沿面放电和外绝缘
沿面放电与外绝缘
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（四）.影响沿面闪络电压的因素
▲电场分布情况和作用电压波形 ▲电介质材料的影响 不易吸潮的介质，沿面闪络电压较高，较易吸潮或吸附水 分的介质，沿面闪络电压较低 ▲气体条件的影响 气压和温度对沿面闪络电压的影响程度不如纯空气间隙显 著 ▲雨水的影响 在淋雨的情况下固体介质的沿面闪络电压会明显降低
提高套管的起晕电压和滑闪电压的措施： ▲减小C0：加大法兰处套管的外径和壁厚，也可采用介电 常数较小的介质，如用瓷－油组合绝缘代替纯瓷介质等 办法。 ▲减小绝缘表面电阻，如在套管靠近法兰处涂半导体釉 或半导体漆，使此处压降逐渐减小，防止滑闪电压过早 出现，从而提高沿面闪络电压。 ▲对于35kV以上的高压套管，以上措施还不够，必须采 用能调节径向和轴向电场的电容式套管或绝缘性能更好 的充油式套管
（二）. 极不均匀电场具有强垂直分量时的沿面放电
1. 基本过程 各处场强差异大，套管法兰附近的电力线密集，电 场最强，可出现持续局部沿面放电 Ｕ↑ → 浅兰色的电晕放电 Ｕ↑↑ →电晕延伸，形成平行细光线，是一种辉光放电 Ｕ↑＞临界值→放电性质改变，明亮的树枝状火花， 在不 同位置交替出现，有轻的爆裂声，称滑闪放电 Ｕ↑一点→滑闪放电火花迅速增长，贯穿两级→ 沿面闪络
在高压套管及电缆终端头等设备中，常用在绝缘内部 加电容极板的方法来使轴向及径向的电位分布均 匀，从而达到提高沿面闪络电压的目的。
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大工13秋《高电压技术》辅导资料四
大连理工大学网络教育学院高电压技术辅导资料四主题：第二章沿面放电和高压绝缘子(第1、2节)学习时间:2013年10月21日-10月27日内容:第二章沿面放电和高压绝缘子我们这周主要学习第二章的第一节“绝缘子的性能要求和材料”和第二节“沿面放电”的相关内容。
希望通过下面的内容能使同学们加深对绝缘子性能的理解和沿面放电的概念的理解以及掌握提高沿面放电电压的措施。
第一节绝缘子的性能要求和材料1.绝缘子的分类一切带电导体都不可能悬浮在大气中，而必须用固体绝缘装臵将它们悬挂起来或支撑起来。
当带电导体需要穿过墙壁或电力设备的油箱时，也要用穿墙套管或设备套管加以固定和绝缘。
在电力系统中，绝缘子的用途是将电位不同的导电体在机械上相互连接，而在电气上则相互绝缘。
按结构分，主要分为:绝缘子(狭义)：用在导电体和接地体之间的绝缘和固定连接，如悬挂输电导线的悬式绝缘子、支柱绝缘子、横担绝缘子等。
套筒：用作电器内绝缘的容器，如互感器瓷套、避雷器瓷套及断路器瓷套套管：用作导电体穿过接地隔板、电器外壳或墙壁的绝缘部件，如变压器出线套管、电容器的出线套管等。
按材料分，主要分为：电工陶瓷、钢化玻璃、硅橡胶、乙丙橡胶等有机材料。
目前应用最多绝缘子材料是电工陶瓷。
但是随着有机材料的优点得到越来越多的应用，它的使用量也在增加。
2.绝缘子的电气性能绝缘子是起电气绝缘和机械固定作用的外绝缘部件，对绝缘子的基本要求是：有足够的电绝缘强度；能承受一定的机械负荷；能经受不利的环境和大气作用。
绝缘子的电气性能通常用闪络电压来衡量。
闪络电压是指连通两电极的沿绝缘子外部空气的放电电压。
根据工作条件的不同，闪络电压可分为:干闪络电压：洁净干燥绝缘子的闪络电压，是户内绝缘子的主要性能。
