绝缘是指将电位不同的导体分隔开,使导体间没有电气连接,从而保持不同的电位。按工作条件可分为两大类——内绝缘和外绝缘;但对于两种绝缘结构来说,影响其电气强度的因素和程度存在一定的差异。
1.内绝缘
内绝缘是指高压电器内部以油、SF6气体、真空以及套管内壁绝缘、绝缘拉杆和绝缘子等为绝缘介质的绝缘结构,例如SF6断路器的灭弧室内部断口间。
内绝缘的电气强度由绝缘介质的击穿强度和介质中固体绝缘介质表面的闪络强度决定。间隙距离增大,电场不均匀度加大而使击穿电压的增长呈饱和趋势。对于不同的绝缘介质,影响其绝缘强度的因素也不同。
SF6气体绝缘介质中,随着气体压力升高,其绝缘强度也相应提高,但有饱和趋势,并且SF6气体的最高工作压力受到与温度有关的液化压力限制,SF6气体中的电微粒和水分含量的增大都会导致绝缘强度下降,SF6气体中的场强对电极表面粗糙度十分敏感,电极表面的毛刺及较大的粗糙度都会降低其耐电强度。
油绝缘介质中,对电极表面粗糙度不太敏感,但油中的水分、碳粒子和纤维含量的增大以及温度的升高都会导致绝缘强度下降。真空中,真空度低于10-2Pa时,其绝缘强度明显下降;真空中金属蒸气增多会使真空间隙的击穿电压降低;电极材料、表面粗糙度与清洁度、导电微粒等对击穿电压都有显著影响。
2.外绝缘
外绝缘是指以大气为绝缘介质的绝缘结构,例如敞开式断路器的灭弧室套管和支柱套管、GIS的进出线套管等。外绝缘的电气强度由大气间隙的击穿强度或大气中沿固体绝缘介质表面的闪络强度决定,因此大气的环境条件对外绝缘有直接影响。
1)海拔和气温升高时,空气密度下降,外绝缘强度降低。
2)大气污染将导致绝缘介质沿面闪络电压下降。(www.xing528.com)
3)雨水、空气湿度增加也会使外绝缘强度降低。
对于外绝缘,间隙长度在3m以内,击穿电压随间隙长度呈近似线性增加,超过3m则呈饱和趋势。电极外表面的尖棱使局部电场强度增大而导致耐受电压能力下降并使局部放电量增大。
3.绝缘强度的要求
高压开关设备,其内、外绝缘应能长期耐受最高工作电压及大气过电压(雷电冲击电压)和内过电压(工频过电压、操作冲击过电压)以及开断过程的断口间瞬态工频恢复电压的作用,各绝缘部位不应损坏。因此,绝缘结构应符合以下要求:
1)各种绝缘介质不得出现击穿或沿面闪络现象。
2)开关电器中的固体绝缘材料在电弧作用下,不得出现影响绝缘性能的烧蚀或变形。
3)支持绝缘件受机械力和热的长期作用,不得降低其绝缘性能。
4)固体绝缘材料内部、复合介质中以及电极附近应避免或减少局部放电。
综上所述,高压开关设备的绝缘故障主要表现为外绝缘对地闪络击穿,内绝缘对地闪络击穿,相间(三相共箱结构)绝缘闪络击穿,雷电过电压闪络击穿,空气套管、电容套管、绝缘件表面闪络等。各类绝缘缺陷发展到最终击穿,酿成事故之前,往往先经过局部放电阶段,局部放电的强弱能够及时反映绝缘状态,因此通过传感器在线监测局部放电来判断绝缘状态是保证高压开关设备绝缘性能的有效手段。
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