第2課電容精品課件

1、第2課電容第1頁，共56頁，2022年，5月20日，7點41分，星期六電氣故障的主要原因制造工藝存在缺陷惡劣的環(huán)境和苛刻的運行條件材料的劣化 缺乏良好的管理及維護 第2頁，共56頁，2022年，5月20日，7點41分，星期六 現(xiàn)代電氣設備的造價及運行可靠性在很大程度上取決于設備的絕緣結構。電力設備金屬材料絕緣材料第3頁，共56頁，2022年，5月20日，7點41分，星期六 絕緣介質(zhì) 緊固支撐 冷卻媒介 絕緣結構的作用 第4頁，共56頁，2022年，5月20日，7點41分，星期六 絕緣材料液體絕緣: 絕緣油固體絕緣：絕緣紙、電瓷 、云母交聯(lián)聚乙烯等氣體絕緣: 空氣、SF6 真空絕緣第5頁，共56

2、頁，2022年，5月20日，7點41分，星期六 實際絕緣結構通常是由幾種電介質(zhì)聯(lián)合構成的組合絕緣。 固-液絕緣固-氣絕緣第6頁，共56頁，2022年，5月20日，7點41分，星期六絕緣劣化及其影響因素 電氣因素機械因素溫度和熱穩(wěn)定性受潮化學穩(wěn)定性和抗生物特性 為了使設備的外形尺寸保持在可以接受的水平，現(xiàn)代變壓器相對于以往的設計采用了更為緊湊的絕緣方式，因此在運行中其內(nèi)部各組件間的絕緣所需承受的熱和電應力水平顯著提高。 第7頁，共56頁，2022年，5月20日，7點41分，星期六圖1 有機絕緣的伏秒特性及運行中各種電壓下的場強 1 油紙電氣強度； 2 膠紙電氣強度； 3 運行中各種電壓下的場強；

3、 E0 長期工作場強1. 電氣影響 長期工作電壓 短時的過電壓 第8頁，共56頁，2022年，5月20日，7點41分，星期六2.機械影響 機械負荷 長時間振動 短路應力第9頁，共56頁，2022年，5月20日，7點41分，星期六 圖2 不同耐熱等級的絕緣材料在各種運行溫度下長期運行的壽命3. 溫度影響 季節(jié)變化 長期過負荷 熱老化第10頁，共56頁，2022年，5月20日，7點41分，星期六表1 電介質(zhì)的耐熱等級耐熱等級工作溫度()電介質(zhì)O90木材、紙、紙板、棉纖維、天然絲；聚乙烯；聚氯乙烯；天然橡膠A105油性樹脂漆及其漆包線；礦物油及浸入其中的纖維材料E120酚醛樹脂塑料；膠紙板、膠布板；

4、聚酯薄膜；聚乙烯醇縮甲醛漆B130瀝青油漆制成的云母帶、玻璃漆布、玻璃膠布板；聚酯漆；環(huán)氧樹脂F(xiàn)155聚酰亞胺漆及其漆包線；改性硅有機漆及其云母制品及玻璃漆布H180聚酰胺聚酰亞胺漆及其漆包線；硅有機漆及制品；硅橡膠及玻璃漆布C180聚酰亞胺漆及薄膜；云母；陶瓷；玻璃及其纖維；聚四氟乙烯第11頁，共56頁，2022年，5月20日，7點41分，星期六熱老化規(guī)律 6 度規(guī)則 試驗表明，對于常用的A級絕緣，如油紙絕緣，則溫度每超過6，則壽命約縮短一半。而對于B、H級絕緣則分別約為10及12。 第12頁，共56頁，2022年，5月20日，7點41分，星期六 水分被吸收到電介質(zhì)內(nèi)部或吸附到電介質(zhì)的表面以