湿闪络电压：洁净绝缘子在淋雨时的闪络电压，是户外绝缘子的主要性能。
大多数绝缘子是在户外使用的，当遭受到淋雨时，它的闪络电压会比干闪络电压下降。
污秽闪络电压：表面脏污的绝缘子在受潮情况下的闪络电压，常用泄漏距离来表示。
沿面放电 绝缘闪络的区别
沿面放电绝缘闪络的区别
沿面放电和绝缘闪络都是高压电气设备中的电气故障，它们的区别在于故障形态和产生机制不同。
沿面放电是指在绝缘表面产生的一种沿表面连续放电现象。
沿面放电通常发生在干燥的绝缘材料表面，如塑料、橡胶等。
在高压电场的作用下，表面绝缘材料上的电荷越来越密集，当电荷密度达到一定程度时，就会发生放电，电荷通过空气电离而在表面形成一条光亮的通道。
沿面放电通常不会导致严重的设备故障，但如果不及时处理，会逐渐扩大并形成绝缘闪络。
绝缘闪络是指在绝缘材料内部或表面产生的一种瞬时放电现象。
绝缘闪络通常发生在湿度较高或表面存在污垢等污染物的情况下。
在高压电场的作用下，绝缘材料内部或表面的电荷被极化，并在电荷密度达到一定程度时发生电离，产生闪络放电。
绝缘闪络通常会产生较强的热效应，导致绝缘材料受损，甚至烧毁。
因此，绝缘闪络是一种严重的设备故障。
总的来说，沿面放电和绝缘闪络都是电气设备中的电气故障，但它们的产生机制和故障形态有所不同。
在实际应用中，需要根据不同的情况采取相应的预防和处理措施。
风电绝缘技术监督-名词解释
风电绝缘技术监督——名词解释名词：电介质的极化在外电场作用下，电介质内部沿电场方向产生感应偶极矩，电介质表面出现与电极极性相反的电荷，这种现象称为电介质极化。
名词：沿面放电沿着不同凝聚态电介质交界面的放电，如气体或液体电介质沿固体电介质表面的放电。
名词：电晕放电气体间隙在极不均匀电场下产生的局部放电现象。
名词：操作过电压电力系统由于进行断路器操作或发生突然短路而引起的过电压。
名词：雷电感应过电压雷闪击中电气设备附近地面，在放电过程中由于空间电磁场的急剧变化而使未直接遭受雷击的电气设备（包括二次设备、通信设备）上感应出的过电压。
名词：液体电介质小桥击穿在电场作用下，工程用液体电介质小桥中因杂质形成小桥，导致液体电介质由绝缘状态突变为良导电状态的过程。
名词：吸收比一般将60s和15s时绝缘电阻的比值称为吸收比，即。
（高压电气设备试验方法）名词：标准参考大气条件标准化的耐受电压适用的标准参考大气条件是a．温度t0=20°C;b．压力p0=101.3kPa(1013mbar)c．绝对湿度h0=11g/m3名词：外绝缘空气间隙及设备固体绝缘外露在大气中的表面，它承受作用电压并受大气和其他现场的外部条件，如污秽、湿度、虫害等的影响。
名词：系统最高电压在正常运行条件下，系统中任一点在任一时刻所出现的相间最高运行电压的有效值。
名词：接地故障因数在一给定系统结构的三相系统的给定点上，在对系统任一点的一相或多相均有影响的故障期间，健全相的相对地最高工频电压有效值与无故障时该点相对地工频电压有效值之比。
名词：转差率旋转磁场的转速ns与转子转速n之差，转差与同步转速的比值称为转差率。
名词：效率曲线发电机在额定转速、额定电压下，不同输出功率与效率之间的关系。
名词：工作制电机所承受的一系列负载状况的说明，包括起动、空载、停机和断能及其持续时间和先后顺序等。
名词：停机和断能电机处在即无运动，又无电能或机械能输入的状态。
绝缘子表面污秽时的沿面放电及采取的防治措施
绝缘子表面污秽时的沿面放电及采取的防治措施户外绝缘子，特别是在工业、海岸或盐碱地区运行的绝缘子，常会受到工业污秽或自然界盐碱、灰尘等污秽的污染。
