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1、高电压绝缘技术 导言 1.什么是绝缘 绝缘的功能是将具有不同电位的导体隔开，从而使电气设备能处 于安全状态。 2.与绝缘相关的问题 绝缘材料 气体放电 液体介质的性能 固体介质的性能 不同介质的交界面 目录 气体击穿的理论分析和空气间隙绝缘 电力电缆绝缘 变压器绝缘 绝缘配合 气体放电的主要形式 气体放电: 将气体中流通电流的各种形式称作气体放电。 击穿与闪络: 当气体间隙上的电压达到一定数值时，电流突然剧增，使气体失 去绝缘性能。气体由绝缘状态突变为良导电状态的过程，称为击穿。 当击穿过程发生在气体与液体或气体与固体的交界面上时，称为沿 面闪络。 气体放电的主要形式 辉光放电: 放电光辉充满
2、整个电极空间，电流密度在1-5A/cm2之间，整个间隙 呈绝缘状态。 电晕放电: 高场强电极附近出现发光的薄层，伴随着咝咝的声音和臭氧的气 味，整个间隙呈绝缘状态。 刷状放电: 由电晕电极伸出的明亮而细的断续的放电通道，电流增大，间隙 仍未被击穿。 火花放电: 贯通两电极的明亮而细的断续的放电通道，火花放电间歇地击穿 间隙。 电弧放电: 持续贯通放电通道，间隙被完全击穿。 气体放电的主要形式 均匀电场与不均匀电场 (1)采用电场不均匀系数来描述电场的不均匀程度，f=1为均匀电场， f4为极不均匀电场。 式中，Emax为最大场强；Eav= ；U为间隙上的电压；d为电极间最 短的绝缘距离。 气体放
3、电的主要形式 (2)根据能否维持电晕放电来区分。若不均匀到能维持电晕放电 ，则是极不均匀电场；若不能维持稳定的电晕放电，一旦放电 达到自持，则整个间隙立即击穿，就称为稍不均匀电场或均匀 电场。 低气低气低气低气压压压压高气高气高气高气压压压压(1 (1 (1 (1个大气个大气个大气个大气压压压压及以上及以上及以上及以上) ) ) ) 均匀均匀均匀均匀电场电场电场电场辉辉辉辉光放光放光放光放电电电电火花放火花放火花放火花放电电电电、电电电电弧放弧放弧放弧放电电电电 不均匀不均匀不均匀不均匀电场电场电场电场辉辉辉辉光放光放光放光放电电电电电晕电晕电晕电晕 放放放放电电电电、刷状放、刷状放、刷状放、
4、刷状放电电电电、火花放、火花放、火花放、火花放电电电电、电电电电弧放弧放弧放弧放电电电电 汤逊放电理论（电子崩） 以电子碰撞电离为主，电子崩中电子数目小于10的8次方。电子碰 撞电离放电机理认为，受外界因素的作用，在气体间隙中存在自 由电子。这些自由电子在电场中被加速，并在运动过程中不断与 气体原子或分子发生碰撞；当电子获得电场提供的足够动能时， 就会使气体原子产生碰撞电离，形成新的自由电子和正离子。 这些新产生的电子和原有电子又从电场中获得能量，并继续碰撞 其它气体原子，又可能激发出新的自由电子。这样，自由电子数 将会成指数倍地增长，形成电子雪崩。由于电子的质量比离子小 得多，因此，电子移动
5、的速度比离子快许多，形成的电子崩的头 部不断向前扩展，最终形成自持性气体放电。油楔绝缘内部气隙 或油中小气泡较易发生汤逊放电，表现为放电量小、放电次数 多。汤逊放电对绝缘的劣化有一定作用，但不会造成突发性故 障。 流注理论 在外施电场作用下，电子崩由阴极向阳极发展，由于气体原子（ 或分子）的激励、电离、复合等过程产生光电离，在电子崩附近 由光电子引起新的子电子崩，电子崩接近阳极时，电离最强,光辐 射也强。光电子产生的子电子崩汇集到由阳极生长的放电通道， 并帮助它的发展，形成由阳极向阴极前进的流注（正流注），流 注的速度比碰撞电离快。同时，光辐射是指向各个方向的，光电 子产生的地点也是随机的，这
