南理工_电气设备故障诊断课程_第2章电气绝缘基础理论

1、 单梁南京理工大学南京理工大学自动化学院电气工程系自动化学院电气工程系1可靠性概念及三要素串联、并联系统的可靠性关系设备故障率与使用寿命曲线浴盆曲线电气设备电气设备的状态电气设备故障诊断与继电保护的区别前前 章章 回回 顾顾2 2一、气体介质的放电理论二、液体介质的绝缘特性三、固体介质的绝缘特性四、组合绝缘的耐电特性五、绝缘的老化第二章主要内容及安排第二章主要内容及安排3 34 45 5第一节第一节 气体介质的放电理论气体介质的放电理论6 6第一节第一节 气体介质的放电理论气体介质的放电理论7 7第一节第一节 气体介质的放电理论气体介质的放电理论8 8第一节第一节 气体介质的放电理论气体介质的

2、放电理论9 9第一节第一节 气体介质的放电理论气体介质的放电理论1010第一节第一节 气体介质的放电理论气体介质的放电理论1111第一节第一节 气体介质的放电理论气体介质的放电理论1212第一节第一节 气体介质的放电理论气体介质的放电理论1313第一节第一节 气体介质的放电理论气体介质的放电理论1414第一节第一节 气体介质的放电理论气体介质的放电理论1515电弧放电电弧放电电晕放电电晕放电第一节第一节 气体介质的放电理论气体介质的放电理论1616第一节第一节 气体介质的放电理论气体介质的放电理论1717第一节第一节 气体介质的放电理论气体介质的放电理论1818光辐射光辐射第一节第一节 气体介

3、质的放电理论气体介质的放电理论1919 第一节第一节 气体介质的放电理论气体介质的放电理论2020第一节第一节 气体介质的放电理论气体介质的放电理论2121第一节第一节 气体介质的放电理论气体介质的放电理论2222第一节第一节 气体介质的放电理论气体介质的放电理论2323第一节第一节 气体介质的放电理论气体介质的放电理论2424第一节第一节 气体介质的放电理论气体介质的放电理论2525第一节第一节 气体介质的放电理论气体介质的放电理论2626第一节第一节 气体介质的放电理论气体介质的放电理论2727第一节第一节 气体介质的放电理论气体介质的放电理论2828第一节第一节 气体介质的放电理论气体介

4、质的放电理论2929第一节第一节 气体介质的放电理论气体介质的放电理论3030第一节第一节 气体介质的放电理论气体介质的放电理论3131第一节第一节 气体介质的放电理论气体介质的放电理论3232第一节第一节 气体介质的放电理论气体介质的放电理论3333 第一节第一节 气体介质的放电理论气体介质的放电理论3434第一节第一节 气体介质的放电理论气体介质的放电理论3535第一节第一节 气体介质的放电理论气体介质的放电理论3636 第一节第一节 气体介质的放电理论气体介质的放电理论3737 第一节第一节 气体介质的放电理论气体介质的放电理论3838第一节第一节 气体介质的放电理论气体介质的放电理论3

5、939第一节第一节 气体介质的放电理论气体介质的放电理论4040第一节第一节 气体介质的放电理论气体介质的放电理论4141第一节第一节 气体介质的放电理论气体介质的放电理论4242第一节第一节 气体介质的放电理论气体介质的放电理论4343判断途中的电气设备与避雷器伏秒特性配合是否正确？第一节第一节 气体介质的放电理论气体介质的放电理论4444第一节第一节 气体介质的放电理论气体介质的放电理论4545第一节第一节 气体介质的放电理论气体介质的放电理论4646第一节第一节 气体介质的放电理论气体介质的放电理论4747第一节第一节 气体介质的放电理论气体介质的放电理论4848第二节第二节 液体介质的

6、击穿液体介质的击穿49495050第二节第二节 液体介质的击穿液体介质的击穿5151第二节第二节 液体介质的击穿液体介质的击穿5252第二节第二节 液体介质的击穿液体介质的击穿5353第二节第二节 液体介质的击穿液体介质的击穿5454第三节第三节 固体介质的击穿固体介质的击穿5555第三节第三节 固体介质的击穿固体介质的击穿5656第三节第三节 固体介质的击穿固体介质的击穿5757第三节第三节 固体介质的击穿固体介质的击穿5858第三节第三节 固体介质的击穿固体介质的击穿5959第三节第三节 固体介质的击穿固体介质的击穿6060第三节第三节 固体介质的击穿固体介质的击穿6161第四节第四节 组

