绝缘方式

2024-08-05

绝缘方式（共3篇）

绝缘方式篇1

“中压开关柜”是指“高压断路器、负荷开关、高压熔断器、隔离开关、互感器以及控制、测量、保护、调节装置和内部连接件、辅件、外壳和支持件等组成的成套配电装置，其内部的空间以空气或复合绝缘材料作介质，用以接受和分配50 Hz、3～35 k V电网的三相电能”[1]。中压开关柜的绝缘能力是决定开关柜能否安全稳定运行的重要因素，文中在介绍目前国内中压开关柜的绝缘方式和复合绝缘技术的基础上，结合国家标准中关于中压开关柜的绝缘要求，对中压开关柜发生的绝缘事故进行分析，并提出了提高中压开关柜绝缘能力的措施。

1 中压开关柜的绝缘方式和复合绝缘技术

绝缘方式对优化开关柜结构起到至关重要的作用，中压开关柜的绝缘方式按位置可分为：柜内空间的绝缘方式和内部组件的绝缘方式[2]。对于“柜内空间的绝缘方式”，最普遍的是以空气作为柜内空间的绝缘介质，即带电体对地及相间均以空气作为绝缘介质，如半封闭式开关柜、金属封闭式开关柜。有些空气绝缘开关柜以改变带电导体形状设计，并采取严格的质量管理和安装精度来缩小最小空气绝缘距离，这类改造主要是那些引进国外先进技术生产的开关柜，如某型号开关柜已生产10年以上，在北京、深圳、大连等地均有使用，但因不符合电力部标准DL/T 593—1996《高压开关设备的共用订货技术导则》中关于最小空气绝缘距离的规定，在市场方面一直存在争议[3]。

内部充以SF6气体作为带电体对地及相间绝缘的充气柜，是一种特别适用于环境条件恶劣场所的开关柜，它采用激光焊接技术将薄不锈钢板焊接成密封箱体，在其内部布置断路器等元件，充入低气压的SF6气体。由于SF6气体的绝缘性能高，大约是空气的3倍，所以相间绝缘距离大幅减小，开关柜柜体尺寸大幅缩小。因此，相对于空气绝缘的开关柜而言，具有不受外界环境影响、体积小、可靠性高、操作人员安全性好、一次回路免维修等特点，极大地提高了安全可靠性。它的缺点是使用的SF6气体会导致环境问题，在1997年的京都会议上被列为限制排放的气体。

对于“内部组件的绝缘方式”，主要是用陶瓷和塑料两大类(此外还有橡胶、玻璃等)制造开关柜内部组件的固体绝缘件，如开关柜中的主要元件真空断路器采用了玻璃或陶瓷的灭弧室。真空断路器的绝缘件以往普遍使用4330电绝缘用玻纤增强酚醛压塑制造，其抗老化性欠佳，抗潮性不良，使用中有绝缘强度降低现象，因此现均改用玻纤增强不饱和聚酯压塑(SMC、DMC)来增大爬电比距，提高了绝缘性能。随着科学技术的发展，特种塑料越来越成为目前中压开关柜中的主要固体绝缘材料，陶瓷绝缘材料则更多地应用于高压、超高压和特高压中。

为了综合发挥各种绝缘方式的优点，还出现了一种将单一绝缘类型中的几种绝缘方式组合起来的技术，称为复合绝缘技术，主要有以下三种：一是“空气绝缘为主体的复合绝缘技术”，这种技术以空气绝缘为主体，在放电路径上设置环氧树脂等固体绝缘隔板，以缩短最小放电间隙，典型的应用有：在母排上套热缩绝缘套管，在触头上敷环氧树脂等。这种技术的原理在于固体绝缘隔板具有阻止放电的作用，在隔板表面上施加与电压同极性的电荷可以改善电场，获得空气绝缘1.5倍的耐受电压。二是“气体绝缘为主体的复合绝缘技术”，接近大气压的低压SF6气体中的复合绝缘与在空气绝缘中一样，在放电路径上插入固体绝缘隔板，可以改善电场，提高耐受电压，唯一不同的是SF6气体中的隔板效果与隔板的形状有关。中压开关柜通过SF6气体和固体绝缘件的复合化，可使设备体积缩小到空气开关柜的1/3。三是“固体-气体-真空的复合绝缘技术”，其特点是将设有表面接地层的浇注固体绝缘件作为外部封闭容器，真空灭弧室置于该容器内，该容器的其余空间充入SF6气体，通过该种方法，开关柜体积可缩小到纯空气绝缘的1/30。复合绝缘技术的应用，特别是“固体-气体-真空的复合绝缘技术”，需要灭弧理论、散热技术、解析技术、耐热技术、精加工技术、电力电子理论等许多基础理论的支撑，同时需要攻克材料、工艺等难关，所以目前尚未大批量投入使用。

