高電壓技術(shù)-3-常用電氣設(shè)備絕緣

高電壓技術(shù)3常用電氣設(shè)備的絕緣3.1絕緣子的絕緣3.2高壓套管的絕緣3.3電容器及電纜的絕緣3.4變壓器的絕緣3.5高壓電機(jī)的絕緣3.6GIS設(shè)備的絕緣3.1絕緣子的絕緣絕緣子的作用：是將處于不同電位的導(dǎo)電體在機(jī)械上相互連接，而在電氣上相互絕緣。

絕緣子瓷套套管按照絕緣和連接形式的不同，絕緣子可分為三類：支柱絕緣子盤形懸式絕緣子（1）絕緣子：用于導(dǎo)電體和接地體之間的絕緣和固定連接，如隔離開關(guān)安裝觸頭的支柱絕緣子、輸電線路固定導(dǎo)線的懸式絕緣子串等。氧化鋅避雷器電流互感器（2）瓷套：用作電器內(nèi)絕緣的容器，并使內(nèi)絕緣免遭受周圍環(huán)境因素的影響，如電流互感器的瓷套等。變壓器套管油紙電容式穿墻套管（3）套管：用作導(dǎo)電體穿過接地隔板、電器外殼和墻壁的絕緣部件，如變壓器的出線套管、穿墻套管等。3.1.1絕緣子的性能要求和材料一、絕緣子的材料—由絕緣件及固定材料組成電瓷：無機(jī)材料，耐腐蝕，抗老化，具有足夠的電氣強(qiáng)度和機(jī)械強(qiáng)度；脆，抗壓強(qiáng)度比抗拉強(qiáng)度大得多；上釉強(qiáng)度大鋼化玻璃：電氣和機(jī)械強(qiáng)度大于電瓷，輸電線路鋼化玻璃絕緣子損壞后能“自爆”（巡線）有機(jī)復(fù)合材料：重量輕、體積小、工藝簡單；表面有憎水性，抗污閃能力強(qiáng)，復(fù)合絕緣子的玻璃纖維芯棒的抗拉強(qiáng)度高于鋼。（1）絕緣件3.1.1絕緣子的性能要求和材料8一、絕緣子的材料—由絕緣件及固定材料組成懸式絕緣子：對(duì)鋼腳和鐵的強(qiáng)度要求很高，在強(qiáng)度很高的懸式絕緣子試驗(yàn)中，常有瓷件未損壞而鐵帽或鐵腳拉壞的情況發(fā)生。對(duì)一些要通過大電流的產(chǎn)品，為了減小附件的渦流損耗，避免因鐵磁損耗而過分發(fā)熱，端蓋和法蘭可采用非磁性鐵或有色金屬，如硅銅合金、黃銅、硅鋁合金等。（2）金屬附件：由鑄鐵和鋼組成不低于500號(hào)硅酸鹽水泥。在個(gè)別場合中，也有采用其他膠合劑如甘油氧化鉛、硫磺石墨膠合劑、環(huán)氧樹脂等。瀝青常用于水泥膠裝的緩沖層（涂于膠裝瓷面和金具上）和防潮層（涂于水泥表面上）（3）膠裝材料：將絕緣件和金屬附件膠合連接的材料3.1.1絕緣子的性能要求和材料二、絕緣子的電氣性能和機(jī)械強(qiáng)度沿面閃絡(luò)電壓：沿絕緣子外部空氣的放電電壓。（一）電氣性能（1）干閃絡(luò)電壓——反映戶內(nèi)絕緣子的主要性能。包括工頻干閃絡(luò)電壓、雷電沖擊干閃絡(luò)電壓和操作沖擊干閃絡(luò)電壓。（2）濕閃絡(luò)電壓——反映戶外絕緣子的主要性能。在工頻電壓作用下，干、濕閃絡(luò)電壓相差較大。（3）污穢閃絡(luò)電壓——常用爬電距離來衡量絕緣子在污穢和受潮條件下的絕緣能力。1—鐵帽；2—絕緣；3—鐵腳；4—擊穿路徑；5—閃絡(luò)路徑；6—爬電路徑

