DQZHAN技術(shù)訊：電氣絕緣基礎(chǔ)理論

簡(jiǎn)述

絕緣是指利用絕緣材料和構(gòu)件將電位不等的導(dǎo)體分隔開(kāi)，使其沒(méi)有電氣連接以保持不同的電位，從而保證帶電部件能夠正常運(yùn)行。絕緣是電氣設(shè)備結(jié)構(gòu)中的重要組成部分。具有絕緣作用的材料稱為絕緣材料（電介質(zhì)），電氣設(shè)備的絕緣就是各種絕緣材料構(gòu)成的。

一、絕緣基礎(chǔ)知識(shí)

絕緣是指利用絕緣材料和構(gòu)件將電位不等的導(dǎo)體分隔開(kāi)，使其沒(méi)有電氣連接以保持不同的電位，從而保證帶電部件能夠正常運(yùn)行。絕緣是電氣設(shè)備結(jié)構(gòu)中的重要組成部分。具有絕緣作用的材料稱為絕緣材料（電介質(zhì)），電氣設(shè)備的絕緣就是各種絕緣材料構(gòu)成的。

電力系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，電氣設(shè)備絕緣是長(zhǎng)期處在工作電壓作用之下的。但是，由于各種原因，電力線路中的電壓有時(shí)會(huì)出現(xiàn)短時(shí)升高的現(xiàn)象，即產(chǎn)生過(guò)電壓。過(guò)電壓可分為：雷電過(guò)電壓和內(nèi)過(guò)電壓。

雷電過(guò)電壓：由于設(shè)備遭受雷擊造成的或在設(shè)備附近發(fā)生雷擊而感應(yīng)產(chǎn)生的過(guò)電壓；內(nèi)過(guò)電壓有分為暫時(shí)過(guò)電壓和操作過(guò)電壓。暫時(shí)過(guò)電壓是由于系統(tǒng)中發(fā)生事故或發(fā)生諧振而引起的過(guò)電壓；操作過(guò)電壓是由于系統(tǒng)中的操作（投、切）引起的過(guò)電壓。

過(guò)電壓的作用時(shí)間雖然很短，但過(guò)電壓的數(shù)值卻大大超過(guò)正常工作電壓，因此，易造成絕緣的破壞。所以，設(shè)備絕緣應(yīng)能耐受工作電壓的持續(xù)作用外，還必須能耐受過(guò)電壓的作用。

為了電氣設(shè)備**可靠地運(yùn)行，除應(yīng)搞清楚過(guò)電壓的數(shù)值、波形等參數(shù)并設(shè)法降低或限制作用于設(shè)備上的過(guò)電壓的數(shù)值外，還要保證及提高絕緣本身的耐受電壓，這兩個(gè)方面就構(gòu)成了高電壓技術(shù)的主要內(nèi)容。如何保證及提高設(shè)備絕緣的耐受電壓，設(shè)計(jì)出先進(jìn)的絕緣結(jié)構(gòu)則是高電壓絕緣所討論的內(nèi)容。

在工作電壓和過(guò)電壓作用下，絕緣會(huì)發(fā)生電導(dǎo)、極化、損耗、老化、放電擊穿等現(xiàn)象。為了設(shè)計(jì)出技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理而又**可靠的絕緣結(jié)構(gòu)，首先必須掌握各類絕緣材料在電場(chǎng)作用下的電氣物理性能，絕緣材料在強(qiáng)電場(chǎng)中的擊穿特性及其規(guī)律尤為重要。只有知道了絕緣材料本身耐受電壓的規(guī)律之后，才能進(jìn)行絕緣的設(shè)計(jì)（考慮絕緣結(jié)構(gòu)、選擇絕緣距離或絕緣厚度等）。其次，絕緣的破壞決定于作用在其上的電場(chǎng)強(qiáng)度，在滿足電氣設(shè)備基本要求的前提下，應(yīng)設(shè)法改善絕緣結(jié)構(gòu)，使其電場(chǎng)分布盡可能地均勻，以減少電場(chǎng)強(qiáng)度。另外，采用新型絕緣材料。