2 中压开关柜的绝缘标准

开关柜的绝缘要求主要体现在耐受电压、最小空气绝缘距离和爬电比距方面，下面分别就这三个方面的有关标准进行说明。

2.1 耐受电压

在GB/T 311.1—1997《高压输变电设备的绝缘配合》中规定了中压开关柜的雷电冲击耐压和工频耐压水平，如表1所示。

注:“额定短时工频耐受电压”中，“;”前、后的数据分别代表国际、国内标准值，“/”前、后的数据则代表设备外绝缘在潮湿、干燥状态下的耐受电压值。

2.2 最小空气绝缘距离

对于空气绝缘结构的高压开关柜，在电力部标准DL/T 593—1996中，规定了各相导体相间与对地空气净距，如表2所示。

注：海拔超过1 000 m时，“导体至接地间净距”和“不同相的导体间净距”应按海拔每升高100 m增大1%进行修正;“导体至无孔遮拦间净距”和“导体至网状遮拦间净距”应分别增加上述其中一项值的修正值。

2.3 爬电比距

爬电比距是指高压电器组件外绝缘的爬电距离与额定电压之比，在标准DL/T 593—1996中，规定了户内开关柜的爬电比距，如表3所示。

实际的爬电比距要求为爬电比距值乘以应用系数，应用系数如表4所示。

3 中压开关柜绝缘事故分析

结合中压开关柜的绝缘方式和绝缘标准，中压开关柜应该能够安全、稳定地在电网中投入使用，但在实际运行中，中压开关柜仍然出现各种绝缘事故，尤其是在10 k V及以上电压等级。中压开关柜绝缘方面的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，相间绝缘闪络击穿，雷电过电压闪络击穿，瓷瓶套管和电容套管闪络、污闪、击穿、爆炸，提升杆闪络，电流互感器闪络、击穿、爆炸，瓷瓶断裂等，中压开关柜绝缘事故原因分析主要有以下四个方面：(1)爬距及空气间隙不够。爬距及空气间隙不够是开关柜发生绝缘损坏事故的根本原因，特别是手车柜，为缩短柜体尺寸，生产企业往往大幅度地减小装于柜内的断路器、隔离插头相间距离或对地距离，未采取有效的保证绝缘强度的措施。(2)开关柜内绝缘材质的选用不当。有的生产企业采用了易吸潮的酚醛树脂绝缘材料，运行后绝缘性能的降低，容易引发绝缘事故。绝缘材料应具有耐污秽性好、憎水性强和不容易老化等性能，并要经过实践验证。(3)制造质量差，工艺不良。制造质量及装配质量对开关柜整体耐压水平有很大的影响，如紧固螺丝不规则，拧紧后螺杆长出螺母过多;有的支持瓷柱紧固底板成“丁”字型，在支持瓷柱处作特殊处理，这样不仅缩短了绝缘距离，而且造成电场局部集中，另外支持瓷柱质量差，稳定性能差，在短路电流冲击下发生断裂，造成事故扩大。(4)环境条件的影响。开关柜运行的环境条件差是导致开关柜发生绝缘闪络的主要原因，当大气污染不断加剧，污秽和潮湿两个因素同时存在于绝缘件的表面时，就会逐渐污染电力设备的绝缘子、套管及母线。一般情况下，干旱气候持续的时间较长，绝缘件积污多了，这时又突然下雾，而下雾的时间较长(一般2～3 h)，污秽被雾水充分地潮湿，此时产生污闪的可能性较大。深圳市某泵站ZS1型铠装式金属封闭开关设备就是因为空气潮湿，使设备在运行过程中在绝缘表面产生凝露，以致附着污秽使绝缘降低，导致设备烧损[4]。

4 中压开关柜提高绝缘的措施

对于中压开关柜，往往希望通过增加不多的费用，将绝缘水平提高，使运行更安全。因此在开关柜生产制造中，应特别注意绝缘性能，以减少运行中绝缘事故的发生，同时加强对运行中开关柜的日常维护力度，具体措施如下：

(1)严格执行GB/T 311.1—1997《高压输变电设备的绝缘配合》中的短时耐受电压，DL/T 593—1996《高压开关设备的共用订货技术导则》中的最小空气绝缘距离和爬电比距的相关标准。

(2)改进配方、工艺，在中压开关柜专用配件方面广泛采用具有优良阻燃性、憎水性的SMC等材料，更广泛地采用新型配方的环氧树脂绝缘件，在不增大空间体积的前提下，设计制造大爬距绝缘件。