7、合绝缘的特性组合绝缘的特性6262第四节第四节 组合绝缘的特性组合绝缘的特性6363第四节第四节 组合绝缘的特性组合绝缘的特性6464第四节第四节 组合绝缘的特性组合绝缘的特性6565第四节第四节 组合绝缘的特性组合绝缘的特性6666第五节第五节 绝缘的老化绝缘的老化什么叫绝缘的老化？ 电气设备的绝缘在长期运行过程中会发生一系列物理变化和化学变化，致使其电气、机械及其他性能逐渐劣化，这种现象统称为绝缘的老化。 绝缘的老化以有机绝缘材料的老化问题最为突出。液体有机材料老化时，表观上会发生浑浊、变色等；高分子材料老化时，表观上会发生变色、粉化、起泡、发黏、裂纹或裂缝、变形等。6767第五节第五节

8、绝缘的老化绝缘的老化6868第五节第五节 绝缘的老化绝缘的老化2.5.1 热老化热老化 在高温的作用下，电介质在短时间内就会发生明显的劣化；即使温度不太高，但如作用时间很长，绝缘性能也会发生不可逆的劣化，这就是电介质的热老化。 温度越高，绝缘老化得越快，寿命越短。 6969第五节第五节 绝缘的老化绝缘的老化绝缘材料的耐热等级划分耐热等级耐热等级极限温度（极限温度（）绝缘材料绝缘材料O(Y)O(Y)9090木材、纸；聚乙烯、聚氯乙稀；天然橡胶木材、纸；聚乙烯、聚氯乙稀；天然橡胶A A105105油性树脂漆及其漆包线；矿物油油性树脂漆及其漆包线；矿物油E E120120酚醛树脂塑料；胶纸板；聚酯薄

9、膜酚醛树脂塑料；胶纸板；聚酯薄膜B B130130聚酯漆；环氧树脂聚酯漆；环氧树脂F F155155聚酯亚胺漆及其漆包线聚酯亚胺漆及其漆包线H H180180聚酰胺亚胺漆及其漆包线；硅橡胶聚酰胺亚胺漆及其漆包线；硅橡胶C C180180聚酰亚胺漆及薄膜；云母；陶瓷；聚四氟乙烯聚酰亚胺漆及薄膜；云母；陶瓷；聚四氟乙烯7070第五节第五节 绝缘的老化绝缘的老化热老化规则： 热老化8规则：对A级绝缘介质，如果它们的工作温度超过规定值8时，寿命约缩短一半。 相应的对相应的对B B级绝缘和级绝缘和H H级绝缘则分别适用级绝缘则分别适用1010和和1212规则。规则。（各种耐热等级绝缘的寿命减半对应的温升

10、在（各种耐热等级绝缘的寿命减半对应的温升在8-14 8-14 ） 7171固体介质的热老化过程固体介质的热老化过程 受热受热带电粒子热运动加剧带电粒子热运动加剧载流子增多载流子增多载流子迁移载流子迁移电电导和极化损耗增大导和极化损耗增大介质损耗增大介质损耗增大介质温升介质温升加速老化加速老化液体介质及油浸纸的热老化过程液体介质及油浸纸的热老化过程 油温升高油温升高氧化加速氧化加速油裂解油裂解分解出多种能溶于油的微量分解出多种能溶于油的微量气体气体绝缘破坏绝缘破坏 微量气体的色谱分析是故障诊断的重要手段。介质的老化过程介质的老化过程第五节第五节 绝缘的老化绝缘的老化2.5.2 电老化 什么是电老

11、化？ 电老化是指在电场的长期作用下，绝缘中发生的老化。 介质电老化的主要原因是什么？ 绝缘内部或表面发生局部放电。 第五节第五节 绝缘的老化绝缘的老化73731）带点质点的轰击。局部放电过程中带点质点撞击到气隙壁上时，可能打断绝缘的化学键产生裂解，破坏其分子结构。2）热效应。放电点介质发热促使发生热裂解或促进氧化裂解，同时温升也会增大介质的电导和损耗，加速老化过程。3）活性生成物。局部放电产生活性生成物，与绝缘材料发生化学反应，腐蚀绝缘体，导致介电性能劣化。2.5.2 电老化 电老化机理 第五节第五节 绝缘的老化绝缘的老化74744）辐射效应。局部放电产生可见光、紫外线等高能辐射，引起高聚物的