二、絕緣的缺陷及試驗(yàn)種類

電氣設(shè)備必須在常年使用中保持高度的可靠性，為此，必須對(duì)設(shè)備按設(shè)計(jì)的規(guī)格進(jìn)行各種試驗(yàn)。在制造廠有：對(duì)所有原材料的試驗(yàn)，制造過(guò)程的中間試驗(yàn)，產(chǎn)品定型及出廠試驗(yàn)；在使用場(chǎng)合有：安裝后的交接試驗(yàn)，使用中為維護(hù)運(yùn)行**而進(jìn)行的絕緣預(yù)防性試驗(yàn)等。通過(guò)試驗(yàn)，掌握電氣設(shè)備絕緣情況，可保證產(chǎn)品質(zhì)量或及早發(fā)現(xiàn)其缺陷，從而進(jìn)行相應(yīng)的維護(hù)與檢修，以保證設(shè)備的正常運(yùn)行。

電氣設(shè)備的絕緣缺陷，有些是制造時(shí)潛伏下的，另一些則是運(yùn)行中在外界作用影響下發(fā)展起來(lái)的，即累積效應(yīng)。外界作用有：工作電壓、過(guò)電壓、大氣影響（如潮濕等）、機(jī)械力、熱、化學(xué)等，當(dāng)然這些外界作用的影響程度亦和制造質(zhì)量有關(guān)。目前，還不能做到使電氣設(shè)備的絕緣在運(yùn)行中不發(fā)生明顯的劣化，所以，在電力系統(tǒng)中經(jīng)常進(jìn)行預(yù)防性試驗(yàn)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)缺陷，可減少許多事故的發(fā)生。

絕緣的缺陷通常可分為兩大類

**類：集中性缺陷。例如懸式絕緣子的瓷質(zhì)開(kāi)裂；發(fā)電機(jī)絕緣局部磨損、擠壓破裂；電纜由于局部有氣隙在工作電壓作用下發(fā)生局部放電而損壞，以及其他的機(jī)械損傷、受潮等。

**類是分布性的缺陷，指電氣設(shè)備整體絕緣性能下降，如電機(jī)、變壓器、套管等絕緣中的有機(jī)材料受潮、老化、變質(zhì)等等。

絕緣內(nèi)部有上述兩種類型缺陷后，它的特性就往往發(fā)生一定的變化。這樣，我們就可以通過(guò)一些試驗(yàn)把隱藏的缺陷檢查出來(lái)。

絕緣試驗(yàn)

絕緣特性試驗(yàn)

（非破壞性試驗(yàn)）

絕緣電阻試驗(yàn)

介質(zhì)損失角正切值的試驗(yàn)

局部放電試驗(yàn)

介質(zhì)損失角正切值的局部放電試驗(yàn)

絕緣耐壓試驗(yàn)

交流電壓試驗(yàn)

直流電壓試驗(yàn)

雷電沖擊電壓試驗(yàn)

操作沖擊電壓試驗(yàn)

絕緣特性試驗(yàn)亦稱非破壞性試驗(yàn)，是指在較低的電壓下或使用其他不會(huì)損傷絕緣的辦法來(lái)測(cè)量絕緣的各種特性，從而判斷絕緣內(nèi)部有無(wú)缺陷。實(shí)踐證明，這類方法是有效的，但目前還不能只靠它來(lái)可靠地判斷絕緣的耐壓水平。

絕緣耐壓試驗(yàn)亦稱破壞性試驗(yàn)，這類試驗(yàn)對(duì)絕緣的考驗(yàn)是嚴(yán)格的，特別是能揭露那些危險(xiǎn)性較大的集中性缺陷，它能保證絕緣有一定的水平或裕度，缺點(diǎn)是可能會(huì)在耐壓試驗(yàn)時(shí)給絕緣造成一定的損傷。耐壓試驗(yàn)是在絕緣特性試驗(yàn)之后才進(jìn)行，如果非破壞性試驗(yàn)已表明絕緣存在不正常情況，則必須在查明原因并加以消除后再進(jìn)行耐壓試驗(yàn)，以避免不應(yīng)有的擊穿。例如套管大修時(shí)，當(dāng)用非破壞性試驗(yàn)判斷出絕緣受潮后，首先是進(jìn)行干燥，待受潮現(xiàn)象消除后才做耐壓試驗(yàn)。

