Aerial flashover caused by surface flashover generated from microscopic pores of insulating solid

This paper studies the possibility of an aerial flashover between a coil conductor and the casing in a rotating machine at voltages below Paschen's voltage even when sufficient insulation distance has been provided. It might be considered that partial surface flashover generated from microscopic pores of a solid insulator generates the aerial flashover. In this study, the flashover voltage was measured using a cable which had simulated microscopic pores to confirm the above reasoning. When a potential gradient existed on the surface of the insulating solid, the flashover voltage decreased from that in the absence of a potential gradient. It also became clear that the aerial flashover probability depends mainly on the energy of the surface flashover rather than the energy of the main aerial flashover. © 2011 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 178(4): 16–23, 2012; Published online in Wiley Online Library ( wileyonlinelibrary.com ). DOI 10.1002/eej.21221     

交流电弧沿染污绝缘表面发展过程的研究

作者用高速摄影机拍摄了交流电弧沿染污绝缘表面发展的全过程,同时记录闪络过程中外施电压和泄漏电流的变化。通过综合分析,阐述了交流污闪电弧的物理特征,电弧的极性效应、电弧延伸的最大速度以及临界闪络电压、电弧长度,为研究污秽闪络机理提供了科学的依据。     

特高压直流输电线路极间搭接塑料薄膜的放电模拟试验

为研究搭接在特高压直流输电线路上塑料薄膜的放电现象,并解释某±800 kV特高压线路闪络故障原因,通过分析塑料薄膜表面3个典型区域等值盐密研究了闪络电压与塑料薄膜干燥和淋雨、平铺与卷起状态的关系,并进行了1.0 m、2.0 m和11.5 m 3种间隙距离下的闪络特性试验。研究结果表明：表面湿润状态下,当间隙距离为1.0 m和2.0 m时,塑料薄膜平铺与卷起时的间隙闪络电位梯度分别为1.22 kV/cm和0.96 kV/cm、0.82 kV/cm和0.7 kV/cm;当间隙距离为11.5 m时,潮湿塑料薄膜的间隙闪络电位梯度为0.56 kV/cm。在受潮条件下,塑料薄膜卷起相比平铺更容易发生闪络,平均闪络电位梯度随距离增加而呈下降趋势。最后还对某±800 kV特高压现场线路因塑料薄膜短接导致3次重启均不成功的原因进行了分析。     

表面处理对可加工陶瓷真空沿面闪络特性的影响

长期以来真空沿面闪络现象严重制约着电真空绝缘系统的整体性能,限制了高压电真空设备的发展,而绝缘材料的表面状况对其沿面耐电特性有极大影响。本文针对一种具有良好加工性能及表面耐电特性的低熔点可加工微晶玻璃陶瓷引入真空绝缘的背景,通过使用不同的砂纸对可加工陶瓷试品的表面进行打磨处理,使用超深度表面形态测定激光显微镜测定不同处理方式下试品表面形貌的变化,并对不同处理情况下的试品的真空沿面闪络特性进行测定。结果发现:使用砂纸打磨的方法能够有效改变试品的表面粗糙度,粗糙度变化规律明显,而随着试品表面粗糙度的增大,试品的真空沿面闪络电压提高。     

瓷和玻璃绝缘子人工污秽交流闪络特性及有效爬电系数的比较

人工污秽绝缘子的闪络电压、污闪电压梯度和有效爬电系数均与其材质和型式有关。国内虽对污闪特性研究较多，但对不同绝缘子的有效爬电系数研究不多。文中在人工雾室中对五种典型结构的瓷和玻璃绝缘子的污闪特性进行了试验研究。根据试验结果分析和计算了五种典型绝缘子的闪络电压、闪络电压梯度、有效爬电系数。结果表明：在人工污秽试验条件下，不同型式绝缘子的污闪电压有较大差异，盐密对不同型式绝缘子的闪络电压的影响程度也有差异；三伞型绝缘子和玻璃绝缘子具有较高的闪络电压；不同绝缘子的有效爬电系数与其结构型式和材质有关，玻璃绝缘子的有效爬电系数高于瓷绝缘子，且玻璃绝缘子的有效爬电系数随污秽程度的增加而增加，而瓷绝缘子的有效爬电系数随污秽程度的增加而减小。     