12、裂解，也会引起某些材料脆化。5）机械力的效应。断续爆破性的放电和放电产生的高压力气体，都会引起绝缘体开裂，形成新的放电点。2.5.2 电老化 电老化机理（续） 第五节第五节 绝缘的老化绝缘的老化75752.5.2 电老化 第五节第五节 绝缘的老化绝缘的老化各种绝缘材料耐局部放电的性能有很大差别： 云母、玻璃纤维等无机材料有很好的耐局部放电能力，旋转电机采用云母、树脂作为绝缘材料。 有机高分子聚合物等绝缘材料的耐局部放电的性能比较差。 76762.5.2 电老化 第五节第五节 绝缘的老化绝缘的老化绝缘油的老化原因： 油温升高而导致油的裂解，产生出一系列微量气体；气体的气相色谱方法可作为监测诊断的

13、重要手段。 油中的局部放电还可能产生聚合蜡状物，影响散热，加速固体介质的热老化。77772.5.2 电老化 第五节第五节 绝缘的老化绝缘的老化绝缘寿命和外施电压的关系 随着外施电压的增加，局部放电将加剧，其放电量、放电频率、放电功率都会相应增加，因此绝缘的老化速度加快、寿命缩短。 :nLAELE绝缘寿命，外加场强，A、n:材料特性等常数78782.5.3 机械老化 第五节第五节 绝缘的老化绝缘的老化固体绝缘在运行中常受到各种机械负荷的作用，即使此负荷固体绝缘在运行中常受到各种机械负荷的作用，即使此负荷比短时破坏强度低得多，且发生的形变纯属弹性变形时，也比短时破坏强度低得多，且发生的形变纯属弹性

14、变形时，也会引起缓慢的老化过程。会引起缓慢的老化过程。这种老化过程的实质是：在机械应力作用下，材料中微观缺这种老化过程的实质是：在机械应力作用下，材料中微观缺陷发生规则运行，形成微裂缝及逐渐扩大的过程。当微裂缝陷发生规则运行，形成微裂缝及逐渐扩大的过程。当微裂缝的尺寸及数量达到某临界值时，材料发生破坏。的尺寸及数量达到某临界值时，材料发生破坏。 00exp,:TWLLKTL WK材料参数，负载引起的材料应力，:波尔茨曼常数， ：绝对温度79792.5.3 机械老化 第五节第五节 绝缘的老化绝缘的老化机械负荷和其他因素的共同作用，会加速绝缘的机机械负荷和其他因素的共同作用，会加速绝缘的机械老化。

15、械老化。在有强电场存在时，绝缘的微裂缝会产生局部放电，在有强电场存在时，绝缘的微裂缝会产生局部放电，加快了绝缘的机械破坏过程，因此固体绝缘的机械老加快了绝缘的机械破坏过程，因此固体绝缘的机械老化也会加剧。化也会加剧。温度升高时，绝缘中更易发生机械老化。复合材料温度升高时，绝缘中更易发生机械老化。复合材料由于热膨胀系数不同，高温下会产生额外的机械应力，由于热膨胀系数不同，高温下会产生额外的机械应力，促使机械老化。促使机械老化。80802.5.4 环境老化 第五节第五节 绝缘的老化绝缘的老化环境引起绝缘表面劣化的原因主要是水分、污染、环境引起绝缘表面劣化的原因主要是水分、污染、氧气和辐射。绝缘表面发生腐蚀。氧气和辐射。绝缘表面发生腐蚀。环境对绝缘内部的劣化主要是因为受潮。受潮后绝环境对绝缘内部的劣化主要是因为受潮。受潮后绝缘电阻和介质损耗将增大，容易引起热击穿。缘电阻和介质损耗将增大，容易引起热击穿。为了防止受潮，绝缘应良好密封。然而有机高聚物为了防止受潮，绝缘应良好密封。然而有机高聚物只能延缓受潮速度，金属或玻璃具有更好的密封效果。只能延缓受潮速度，金属或玻璃具有更好的密封效果。8181