為避免造成不可恢復(fù)的損壞，絕緣子的擊穿電壓應(yīng)比干閃絡(luò)電壓高。運(yùn)行中的絕緣子電暈將造成高頻干擾、引起能量損失，通常要求正常工作電壓下不出現(xiàn)電暈。（二）機(jī)械性能（1）拉伸負(fù)荷——兩端的拉伸力，如懸掛輸電線的絕緣子受重力和導(dǎo)線拉力作用。（2）彎曲負(fù)荷——頂部的垂直力，如導(dǎo)線拉力、風(fēng)力或短路電流電動(dòng)力主用于支柱絕緣子，因它們的方向與支柱垂直而使支柱受到彎矩作用。（3）扭轉(zhuǎn)負(fù)荷——頂部的扭矩，如隔離開關(guān)的支柱絕緣子常以轉(zhuǎn)動(dòng)方式來開閉，絕緣支柱承受扭轉(zhuǎn)力矩。一、結(jié)構(gòu)3.1.2支柱絕緣子支撐高壓電器帶電部分的絕緣支柱，由瓷柱和上下金屬附件組成。分為戶外和戶內(nèi)支柱絕緣子。戶外：受彎曲力矩較大，棒形支柱絕緣子，實(shí)芯帶傘的圓瓷柱;戶內(nèi)：空心或?qū)嵭牡膱A柱形瓷件和金屬附件組成。二、棒形絕緣子的閃絡(luò)電壓棒形絕緣子是具有弱垂直分量的不均勻電場結(jié)構(gòu)，其閃絡(luò)電壓接近于空氣間隙的擊穿電壓。（一）干閃絡(luò)電壓（二）濕閃絡(luò)電壓決定戶外絕緣子外形結(jié)構(gòu)的最主要因素。絕緣子在雨天應(yīng)仍能承受操作過電壓的作用。（1）沿濕AB和較干的BCA’發(fā)展。受表面濕度影響，閃絡(luò)電壓遠(yuǎn)較干閃絡(luò)電壓低。（2）沿濕AB和氣隙BA’發(fā)展。氣隙的擊穿電壓降低不多。（3）沿濕AB和水流BB’。水流短接氣隙，濕閃絡(luò)電壓大大下降，在大雨時(shí)會(huì)發(fā)生。工頻濕閃絡(luò)電壓： kV（有效值）E1淋雨表面的閃絡(luò)場強(qiáng)，在電導(dǎo)率為0.01S/m的雨水中，約為1.5kV/cm（隨l1增大而下降）；E2為空氣間隙的閃絡(luò)場強(qiáng)，可取3kV/cm。l1和

l2的范圍：7～125cm16173.1.3線路絕緣子一、針式絕緣子二、瓷橫擔(dān)絕緣子1835kV及以下三、懸式絕緣子及懸式絕緣子串19懸式絕緣子串20沿最短路徑①閃絡(luò)：工頻干閃絡(luò)，雷電沖擊閃絡(luò)，操作沖擊干閃絡(luò)以及正極性操作沖擊濕閃絡(luò)。僅與干閃絡(luò)距離即串長有關(guān)。交替②：工頻濕閃絡(luò)和負(fù)極性操作沖擊濕閃絡(luò)。沿絕緣體表面③：一般污穢閃絡(luò)。21只考慮對(duì)地電容只考慮對(duì)導(dǎo)線電容綜合考慮絕緣子串電壓分布的均勻化2219片XP－70組成的絕緣子串，靠導(dǎo)線第一片的電壓為總電壓的11.5%；加了均壓環(huán)后，電壓降為7.1%。233.1.4復(fù)合（合成）絕緣子優(yōu)點(diǎn)24（1）機(jī)械性能優(yōu)越：芯棒擴(kuò)張強(qiáng)度為普通鋼1.5倍，軸向拉力特別強(qiáng)，具有較強(qiáng)吸振能力。（2）抗污閃性能好：復(fù)合絕緣子具有憎水性，污閃電壓為同電壓等級(jí)瓷絕緣子3倍。（3）結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性好：為外膠裝配結(jié)構(gòu)，其內(nèi)心為實(shí)心棒絕緣材料，不會(huì)出現(xiàn)零值絕緣子。（4）重量輕。253.2高壓套管的絕緣用來使高壓導(dǎo)體與隔板絕緣的一種支撐裝置。電器用套管穿墻套管3常用電氣設(shè)備的絕緣3.1絕緣子的絕緣3.2高壓套管的絕緣3.3電容器及電纜的絕緣3.4變壓器的絕緣3.5高壓電機(jī)的絕緣3.6GIS設(shè)備的絕緣套管耐壓27電場強(qiáng)度具有強(qiáng)垂直分量，中間法蘭邊緣電場強(qiáng)，易發(fā)生電暈及滑閃放電。沿面閃絡(luò)電壓低。法蘭和導(dǎo)電桿間的電場也很強(qiáng)，絕緣容易擊穿。須改善法蘭和導(dǎo)桿附近的電場。減小比電容C0。套管絕緣要求28（1）在運(yùn)行電壓下不發(fā)生電暈放電；（2）在內(nèi)部過電壓作用下不發(fā)生滑閃放電；（3）沿面距離足夠長，以保證必要的閃絡(luò)電壓。高壓套管分類293.2.1瓷套管的絕緣30提高閃絡(luò)電壓：在法蘭到大傘的瓷壁噴鋁或上半導(dǎo)體釉大傘相當(dāng)于增厚瓷壁，減小了比電容；噴鋁層或半導(dǎo)體釉減弱了法蘭附近的電場強(qiáng)度。35kV及以下313.2.2充油套管的絕緣擊穿電壓、散熱等性能比原來具有氣腔時(shí)大為改善。20kV

