南理工_電氣設(shè)備故障診斷課程_第2章電氣絕緣基礎(chǔ)理論

1、 單梁南京理工大學(xué)南京理工大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院電氣工程系自動(dòng)化學(xué)院電氣工程系1可靠性概念及三要素串聯(lián)、并聯(lián)系統(tǒng)的可靠性關(guān)系設(shè)備故障率與使用壽命曲線浴盆曲線電氣設(shè)備電氣設(shè)備的狀態(tài)電氣設(shè)備故障診斷與繼電保護(hù)的區(qū)別前前 章章 回回 顧顧2 2一、氣體介質(zhì)的放電理論二、液體介質(zhì)的絕緣特性三、固體介質(zhì)的絕緣特性四、組合絕緣的耐電特性五、絕緣的老化第二章主要內(nèi)容及安排第二章主要內(nèi)容及安排3 34 45 5第一節(jié)第一節(jié) 氣體介質(zhì)的放電理論氣體介質(zhì)的放電理論6 6第一節(jié)第一節(jié) 氣體介質(zhì)的放電理論氣體介質(zhì)的放電理論7 7第一節(jié)第一節(jié) 氣體介質(zhì)的放電理論氣體介質(zhì)的放電理論8 8第一節(jié)第一節(jié) 氣體介質(zhì)的放電理論氣體介質(zhì)的

2、放電理論9 9第一節(jié)第一節(jié) 氣體介質(zhì)的放電理論氣體介質(zhì)的放電理論1010第一節(jié)第一節(jié) 氣體介質(zhì)的放電理論氣體介質(zhì)的放電理論1111第一節(jié)第一節(jié) 氣體介質(zhì)的放電理論氣體介質(zhì)的放電理論1212第一節(jié)第一節(jié) 氣體介質(zhì)的放電理論氣體介質(zhì)的放電理論1313第一節(jié)第一節(jié) 氣體介質(zhì)的放電理論氣體介質(zhì)的放電理論1414第一節(jié)第一節(jié) 氣體介質(zhì)的放電理論氣體介質(zhì)的放電理論1515電弧放電電弧放電電暈放電電暈放電第一節(jié)第一節(jié) 氣體介質(zhì)的放電理論氣體介質(zhì)的放電理論1616第一節(jié)第一節(jié) 氣體介質(zhì)的放電理論氣體介質(zhì)的放電理論1717第一節(jié)第一節(jié) 氣體介質(zhì)的放電理論氣體介質(zhì)的放電理論1818光輻射光輻射第一節(jié)第一節(jié) 氣體介

3、質(zhì)的放電理論氣體介質(zhì)的放電理論1919 第一節(jié)第一節(jié) 氣體介質(zhì)的放電理論氣體介質(zhì)的放電理論2020第一節(jié)第一節(jié) 氣體介質(zhì)的放電理論氣體介質(zhì)的放電理論2121第一節(jié)第一節(jié) 氣體介質(zhì)的放電理論氣體介質(zhì)的放電理論2222第一節(jié)第一節(jié) 氣體介質(zhì)的放電理論氣體介質(zhì)的放電理論2323第一節(jié)第一節(jié) 氣體介質(zhì)的放電理論氣體介質(zhì)的放電理論2424第一節(jié)第一節(jié) 氣體介質(zhì)的放電理論氣體介質(zhì)的放電理論2525第一節(jié)第一節(jié) 氣體介質(zhì)的放電理論氣體介質(zhì)的放電理論2626第一節(jié)第一節(jié) 氣體介質(zhì)的放電理論氣體介質(zhì)的放電理論2727第一節(jié)第一節(jié) 氣體介質(zhì)的放電理論氣體介質(zhì)的放電理論2828第一節(jié)第一節(jié) 氣體介質(zhì)的放電理論氣體介