5、后，它能溶解離子類雜質(zhì)或使強極性的物質(zhì)解離，嚴重影響介質(zhì)內(nèi)部或沿面的電氣性能：在外施電壓下，或者在電極間構成通路，或者在高溫下汽化形成“汽橋”而使擊穿電壓顯著降低。 4. 受潮局部電弧水帶絕緣介質(zhì)第13頁，共56頁，2022年，5月20日，7點41分，星期六第14頁，共56頁，2022年，5月20日，7點41分，星期六5. 化學穩(wěn)定性及抗生物特性 在戶外工作的絕緣應能長期耐受日照、風沙、雨霧冰雪等大氣因素的侵蝕。在含有化學腐蝕氣體等環(huán)境中工作時，選用的材料應具有更強的化學穩(wěn)定性，如耐油性等。工作在濕熱帶和亞濕熱帶地區(qū)的絕緣還要注意材料的抗生物（霉菌、昆蟲）特性，如有的在電纜護層材料中加入合適的

6、防霉劑和除蟲涂料等。 第15頁，共56頁，2022年，5月20日，7點41分，星期六絕緣介質(zhì)的電氣特性 可以將不同電場強度下，電介質(zhì)中所呈現(xiàn)的電氣現(xiàn)象分為兩類：1. 在強電場下（當外施場強大于該介質(zhì)的擊穿強度時），將出現(xiàn)放電、閃絡、擊穿等現(xiàn)象，這在氣體中表現(xiàn)最為明顯。2. 在弱電場下（當外施場強比該介質(zhì)的擊穿場強小得多時），主要是介質(zhì)中的極化、電導、介質(zhì)損耗等。 以下將分析氣體放電及液、固體介質(zhì)的電氣性能。 第16頁，共56頁，2022年，5月20日，7點41分，星期六氣體放電的基本過程放電（Discharge )擊穿 ( Breakdown )閃絡 ( Flashover )火花放電 (Sp

7、arkover) 電弧 (Arc)第17頁，共56頁，2022年，5月20日，7點41分，星期六湯遜放電理論第18頁，共56頁，2022年，5月20日，7點41分，星期六巴申曲線第19頁，共56頁，2022年，5月20日，7點41分，星期六圖3 棒-棒及棒-板空氣間隙的工頻擊穿電壓Ub與間距d的關系的試驗曲線（1,2,4為棒-棒；3,5為棒-板）第20頁，共56頁，2022年，5月20日，7點41分，星期六氣隙擊穿的三個必要條件 足夠高的電壓。 在氣隙中存在能引起電子崩并導致?lián)舸┑挠行щ娮印?需要一定的時間讓放電得以逐步發(fā)展直至擊穿。第21頁，共56頁，2022年，5月20日，7點41分，星期

8、六 沖擊電壓下的擊穿電壓與直流或工頻電壓下的擊穿電壓不同。當外施電壓快速升高，于時t1雖已達在持續(xù)作用電壓下的擊穿電壓Us，但擊穿過程并不立即開始，要過ts（統(tǒng)計時延）才出現(xiàn)第一個有效電子；再經(jīng)過碰撞電離、電子崩到完成擊穿，還須tf（放電形成時延）。 圖4 放電時間的組成沖擊擊穿電壓及過電壓保護第22頁，共56頁，2022年，5月20日，7點41分，星期六 圖5 50%伏秒特性 1. 0%伏秒特性；2. 100%伏秒特性； 3. 50%伏秒特性；圖6 伏秒特性間的配合 因為ts和tf都帶有統(tǒng)計性，所以沖擊下?lián)舸╇妷号c放電時間的關系伏秒特性具有較大的分散性，工程上常用50%伏秒特性來表征。以避雷

9、器保護變壓器為例，就必須根據(jù)伏秒特性進行絕緣（強度）配合，如在圖2中S2就能較好地保護S1。 第23頁，共56頁，2022年，5月20日，7點41分，星期六氣體中的沿面放電(cm)圖7 不同材料的工頻下沿面閃絡電壓（峰值） 1純氣隙；2石蠟；3膠紙筒；4電瓷 沿著固體介質(zhì)表面的閃絡電壓不但遠低于固體介質(zhì)的擊穿電壓，而且也比相同極間距離的純氣隙的擊穿電壓低。 如果表面潮濕、臟污時，沿面閃絡電壓更低。這是選擇輸電線路和變電所外絕緣時的關鍵因素。 輸電線和變電站所用的絕緣子大多在戶外運行，因此還要考慮濕閃及污閃的情況，這時的放電電壓遠低于乾閃。 第24頁，共56頁，2022年，5月20日，7點41分