Effect of core diameter of cylindrical polymer insulators on contamination flashover voltage—part I

This paper presents the investigation results of the effect of the core diameter on the flashover voltage of cylindrical polymer insulators under contaminated and heavy fog conditions. The specimens had the same or very similar shed profiles but different core diameters. The results confirmed a large reduction in flashover voltage when the core diameter was increased from 26 mm for transmission line insulators to 73 mm for post insulators; however, change is not so significant from post insulators to bushing shells having larger core diameters. Higher flashover voltages of line insulators are attributable to the large difference in the leakage current density between the trunk and shed portions so that the wetting conditions are very different between these portions. This causes the applied voltage to the whole insulator to be divided and allotted to almost all the dried trunks, preventing the concentration of the applied voltage to only a few portions, resulting in higher flashover voltages. The quantitative assessment of contamination flashover voltage characteristics of hydrophobic polymer insulators presented in this paper will be helpful in the selection and design of polymer insulators for contamination areas. © 2006 Institute of Electrical Engineers of Japan. Published by John Wiley & Sons, Inc.     

瓷和玻璃绝缘子人工污秽交流闪络特性比较

人工污秽绝缘子的闪络电压、污闪电压梯度和有效爬电系数均与其材质和型式有关,国内虽对污闪特性研究较多,但对不同绝缘子的有效爬电系数研究不多。为此在人工雾室中对5种典型结构的瓷和玻璃绝缘子的污闪特性进行了试验研究,根据试验结果分析和计算了5种典型绝缘子的闪络电压、闪络电压梯度、有效爬电系数。结果表明:在人工污秽试验条件下,不同型式绝缘子的污闪电压有较大差异,盐密对不同型式绝缘子的闪络电压的影响程度也有差异;三伞型绝缘子和玻璃绝缘子具有较高的闪络电压;不同绝缘子的有效爬电系数与其结构型式和材质有关,玻璃绝缘子的有效爬电系数高于瓷绝缘子,且玻璃绝缘子的有效爬电系数随污秽程度的增加而增加,而瓷绝缘子的有效爬电系数随污秽程度的增加而减小。     

橡胶表面分离水珠在不均匀电场中的放电特性分析

通过针板电极模拟硅橡胶表面的极不均匀电场,研究硅橡胶表面分离水珠在不均匀电场中的放电特性,结果发现:在针板电极电场中,水珠的数量要达到一定程度后才能显著影响硅橡胶表面的闪络电压,少量分离水珠处于硅橡胶表面时闪络电压基本不变;水滴体积对不均匀电场中的闪络电压影响较小;硅橡胶表面闪络电压随分离水珠电导率的增大而减小。     

沿面闪络用非介入式表面电位测量研究

沿面闪络是威胁气体绝缘封闭开关(GIS)安全运行的重要事故,支撑绝缘“三结合点”处的表面电场畸变易产生电荷积聚并最终演变成持续性沿面闪络。本文通过对指形电极沿面闪络装置进行非介入式表面电位测量,并通过有限元分析软件验证实验装置的可行性,在本文的仿真参数设定下,非介入式测量误差仅为2.42%。利用该实验装置对添加纳米SiO₂质量分数为2 wt%的环氧试样进行表面电位测量,升压速率为0.5 kV/5 min。当施加电压不足以引发沿面闪络时,纳米颗粒的添加引起的Maxwell-Wagner界面极化使得表面电位呈现衰减现象。当施加电压接近闪络电压时,表面电位衰减过程出现周期性回升现象,且回升现象出现的频率随施加电压升高而变快,闪络前表面电位衰减过程中的回升现象能够作为预测沿面闪络的一种信号。当施加电压为5 kV时,发生沿面闪络现象,闪络过程表现为间歇性闪络向持续性闪络的过渡。在间歇性闪络阶段,表面电位的幅值出现极性反转现象,可能与瞬间短路引起的电子沿面泄露和Maxwell-Wagner界面去极化有关。持续性闪络阶段表面电位的幅值波动相较于间歇性闪络要小且相邻闪络间期变短,说明闪络引起表面灼烧通路更易于发生沿面闪络。     