4、質(zhì)的放電理論2929第一節(jié)第一節(jié) 氣體介質(zhì)的放電理論氣體介質(zhì)的放電理論3030第一節(jié)第一節(jié) 氣體介質(zhì)的放電理論氣體介質(zhì)的放電理論3131第一節(jié)第一節(jié) 氣體介質(zhì)的放電理論氣體介質(zhì)的放電理論3232第一節(jié)第一節(jié) 氣體介質(zhì)的放電理論氣體介質(zhì)的放電理論3333 第一節(jié)第一節(jié) 氣體介質(zhì)的放電理論氣體介質(zhì)的放電理論3434第一節(jié)第一節(jié) 氣體介質(zhì)的放電理論氣體介質(zhì)的放電理論3535第一節(jié)第一節(jié) 氣體介質(zhì)的放電理論氣體介質(zhì)的放電理論3636 第一節(jié)第一節(jié) 氣體介質(zhì)的放電理論氣體介質(zhì)的放電理論3737 第一節(jié)第一節(jié) 氣體介質(zhì)的放電理論氣體介質(zhì)的放電理論3838第一節(jié)第一節(jié) 氣體介質(zhì)的放電理論氣體介質(zhì)的放電理論3

5、939第一節(jié)第一節(jié) 氣體介質(zhì)的放電理論氣體介質(zhì)的放電理論4040第一節(jié)第一節(jié) 氣體介質(zhì)的放電理論氣體介質(zhì)的放電理論4141第一節(jié)第一節(jié) 氣體介質(zhì)的放電理論氣體介質(zhì)的放電理論4242第一節(jié)第一節(jié) 氣體介質(zhì)的放電理論氣體介質(zhì)的放電理論4343判斷途中的電氣設(shè)備與避雷器伏秒特性配合是否正確？第一節(jié)第一節(jié) 氣體介質(zhì)的放電理論氣體介質(zhì)的放電理論4444第一節(jié)第一節(jié) 氣體介質(zhì)的放電理論氣體介質(zhì)的放電理論4545第一節(jié)第一節(jié) 氣體介質(zhì)的放電理論氣體介質(zhì)的放電理論4646第一節(jié)第一節(jié) 氣體介質(zhì)的放電理論氣體介質(zhì)的放電理論4747第一節(jié)第一節(jié) 氣體介質(zhì)的放電理論氣體介質(zhì)的放電理論4848第二節(jié)第二節(jié) 液體介質(zhì)的

6、擊穿液體介質(zhì)的擊穿49495050第二節(jié)第二節(jié) 液體介質(zhì)的擊穿液體介質(zhì)的擊穿5151第二節(jié)第二節(jié) 液體介質(zhì)的擊穿液體介質(zhì)的擊穿5252第二節(jié)第二節(jié) 液體介質(zhì)的擊穿液體介質(zhì)的擊穿5353第二節(jié)第二節(jié) 液體介質(zhì)的擊穿液體介質(zhì)的擊穿5454第三節(jié)第三節(jié) 固體介質(zhì)的擊穿固體介質(zhì)的擊穿5555第三節(jié)第三節(jié) 固體介質(zhì)的擊穿固體介質(zhì)的擊穿5656第三節(jié)第三節(jié) 固體介質(zhì)的擊穿固體介質(zhì)的擊穿5757第三節(jié)第三節(jié) 固體介質(zhì)的擊穿固體介質(zhì)的擊穿5858第三節(jié)第三節(jié) 固體介質(zhì)的擊穿固體介質(zhì)的擊穿5959第三節(jié)第三節(jié) 固體介質(zhì)的擊穿固體介質(zhì)的擊穿6060第三節(jié)第三節(jié) 固體介質(zhì)的擊穿固體介質(zhì)的擊穿6161第四節(jié)第四節(jié) 組