以上主要內(nèi)容主要介紹各種絕緣試驗(yàn)方法的基本原理以及能發(fā)現(xiàn)什么樣的缺陷。在具體判斷電氣設(shè)備的絕緣狀況時(shí)，應(yīng)注意對(duì)各項(xiàng)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行綜合判斷，并注意和歷史資料（出廠及往年數(shù)據(jù)）以及該設(shè)備的其它相進(jìn)行互相比較。為便于歷次試驗(yàn)結(jié)果相互比較，*好在相近溫度和試驗(yàn)條件下進(jìn)行試驗(yàn)，以免因溫度換算帶來(lái)誤差。

試驗(yàn)應(yīng)盡量在良好天氣下進(jìn)行，執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)有：

GB50150--2006《電氣裝置安裝工程電氣設(shè)備交接試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)》

DL/T596--1996《電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程》

DL/T393--2010《輸變電設(shè)備狀態(tài)檢修試驗(yàn)規(guī)程》

狀態(tài)檢修工作的核心是確定設(shè)備的狀態(tài)，依據(jù)設(shè)備的狀態(tài)開(kāi)展相應(yīng)的試驗(yàn)、檢修工作?！皯?yīng)修必修，修必修好”。

三、高壓設(shè)備的絕緣水平及試驗(yàn)方法

高壓設(shè)備絕緣能否**可靠地運(yùn)行，起主要作用的是其耐受電壓的能力。各種額定電壓等級(jí)的設(shè)備，絕緣都需要具有相應(yīng)的耐受電壓的能力。設(shè)備絕緣耐受電壓能力的大小稱為絕緣水平。電氣身背的絕緣水平應(yīng)保證絕緣在*大工作電壓的持續(xù)作用下和過(guò)電壓的短時(shí)作用下都能**運(yùn)行。

影響絕緣水平的因素有：

（1）工作電壓的持續(xù)作用下的老化是決定絕緣使用壽命的主要條件；

（2）雷電過(guò)電壓下的沖擊，時(shí)間短但數(shù)值高；

（3）暫時(shí)過(guò)電壓下的沖擊，如諧振，持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)；

（4）操作過(guò)電壓下的沖擊。

對(duì)絕緣水平考核的試驗(yàn)方法有：

（1）雷電過(guò)電壓試驗(yàn)--雷電沖擊電壓模擬裝置；

（2）操作沖擊試驗(yàn)—操作沖擊試驗(yàn)?zāi)M裝置；

（3）工頻電壓等效試驗(yàn)為了檢驗(yàn)絕緣在暫時(shí)過(guò)電壓作用下運(yùn)行的可靠性，通常用短時(shí)工頻電壓等效地來(lái)進(jìn)行試驗(yàn)，判斷其絕緣水平的高低。

各種設(shè)備的一分鐘耐壓就是根據(jù)電力系統(tǒng)中內(nèi)過(guò)電壓的大小制定的。其*大的有點(diǎn)就是適合于在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行設(shè)備的試驗(yàn)。

我國(guó)現(xiàn)行的絕緣預(yù)防性試驗(yàn)項(xiàng)目：

（1）測(cè)定絕緣電阻；

（2）測(cè)量泄露電流；

（3）直流耐壓試驗(yàn)；

（4）測(cè)量介損（介質(zhì)損耗角正切值δ）；

（5）絕緣油介電強(qiáng)度試驗(yàn)；

（6）微量水分測(cè)定；

（7）油中溶解氣體色譜分析；

（8）局部放電試驗(yàn)；

（9）交流耐壓試驗(yàn)。

以上試驗(yàn)均是在停電（離線）狀態(tài)下進(jìn)行，通過(guò)試驗(yàn)預(yù)判電氣設(shè)備的絕緣性能。通常絕緣要開(kāi)展三個(gè)項(xiàng)目：

事故搶修---亡羊補(bǔ)牢；

預(yù)防性試驗(yàn)---居安思危；

狀態(tài)檢修---需修即修。