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1、低压设备的绝缘配合,原理、要求及试验,1 术语,绝缘配合 insulation co-ordination 考虑了预期微观环境及其影响作用的情况下电气设备绝缘特性的相互关系。 注：按工作电压和(周期性)再现峰值电压等特性来表示预期电压强度特性。,1 术语,电气间隙 clearance 两导电部分之间在空气中的最短距离。 爬电距离 creepage distance 两导电部分之间沿绝缘材料表面的最短距离。,1 术语,固体绝缘 solid insulation 电气设备中插入两导电部分之间作为绝缘的固体材料。,1 术语,额定电压 rated voltage 制造厂对元件、电器或设备规定的电压值，
2、它与运行(包括操作)和性能等特性有关。 额定绝缘电压 rated insulation voltage 制造厂对设备或其部件规定的耐受电压有效值，以表征其绝缘规定的(长期)耐受能力。 注：额定绝缘电压不一定等于设备的额定电压。,1 术语,额定冲击电压 rated impulse voltage 制造厂对设备或其部件规定的冲击耐受电压值，以表征其绝缘规定的抗瞬态过电压的耐受能力。 过电压 over voltage 峰值大于在正常运行下最大稳态电压的相应峰值的任何电压。,2 绝缘配合原理,2.1 基本原理 绝缘配合是指根据产品的使用要求和周围环境来选择电气绝缘特性，只有基于在其寿命期间内所承受的各
3、种作用(例如电压和其它因素)强度时，才能实现产品绝缘配合的最终目标。,2 绝缘配合原理,2.2 绝缘配合的影响因素 2.2.1 与设备有关的电压 额定电压； 额定绝缘电压； 由设备运行过程中的过电压确定的额定冲击电压。,2 绝缘配合原理,2.2 绝缘配合的影响因素 2.2.2 环境条件 宏观条件(温度、湿度、太阳辐射等)； 微观条件； 影响微观环境的因素(外壳、加热、通风、灰尘、水汽等)。,2 绝缘配合原理,2.2 绝缘配合的影响因素 2.2.3 其它因素 污染 材料性能（漏电起痕指数CTI） 电压作用时间 频率 海拔高度(大气压力) 电场条件 均匀电场； 非均匀电场。,绝缘破坏及影响因素分析
4、,3.1 绝缘击穿 3.1.1 击穿机理 热击穿 在强电场作用下，电介质内部由于介电损耗而发热，如果热量来不及散失，使温度不断升高，导致低分子挥发物逸出而使材料的分子结构破坏，最后造成绝缘击穿,3 绝缘破坏及影响因素分析,3.1 绝缘击穿 3.1.1 击穿机理 电击穿 在强电场作用下，电介质内部由于带电质点的剧烈运动发生碰撞而电离，使分子结构破坏而增加了电导，最后造成绝缘击穿,3 绝缘破坏及影响因素分析,3.1 绝缘击穿 3.1.1 击穿机理 放电击穿 在强电场作用下，电介质内部包含的汽泡首先发生碰撞而放电，杂质也可能因电场加热的结果产生汽化，汽泡的进一步发展而导致材料绝缘击穿,3 绝缘破坏及
5、影响因素分析,3.1 绝缘击穿 3.1.2 绝缘击穿影响因素 温度温度升高，材料的击穿电压下降 湿度湿度增大，材料的击穿电压下降 电压作用时间电压作用时间增长，材料的 击穿电压下降 频率频率提高，材料的击穿电压下降 材料厚度材料厚度提高，散热不利，击穿电压下降,3 绝缘破坏及影响因素分析,3.1 绝缘击穿 3.2 绝缘老化 3.2.1 绝缘老化机理 绝缘老化 绝缘材料在设备运行过程中的各种因素作用下，发生不可逆的物理、化学变化，导致材料电气、力学性能的急剧变化而破坏，为绝缘老化。,3 绝缘破坏及影响因素分析,3.2 绝缘老化 3.2.1 绝缘老化机理 热老化 绝缘材料在热、氧、水的单独或联合作
6、用下，低分子挥发物或产物逸出；生成的游离基参与链反应使分子链断裂；引发的自动催化作用加速材料破坏；产生水解降解；或产生高分子链聚合等，导致材料性能下降或完全破坏,3 绝缘破坏及影响因素分析,3.2.1 绝缘老化机理 电老化 由于局部放电产生的O3、氮氧化物、高速粒子等，以及由局部放电引起的介电损耗加大致使材料发热，导致材料性能下降或完全破坏,3 绝缘破坏及影响因素分析,3.2.2 绝缘老化因素 电场强度 电场强度增大，加速材料的绝缘老化 温度温度增高，材料的绝缘老化会加速 湿度湿度增大，材料的绝缘老化会加速 频率频率增高，材料的绝缘老化会加速 污染污染会导致局部放电，加速材料的绝缘老化,3 绝