在干燥情况下，这种污秽尘埃的电阻很大，沿绝缘子表面流过的泄漏电流很小，对绝缘子的安全运行没有什么危险。
下大雨时，绝缘子表面的污秽容易被冲掉，当大气湿度较高，或在毛毛雨、雾、露、雪等不利的天气条件下，绝缘子表面的污秽尘埃被润湿，表面电导剧增，使绝缘子的泄漏电流剧增，其结果使绝缘子在工频和操作冲击电压下的闪络电压（污闪电压）显著降低，甚至有可能使绝缘子在工作电压下发生闪络（通常称为污闪）。
污闪将使设备跳闸，引起停电事故。
据某工业地区统计，雾天的污闪事故占电力线路事故的21％，污闪事故往往造成大面积停电，检修恢复时间长，严重影响电力系统的安全运行。
介质表面的污闪过程与清洁表面完全不同，故研究脏污表面的沿面放电，对污秽地区的绝缘设计和安全运行有重要的意义。
在潮湿污秽的绝缘子表面出现闪络的机理大致如下：污秽绝缘子被润湿后，污秽中的高导电溶质溶解，在绝缘子表面形成薄薄的一层导电液膜，在润湿饱和时，绝缘子表面电阻下降几个数量级。
在电压作用下，流经绝缘子表面污秽层的泄漏电流显著增加，泄漏电流使润湿的污层加热、烘干。
由于污层沿表面分布不均匀，也由于绝缘子的复杂结构造成各部分电流密度不同，污秽层的加热也是不平衡的。
在电流密度最大且污层较薄的铁脚附近发热最甚，水分迅速蒸发，表面被逐渐烘干，使该区的电阻大增，沿面电压分布随之改变，大部分电压降落在这些干燥部分。
将与这些干燥部分的空气间隙击穿形成火花放电通道，由于火花通道的电阻低于原干燥部分的表面电阻，使泄漏电流增大，形成局部电弧，使污层进一步干燥，使电弧伸长。
总之，绝缘子全部表面的干燥将使泄漏电流减小，而局部电弧的伸长则使泄漏电流增大。
如总的结果是泄漏电流减小，则局部电弧将熄灭；如总的结果是泄漏电流增大，则局部电弧将继续伸长，多个局部电弧的发展串接起来形成沿整个绝缘表面的闪络。
沿面放电(ppt)
沿面放电(ppt)
（优选）沿面放电
❖2.5 沿面放电 【学习任务】了解气体沿面放电和闪络的现象， 熟悉各类绝缘子沿面放电的特点，了解提高各 类绝缘子闪络电压的方法。
1.2 气体绝缘材料及其击穿特性
❖2.5 沿面放电
气体放电：气体中流通电流的各种形式。 工程上将击穿和闪络统称为放电。
母线（电极） 固体介质
（电工陶瓷） 法兰（接地极）
(a)
电极
固体介 质
电极 (b)
支持绝缘子表面电场的垂直 分量小，沿固体介质表面没 有较大的电容电流流过，放 电过程中不会出现热游离现 象，故没有明显的滑闪放电。
因而垂直于放电发展方向的 介质厚度对放电电压实际上 电 没有影响。
力
线 在这种情况下沿面放电电压 比同电极结构下纯空气间隙 放电电压降低不多。
（钢化玻璃） 均 压 环
四分裂导线
绝缘子串的电压分布很不均匀
图1-43 500kV线路的绝缘子串
使用均压环来改善绝缘子 串的电压分布
绝缘子的三种闪络方式
干闪： 表面干燥、洁净的绝缘子发生的闪络； 湿闪： 表面洁净的绝缘子在淋雨时的闪络； 污闪： 表面脏污的绝缘子在受潮情况下的闪络；
三、淋雨时绝缘子的沿面放电
2、支柱绝缘子的沿面放电 (电场具有弱垂直分量）
提高支柱绝缘子沿面闪络电压的方法
1、增高支柱绝缘子，加大极间距离
2、装设均压环
例如：高3.3m的支柱绝缘子，干闪电压为 588kV，顶部加装直径为1.5m的均压环后， 干闪电压提高到834kV。
二、极不均匀电场中的沿面放电
3、悬式绝缘子的沿面放电 (电场具有弱垂直分量）
热游离是滑闪放电的重要特 征
沿面放电及闪络..