10、，星期六圖8 沿套管表面放電示意圖(a) 電暈；(b) 輝光；(c) 滑閃；(d) 套管表面等值電容1導桿；2法蘭 當電壓不太高時，接地法蘭邊緣先出現(xiàn)電暈而形成光圈，隨著電壓的升高，電暈延伸成火花細線，電流密度仍很小；當外施電壓超過某臨界值時，很亮、帶紫色的火花緊貼介質(zhì)表面此起彼伏，這時電流密度已較大，電壓再增不多常就形成表面閃絡。根據(jù)電源容量大小，放電轉(zhuǎn)變?yōu)榛鸹ǚ烹娀螂娀》烹?。?5頁，共56頁，2022年，5月20日，7點41分，星期六圖9 盤形絕緣子串在雨下的可能閃絡路徑 在有污穢的地區(qū)，污閃所造成的損失很大，因它可在工作電壓下發(fā)生，且引起大面積停電。常用的防污措施： 增大泄漏距離。 定

11、期或不定期的清掃。 使用憎水性涂料。 改用防污性能好的絕緣子。 防污措施第26頁，共56頁，2022年，5月20日，7點41分，星期六液體及固體介質(zhì)的電氣特性 電介質(zhì)的電氣特性，主要表現(xiàn)為它們在電場下的導電性能、介電性能和電氣強度。常以以下四個特征參數(shù)來表示： 電導率（或絕緣電阻率） 介電常數(shù)（或電容C） 介質(zhì)損耗角正切（介質(zhì)損耗因子）tg 擊穿電場強度Eb。 第27頁，共56頁，2022年，5月20日，7點41分，星期六電介質(zhì)極化圖10 極化現(xiàn)象示意圖(a) 極間為真空；(b) 極間為介質(zhì) A 電極面積（cm2）d 電極間距（cm）r 相對介電常數(shù) 第28頁，共56頁，2022年，5月20日

12、，7點41分，星期六表 2 常用電介質(zhì)的r值材料類型名稱相對介電常數(shù)（工頻，20）氣體介質(zhì)（標準大氣條件）空氣100058液體介質(zhì)弱極性變壓器油硅有機液體2.22.52.22.8極性蓖麻油氯化聯(lián)苯4.54.65.2強極性丙酮酒精水223381固體介質(zhì)中性或弱極性石蠟聚苯乙烯聚四氟乙烯瀝青2.02.52.52.62.02.22.62.7極性纖維素膠木聚氯乙烯6.54.53.03.5離子性云母電瓷575.56.5第29頁，共56頁，2022年，5月20日，7點41分，星期六 如絕緣紙板中存在氣泡時，氣泡耐壓低但分到的場強卻比紙要高45倍，這也是組合絕緣中局部放電問題突出的重要原因之一。 在高壓電氣

13、設備中常以幾種絕緣材料組成，這時應注意到串聯(lián)介質(zhì)在交變電壓下場強分布與介電常數(shù)成反比，即第30頁，共56頁，2022年，5月20日，7點41分，星期六圖11 直流電壓作用于雙層介質(zhì)(a)示意圖；(b)等值電路 對于多種材料組成的絕緣結構，或者采用不均勻的介質(zhì)時，還會出現(xiàn)夾層極化。 因此存在一電荷重新分配的過程。于是夾層的界面上有電荷積聚（即吸收電荷），表現(xiàn)為等值電容增大。這樣的吸收過程比其它的極化過程要慢得多。 當t=0時，電壓與電容成反比到達穩(wěn)態(tài)，電壓與電阻成反比第31頁，共56頁，2022年，5月20日，7點41分，星期六電介質(zhì)的電導 固體介質(zhì)的電導包括兩方面：體積電導及表面電導，后者受濕

