绝缘子的作用是电气绝缘和机械固定,为了与导电体固定,需要一个金属附件;为了与接地体固定,又需要一个金属附件,导体与接地体具有不同的 电位,因此在它们之间需要一段固体绝缘。100多年前世界上第一支绝缘子就是在这种思维的指导下诞生了,而且这种二元素结构一直沿用至今。

　　我们知道,绝缘子的电气强度通常取决于它的外绝缘水平, 而衡量外绝缘水平的一个重要电气性能就是绝缘子的闪络电压。请看在国内外所有相关书籍中对闪络电压的定义–连通绝缘子两电极(绝缘子的一个元素)沿着绝缘体(绝缘子的另一个元素)外部空气的放电电压,括号中的话是我加 上去的。经过分析,可以知道闪络电压是依靠二元素结构来 定义的,再仔细分析,在这个定义中二元素结构绝缘子在目前运行中的捉襟见肘之处暴露无遗。因为从定义分析,这种结构在应对闪络电压时没有任何防范措施,只有被动挨打、坐以待毙、束手就擒。

　　现在我们再进一步进行分析。按照绝缘子表面状况的不同 (这里显然指的是绝缘子中绝缘体的表面状况),绝缘子的闪络电压又可区分如下三种:

　　干闪络电压:这是指表面清洁干燥的绝缘子的闪络电压。2.按照二元素结构,该电压由绝缘子两电极间的最短 3.空气距离决定。由于二元素结构绝缘子的两电极间没有设置屏障,所以当两电极间的距离确定之后,再想提高它的干闪络电压是不可能的。

　　湿闪络电压:这是指表面洁净的绝缘子在淋雨时的闪络电压。按照二元素结构,该电压由绝缘子的伞形和伞数决定。由于二元素结构绝缘子制造出来后其伞形和伞数是确定的,所以再想提高它的湿闪络电压也是不可能的。

　　污秽闪络电压:这是指表面脏污的绝缘子在受潮情况下的闪络电压。按照二元素结构,该电压由绝缘子两电极间的沿面最短距离决定。在绝缘子的高度和外形结构都确定的情况下,有可能提高它的污秽闪络电压,但手段也极其有限,总结起来就是三个字:扫、涂、爬。“ 扫”就是对绝缘子进行定期清扫;“涂”就是在绝缘子表面涂一层憎水性涂料;“爬”就是增加绝缘子的爬电距离。这三个字看起来简单,执行起来却不是一件容易的事情。除了上述措施以外,就是使用复合绝缘子。

　　综上所述,二元素结构绝缘子在设计思想上 是从常识出发,基本符合逻辑,可以达到绝缘子最基本的功能,其明快简洁的结构在许多方面上也给我们带来了方便,在100多年的运行实践中也基本上经受了考验。但是如果我们站在一个更高的角度,就会认为二元素结构只能算是绝缘子设计的初级阶段, 从目前的运行实践看,也存在许多不尽人意的地方。从今后特高压和智能电网的发展来 看,绝缘子也不应该是传统意义上的电力系统中的一个普通元件,而应该发挥更重要的作用。所以我们必须赋予绝缘子新的设计思 想,即不应该一直停留在二元素的结构上, 而应该在充分掌握气体放电理论、沿面放电 理论以及绝缘子电场分布理论的基础上,以现有二元素结构为基础进行二次创意,在两电极之间、在绝缘体之上构思和设置第三个元素,通过第三个元素的介入去寻找绝缘子内在的和谐,使得绝缘子能够表现出最佳运行状态。第三元素的内涵可以非常丰富,可以充分发挥创意者的想象力,从而建立一个强大的创意平台。如果说以前的二元素结构是绝缘子的骨架,那么现在的三元素就是绝缘子的灵魂。

下面我们以提高污秽闪络电压为例来说明第三元素的重要性。

1.因固体或液体悬浮微粒从气流中降落而形成了绝缘子的污秽层。微粒从气体中降落的强度正比于气体靠绝缘子表面附近的速度梯度,气体遇到绝缘子不同形状的裙边其受污程度也不同。

2.有电压存在时,沿潮湿的污秽层有电流流过。如果沿绝缘子爬电路径上任何一处的表面电导率趋于零,则泄漏电流中断。

3.流过泄漏电流时,潮湿层中发生的能量使绝缘子发热,使其表面电导率增大,导致潮湿层温度进一步上升及水气蒸发,如果水分蒸发量超过水分降落量,则烘干绝缘子的表面。

4.绝缘子表面形成烘干区后,由于烘干区电阻增大,沿泄漏路径电压重新分布。

5.烘干区的电压降上升,烘干区闪络使表面产生小电弧。

6.在一定条件下,绝缘子表面局部闪络发展成全部闪络。

　　以上这些条件只要有一条不能满足,绝缘子就不可能发生污秽闪络。所以为消除污秽绝 缘在受潮时闪络的可能性,只要尽力使其中一个条件不可能得到满足即可。

　　但是由于制造上的原因,瓷和玻璃绝缘子的伞形不可能太复杂,整支复合绝缘子的伞裙 也不可能太复杂,因此它们想要破坏上述任何一个条件都非常困难,因此在防污秽闪络时,二元素结构举步维艰。而第三元素是配件,它非常符合上述思想,因为它在制造上 相对容易,可以专门在绝缘子上设置防污秽闪络的屏障,只要它使绝缘子某些表面或干燥或某些表面清洁不形成局部电弧,都可以增强耐污秽闪络的能力。

　　当然,三元素结构绝缘子要想很快打破二元素结构绝缘子一统外绝缘天下一百多年的历史并非易事,还有一段较长的路要走,但是只要我们坚信它的大方向是正确的,“世事终能有 所成”。

张德赛 INMR中文刊主编 武汉大学电气工程学院