2、屏蔽的应用：
改善电极形状，使固体介质表面电位分布均匀化。如采 用均压环或屏蔽环。 3、涂憎水性涂料（硅脂、室温硫化硅橡胶RTV等）； 4、应用半导体釉绝缘子； 5、应用硅橡胶合成绝缘子； 硅橡胶 特点： 憎水性强、耐分性好、且具有迁移性； 耐气候变化、耐臭氧、紫外线、电弧； 重量轻、机械强度高、不破碎、安装方便； 价贵，寿命短，5-15年寿命。
提高Us措施：
密合、光滑、干燥气体下增大气压。
二、极不均匀场中具有强垂直分量时的沿面 放电
电场特点：电力线与固体介质表 面几乎垂直。 典型设备：穿墙套管 放电特点：闪络发展过程中会 出现滑闪放电 （法兰边缘场强最大）电晕放电→（放电伸展）刷状放电 →（放电继续发展）滑闪放电 滑闪放电是强垂直分量场特定的放电形式。
模块六
沿面放电试验
情景一 沿面放电及闪络
新课引入： 什么是沿面放电？
定义：
沿着固体介质表面所进行 的气体放电。 常发生在高压外绝缘及高 压绝缘子表面。 放电发展到另外一极称为 闪络。 实验表明：沿固体介质表 面的闪络电压比固体介质 本身的击穿电压低很多， 也比相同间距的纯气隙的 击穿电压低得多。
一个绝缘装置的实际耐受电压往往取决于它的闪络电压， 而闪络电压常受固体介质表面的干燥、清洁、污染等情况 影响。因此设计时需要知道绝缘子的干闪络、湿闪络和污 秽闪络电压。
3、污闪条件： 4、影响因素：
（1）产生局部电弧
（2）污闪电流能维持局部电弧燃烧 （1）表面泄漏电流的大小； （2）绝缘子直径； （3）爬电距离； （和湿闪通常在过电压下发生，而污闪在工作电压下就可 能发生；污闪往往造成大面积多点事故，重合闸动作成功率 远低于雷击闪络时的情况，易导致事故扩大和长时间停电。 污闪被认为是电力系统安全运行的大敌。
高电压1.3
• 滑闪放电的解释
– 法兰附近沿介质表面电流密度最大，电位梯度也最
大，因此最先出现初始的沿面放电
– 在电场强垂直分量的作用下，带电质点撞击介质表 面，引起局部温升，导致热电离，从而带电质点剧
增，电阻剧降，通道迅速增长
– 热电离是滑闪放电的重要特征
图1-25 套管绝缘子等效电路 C－表面电容 R－体积电阻 r－表面电阻 A－导杆 B－法兰
压的升高而严重，在330kV及以上
线路，靠近导线的绝缘子易引起电 晕和无线电干扰，为使绝缘子串电 压分布较均匀，在330kV及以上线 路上应在导线线夹处装设均压屏蔽 环。
三种情况比较：
• 均匀场中的沿面闪络电压最高， • 有垂直分量的沿面放电电压低得多； • 具有强垂直分量的沿面放电电压很低， 因为出现了热电离和滑闪放电。
• 1-7具有强垂直分量时的沿面放电和具有弱垂直分量时的 沿面放电，哪个对绝缘的危害比较大，为什么？p49 • 答：具有强垂直分量时的沿面放电对绝缘的危害比较大。 电场具有弱垂直分量的情况下，电极形状和布置已使电 场很不均匀，因而介质表面积聚电荷使电压重新分布所 造成的电场畸变，不会显著降低沿面放电电压。另外这 种情况下电场垂直分量较小．沿表面也没有较大的电容 电流流过，放电过程中不会出现热电离现象，故没有明 显的滑闪放电，因而垂直于放电发展方向的介质厚度对 放电电压实际上没有影响。其沿面闪络电压与空气击穿 电压的差别相比强垂直分量时要小得多。
滑闪放电的起始电压U 0和各参数的关系如下：
U 0 E0 C0 s
电压交变速度越快， 越容易出现滑闪； 冲击电压比工频交 流电更容易引起滑 闪；直流电压作用 下不会出现滑闪放 电现象
2 F/cm —— 比表面电容（ ）， C0 C0 r /[4 9 1011 r2 ln(r2 / r1 )] s ——表面电阻率。
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对绝缘子的基本要求
（1）电气性能 （2）机械性能 （3）冷热性能及环境老化性能
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第二节. 绝缘子的沿面放电
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均匀电场
强垂直分量的 极不均匀电场
弱垂直分量的 极不均匀电场
1-电极 2－固体介质 3－电力线
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（一）. 均匀电场中的沿面放电