14、度、染污的影響更大。因此在測量固體絕緣結構的絕緣電阻時，如不采取相應措施，就難以將內(nèi)部的及表面的絕緣電阻分開，特別在天氣潮濕時表面電阻往往顯著降低。 隨著溫度的升高，解離的離子數(shù)往往呈指數(shù)增大，如 所以在測量絕緣電阻或泄漏電流時，必須注意溫度的影響。同一物體在相近溫度下的絕緣電阻的比較才能說明是否真有顯著變化。 第32頁，共56頁，2022年，5月20日，7點41分，星期六電介質(zhì)的損耗圖12 介質(zhì)在交流電壓下的等值電路分析(a)示意圖；(b)等值電路；(c)相量圖在交流電壓下，試品電流 包括有功分量 及無功分量 介質(zhì)損耗 衡量絕緣結構的性能。 式中即為介質(zhì)損耗角。與絕緣結構的形狀及尺寸無關，僅

15、取決于該介質(zhì)的損耗特性。因此國際上都直接用它來評估絕緣材料的質(zhì)量，第33頁，共56頁，2022年，5月20日，7點41分，星期六表2.4 常用液、固體介質(zhì)tg值（20，工頻）電介質(zhì)tg(%)電介質(zhì)tg(%)變壓器油0.050.5聚乙烯0.010.02蓖麻油13交聯(lián)聚乙烯0.020.05瀝青云母帶0.21聚苯乙烯0.010.03電瓷25聚四氟乙烯 f1)第35頁，共56頁，2022年，5月20日，7點41分，星期六電介質(zhì)的擊穿 如是極其純凈的液體及固體介質(zhì)，發(fā)生電擊穿的電壓將很高。 但工程電介質(zhì)材料中不可避免地會含有一些雜質(zhì)，如氣泡、水分、纖維、炭粒等，它們對介質(zhì)的擊穿過程及擊穿電壓有很大影響。

16、 電擊穿：由于電場作用所直接引起。 熱擊穿：僅靠增加絕緣厚度以提高擊穿電壓已難以奏效。 電化學擊穿：因長期局部放電而引起。第36頁，共56頁，2022年，5月20日，7點41分，星期六絕緣試驗及檢測的特點 破壞性試驗及非破壞性試驗 直流耐壓及交流耐壓 離線試驗及在線監(jiān)測 電氣方法與非電方法 第37頁，共56頁，2022年，5月20日，7點41分，星期六1. 破壞性試驗及非破壞性試驗絕緣試驗絕緣特性試驗絕緣電阻試驗介質(zhì)損失角正切值(tg) 試驗局部放電試驗絕緣耐壓試驗交流電壓試驗直流電壓試驗雷電沖擊電壓試驗操作沖擊電壓試驗絕緣試驗的分類 如需進行耐壓試驗，必須在非破壞試驗即絕緣特性試驗合格后才進

17、行。第38頁，共56頁，2022年，5月20日，7點41分，星期六2.交流耐壓、直流耐壓及沖擊試驗 沖擊試驗：考核設備在雷電及操作過電壓下的特性。比 較真實、可靠的，特別對變壓器等繞組結構的而言。難于在現(xiàn)場進行。 交流耐壓試驗：一般僅在交接試驗及大修后進行，因為它雖然考驗很嚴格，有利于發(fā)現(xiàn)某些缺陷，但可能產(chǎn)生嚴重的“副作用”。第39頁，共56頁，2022年，5月20日，7點41分，星期六 直流耐壓試驗： 1. 對電容很大的試品 2. 交流耐壓試驗所帶來的殘余破壞遠大于直流耐壓。 圖15 油紙電纜的壽命曲線 1-粘性浸漬；2-充油電纜第40頁，共56頁，2022年，5月20日，7點41分，星期六