7、合絕緣的特性組合絕緣的特性6262第四節(jié)第四節(jié) 組合絕緣的特性組合絕緣的特性6363第四節(jié)第四節(jié) 組合絕緣的特性組合絕緣的特性6464第四節(jié)第四節(jié) 組合絕緣的特性組合絕緣的特性6565第四節(jié)第四節(jié) 組合絕緣的特性組合絕緣的特性6666第五節(jié)第五節(jié) 絕緣的老化絕緣的老化什么叫絕緣的老化？ 電氣設(shè)備的絕緣在長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程中會(huì)發(fā)生一系列物理變化和化學(xué)變化，致使其電氣、機(jī)械及其他性能逐漸劣化，這種現(xiàn)象統(tǒng)稱為絕緣的老化。 絕緣的老化以有機(jī)絕緣材料的老化問(wèn)題最為突出。液體有機(jī)材料老化時(shí)，表觀上會(huì)發(fā)生渾濁、變色等；高分子材料老化時(shí)，表觀上會(huì)發(fā)生變色、粉化、起泡、發(fā)黏、裂紋或裂縫、變形等。6767第五節(jié)第五節(jié)

8、絕緣的老化絕緣的老化6868第五節(jié)第五節(jié) 絕緣的老化絕緣的老化2.5.1 熱老化熱老化 在高溫的作用下，電介質(zhì)在短時(shí)間內(nèi)就會(huì)發(fā)生明顯的劣化；即使溫度不太高，但如作用時(shí)間很長(zhǎng)，絕緣性能也會(huì)發(fā)生不可逆的劣化，這就是電介質(zhì)的熱老化。 溫度越高，絕緣老化得越快，壽命越短。 6969第五節(jié)第五節(jié) 絕緣的老化絕緣的老化絕緣材料的耐熱等級(jí)劃分耐熱等級(jí)耐熱等級(jí)極限溫度（極限溫度（）絕緣材料絕緣材料O(Y)O(Y)9090木材、紙；聚乙烯、聚氯乙??；天然橡膠木材、紙；聚乙烯、聚氯乙??；天然橡膠A A105105油性樹(shù)脂漆及其漆包線；礦物油油性樹(shù)脂漆及其漆包線；礦物油E E120120酚醛樹(shù)脂塑料；膠紙板；聚酯薄

9、膜酚醛樹(shù)脂塑料；膠紙板；聚酯薄膜B B130130聚酯漆；環(huán)氧樹(shù)脂聚酯漆；環(huán)氧樹(shù)脂F(xiàn) F155155聚酯亞胺漆及其漆包線聚酯亞胺漆及其漆包線H H180180聚酰胺亞胺漆及其漆包線；硅橡膠聚酰胺亞胺漆及其漆包線；硅橡膠C C180180聚酰亞胺漆及薄膜；云母；陶瓷；聚四氟乙烯聚酰亞胺漆及薄膜；云母；陶瓷；聚四氟乙烯7070第五節(jié)第五節(jié) 絕緣的老化絕緣的老化熱老化規(guī)則： 熱老化8規(guī)則：對(duì)A級(jí)絕緣介質(zhì)，如果它們的工作溫度超過(guò)規(guī)定值8時(shí)，壽命約縮短一半。 相應(yīng)的對(duì)相應(yīng)的對(duì)B B級(jí)絕緣和級(jí)絕緣和H H級(jí)絕緣則分別適用級(jí)絕緣則分別適用1010和和1212規(guī)則。規(guī)則。（各種耐熱等級(jí)絕緣的壽命減半對(duì)應(yīng)的溫升

10、在（各種耐熱等級(jí)絕緣的壽命減半對(duì)應(yīng)的溫升在8-14 8-14 ） 7171固體介質(zhì)的熱老化過(guò)程固體介質(zhì)的熱老化過(guò)程 受熱受熱帶電粒子熱運(yùn)動(dòng)加劇帶電粒子熱運(yùn)動(dòng)加劇載流子增多載流子增多載流子遷移載流子遷移電電導(dǎo)和極化損耗增大導(dǎo)和極化損耗增大介質(zhì)損耗增大介質(zhì)損耗增大介質(zhì)溫升介質(zhì)溫升加速老化加速老化液體介質(zhì)及油浸紙的熱老化過(guò)程液體介質(zhì)及油浸紙的熱老化過(guò)程 油溫升高油溫升高氧化加速氧化加速油裂解油裂解分解出多種能溶于油的微量分解出多種能溶于油的微量氣體氣體絕緣破壞絕緣破壞 微量氣體的色譜分析是故障診斷的重要手段。介質(zhì)的老化過(guò)程介質(zhì)的老化過(guò)程第五節(jié)第五節(jié) 絕緣的老化絕緣的老化2.5.2 電老化 什么是電老

