堿、飛塵、鳥類等的污染。在干燥情況下絕緣子表面污層的電阻一般很大，對沿面閃絡(luò)電壓沒有明顯影響。但當(dāng)絕緣了表面污層被濕潤時，其表面電導(dǎo)劇增，閃絡(luò)電壓大大降低，甚至?xí)诠ぷ?/span>電壓下發(fā)生閃絡(luò)，造成長時間、大面積的停電事故，并且要等到不利的氣象條件消失后才能恢復(fù)供電。所以污閃事故對電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行影響很大，其造成的損失往往大于雷擊事故造成的損失。

下面以懸式絕緣子為例說明臟污絕緣表面的沿面放電的發(fā)展過程，如圖TYBZ01402007-4所示。

在潮濕的氣候條件下，絕緣表面的污層會受潮濕澗溶解于水形成導(dǎo)電的水膜，使絕

緣表面電導(dǎo)大增，表面泄漏電流也明顯增大。在絕緣子鐵腳附近因直徑小，所以電流密度大。泄漏電流的熱效應(yīng)會使鐵腳附近表面被烘干，形成局部干燥區(qū)。因?yàn)?/span>干燥區(qū)域的電阻大，所以形成很大的電壓降。當(dāng)干燥區(qū)的電位梯度超過一定值時，干燥區(qū)會發(fā)生局部火花放電。放電的熱量使得干燥區(qū)域擴(kuò)大，放電通道延長，而濕潤區(qū)域縮小，則回路中與放電間隙串聯(lián)的電阻減小，電流迅速增大引起熱游離而出現(xiàn)電弧放電。電弧放電的熱量使得干燥區(qū)進(jìn)一步擴(kuò)大，電弧通道延長。當(dāng)臟污和潮濕狀態(tài)較嚴(yán)重或外施電壓足夠高時，電弧通道會一直向前延伸，直至閃絡(luò)。否則，電弧會熄滅，絕緣表面重新被濕潤，重復(fù)上述過程。

1.影響污閃電壓的因素

（1）污穢的性質(zhì)和污染的程度。污穢的電導(dǎo)率越高、污染程度越嚴(yán)重，閃絡(luò)電壓越低。對閃絡(luò)電壓影響較大的是化工廠、冶金廠、水泥等排放出的粉塵、氣體等污物。

(2)泄漏距離。在污層表面的電導(dǎo)率一定的情況下，泄漏距離越長，閃絡(luò)電壓越高。

(3)濕潤的方式。最容易發(fā)生污閃事故的氣象條件是霧、露、融雪和毛毛雨等潮濕天氣。大雨、中雨有利于污穢的沖洗流失，所以不會引起絕緣子的污閃。

2. 污閃事故的對策

(1)增大泄漏比距。

(2)定期或不定期的清掃。

(3)涂憎水性涂料。

(4)采用新型合成絕緣了。