(3)在有条件时，开关柜外绝缘建议进行凝露条件下的耐压试验，这是开关柜适应环境条件的一个非常得力的措施。

(4)开关柜内带电体尽量采用热缩橡胶给予包扎，对提高运行水平很有利。导电铜排或铝排加热缩绝缘套管也是很好的方法，这样既能有效地防止带电裸露造成人身伤亡危险，又可防止盐雾污闪及有害气体对导电铜排或铝排的腐蚀。

(5)结合元件复合化设计及元件集中化装配，设计出相适应的绝缘方案，如目前KYN柜中互感器套管触头盒、绝缘子的组合结构所需的绝缘配合。

(6)应充分注意元件选择，特别是电压互感器，要选择伏安特性较好的产品，即在线电压下无显著饱和的电压互感器。同时，对于隔板等，应选用绝缘性能好，不燃烧或阻燃的绝缘材料。尽量不要只使用一相或两相电压互感器接在相线与地之间(包括在双电源定相时)，以保证三相对地阻抗的对称性，避免中性点位移或产生谐振。

(7)严格执行安装技术规范，做好维护监控管理工作，防事故于未然。高压开关柜的金属骨架及其安装于柜内的高压电器组件的金属支架应有符合技术条件的接地，且与专门的接地导体连接牢固。凡能与主回路隔离的每一部件均应能接地，包括利用隔离开关切换到接地开关合上的位置来实现接地。每一高压开关柜之间的专用接地导体均应相互连接，并通过专用端子连接牢固。高压开关柜中各高压电器组件的隔板，一般是金属制成，与外壳具有相同的机械强度并接地。高压开关柜内的断路器、负荷开关、接触器及其操动机构必须牢固地安装在支架上，支架不得因操作力的影响而变形;断路器、负荷开关、接触器操作时产生的振动不得影响柜上的仪表、继电器等设备的正常工作。互感器安装的位置应便于运行中进行检查、巡视，且在主回路不带电时，便于人员进行预防性试验、检修及更换等。

(8)净化环境，封堵孔洞，严防潮气和小动物进入。对通风窗和抽风机装网栅或滤网，减少进入开关室的尘埃，净化通风;对较潮湿的高压室装热能灯加热或去湿。进出电缆孔用阻燃材料封填，对可能进潮气的柜孔也实行封堵，对可能进潮气的柜孔也实行封堵，以防止潮气和小动物钻入。加强设备运行维护，做到逢停必扫，强化运行维护，保证绝缘良好状态，确保设备安全稳定运行。

5 结语

目前国内的中压开关柜生产厂家对中压开关柜绝缘方式的应用和绝缘标准的理解都能达到要求，但由于制造工艺和成本的原因，少量中压开关柜的绝缘性能并不能满足全工况工作要求，绝缘事故时有发生。希望生产厂家在产品的设计和生产中，综合考虑以上提高绝缘能力的措施，切实提高中压开关柜的绝缘水平，确保设备安全稳定的运行。

摘要：介绍了目前国内中压开关柜的绝缘方式和复合绝缘技术,结合国家标准分析了中压开关柜发生绝缘事故的原因,列举了提高中压开关柜绝缘能力的措施。建议中压开关柜生产厂家在产品设计和生产中应切实提高绝缘水平,确保设备安全稳定运行。

关键词：中压开关柜,绝缘方式,绝缘标准

参考文献

[1]熊舟.中压开关柜的绝缘方式与趋势[J].大众用电,2002(6):17.

[2]林丛.10kV开关柜绝缘事故及对策[J].中国农村水利水电,2004(9):119-121.

[3]张建安,张颐钟.谈高压开关柜的安全净距问题[J].江苏电器,2005(2):27-29.

[4]吕鹏刚.10kV开关柜烧损事故分析[J].水利电力机械,2007(1):36-38.

绝缘方式篇2

高压电动机星形联结的定子绕组中性点存在3种不同的引出方式, 即中性点不引出 (见图1) 、三相绕组分相引出 (见图2) 和三相绕组末端在机壳内部联结后经一根中性线引出 (见图3) 。

在高压电动机的绝缘试验中, 笔者数次发现第三种引出方式在中性点联结处存在绝缘薄弱点, 现以其中一个事例来说明。

1 事例基本情况

某城市防洪泵站新安装10kV异步电动机在交接试验中定子绕组交流耐压试验未能通过。经过试验团队严密排查, 发现绝缘薄弱部位处于定子绕组中性点, 下面详细解析试验经过和绝缘薄弱点的处理方式。

该电动机为YJSS450-8型, 额定功率355kW, 额定电压10kV, 额定电流26.6A, 绝缘等级为F级, 定子绕组为星型接法。定子绕组共有四根引出线至端子箱, 其中三根为三相绕组首端, 一根为中性线, 即三相绕组末端在机壳内部联结后经一根中性线引出。因此该电动机定子绕组的绝缘试验无法分相进行, 只能在三相绕组与机壳 (机壳接地) 之间进行。