18、 但交流設備用直流試驗不夠真實，例如油紙串聯(lián)時，交流下電場分布取決于介電常數(shù)，而直流卻取決于電阻率。因此兩者并不等效。 第41頁，共56頁，2022年，5月20日，7點41分，星期六3.離線試驗及在線監(jiān)測 在線監(jiān)測的優(yōu)點高壓設備上所加的是運行電壓，比停電試驗電壓高得多，因此測得的參數(shù)更真實、靈敏；可以隨時進行檢測，能夠及時發(fā)現(xiàn)缺陷。 在線監(jiān)測的缺點 造價高； 可測試項目較少； 易受環(huán)境因素影響。 第42頁，共56頁，2022年，5月20日，7點41分，星期六4. 電氣方法與非電方法 絕緣介質(zhì)的劣化過程，常伴有熱、聲、化學等參數(shù)的變化。而有些參數(shù)較易于測到、或外界干擾少，更應充分予以利用。 油中

19、氣體分析DGA(Dissolved Gas Analysis)對發(fā)現(xiàn)油浸電力設備中的電弧放電、局部過熱等潛伏性故障相當有效； 紅外熱成象（Thermovision）可用于發(fā)現(xiàn)較小尺寸設備，如避雷器、互感器、套管等的熱點故障；超聲法對測量振動以及放電定位相當有效。 第43頁，共56頁，2022年，5月20日，7點41分，星期六 電氣診斷特點 任何診斷問題都是以征兆為線索的，變壓器故障診斷的困難在于：一般說來，故障和征兆之間并不存在簡單的一一對應關系，一種故障可能對應多種征兆，而一種征兆也可能對應著多種故障。因此僅僅依靠單一的檢測項目，對故障的分析是不全面的，需要對各種試驗結果進行綜合推理。 第4

20、4頁，共56頁，2022年，5月20日，7點41分，星期六 運行電氣設備 電、熱、機械、環(huán)境等因素作用 性能逐漸劣化 故障 事故 巨大損失 故障 各種前期征兆 電氣、物理、化學特性的少量、漸變 特性變化的大小和趨勢 早期發(fā)現(xiàn)故障電氣診斷第45頁，共56頁，2022年，5月20日，7點41分，星期六定義 通過對電氣設備的試驗和各種特性的測量， 了解其特征， 評估設備在運行中的狀態(tài)(老化程度)， 從而能早期發(fā)現(xiàn)故障的技術作用 提高電氣設備及電力系統(tǒng)的運行可靠性 明顯的經(jīng)濟效益和社會效益第46頁，共56頁，2022年，5月20日，7點41分，星期六 檢測表征工作狀態(tài)的信號 進行信號處理 提取信號特征

21、 根據(jù)信號特征 分析故障類型、性質(zhì)及嚴重程度 對故障點進行定位電氣診斷的功能第47頁，共56頁，2022年，5月20日，7點41分，星期六根據(jù)設備特征 推斷設備的狀態(tài) 特征變量 Kj，j = 1, 2, , n 特征函數(shù) G (K1, K2, , Kj, , Kn) 狀態(tài)變量 Di，i = 1, 2, , m 狀態(tài)函數(shù) F (D1, D2, , Di, , Dm)第48頁，共56頁，2022年，5月20日，7點41分，星期六 診斷規(guī)則 E 特征與狀態(tài)不一一對應 需要診斷規(guī)則 E (K1, K2, , Kn；D1, D2, Dm) 特征 和 狀態(tài) 間的相互關系 工程診斷 找到三者間關系 由特征函數(shù)、診斷規(guī)則 推斷設備狀態(tài)第49頁，共56頁，2022年，5月20日，7點41分，星期六 特征變量分布的隨機性 完好絕緣 D1 和 故障絕緣 D2 特性參數(shù) x 的 概率密度曲線 fD1(x)及fD2(x) 第50頁，共56頁，2022年，5月20日，7點41分，星期六 fD1(x) 和 fD2(x) 分離 在a，b區(qū)間中 選擇 閾值 x0第51頁，共56頁，2022年，5月20日，7點41分，星期六 fD1(