11、化？ 電老化是指在電場(chǎng)的長(zhǎng)期作用下，絕緣中發(fā)生的老化。 介質(zhì)電老化的主要原因是什么？ 絕緣內(nèi)部或表面發(fā)生局部放電。 第五節(jié)第五節(jié) 絕緣的老化絕緣的老化73731）帶點(diǎn)質(zhì)點(diǎn)的轟擊。局部放電過(guò)程中帶點(diǎn)質(zhì)點(diǎn)撞擊到氣隙壁上時(shí)，可能打斷絕緣的化學(xué)鍵產(chǎn)生裂解，破壞其分子結(jié)構(gòu)。2）熱效應(yīng)。放電點(diǎn)介質(zhì)發(fā)熱促使發(fā)生熱裂解或促進(jìn)氧化裂解，同時(shí)溫升也會(huì)增大介質(zhì)的電導(dǎo)和損耗，加速老化過(guò)程。3）活性生成物。局部放電產(chǎn)生活性生成物，與絕緣材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，腐蝕絕緣體，導(dǎo)致介電性能劣化。2.5.2 電老化 電老化機(jī)理 第五節(jié)第五節(jié) 絕緣的老化絕緣的老化74744）輻射效應(yīng)。局部放電產(chǎn)生可見(jiàn)光、紫外線等高能輻射，引起高聚物的

12、裂解，也會(huì)引起某些材料脆化。5）機(jī)械力的效應(yīng)。斷續(xù)爆破性的放電和放電產(chǎn)生的高壓力氣體，都會(huì)引起絕緣體開(kāi)裂，形成新的放電點(diǎn)。2.5.2 電老化 電老化機(jī)理（續(xù)） 第五節(jié)第五節(jié) 絕緣的老化絕緣的老化75752.5.2 電老化 第五節(jié)第五節(jié) 絕緣的老化絕緣的老化各種絕緣材料耐局部放電的性能有很大差別： 云母、玻璃纖維等無(wú)機(jī)材料有很好的耐局部放電能力，旋轉(zhuǎn)電機(jī)采用云母、樹(shù)脂作為絕緣材料。 有機(jī)高分子聚合物等絕緣材料的耐局部放電的性能比較差。 76762.5.2 電老化 第五節(jié)第五節(jié) 絕緣的老化絕緣的老化絕緣油的老化原因： 油溫升高而導(dǎo)致油的裂解，產(chǎn)生出一系列微量氣體；氣體的氣相色譜方法可作為監(jiān)測(cè)診斷的

13、重要手段。 油中的局部放電還可能產(chǎn)生聚合蠟狀物，影響散熱，加速固體介質(zhì)的熱老化。77772.5.2 電老化 第五節(jié)第五節(jié) 絕緣的老化絕緣的老化絕緣壽命和外施電壓的關(guān)系 隨著外施電壓的增加，局部放電將加劇，其放電量、放電頻率、放電功率都會(huì)相應(yīng)增加，因此絕緣的老化速度加快、壽命縮短。 :nLAELE絕緣壽命，外加場(chǎng)強(qiáng)，A、n:材料特性等常數(shù)78782.5.3 機(jī)械老化 第五節(jié)第五節(jié) 絕緣的老化絕緣的老化固體絕緣在運(yùn)行中常受到各種機(jī)械負(fù)荷的作用，即使此負(fù)荷固體絕緣在運(yùn)行中常受到各種機(jī)械負(fù)荷的作用，即使此負(fù)荷比短時(shí)破壞強(qiáng)度低得多，且發(fā)生的形變純屬?gòu)椥宰冃螘r(shí)，也比短時(shí)破壞強(qiáng)度低得多，且發(fā)生的形變純屬?gòu)椥?/p>

