01 引言

在國家電網公司物質采購标準中，有一個Q/GDW 13001-2014 《高海拔外絕緣配置技術規範》。

該技術規範的制定将方便工程設計、招标和運行維護，但是要理解規範中所涉及到的一些術語、定義以及海拔高度的修正方法，确實對許多生産制造廠家存在一定的難度，本文想對以上内容進行一些基礎性的解釋。

本文分為兩部分，首先介紹氣體中的沿面放電和絕緣子外絕緣的一些基本概念，然後解釋大氣條件對外絕緣強度是有影響的，而海拔高度就是一種特殊的大氣條件，所以一定會影響外絕緣強度。

可以這樣來理解：在平原地區使用的變電站一次設備和輸電線路絕緣子，到了高原地區就不能原封不動地使用了，必須進行外絕緣水平設計的重新考慮。

02 外絕緣和絕緣子

外絕緣是指空氣絕緣，例如輸電線路中的導線之間或者導線對杆塔之間就是空氣絕緣；但是導線不能憑空存在，它們需要有固體介質來完成，這些介質在機械上要能夠支撐，在電氣上要能夠絕緣。

100多年前，人們發現了瓷質材料能夠勝任這些任務；80多年前，又發現了高強度玻璃也可以達到這種要求，相應地就把它們稱為瓷絕緣子和玻璃絕緣子。截止到上世紀八十年代，這兩種絕緣子在運行過程中基本上都相安無事。

後來的運行經驗證明：這兩種材料在污穢和潮濕并存的情況下，往往會發生污穢閃絡，而且這種閃絡是在工作電壓下發生的，所以會對電力系統造成巨大的威脅。通過分析，發現這種污穢閃絡是由于無機材料的親水性質造成的。

于是在60多年前，僅僅由于有機材料的憎水性，矽橡膠成為了被世界各國所認可的第三種絕緣材料，近二三十年内在我們國家得到了迅速發展。

但是，矽橡膠不能勝任絕緣子所需要的機械強度的要求，所以不能像瓷和高強度玻璃一樣，用一種單一的絕緣材料就可以做成絕緣子，它還需要另外一種高機械強度的絕緣材料，這就是環氧樹脂玻璃纖維引拔棒，由于這種引拔棒易受潮，所以不能直接用在戶外，它需要用矽橡膠緊緊地包住，所以這種引拔棒又稱為芯棒。

矽橡膠和芯棒是一種複合材料，所以這種絕緣子稱為複合絕緣子。但是從這種絕緣子的結構看，它是兩種材料組合而成的，是一種複合結構，因此複合絕緣子也可以認為是對其結構而言。

03 絕緣子和氣體中的沿面放電

絕緣子浸潤在空氣中。

人們在實踐中發現：把絕緣子引入空氣中後，如果發生放電現象，這種放電一定出現在絕緣子與空氣的分界面上，所以這種放電稱為沿面放電。

為什麼把絕緣子引入空氣中後，放電現象一定是沿面放電呢？

這是因為下面三個因素：

1、 絕緣子中的絕緣材料與絕緣子電極的接觸面之間一般都會存在氣隙，或者說兩者之間存在着空氣夾層。因為氣體的介電常數與絕緣材料的介電常數不一樣，因此兩種材料上分到的電壓也不一樣，而且空氣層的間隙往往比較小，所以這一小段空氣将發生局部放電。放電産生的帶電質點會擴散到絕緣材料的表面，而帶電質點會伴随着電力線，于是就加劇了電極附近的電場分布。電場強度增加了，空氣的擊穿電壓肯定降低，所以相應地沿面閃絡電壓也降低了。

2、絕緣子置身于空氣中，空氣總是有一定濕度的，絕緣子的絕緣材料多多少少總是會吸附水分的，瓷與玻璃是無機材料，如果用手去觸摸它們，會有一種涼涼的感覺，這種材料往往吸附水分會多一些；矽橡膠是高分子材料，吸附得會少一些。

水是由水分子構成的，在絕緣子兩端的電壓作用下，水分子會發生分解反應，産生帶電的正負離子，這些離子在電場作用下向兩端電極移動，于是在電極附近積累起電荷，同樣會加劇電極附近的電場分布，所以沿面閃絡電壓也自然而然地會降低。

