1.3 固体绝缘表面的气体沿面放电
在各种绝缘设备中,都有沿固体绝缘表面放电的问题。因为高压导体总是需要用固体绝缘材料来支撑或悬挂,这种固体绝缘称为绝缘子,在气体绝缘设备中也常称为绝缘支撑。此外,高压导体穿过接地隔板、电器外壳或墙壁时,也需要用固体绝缘加以固定,这类固体绝缘称为套管。沿整个固体绝缘表面发生的放电称为闪络,在放电距离相同时,沿面闪络电压低于纯气隙的击穿电压。因此在工程中,很多情况下事故往往是由沿面闪络造成的,这就说明对于沿面放电特性的认识是十分重要的。
电力系统高压绝缘大致划分如图1-23所示。
图1-23 电力系统高压绝缘示意图
简言之,高压电气设备外壳之外,所有暴露在大气中需要绝缘的部分都属于外绝缘。外绝缘的主要部分是户外绝缘,一般由空气间隙与各种绝缘子串构成。
绝缘子是将处于不同电位的导体在机械上固定,在电气上隔绝的一种使用数量极大的高压绝缘部件。比如一条300km长的交流500kV线路,就需要悬式绝缘子8万~9万片。高压绝缘子从结构上可以分为3类:
1)(狭义)绝缘子。用作带电体和接地体之间的绝缘和固定连接,如悬式绝缘子、支柱绝缘子、横担绝缘子等。
2)套筒。用作电器内绝缘的容器,多数由电工陶瓷制成,如互感器瓷套、避雷器瓷套及断路器瓷套等。
3)套管。用作导电体穿过接地隔板、电器外壳和墙壁的绝缘件,如穿越墙壁的穿墙套管,变压器、电容器的出线套管等。
或者从材料上分为3类:
1)电工陶瓷。电工陶瓷(简称电瓷)是无机绝缘材料,由石英、长石和黏土做原料经高温焙烧而成。它抗老化性能好,能耐受不利的大气环境和酸碱污秽的长期作用而不受侵蚀,且具有足够的电气和机械强度。因而在高压输电100多年的历史中,电工陶瓷绝缘子在按材料分类的各类绝缘子中占据了主导地位。但电工陶瓷绝缘子耐污秽性能不好,且笨重易碎,运输安装成本大,制造能耗高,生产时污染大。
2)钢化玻璃。玻璃也是一种良好的绝缘材料,它具有和电瓷同样的环境稳定性,而且生产工艺简单,生产效率高。经过退火和钢化处理后,机械强度和耐冷热急变性能都有很大提高。输电线路采用钢化玻璃绝缘子还有一个优点,它具有损坏后“自爆”的特性,便于及时发现。钢化玻璃目前几乎仅用于盘形悬式绝缘子。
3)硅橡胶、乙丙橡胶等有机材料。有机合成绝缘子的种类也很多,由环氧引拔棒和硅橡胶伞裙护套构成的合成绝缘子是新一代的绝缘子,具有强度高、重量轻、耐污闪能力强等明显优点。它的出现打破了无机材料在高压外绝缘一统天下的局面,在我国及许多国家得到大量应用,深受电力部门的欢迎,显示出迅猛的发展势头和良好的发展前景。