14、變形時(shí)，也會(huì)引起緩慢的老化過(guò)程。會(huì)引起緩慢的老化過(guò)程。這種老化過(guò)程的實(shí)質(zhì)是：在機(jī)械應(yīng)力作用下，材料中微觀缺這種老化過(guò)程的實(shí)質(zhì)是：在機(jī)械應(yīng)力作用下，材料中微觀缺陷發(fā)生規(guī)則運(yùn)行，形成微裂縫及逐漸擴(kuò)大的過(guò)程。當(dāng)微裂縫陷發(fā)生規(guī)則運(yùn)行，形成微裂縫及逐漸擴(kuò)大的過(guò)程。當(dāng)微裂縫的尺寸及數(shù)量達(dá)到某臨界值時(shí)，材料發(fā)生破壞。的尺寸及數(shù)量達(dá)到某臨界值時(shí)，材料發(fā)生破壞。 00exp,:TWLLKTL WK材料參數(shù)，負(fù)載引起的材料應(yīng)力，:波爾茨曼常數(shù)， ：絕對(duì)溫度79792.5.3 機(jī)械老化 第五節(jié)第五節(jié) 絕緣的老化絕緣的老化機(jī)械負(fù)荷和其他因素的共同作用，會(huì)加速絕緣的機(jī)機(jī)械負(fù)荷和其他因素的共同作用，會(huì)加速絕緣的機(jī)械老化。

15、械老化。在有強(qiáng)電場(chǎng)存在時(shí)，絕緣的微裂縫會(huì)產(chǎn)生局部放電，在有強(qiáng)電場(chǎng)存在時(shí)，絕緣的微裂縫會(huì)產(chǎn)生局部放電，加快了絕緣的機(jī)械破壞過(guò)程，因此固體絕緣的機(jī)械老加快了絕緣的機(jī)械破壞過(guò)程，因此固體絕緣的機(jī)械老化也會(huì)加劇?；矔?huì)加劇。溫度升高時(shí)，絕緣中更易發(fā)生機(jī)械老化。復(fù)合材料溫度升高時(shí)，絕緣中更易發(fā)生機(jī)械老化。復(fù)合材料由于熱膨脹系數(shù)不同，高溫下會(huì)產(chǎn)生額外的機(jī)械應(yīng)力，由于熱膨脹系數(shù)不同，高溫下會(huì)產(chǎn)生額外的機(jī)械應(yīng)力，促使機(jī)械老化。促使機(jī)械老化。80802.5.4 環(huán)境老化 第五節(jié)第五節(jié) 絕緣的老化絕緣的老化環(huán)境引起絕緣表面劣化的原因主要是水分、污染、環(huán)境引起絕緣表面劣化的原因主要是水分、污染、氧氣和輻射。絕緣表面發(fā)生腐蝕。氧氣和輻射。絕緣表面發(fā)生腐蝕。環(huán)境對(duì)絕緣內(nèi)部的劣化主要是因?yàn)槭艹?。受潮后絕環(huán)境對(duì)絕緣內(nèi)部的劣化主要是因?yàn)槭艹?。受潮后絕緣電阻和介質(zhì)損耗將增大，容易引起熱擊穿。緣電阻和介質(zhì)損耗將增大，容易引起熱擊穿。為了防止受潮，絕緣應(yīng)良好密封。然而有機(jī)高聚物為了防止受潮，絕緣應(yīng)良好密封。然而有機(jī)高聚物只能延緩受潮速度，金屬或玻璃具有更好的密封效果。只能延緩受潮速度，金屬或玻璃具有更好的密封效果。8181