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▲屏蔽 是指改善电极的形状，使电极附近的电场分布趋于 均匀，从而提高沿面闪络电压。
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▲提高表面憎水性 ▲消除绝缘体与电极接触面处的缝隙 消除缝隙最有效的办法就是将电极与绝缘体浇铸嵌装在一 起 ▲改变绝缘体表面的电阻率
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污闪放电发展过程：
污层在干燥状态下一般不导电，在遇到毛毛雨、雾、露等不利天气 时，污层受潮，电导增大，在工作电压下的泄漏电流增大，所 产生的热量使水分蒸发、污层变干，出现干区或干带。 干区的电阻比其他湿污层的电阻大得多，因此整个绝缘子的电压几 乎全部集中到干区上，而一般干区的宽度并不大，所以电场强 度很大。如果电场强度足以引起表面空气的碰撞电离，开始出 现电晕火花放电通道，由于火花通道的电阻低于原干燥部分的 表面电阻，使泄漏电流增大，电晕放电很容易直接转变电弧放 电，不过这时的电弧还只存在于绝缘子的局部表面，故称局部 电弧。 随后电弧附近的湿污层被很快烘干，这意味着干区的扩大，电弧被 拉长，若此时电压不足以维持电弧的燃烧，电弧即熄灭，电弧 呈现“熄灭－重燃”或“延伸－收缩”的交替变化，在外观上好像 电弧在绝缘子上不断地旋转。
外绝缘
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
绝缘子是将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。 如一条300km长的交流500kV线路，就需 要悬式绝缘子8万～9万片。
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1 -导杆
1
1
2-法兰 (a)电晕放电
2 (b)细线状 辉光放电
2 (c)滑闪放电
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支柱绝缘子
开关瓷套
悬式绝缘子
变压器出线套管
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Glass insulator
Polymer Rubber insulator
第二讲：电力系统外绝缘与高压绝缘子
第一节. 电力系统外绝缘 电力系统的高压绝缘可大致划分如下： 输电线 路绝缘 厂、站外绝缘 发电厂、 变电站绝缘 电力设备内绝缘 高压内绝缘
高 压 绝 缘
高压外绝缘
高 压 绝 缘
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▲强制固体介质表面的电位分布
在高压套管及电缆终端头等设备中，常用在绝缘内部 加电容极板的方法来使轴向及径向的电位分布均 匀，从而达到提高沿面闪络电压的目的。
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（五）.提高沿面放电电压的方法
▲屏障 使安放在电场中的固体介质在电场等位面方向具有 突出的棱缘（称为屏障），能显著提高沿面闪 络电压。该棱缘不仅起增加爬电距离的作用， 而且起阻碍放电发展的作用。实际绝缘子的伞 棱都起着屏障的作用。
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绝缘子的分类
从材料上也可分为3类： 1. 2. 3. 电工陶瓷（ Porcelain Insulator ） 钢化玻璃 （ Glass Insulator ） 硅橡胶、乙丙橡胶等有机材料（ Polymer Rubber insulator ）
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Flashover
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二、沿面放电的类型与特点
固体介质与气体介质交界面上的电场分布情况对沿面 放电的特性影响很大，界面电场可分为三种情况： 1. 均匀电场 固体介质处于均匀电场中，且界面与电力线平行，工程实 际中很少 2. 强垂直分量的极不均匀电场 固体介质处于极不均匀电场中，且界面电场的垂直分量 En比平行于表面的切线分量Et大得多，典型的如套管 3. 弱垂直分量的极不均匀电场 固体介质处于极不均匀电场中，但大部分界面上的电场 切线分量Et大于垂直分量E n ，典型的如支柱绝缘子