冲击电压下沿面闪络与空气湿度的关系

研究了冲击电压下的绝缘表面空气闪络电压与湿度的关系。研究结果表明,对于支柱绝缘子,其冲击闪络电压与湿度之间的关系基本符合现行ＩＥＣ标准。但对于套管,其冲击闪络电压电压与湿度之间的着重关系与现行ＩＥＣ标准完全相反,大致成“镜像”关系。发现对于套管型沿面放电,其正极性流注的电位梯度随湿度增加而下降,这正好与现行湿度对放电影响的理论所预测的规律相反。     

染污绝缘子串直流污闪放电的电路模型

绝缘子污秽闪络事故严重威胁电力系统的安全可靠运行,目前国内外对污闪机理的研究主要以平板模型为基础。以7片串XP–160绝缘子为例,开展染污绝缘子串直流污闪电路模型的研究。根据高速摄像机拍摄的结果得知,染污绝缘子串直流污闪放电过程中局部电弧存在飘弧现象,即局部电弧由沿面电弧和空气间隙电弧2部分组成;提出染污绝缘子串直流放电过程的电路模型由剩余污层电阻、沿面电弧和空气间隙电弧串联组成;根据模型推导得到染污绝缘子串直流污闪电压的污秽影响特征指数在0.22~0.34之间,并从理论上解释了不同型式绝缘子污秽影响特征指数存在差异的原因。     

超、特高压直流线路瓷和玻璃绝缘子污闪特性研究

根据直流人工污秽试验,笔者分析和比较了6种型式瓷和玻璃绝缘子污闪特性。试验结果表明:不同型式绝缘子的污秽闪络性能不同,盐密影响特征指数α与绝缘子的结构和材质有关.其值在0.32～0.55间。同样污秽下,玻璃绝缘子的污闪电压梯度高于相同结构的瓷绝缘子,外伞型绝缘子的污闪电压梯度低于钟罩型绝缘子。绝缘子的有效爬电系数与其型式和污秽程度有关,可表示为K=M×(SDD)~m。在试验的五种非标准绝缘子中,玻璃钟罩型绝缘子较好的利用了其爬电距离,而双伞型瓷绝缘子的有效爬电系数最低。     

绝缘子覆冰闪络的主要影响因素分析

根据覆冰闪络发展过程中泄漏电流的变化情况,阐述了绝缘子覆冰闪络的形成过程,并根据绝缘子覆冰闪络机理,从覆冰类型、覆冰量、污秽度、覆冰水电导率以及绝缘子串类型、海拔高度等主要影响因素对绝缘子覆冰闪络电压进行分析,认为雨凇、混合凇和硬雾凇是造成绝缘子覆冰闪络的主要原因.实验结果表明,覆冰水电导率对绝缘子冰闪电压的影响很大,...     

架空线路外绝缘污闪及其防护

采用表面电弧与剩余污层电阻相串联的污闪物理模型对污闪机理进行了分析,并在分析其影响因素的基础上对如何防止污闪事故的发生进行了探讨.结果表明,污闪闪络主要由绝缘子表面积污和使积聚的污秽物质受潮两个因素引起.增大爬电比距是防止污闪发生的一个重要措施;使用防污涂料和复合型绝缘子是另一种防污闪的有效措施.     

真空中绝缘子沿面预闪络现象的研究

真空中绝缘子沿面闪络现象是制约真空系统电绝缘性能的一个重要因素。通过实时观察冲击电压作用下真空中绝缘子上的冲击电压波形,以及相应的冲击电流和绝缘子表面的发光信号,并在线测量真空中绝缘子的表面电荷分布,研究了高纯度Al2O3陶瓷绝缘子在真空中的沿面预闪络现象。研究结果表明,绝缘子预闪络现象与施加冲击电压的大小、施加次数等有关,同时,沿面预闪络现象也与表面电荷分布有关,根据试验结果提出了一种关于绝缘子预闪络现象的模型,该模型能够较好的用来解释真空中绝缘子沿面预闪络现象以及沿面闪络发展过程。     