及以下充油即可。當(dāng)電壓較高時(shí)，常在導(dǎo)桿上套以絕緣紙管或包以電纜紙以降低導(dǎo)桿表面場強(qiáng)。對(duì)60kV及以上，多放幾個(gè)絕緣筒，增強(qiáng)油隙的耐壓。套管外表面工頻干閃絡(luò)電壓：在油中的工頻閃絡(luò)電壓油中雷電沖擊閃絡(luò)電壓32對(duì)于110kV及以上，靠電容芯子來改善電場分布，組成了一串串聯(lián)的同軸圓柱形電容器。電容芯子：在導(dǎo)桿上包以多層絕緣紙，在層間夾有鋁箔，耐壓高且電場分布較均勻。333.2.3電容式套管的絕緣電容式套管類型根據(jù)芯子材料，分膠紙式和油紙式兩類。341－油紙絕緣強(qiáng)度；2－膠紙絕緣強(qiáng)度；E0－長期工作場強(qiáng)電容式套管末屏法蘭上常裝有小套管，以便將芯子里的最外層極板（末屏）引出，做測量用，平時(shí)接地。353常用電氣設(shè)備的絕緣3.1絕緣子的絕緣3.2高壓套管的絕緣3.3電容器及電纜的絕緣3.4變壓器的絕緣3.5高壓電機(jī)的絕緣3.6GIS設(shè)備的絕緣3.3電容器及電纜的絕緣

3.3.1電容器的絕緣37電力電容器電容器類型38按工作方式余弦電容器直流濾波電容器脈沖電容器（大電流，小電流）

391－元件；2－絕緣件；3－連接件；4－內(nèi)放電電阻；5－出線套管；6－箱殼高壓并聯(lián)電容器外形及內(nèi)部結(jié)構(gòu)電容器絕緣材料401、高ε、高擊穿場強(qiáng)的絕緣材料材料名稱密度允許溫度(℃)Tanδ(％)Eb（有效值）（V/

m）聚丙烯膜聚酯薄膜電容器紙0.911.391.0～1.21001201052.23.22.5～3.4<0.02<0.3<0.2>200>160>302024/1/23413.2電纜絕緣110kV及以上：輸電系統(tǒng)35kV及以下：配電系統(tǒng)1、架空線路——裸線（鋼芯鋁絞線），鐵塔，避雷線，接地，絕緣子。2、電纜線路——導(dǎo)體，絕緣層，保護(hù)覆蓋層；受氣候影響小，安全耐用。500kV交聯(lián)電纜42一、電纜結(jié)構(gòu)二、電纜介質(zhì)43在較低電壓時(shí)，電纜的絕緣介質(zhì)廣泛采用油紙絕緣、橡皮絕緣、塑料（如聚氯乙烯、聚乙烯等）絕緣；在更高電壓時(shí)，大多改用充油電纜、交聯(lián)聚乙烯（XLPE）電纜等。（一）紙絕緣電纜441、粘性絕緣電纜

適用于35kV及以下，在光亮油中加入松香制成粘性浸漬劑。在較高浸漬溫度時(shí)具有較低的粘度保證了對(duì)紙層的完善浸漬。正常溫度時(shí)粘度大，電纜彎曲時(shí)仍具有紙層間相對(duì)位移。