6、说明放电通道可能是曲折进行的。 正流注达到阴极时，正负电极之间形成一导电的通道，可以通过 大的电流，使间隙击穿。如果所加电压超过临界击穿电压（过电 压），电子崩电离加强，虽然电子崩还没有发展到阳极附近，但 在间隙中部就可能产生许多光电子及子电子崩,它们汇集到主电子 崩,加速放电的发展，增加放电通道的电导率，形成由阴极发展的 流注（负流注）。 流注理论 瑞特和米克认为，当电子崩头部的电场比外加电压在间隙中形成 的均匀电场更强时，电子崩附近电场严重畸变，电离剧烈，放电 可以自行发展成流注，从而导致间隙击穿。根据这一基本思想， 他们进行了理论推演。虽然他们计算电子崩头部电场的方法不尽 相同，推导出不
7、同的计算击穿电压的方程，但是计算得到的击穿 电压很相近，与试验比较相符。 如何提高气体间隙的击穿电压 为实现电气设备的小型化及降低成本，需要尽量减小绝缘距离。 途径：1.改善电场分布 2.采取合适的方法削弱气体的电离 如何提高气体间隙的击穿电压 具体措施： 1. 改善电极形状 1.1 增大电极曲率半径 1.2 改善电极边缘 1.3 使电极具有最佳外形 AB 壳体内的场强分布 110kV 电流互感器，壳体靠近二次引线管的 位置存在最大电场强度值23kV/mm，数值偏 大。该处的圆弧半径为5mm，将圆弧半径修 改为10mm，此时壳体靠近二次引线管的位 置(图中的A、B)场强下降为17.9kV/mm
8、。 如何提高气体间隙的击穿电压 2. 利用空间电荷畸变电场的 作用 细线效应：在持续作用电压 下，线径很小的导线周围产 生比较均匀的电晕层，改善 了电场分布，从而能提高击 穿电压。 如何提高气体间隙的击穿电压 3. 极不均匀电场中采用屏障 屏障：在极不均匀电场中，放入薄片状固体 绝缘材料，能提高击穿电压，这些薄片状固 体绝缘材料称作屏障。 如何提高气体间隙的击穿电压 4. 高气压气体 高气压下，击穿电压和电极的表面状态、 电极的材料都有关系。 老炼效应：多次击穿能烧去电极上的毛刺和尘 埃等杂物，从而改善电场分布，提高击穿电压。 改善电场分布、过滤水分 如何提高气体间隙的击穿电压 5 高电气强度
9、气体 相对电气强度：在压力和距离相同的条件下，气体的电气强度和空气的电气强 度之比。 卤化物气体电气强度高的原因：负电性、分子量和分子直径大、极化 对高电气强度的要求：液化温度低、化学稳定性好、价格便宜 如何提高气体间隙的击穿电压 6 高真空 真空断路器 真空接触器 真空灭弧室 电力电缆绝缘 0.6/1KV型 1.8/3KV型 3.6/6KV型 6/6KV型 6/10KV型 8.7/10KV型 8.7/15KV型 12/20KV型 21/35KV型 26/35KV型 电力电缆绝缘 电缆的绝缘电阻值与电缆的种类、电压等级、电缆绝缘的温度、 空气湿度、环境粉尘的性质以及电缆的使用年限有关。 一、新
10、电缆绝缘电阻的最低值（非测量相接地） 新电缆绝缘电阻的最低值可比照制造厂给出的20条件下，每千 米长度的绝缘电阻的最低值（按电缆的实际长度、电缆绝缘的实 际温度，折算到对应的数值）。如果没有制造厂的数据，下列数 值可供参考： 聚氯乙烯绝缘聚氯乙烯护套电力电缆，20条件下，每千米长度 的绝缘电阻最低值为： 额定电压1kV，一般不小于40M； 额定电压6kV，一般不小于60M。 电力电缆绝缘 交联聚乙烯绝缘聚氯乙烯护套电力电缆，20条件下，每千米长 度的绝缘电阻最低值为： 额定电压6kV，导体截面1635mm2，一般不小于1000M；导体截 面5095mm2，一般不小于750M；导体截面12024
11、0mm2，一般 不小于500M。 额定电压10kV，导体截面1635mm2，一般不小于2000M；导体 截面5095mm2，一般不小于1500M；导体截面120240mm2，一 般不小于1000M。 橡皮电缆，20条件下，每千米长度的绝缘电阻最低值为： 额定电压6kV，一般不小于50M； 额定电压1kV，一般不小于2M。 电力电缆绝缘 选择2500V兆欧表一只(带有测试线)，将兆欧表水平放置，未接线前先做仪表 外观检查及开路、短路试验，确认兆欧表完好。摇测的接线方法应正确(接线 前应先放电)。 摇测项目是相间及对地的绝缘电阻值，即UV、W、地； VU、W、地； WU、V、地。共三次。 电力电缆