2 问题的发现和根本原因的排查

试验时的天气为晴天, 环境温度为24℃, 空气湿度为68%, 符合绝缘试验的环境要求。在耐压试验前测得定子绕组的绝缘电阻为R60s=23200MΩ, R15s=8290MΩ, 吸收比为2.79。因此可以确定定子绕组绝缘没有贯通性的缺陷、整体受潮或脏污。依据《电气装置安装工程电气设备交接试验标准》GB50150-2006规定, 10kV电动机定子绕组交流耐压试验电压等级为16kV, 持续时间1min。然而, 在对该电动机定子绕组进行交流耐压试验过程中, 当电压缓慢均匀升至13.6kV电容电流为280mA时, 过流继电器突然动作, 电压降为零, 与此同时毫安表指示值瞬间轻微增大然后降为零。在彻底排除了试验设备的故障和试验接线错误的可能性之后将问题确定为电动机定子绕组绝缘有缺陷, 可能局部被击穿。为了印证这一点, 再次测量定子绕组的绝缘电阻及吸收比, 测得结果为R60s=22200MΩ, R15s=7970MΩ, 吸收比为2.78, 数值虽稍有下降, 但仍非常好。鉴于绝缘电阻仅能反映贯通性缺陷、整体受潮或脏污, 不能反映局部缺陷, 故对定子绕组再次升压以期从其中发现反映问题的现象。第二次电压升至12.4kV过流继电器即动作, 同时听到机壳内靠近出线端子箱的部位有轻微放电声。随后立即将出线套管拆下, 以便看到机壳内部, 然后再次升压观察寻找放电部位, 最后发现放电部位位于中性点联结点与机壳之间。观察发现中性点联结点由三相绕组末端与中性线末端共四个线端联结起来形成, 由于其庞大复杂的结构和狭小的操作空间导致其外部绝缘层包敷不够厚, 再加上联结点与机壳之间由于空间狭小造成的二者间距太小, 不能满足耐压试验的安全距离要求, 故而导致此处绝缘比较薄弱易于击穿。

3 解决方案

为了改善定子绕组中性点联结点的绝缘性能, 厂方代表在联结点与机壳之间加了一层环氧树脂绝缘板, 之后再次进行交流耐压试验, 电压升至16kV, 持续1min通过。该泵站同型号电动机共有三台, 另外两台在绝缘试验中表现均出相同的状况, 说明此种中性点引出方式是有其弊端的。虽然加装环氧树脂板使得交流耐压试验暂时获得通过, 但毕竟没有从根本上解决问题, 设备安全隐患仍在。后在业主的要求下厂方将三台电动机全部更换。新更换的电动机定子绕组中性点引出方式为三相绕组分相引出。经试验, 新电动机绝缘性能良好, 未出现中性点被击穿的状况。

4 结论

笔者在高压电气试验中数次遇到类似情况, 最终的解决方案均是更换电动机。虽然从理论上来讲电动机在运行中定子绕组中性点电压为零, 但是当三相电压不平衡时中性点将会偏移零电位产生电压的, 因此中性点的绝缘缺陷不容忽视。

从电气试验角度不难分析得出定子绕组星形联结的高压电动机中性点联结后引出相对于各相绕组分相引出具有以下缺点:

1) 中性点联结点位于机壳内, 空间狭小不便于绝缘层的包敷操作, 容易造成绝缘薄弱点;

2) 中性点联结处绝缘缺陷比较隐蔽, 不易被发现;

3) 只能做三相绕组对地绝缘试验, 无法进行分相绝缘试验, 不能测试相间绝缘性能, 掩盖了相间绝缘缺陷。

而对于中性点不引出的电动机, 虽然笔者在工作中未曾发现其中性点绝缘缺陷, 但是相对于各相绕组分相引出式亦存在无法进行分相绝缘试验, 从而掩盖了其相间绝缘缺陷。据此笔者认为定子绕组星形联结的高压电动机其中性点引出方式最好采用各相绕组分相引出形式, 不建议采用各相绕组末端联结后引出和中性点不引出的形式。

摘要：笔者在多年的高压电气试验中发现定子绕组星形联结的电动机其中性点存在三种不同的引出方式, 其中一种引出方式在中性点处存在绝缘缺陷, 本文实例来说明问题, 然后从电气试验的角度分析论证定子绕组中性点不同引出方式的优劣。

关键词：中性点,引出方式,绝缘,击穿

参考文献

[1]GB50150-2006电气装置安装工程电气设备交接试验标准.中华人民共和国建设部发布, 2006-11-01.