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浸漬電纜的熱膨脹系數(shù)比其它材料要大，容易形成空隙——局部放電

敷設(shè)在較大落差時(shí)，浸漬劑下流——電纜護(hù)套脹裂，上部更多空隙。更大落差時(shí)宜改用塑料電纜或不淌流電纜2024/1/23462、充油電纜當(dāng)電纜溫度升高時(shí),浸漬劑膨脹，電纜內(nèi)部壓力增加，浸漬劑流入供油箱；電纜冷卻時(shí)浸漬劑收縮，電纜內(nèi)部壓力降低，油箱內(nèi)浸漬劑又流入電纜，防止了氣隙的產(chǎn)生，可以用于110千伏及以上線路。47483、鋼管充油電纜

鋼管內(nèi)有三根單芯屏蔽電纜，屏蔽外包有銅帶，管內(nèi)充有1.5MPa左右的油壓。優(yōu)點(diǎn)：機(jī)械強(qiáng)度高，油壓高，電氣性能易保證。1－載流芯；2－屏蔽；3－絕緣層；4－屏蔽；5－半圓形滑絲；6－鋼管；7－防護(hù)層49

1、紙絕緣充氣電纜

附屬設(shè)備簡單，無液體靜壓力——髙落差處。

充氣電纜的許用場強(qiáng)低于充油電纜。

高壓力充氣電纜少見。

2、管道充氣電纜（GIC）

特點(diǎn)：電容小、介質(zhì)損耗低、散熱性能好。

（二）充氣電纜（三）橡皮和塑料電纜502024/1/2351

交聯(lián)聚乙烯（XLPE）電纜由聚乙烯(PE)加入交聯(lián)劑擠出成形聚乙烯分子間交聯(lián)形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，改善了耐熱變形性能、耐老化性能和機(jī)械性能。物理交聯(lián)——輻射法；化學(xué)交聯(lián)——在聚乙烯中加入少量的有機(jī)過氧化物。52531－電纜線芯；2－連接套；3－工廠絕緣；4－增繞絕緣；5－鉛套；6－應(yīng)力錐三、電纜接頭盒3常用電氣設(shè)備的絕緣3.1絕緣子的絕緣3.2高壓套管的絕緣3.3電容器及電纜的絕緣3.4變壓器的絕緣3.5高壓電機(jī)的絕緣3.6GIS設(shè)備的絕緣553.4變壓器的絕緣3.4.1對(duì)變壓器絕緣的要求電氣性能。耐受可能出現(xiàn)的過電壓。機(jī)械性能。尤其是當(dāng)發(fā)生短路時(shí)，繞組上的短路電磁力有可能達(dá)到正常時(shí)的幾百到近千倍。有可能導(dǎo)致繞組變形、松散等。熱性能。溫度升高會(huì)使電纜紙熱老化速度迅速加快，要改善其散熱條件。其他性能。要求絕緣有一定抗老化的能力和良好的化學(xué)穩(wěn)定性，防止絕緣受潮或污染。563.4.2繞組的基本絕緣結(jié)構(gòu)57干式變壓器58浸漬型－主絕緣為空氣樹脂型－主絕緣為樹脂3.4.4變壓器的主絕緣油－屏障絕緣。電壓等級(jí)越高，所用的紙筒、角環(huán)數(shù)目也越多其電氣強(qiáng)度越高。在同樣的絕緣距離時(shí)，插入的屏障數(shù)目增加，擊穿電壓提高。59