12、绝缘 判断合格的标准规定如下： (1)长度在500m及以下的10kV电力电缆，用2500V兆欧表 摇测，在电缆温度为+20时，其绝缘电阻值不应低于 400M。 (2)三相之间，绝缘电阻值比较一致；若不一致，则不 平衡系数不得大于25。 (3)本次测定值与上次测定的数值，换算到同一温度 下。其值不得下降30以上。1KV及以下电力电缆的绝 缘电阻值，在电缆温度为20摄氏度时，不应低于1M。 电力电缆绝缘 摇测中的安全注意事项： (1)摇测前和摇测后都应放电； (2)摇动兆欧表的手柄时，转速应尽量保持额定值，更 不得低于额定转速的80； (3)电缆的另一端也必须作好安全措施，勿使人接近被 测电缆，更
13、不能造成反送电事故； (4)为保证仪表安全。要做到将兆欧表摇至120r/min后， 再将兆欧表的“L”线接被测电缆线芯，撤离测试线“L”后 方可停止摇动手柄。 变压器绝缘 变压器绝缘 变压器绝缘 变压器绝缘 油浸变压器 变压器绝缘 绝缘形式: 油浸式变压器：目前应用最广泛的变压器，采用油浸纸绝缘，绝 缘油起绝缘和散热双重作用。据统计，抽样93台变压器事故中， 绝缘事故占80%，其中匝绝缘43%，主绝缘23%，套管绝缘15%。 干式变压器：指变压器的铁芯和线圈不浸在绝缘液体中的变压器 类型。它的绝缘介质、散热介质是固体及空气。特点是无油，防 火及防爆。简单的说干式变压器就是指铁芯和绕组不浸渍在绝
14、缘 油中的变压器。冷却方式分为自然空气冷却（AN）和强迫空气冷 却（AF）。自然空冷时，变压器可在额定容量下长期连续运行。 强迫风冷时，变压器输出容量可提高50%。适用于断续过负荷运行 ，或应急事故过负荷运行；由于过负荷时负载损耗和阻抗电压增 幅较大，处于非经济运行状态，故不应使其处于长时间连续过负 荷运行。 变压器绝缘 绝缘形式: 环氧树脂干式变压器：环氧树脂干式变压器以环氧树脂为绝缘材 料。高、低压绕组采用铜带（箔）绕成，在真空中浇注环氧树脂 并固化，构成高强度玻璃钢体结构。绝缘等级有F、H级。环氧树 脂干式变压器有电气性能好、耐雷电冲击能力强、抗短路能力 强、体积小重量轻等特点。可安装温
15、度显示控制器，对变压器绕 组的运行温度进行显示和控制，保证变压器正常使用寿命。 变压器绝缘 SF6气体绝缘变压器：气体绝缘变压器无油，不易燃烧，防爆。 气体绝缘50MVA/110kV变压器 变压器绝缘 电缆绕组变压器 利用XLPE电力电缆的优良绝缘性能，省却了传统油浸变压器的绝缘油和相应的油 箱，具有以下优点： 1) 安全性 采用易燃材料的数量远少于常规变压器，所用材料的易燃性也远低于 常规变压器；并且用固体绝缘代替液体绝缘可降低事故的严重程度。 2) 可靠性 电缆绕组变压器结构简单、部件少以及所使用的XLPE绝缘在电、力、 热等诸多方面的优点，故较常规变压器发生故障的概率低、可靠性高。 3)
16、 损耗 漏磁产生的杂散损耗很小，导线很细且为束绞绝缘，使得附加损耗很小 ，故其总负载损耗比油浸式变压器小很多。 变压器绝缘 4) 过载能力 设计的温度上限为90C，连续负载的温度为70C。在此温度范围内 的XLPE电缆的老化几乎可忽略不计，即变压器可在其最高温度下运行而几乎无寿 命损失。 5) 抗短路能力 在正常运行中，电缆截面的负荷实际上是绕组的自重，通常小于 23kN/m，故绕组能耐受严重的短路。试验结果表明，线匝具有很强的耐受短路 能力。 6) 环境保护 固体绝缘避免了绝缘油渗漏对环境的污染，变压器本体在退役后可 完全分离，有机材料可焚化，金属材料可再回收。 缺点：省却了变压器油绝缘介质后，其散热成为该类变压器的突出问题。 变压器绝缘 图8-5 电缆绕组变压器 1-风扇；2
