低压设备的绝缘配合原理、要求及试验.ppt

低压设备的绝 缘配合 原理、要求及试验 1 术语 绝缘配合 insulation co-ordination 考虑了预期微观环境及其影响作用的情况下 电气设备绝缘特性的相互关系。 注：按工作电压和(周期性)再现峰值电压等特 性来表示预期电压强度特性。 1 术语 电气间隙 clearance 两导电部分之间在空气中的最短距离。 爬电距离 creepage distance 两导电部分之间沿绝缘材料表面的最短距离 。 1 术语 固体绝缘 solid insulation 电气设备中插入两导电部分之间作为绝缘的 固体材料。 1 术语 额定电压 rated voltage 制造厂对元件、电器或设备规定的电压值，它与运 行(包括操作)和性能等特性有关。 额定绝缘电压 rated insulation voltage 制造厂对设备或其部件规定的耐受电压有效值，以 表征其绝缘规定的(长期)耐受能力。 注：额定绝缘电压不一定等于设备的额定电压。 1 术语 额定冲击电压 rated impulse voltage 制造厂对设备或其部件规定的冲击耐受电压 值，以表征其绝缘规定的抗瞬态过电压的耐 受能力。 过电压over voltage 峰值大于在正常运行下最大稳态电压的相应 峰值的任何电压。 2 绝缘配合原理 2.1 基本原理 绝缘配合是指根据产品的使用要求 和周围环境来选择电气绝缘特性， 只有基于在其寿命期间内所承受的 各种作用(例如电压和其它因素)强度 时，才能实现产品绝缘配合的最终 目标。 2 绝缘配合原理 2.2 绝缘配合的影响因素 2.2.1 与设备有关的电压 额定电压； 额定绝缘电压； 由设备运行过程中的过电压确定的额定冲击 电压。 2 绝缘配合原理 2.2 绝缘配合的影响因素 2.2.2 环境条件 宏观条件(温度、湿度、太阳辐射等)； 微观条件； 影响微观环境的因素(外壳、加热、通风、灰 尘、水汽等)。 2 绝缘配合原理 2.2 绝缘配合的影响因素 2.2.3 其它因素 污染 材料性能（漏电起痕指数CTI） 电压作用时间 频率 海拔高度(大气压力) 电场条件 均匀电场； 非均匀电场。 3绝缘破坏及影响因素分 析 3.1 绝缘击穿 3.1.1 击穿机理 热击穿 在强电场作用下，电介质内部由于介电 损耗而发热，如果热量来不及散失，使 温度不断升高，导致低分子挥发物逸出 而使材料的分子结构破坏，最后造成绝 缘击穿 3 绝缘破坏及影响因 素分析 3.1 绝缘击穿 3.1.1 击穿机理 电击穿 在强电场作用下，电介质内部由于带电质点的 剧烈运动发生碰撞而电离，使分子结构破坏 而增加了电导，最后造成绝缘击穿 3 绝缘破坏及影响因 素分析 3.1 绝缘击穿 3.1.1 击穿机理 放电击穿 在强电场作用下，电介质内部包含的汽泡首 先发生碰撞而放电，杂质也可能因电场加热 的结果产生汽化，汽泡的进一步发展而导致 材料绝缘击穿 3 绝缘破坏及影响因 素分析 3.1 绝缘击穿 3.1.2 绝缘击穿影响因素 温度温度升高，材料的击穿电压下降 湿度湿度增大，材料的击穿电压下降 电压作用时间电压作用时间增长，材 料的 击穿电压下降 频率频率提高，材料的击穿电压下降 材料厚度材料厚度提高，散热不利， 击穿电压下降 3 绝缘破坏及影响因 素分析 3.1 绝缘击穿 3.2 绝缘老化 3.2.1 绝缘老化机理 绝缘老化 绝缘材料在设备运行过程中的各种因素作用 下，发生不可逆的物理、化学变化，导致材 料电气、力学性能的急剧变化而破坏，为绝 缘老化。 