110kV餅式變壓器主絕緣結(jié)構(gòu)1－對(duì)扼絕緣；2－絕緣筒；3－油隙及撐條；4－角環(huán)；5－鋼壓板；6－絕緣端圈；7－相間絕緣角隔板繞組間或繞組對(duì)鐵心柱60某500kV變壓器的絕緣1－高壓繞組；2－低壓繞組；3－屏障；4－瓦楞紙；5－紙筒110kV變壓器主絕緣尺寸（例）餅間油隙（mm）812162024匝絕緣厚度（mm）0.951.351.61.95143148154160181187192198210213216220236241246250262265270276613.4.5變壓器的縱絕緣全波沖擊作用下餅間絕緣的最低擊穿電壓（kV）3常用電氣設(shè)備的絕緣3.1絕緣子的絕緣3.2高壓套管的絕緣3.3電容器及電纜的絕緣3.4變壓器的絕緣3.5高壓電機(jī)的絕緣3.6GIS設(shè)備的絕緣3.5高壓電機(jī)的絕緣6～30kV的大中型汽輪和水輪發(fā)電機(jī)、同步調(diào)相機(jī)和交流電動(dòng)機(jī)等。分為定子絕緣和轉(zhuǎn)子絕緣兩部分，每部分又分為繞組絕緣和鐵心絕緣。不浸在油中，易出現(xiàn)電暈、局部放電等問題；為方便散熱，絕緣較薄。由于定子絕緣損壞而導(dǎo)致的事故占全部停機(jī)事故的約1/3。633.5.1影響絕緣的因素一、熱。絕緣損壞主要表現(xiàn)為長期工作條件下的熱老化。由于銅線、絕緣層、鐵芯等材料的熱膨脹系數(shù)不同，在溫度反復(fù)的變動(dòng)中將引起絕緣層的分層、開裂，特別是出槽口及通風(fēng)槽處。二、機(jī)械力。運(yùn)行時(shí)不斷震動(dòng)，當(dāng)絕緣缺乏彈性時(shí)就會(huì)較快損壞，特別是繞組的端部比槽部難以固定，在反復(fù)啟動(dòng)或短路時(shí)很大的電動(dòng)力作用下，就可能出現(xiàn)變形或損壞。三、電場。選取的工作場強(qiáng)約為2kV/cm（有效值）。絕緣材料及工藝過程使擊穿電壓的分散性很大。易產(chǎn)生局放，應(yīng)選無機(jī)絕緣材料。沖擊系統(tǒng)接近于1，易造成損害。643.5.2主要絕緣材料絕緣漆：浸漬漆、覆蓋漆、防暈漆、膠粘漆等類型。云母制品：長期耐電強(qiáng)度高；補(bǔ)強(qiáng)材料用以提高機(jī)械強(qiáng)度；膠粘劑將兩者粘合成一體?？煞譃樵颇笌?、云母板、云母箔三大類。薄膜：用高分子化合物制成，薄而軟，其特點(diǎn)是耐潮、電氣強(qiáng)度高、機(jī)械性能好。層壓制品：以有機(jī)、無機(jī)纖維或布作底材，浸涂不同的膠粘劑，經(jīng)熱壓、卷繞而成。分為層壓板、卷制品和模壓制品三類。653.5.3高壓電機(jī)的主絕緣結(jié)構(gòu)電機(jī)的絕緣結(jié)構(gòu)有套筒式絕緣和連續(xù)式絕緣兩類。連續(xù)式絕緣在沿整個(gè)繞組上采用同一種絕緣，消除了套筒式絕緣有接縫的弱點(diǎn)。近30年來主要采用以玻璃纖維材料補(bǔ)強(qiáng)的環(huán)氧云母帶絕緣（黃絕緣），耐熱等級(jí)可以達(dá)到155級(jí)。66絕緣設(shè)計(jì)時(shí)的考慮因素主絕緣電氣強(qiáng)度的分散性。絕緣組成材料，特別是工藝過程導(dǎo)致，絕緣應(yīng)留有較大的裕度。電氣強(qiáng)度與厚度的關(guān)系。電場的不均勻度隨絕緣層厚度的增加而增加，層狀絕緣有一個(gè)電氣強(qiáng)度最高的厚度范圍。局部放電的影響。存在較多的氣隙，容易發(fā)生局部放電。氣隙越寬越容易引起放電。電機(jī)絕緣應(yīng)留有較大的裕度。67電機(jī)額定線電壓（kV）瀝青云母帶絕緣環(huán)氧粉云母帶絕緣絕緣厚度平均場強(qiáng)最大場強(qiáng)絕緣厚度平均場強(qiáng)最大場強(qiáng)6.3/10.5/13.8/15.75/18.0/3.04.04.755.256.251.211.521.681.731.662.823.834.474.754.812.2～3.03.5～3.84.3～4.64.755.5—1.671.791.911.89—4.14.685.095.2768電機(jī)絕緣厚度（mm）及工作場強(qiáng)（有效值，kV/mm）瀝青云母帶絕緣的平均擊穿場強(qiáng)約為14~2