人工污秽绝缘子工频下叠加雷电冲击的闪络特性研究

为了研究运行中线路污秽绝缘子遭受雷击时的放电特性,提出了人工污秽绝缘子串工频下叠加雷电冲击的闪络试验电路和方法,通过试验,研究了纯雷电冲击下和工频电压叠加雷电冲击下的绝缘子串闪络电压随盐密的变化规律,并分析了其原因。     

Influence of charged droplet cloud on flashover of air gaps for lightning impulse voltage

Transmission lines passing through a mountainous region often are struck by winter lightning. As a result, numerous double-circuit faults occur. Space charge might be responsible for this phenomena. Several investigations on flashover characteristics have been performed focusing on reduction of flashover voltage due to ionic space charge formed by corona discharge. In this paper, flashover characteristics of an air gap within a charged droplet cloud ejected from an airless nozzle using an induction charging method are discussed. The droplets are charged in the range -200 to 200 μC/kg, forming the space-charge density of approximately 13 μC/m³. The flashover voltage and the time lag to flashover were measured when 1.2 × 50 μs lightning impulse voltage applied to a rod-sphere gap is placed within the charged cloud. Flashover voltage for a positive rod increased markedly within a positive charged cloud by increasing the charge-to-mass ratio. The increase of flashover voltage was up to 80 percent in comparison with uncharged droplets. Flashover voltage for the negative rod decreased about 20 percent in the cloud of either polarity. The results show that the presence of charged droplets in the air gaps affects the discharge process significantly.     

Ti02/环氧复合材料脉冲真空沿面闪络特性

为了揭示微米TiO2填料对环氧复合材料真空快脉冲作用下的沿面闪络特性的影响,并探讨相关影响因素的作用机理,制备了6种不同填料含量的TiO2/环氧复合材料,测试了各种试样在30 ns(脉冲前沿)/200ns(半高宽)脉冲作用下的真空沿面闪络电压,并测量了介电频谱和热刺激去极化电流(TSDC)。结果显示,TiO2质量分数(wt%)的变化对Ti02/环氧复合材料的闪络电压有显著影响,但两者之间并不是线性关系;随着填料质量分数的增加,复合材料的介电常数和电导率都逐渐增加;所有实验材料都存在深、浅两种不同的陷阱能级,深陷阱电荷量和浅陷阱电荷量随填料质量分数的变化呈现出不同的变化规律。分析认为,Ti02/环氧复合材料的真空快脉冲沿面闪络特性不能由介电常数和电导率等影响因素的变化趋势单独解释,而针对闪络的深浅陷阱共同作用模型可以很好地解释闪络电压的实验结果。同时,根据实验结果对闪络的深浅陷阱共同作用模型进行完善,提出了当填料质量分数较低时,浅陷阱将显著降低材料的闪络强度,而当填料质量分数较高时,深陷阱对闪络强度的增强作用更为明显。     

对复合绝缘子电场分布的改善

新疆电网复合绝缘子挂网已有十几年,但每年都有污闪事故出现,其中主要原因是部分地区污染太重或气候太恶劣造成绝缘子表面在一定条件下达到了闪络电压,而绝缘子电压分布不均是闪络的直接原因。在这样的情况下,文章提出在这些重污闪地区采用增加均压环来降低绝缘子对塔杆和导线的电容,进而达到改善电场分布的目的。并通过一定的实验数据说明了均压环的屏蔽深度、外径等参数对改善电场分布都有重要影响。     

Research on Hot-line Cleaning of Artificial Contaminanted Insulator Using High Pressure Hot Water Vapor

The hot-line cleaning of insulator contaminants has a great significance to prevent pollution flashover.The technique of hot-line cleaning insulator contaminants by water vapor is proposed in this paper.The flashover characteristics of insulator under the procedure of cleaning by hot-line water vapor are tested to investigate the security of cleaning system in the operation.Three kinds of insulator are chosed to carry on the experiment.The average flashover voltage,flashover voltage gradient and withstand voltage in35 kV insulators in hot-line cleaning are measured.The results show that the average flashover voltage and withstand voltage of insulators used for hot-line water vapor cleaning are both larger than the operation phase voltage in 35 kV system.The flashover voltage gradient is larger than usual pollution flashover voltage gradient.The system security can be ensured when there is no overvoltage in the system,which verifies that the insulators cleaning method presented in this paper is effective and reliable.