7、缘破坏及影响因素分析,3.3 影响因素分类 3.3.1 绝缘材料组别 按材料的相比漏电起痕指数分类 绝缘材料组别 相比漏电起痕指数(CTI) V I 600 600 II 400 IIIa 175400 IIIb 100175,3 绝缘破坏及影响因素分析,3.3 影响因素分类 3.3.2 材料的耐热性分级 材料级别代号 最高长期工作温度 Y 90 A 105 E 120 B 130 F 155 H 180 C 180,3 绝缘破坏及影响因素分析,3.3 影响因素分类 3.3.3 污染等级（微观环境） 1级一般无污染或仅出现干燥的、非导电性的污染。该等级对绝缘配合无影响 2级有时会出现由凝露造成
8、暂时的导电性，一般只有无导电性的污染 3级一般有导电性污染出现，或者出现由于凝露 使干燥的、非导电性的污染变成导电性 4级由导电性灰尘或雨雪造成持续的导电性,3 绝缘破坏及影响因素分析,3.3 影响因素分类 3.3.4 过电压类别 过电压的产生 一次回路操作 隔离开关操作高压母线 断路器操作高压母线/线路 电容器组投切空载变压器/电抗器投切 雷击二次雷击（即由一次雷击产生的传导影响） 电网故障高压母线接地 二次回路操作 继电器操作 开关操作（包括电子开关 静电放电（ESD）由人体或物体所带静电引发的放电,3 绝缘破坏及影响因素分析,3.3 影响因素分类 3.3.4 过电压类别 过电压类别 I采
9、取了特别措施，例如具有良好防护的电子电路 II由配电装置供电的用电设备 III安装在配电装置中的设备，例如开关设备 IV使用在配电设备电源端的设备,4 绝缘配合的基本要求,4.1 电气绝缘图解,4 绝缘配合的基本要求,4.2 最小电气间隙的确定,4 绝缘配合的基本要求,4.3 最小爬电距离的确定,5 电气绝缘测量和试验,5.1 电气间隙和爬电距离测量 目的：最小电气间隙和爬电距离是否满足要求 测量方法： 按照最不利的位置测量 按照标准规定的规则，最小沟槽不计 合格判据：符合最小电气间隙和爬电距离的规定,5.2 绝缘电阻测量,目的：检测绝缘的长期耐受能力 试验类型：型式试验和例行试验 试验条件：
10、标准规定的条件 试验部位： 每个电路与外露的导电件间； 独立电路之间； 经协商，可在常开触点电路试验，试验值经协商确定 试验仪器：直流500V10% 合格判据： 100M 湿热：10M,5.3 介质强度试验,目的： 检验绝缘的长期耐受能力 检验电气间隙 检验爬电距离 试验类型：型式试验和例行试验 试验条件：标准规定的条件 试验部位： 每个电路与外露的导电件间； 独立电路之间； 经协商，可在常开触点电路试验，试验值经协商确定 试验值：2000V/500V 合格判据：试验期间不发生击穿和闪烙,5.4 冲击电压试验,目的： 试验类型： 试验条件： 试验部位： 每个电路与外露的导电件间； 各个独立电路
11、之间； 经协商，给定电路的端子间 试验值：5000V或1000V 合格判据： 试验期间无破坏性放电(火花、闪络或击穿); 试验后满足性能要求,6 固体绝缘设计,6.1 设计原则 a) 固体绝缘材料的电气强度远远大于空气的电气强度，所以，当以电气间隙进行的绝缘设计达不到要求时，应采用爬电距离的方法，即在两导电体间增加固体绝缘进行隔离。 b) 由于固体绝缘材料中的缺陷(如杂质、气隙)存在，尽管电压还远远小于击穿水平，但仍然会因产生局部放电而损害其寿命。 c) 固体绝缘材料的损坏在其寿命过程中有一个积累的过程，由于这一过程的不可恢复性最终会导致击穿或老化而丧失效能。 d) 在高频电压作用下，材料的介质损耗和局部放电的加剧会降低使用寿命。 e) 单纯靠增大绝缘结构的厚度以期获得长期耐受电压的能力是不合适的，只有通过合理的结构设计才会获得满意效果。,6 固体绝缘设计,6.2 设计方法 a) 确定最小电气间隙； b) 确定最小爬电距离； c) 增加固体绝缘厚度不是好办法 d) 辅助措施 涂敷绝缘材料； 加装绝缘套管或绝缘衬垫； 铺衬绝缘膜； 防污染和防潮,The End,THANK YOU,