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三. 绝缘子污秽状态下的沿面放电
电力系统的绝缘事故不外乎两方面的原因： 或是由于电压升高，或是由于绝缘下降。 污闪发生在工作电压下，属于典型的绝缘下降问题 1. 发展过程： 积污－受潮－干区形成－局部电弧出现（爬电）－ 局部电弧达到某一临界长度，自动延伸，贯通两级， 完成沿面闪络
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（三.）极不均匀电场且垂直分量很弱时的沿面放电
以支柱绝缘子为例，这时沿瓷面的电场切线分量Et较强， 而垂直分量En很弱，这时绝缘子的两个电极之间的距离较 长，其间的固体介质本身不可能击穿，可能出现的只有沿 面闪络。这时固体介质处于极不均匀电场中，因此其平均 闪络场强要比均匀电场低，但由于界面上的垂直电场分量 很弱，沿介质表面不会有较大的电容电流流过，故放电发 展过程中不会出现热电离和滑闪放电。这种绝缘子的干闪 络电压基本随极间距离的增大而提高。
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提高套管的起晕电压和滑闪电压的措施： ▲减小C0：加大法兰处套管的外径和壁厚，也可采用介电 常数较小的介质，如用瓷－油组合绝缘代替纯瓷介质等 办法。 ▲减小绝缘表面电阻，如在套管靠近法兰处涂半导体釉 或半导体漆，使此处压降逐渐减小，防止滑闪电压过早 出现，从而提高沿面闪络电压。 ▲对于35kV以上的高压套管，以上措施还不够，必须采 用能调节径向和轴向电场的电容式套管或绝缘性能更好 的充油式套管
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沿面放电的实验现象： 沿固体介质表面的闪络电压不但比固体 介质本身的击穿电压低得多，而且也比极间 距离相同的纯气隙的击穿电压低不少。可见 绝缘的实际水平取决于它的沿面闪络电压。 它与设备表面的干燥、潮湿或清洁、污染有 较大关系。
一、沿面放电概念 沿面放电：沿着固体介质表面发展的气体放电 现象。 污 闪：沿着污染表面发展的闪络。 电力系统中绝缘子、套管等固体绝缘在机 械上起固定作用，又在电气上起绝缘作用。其 绝缘状况关系到整个电力系统的可靠运行。 绝缘功能的丧失可以分为以下两种情况：
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绝缘子的分类
从结构上可分为3类： 1. 2. 3. （狭义）绝缘子（Insulator)：用在导电体和接地体之 间的绝缘和固定连接，如悬挂输电导线的绝缘子串） 套管(Bushing、insulating tube): 用作导电体穿过接地 隔板、电器外壳或墙壁的绝缘部件，如变压器出线套管 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
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污闪放电发展过程： 在雾、露天气时，污层湿度不断增大，泄漏电流也随之 逐渐变大，在一定电压下能维持的局部电弧长度也不 断增加，绝缘子表面上这种不断延伸发展的局部电弧 现象俗称爬电。 一旦局部电弧达到某一临界长度时，弧道温度已经很 高，弧道的进一步延伸就不再需要更高的电压，而是 自动延伸直至贯通两级，完成沿面闪络。
固体介质击穿：一旦发生击穿，即意味着不可 逆转地丧失绝缘功能。 沿介质表面发生闪络：由于大多数绝缘子以电 瓷、玻璃等硅酸盐材料组成，所以沿着它们的 表面发生放电或闪络时，一般不会导致绝缘子 的永久性损坏。 电力系统的外绝缘，一般均为自恢复绝缘，因 为绝缘子闪络或空气间隙击穿后，只要切除电 源，它们的绝缘性能都能很快地自动彻底恢 复。
（二）. 极不均匀电场具有强垂直分量时的沿面放电
1. 基本过程 各处场强差异大，套管法兰附近的电力线密集，电 场最强，可出现持续局部沿面放电 Ｕ↑ → 浅兰色的电晕放电 Ｕ↑↑ →电晕延伸，形成平行细光线，是一种辉光放电 Ｕ↑＞临界值→放电性质改变，明亮的树枝状火花， 在 不同位置交替出现，有轻的爆裂声，称滑闪放电 Ｕ↑一点→滑闪放电火花迅速增长，贯穿两级→ 沿面闪络