3、因為絕緣材料是固體，表面一般都比較粗糙，也會畸變電場分布，使閃絡電壓降低。

注意：沿面放電是絕緣子表面的空氣被擊穿了，所以沿面放電還是屬于空氣放電，不是絕緣子的固體絕緣材料被擊穿了，因此氣體擊穿的所有理論分析仍然适合于沿面放電。

如果沿面放電發展到絕緣子上下電極之間的貫穿性的空氣擊穿，就稱為閃絡，如下圖所示：

人們在實踐中還發現：沿面放電的閃絡電壓一定比沒有把絕緣子引入進來前的氣體的擊穿電壓低。

上面這句話好拗口，現在把這句話分開了解釋。

1、提到沿面放電，對應的一定是閃絡電壓

2、空氣單獨存在時的放電，對應的一定是擊穿電壓，如下圖所示。

3、絕緣子在沒有引入到空氣時，空氣存在一個擊穿電壓

4、絕緣子被引入進空氣後，其沿面放電的閃絡電壓比上述的那一段空氣的擊穿電壓降低了。

04 與絕緣子沿面放電相聯系的三種閃絡電壓

在絕緣子的外部沿其表面發生的閃絡，是絕緣子外部絕緣的一個重要電氣性能。

根據絕緣子表面狀況的不同，絕緣子的閃絡電壓分為幹閃絡電壓、濕閃絡電壓和污穢閃絡電壓。

4.1 幹閃絡電壓

幹閃絡電壓是表面清潔、幹燥絕緣子的閃絡電壓。對戶内絕緣子來說，這是它的主要性能。

絕緣子不同電位的兩個金屬電極之間外部空間的最短距離稱為幹閃絡距離，簡稱幹閃距離，絕緣子的幹閃絡電壓（或簡稱幹閃電壓）主要取決于其幹閃距離。

根據電壓形式的不同，幹閃電壓還分為工頻幹閃電壓、雷電沖擊幹閃電壓和操作沖擊幹閃電壓。

4.2 濕閃絡電壓

濕閃絡電壓是表面潔淨的絕緣子在淋雨時的閃絡電壓，是戶外絕緣子的主要性能。

絕緣子的濕閃絡電壓（或簡稱濕閃電壓）不僅與其幹閃距離，還與絕緣子的傘形結構有關。

4.3 污穢閃絡電壓

污穢閃絡電壓（或簡稱污閃電壓）是表面髒污的絕緣子在受潮情況下的閃絡電壓。

目前常用爬電距離來衡量絕緣子在污穢和受潮條件下的絕緣能力，爬電距離是指不同電位的絕緣子兩個電極之間沿其表面的最短距離或最短距離之和。

05 大氣條件對外絕緣放電電壓的影響

再一次強調：絕緣子的外絕緣就是空氣絕緣。

顯然絕緣子周邊的大氣條件一定會影響到上述三種閃絡電壓值的。

大氣條件有三個指标：前兩個是溫度和壓力，它們反應了空氣密度的變化。第三個是濕度，它反應了空氣中水分的含量。

溫度高了，空氣的密度就變小了；壓力大了，空氣的密度就變大了。

空氣密度的增加，就是空氣中分子的距離變小了。在電場的作用下，空氣分子中的帶電粒子自由運動的距離縮短了，因此積累的能量也相應變小，所以使得空氣的電離作用減弱，造成絕緣子外絕緣的放電電壓升高。

濕度對外絕緣的放電電壓的影響比較複雜。

空氣中的水分子容易吸引電子而形成負離子。電子形成負離子後，體積增加了，運動速度變慢，積累的能量也相應變小，使得空氣的電離作用減弱，也會造成絕緣子外絕緣的放電電壓升高。

世界各國為了高壓電力設備制造上的一緻性，制定了統一的标準參考大氣條件。

我國國家标準GB/T16927.1--2011《高電壓試驗技術 第一部分：一般定義及試驗要求》中規定标準參考大氣條件為：

溫度=20℃

壓力=101.3k

絕對濕度=11g/。

高壓電氣設備标準中規定的試驗電壓值是針對标準參考大氣條件的。估算設備的外絕緣的放電電壓時，必須考慮電氣設備運行地點的大氣條件，大氣條件不同時，必須利用标準中提供的大氣修正系數、空氣密度修正系數和濕度修正系數進行換算。

06 海拔高度對外絕緣放電電壓的影響

這一點對我國有很大影響。中國是世界屋脊地區，有5大高原，海拔大于1000米的地區占我國國土面積的84%，海拔大于2000米的地區占我國國土面積的49%。

随着海拔高度的增加，大氣壓力下降，溫度下降，這些因素都會造成空氣密度的減小，使得造成空氣放電的能量增加，使外絕緣的放電電壓随之降低。

随着海拔高度的增加，濕度也會下降，電子形成負離子的數目減小，使得空氣的電離作用增強，也會造成絕緣子外絕緣的放電電壓下降。

所以在考慮高海拔地區電氣設備的外絕緣時，必須計及這方面的影響。

我國國家标準GB311.1--2012《絕緣配合 第1部分：定義、原則和規則》中規定了各種電氣設備在正常環境條件下（周圍空氣溫度不超過40℃、海拔高度不超過1000米）時的額定絕緣水平。

對于安裝在海拔高度高于1000米的設備，考慮到外絕緣的放電電壓随海拔高度增加而降低，這些設備在海拔高度不超過1000米的地點試驗時，其外絕緣試驗電壓應該将上述國家标準規定的額定耐受電壓乘以一個海拔修正系數。

本文有網友投稿，作者為武漢大學 張德賽 教授 ， 版權歸屬原作者，在這裡表示非常感謝。未經作者禁止轉載。

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