3 绝缘破坏及影响因 素分析 3.2 绝缘老化 3.2.1 绝缘老化机理 热老化 绝缘材料在热、氧、水的单独或联合作用下 ，低分子挥发物或产物逸出；生成的游离基 参与链反应使分子链断裂；引发的自动催化 作用加速材料破坏；产生水解降解；或产生 高分子链聚合等，导致材料性能下降或完全 破坏 3 绝缘破坏及影响因 素分析 3.2.1 绝缘老化机理 电老化 由于局部放电产生的O3、氮氧化物、高速粒 子等，以及由局部放电引起的介电损耗加大 致使材料发热，导致材料性能下降或完全破 坏 3 绝缘破坏及影响因 素分析 3.2.2 绝缘老化因素 电场强度 电场强度增大，加速材料的绝缘 老化 温度温度增高，材料的绝缘老化会加速 湿度湿度增大，材料的绝缘老化会加速 频率频率增高，材料的绝缘老化会加速 污染污染会导致局部放电，加速材料的绝 缘老化 3 绝缘破坏及影响因 素分析 3.3 影响因素分类 3.3.1 绝缘材料组别 按材料的相比漏电起痕指数分类 绝缘材料组别 相比漏电起痕指数(CTI) V I 600 600 II 400 IIIa 175400 IIIb 100175 3 绝缘破坏及影响因 素分析 3.3 影响因素分类 3.3.2 材料的耐热性分级 材料级别代号 最高长期工作温度 Y 90 A 105 E 120 B 130 F 155 H 180 C 180 3 绝缘破坏及影响因 素分析 3.3 影响因素分类 3.3.3 污染等级（微观环境） 1级一般无污染或仅出现干燥的、非导电性的污 染。该等级对绝缘配合无影响 2级有时会出现由凝露造成暂时的导电性，一般 只有无导电性的污染 3级一般有导电性污染出现，或者出现由于凝露 使干燥的、非导电性的污染变成导电性 4级由导电性灰尘或雨雪造成持续的导电性 3 绝缘破坏及影响因素分析 3.3 影响因素分类 3.3.4 过电压类别 过电压的产生 一次回路操作 隔离开关操作高压母线 断路器操作高压母线/线路 电容器组投切空载变压器/电抗器投切 雷击二次雷击（即由一次雷击产生的传导影响） 电网故障高压母线接地 二次回路操作 继电器操作 开关操作（包括电子开关 静电放电（ESD）由人体或物体所带静电引发的放电 3 绝缘破坏及影响因素分析 3.3 影响因素分类 3.3.4 过电压类别 过电压类别 I采取了特别措施，例如具有良好防护的电 子电路 II由配电装置供电的用电设备 III安装在配电装置中的设备，例如开关设 备 IV使用在配电设备电源端的设备 4 绝缘配合的基本要 求 4.1 电气绝缘图解 标称电压 (额定电压) 对过电压的耐受能力长期绝缘的耐受能力 线中性线电压的优选值 额定冲击电压 瞬态过电压 电气间隙 冲击电压试验 额定绝缘电压 介质强度 爬电距离 绝缘电阻 过电压类别 介质强度试验绝缘电阻测量爬电距离测量 4 绝缘配合的基本要求 4.2 最小电气间隙的确定 4 绝缘配合的基本要求 4.3 最小爬电距离的确定 5 电气绝缘测量和试验 5.1 电气间隙和爬电距离测量 目的：最小电气间隙和爬电距离是否满 足要求 测量方法： 按照最不利的位置测量 按照标准规定的规则，最小沟槽不计 合格判据：符合最小电气间隙和爬电距 离的规定 5.2 绝缘电阻测量 目的：检测绝缘的长期耐受能力 试验类型：型式试验和例行试验 试验条件：标准规定的条件 试验部位： 每个电路与外露的导电件间； 独立电路之间； 经协商，可在常开触点电路试验，试验值经协 商确定 试验仪器：直流500V10% 合格判据： 100M 湿热：10M 5.3 介质强度试验 目的： 检验绝缘的长期耐受能力 检验电气间隙 检验爬电距离 试验类型：型式试验和例行试验 试验条件：标准规定的条件 试验部位： 每个电路与外露的导电件间； 独立电路之间； 经协商，可在常开触点电路试验，试验值经协商 确定 试验值：2000V/500V 合格判据：试验期间不发生击穿和闪烙 5.4 冲击电压试验 目的： 试验类型： 试验条件： 试验部位： 每个电路与外露的导电件间； 各个独立电路之间； 经协商，给定电路的端子间 试验值：5000V或1000V 合格判据： 试验期间无破坏性放电(火花、闪络或击穿); 试验后满足性能要求 6 固体绝缘设计 6.1 设计原则 a) 固体绝缘材料的电气强度远远大于空气的电气强度，所以 ，当以电气间隙进行的绝缘设计达不到要求时，应采用爬电 距离的方法，即在两导电体间增加固体绝缘进行隔离。 b) 由于固体绝缘材料中的缺陷(如杂质、气隙)存在，尽管电 压还远远小于击穿水平，但仍然会因产生局部放电而损害其 寿命。 c) 固体绝缘材料的损坏在其寿命过程中有一个积累的过程， 由于这一过程的不可恢复性最终会导致击穿或老化而丧失效 能。 d) 在高频电压作用下，材料的介质损耗和局部放电的加剧会 降低