哈工大高電壓技術(shù)4組合絕緣的電氣強(qiáng)度

第四節(jié)組合絕緣的電氣強(qiáng)度

介質(zhì)的組合原則組合絕緣中的電場(chǎng)

對(duì)高壓電氣設(shè)備絕緣的要求是多方面的，除了必須有優(yōu)異的電氣性能外，還要求有良好的熱性能、機(jī)械性能及其他物理-化學(xué)性能，單一品質(zhì)電介質(zhì)往往難以同時(shí)滿足這些要求，所以實(shí)際絕緣一般采用多種電介質(zhì)的組合：

例如，變壓器的外絕緣由套管的外瓷套和周圍的空氣組成，而其內(nèi)絕緣更是由紙、布、膠木筒、聚合物、變壓器油等固體和液體介質(zhì)聯(lián)合組成絕緣常見形式：多種介質(zhì)構(gòu)成的層疊絕緣。理想情況下，組合絕緣中各層絕緣承受的電場(chǎng)強(qiáng)度與其電氣強(qiáng)度成正比，是各層電壓最理想的分配原則直流電壓下：各層絕緣分擔(dān)的電壓與其絕緣電阻成正比，亦即各層中的電場(chǎng)強(qiáng)度與其電導(dǎo)率成反比工頻交流和沖擊電壓下：各層所承擔(dān)的電壓和各層電容成反比，亦即各層中的電場(chǎng)強(qiáng)度與其介電常數(shù)成反比一、介質(zhì)的組合原則各層絕緣所承受的電壓與電壓類型相關(guān)：二、組合絕緣中的電場(chǎng)1、均勻電場(chǎng)雙層介質(zhì)模型

在組合絕緣中，同時(shí)采用多種電介質(zhì)，在需要對(duì)這一類絕緣結(jié)構(gòu)中電場(chǎng)作定性分析時(shí)，常常采用最簡(jiǎn)單的均勻電場(chǎng)雙層介質(zhì)模型，如右圖所示：均勻電場(chǎng)雙層介質(zhì)模型由此可得：ε1E

1＝ε2E

2

U=E

1d1+E

2d2在這一模型中，最基本的關(guān)系式為：均勻電場(chǎng)雙層介質(zhì)模型

推廣到n層介質(zhì)系統(tǒng)，在外加電壓為U，極間距離為d，各層介電常數(shù)，厚度和電場(chǎng)強(qiáng)度分別為則各介質(zhì)場(chǎng)強(qiáng)為即各層介質(zhì)的電場(chǎng)分布與該層介電常數(shù)成反比

超高壓交流電纜常為單相圓芯結(jié)構(gòu)，由于其絕緣層較厚，一般采用分階結(jié)構(gòu)，以減小纜芯附近的最大電場(chǎng)強(qiáng)度

所謂分階絕緣是指由介電常數(shù)不同的多層絕緣構(gòu)成的組合絕緣

分階原則：是對(duì)越靠近纜芯的內(nèi)層絕緣選用介電常數(shù)越大的材料，以達(dá)到電場(chǎng)均勻化的目的2、分階絕緣

內(nèi)層絕緣：采用高密度的薄紙(紙的纖維含量高，質(zhì)地致密)，其介電常數(shù)較大，擊穿場(chǎng)強(qiáng)也較大;

先討論單相圓芯均勻介質(zhì)電纜中絕緣的利用系數(shù)。如果施加交流電壓U，則其絕緣層中距電纜軸心r處的電場(chǎng)E可由下式求得：式中r0、R分別為電纜芯線的半徑和外電極(金屬護(hù)套)的半徑。

外層絕緣：則采用密度較低、厚度較大的紙，其介電常數(shù)較小、擊穿場(chǎng)強(qiáng)也較小。絕緣層中最大電場(chǎng)強(qiáng)度Emax位于芯線的表面上而最小電場(chǎng)強(qiáng)度Emin位于絕緣層的外表面(r＝R)處。此時(shí)的平均電場(chǎng)強(qiáng)度Eav應(yīng)為:絕緣中平均場(chǎng)強(qiáng)與最大場(chǎng)強(qiáng)之比稱為該絕緣的利用系數(shù)，則此時(shí):

絕緣利用系數(shù)

值越大，則電場(chǎng)分布越均勻，亦即絕緣材料利用得越充分。平板電容器絕緣的

值可視為1。但對(duì)超高壓電纜來說，因絕緣層較厚，(R-r0)值較大，如采用一種單一的介質(zhì)、則值將較??；為提高利用系數(shù)應(yīng)采用分階絕緣在處的電場(chǎng)舉例：對(duì)于圓形單芯雙層分階絕緣電纜電場(chǎng)分布計(jì)算，和分別為電纜的內(nèi)半徑和外半徑，為分階半徑，其電場(chǎng)分布為在處的電場(chǎng)可以看出，在和為定值的情況下，適當(dāng)選擇以及分階半徑，就能使兩層絕緣材料的利用率較高，電纜整體電氣強(qiáng)度就可大為提高小結(jié)高壓電氣設(shè)備一般采用多種電介質(zhì)組合的絕緣結(jié)構(gòu)；組合絕緣中介質(zhì)中的電場(chǎng)強(qiáng)度與介電常數(shù)成反比分布；（交流電場(chǎng)下的電場(chǎng)分布）分階絕緣的原則是對(duì)越靠近纜芯的內(nèi)層絕緣選用介電常數(shù)越大的材料，以達(dá)到電場(chǎng)均勻化的目的（交流電場(chǎng)下的電場(chǎng)分布）第五節(jié)絕緣的老化

電氣設(shè)備的絕緣在運(yùn)行過程中，由于受到各種因素的長期作用，會(huì)發(fā)生一系列不可逆的變化，從而導(dǎo)致物理，化學(xué)，電和機(jī)械性能的劣化，這種不可逆的變化通稱為老化主要有電老化（局部放電），熱老化（高溫），機(jī)械應(yīng)力老化，環(huán)境老化（大氣老化）改進(jìn)措施：改進(jìn)制造工藝（清除雜質(zhì)氣泡等）；改進(jìn)絕緣設(shè)計(jì)（改善電極形狀，消除接觸氣隙等）；改善運(yùn)行條件（防潮防污，加強(qiáng)散熱等）課堂練習(xí)2、一充油的均勻場(chǎng)間隙距離為30mm，極間施加工頻電壓