第七章-电力电容器和电力电缆

高电压绝缘技术第七章：电力电容器和电力电缆绝缘HV&EMCLaboratoryNorthChinaElectricPowerUniversity第一节：电力电容器1.1电力电容器主要用途1并联电容器：并联在线路上；补偿感性负荷，提高功率因数2串联电容器：串连在线路上；补偿长距离线路的感抗，从而减小电压降，改进电压调整率，提高传输容量；3耦合电容器：载波通讯及测量保护功能4电容式电压互感器：内含耦合电容器5脉冲电容器：用于冲击电压发生器和冲击电流发生器HV&EMCLaboratoryNorthChinaElectricPowerUniversityHV&EMCLaboratoryNorthChinaElectricPowerUniversity1绝缘介质的作用：绝缘、储能2比特性：单位体积所储存的能量（对直流或冲击电容器而言）或无功功率（交流电容器）；表征技术经济指标；第一节：电力电容器1.2电力电容器的比特性20/EVQrHV&EMCLaboratoryNorthChinaElectricPowerUniversity第一节：电力电容器1.3对电力电容器介质的要求1介电强度高2介电常数大3介质损耗小4耐老化5工艺性好、与其他材料的相容性好HV&EMCLaboratoryNorthChinaElectricPowerUniversity第一节：电力电容器1.4液体介质1电容器油、变压器油：现逐步淘汰；电气性能好，无毒；易老化、可燃。2合成液体：硅油耐燃－用于车船设备；多种合成油绝缘特性更好，介损小、耐局放，与薄膜相容，毒性低、能生物降解－广泛用以浸渍全膜电容器。HV&EMCLaboratoryNorthChinaElectricPowerUniversity第一节：电力电容器1.5固体介质1电容器纸：现逐步淘汰；厚度薄、杂质少；介损大、易吸潮。2合成材料薄膜：机械电气性能好、其中聚丙烯膜介损极小；要求表面粗糙化并高真空下浸渍。3金属化膜：在薄膜上喷涂0.01微米厚的铝或锌层；具有“自愈性”－缺陷处短路电流蒸发金属层从而恢复绝缘，特别适用于要求无油、防爆场所。HV&EMCLaboratoryNorthChinaElectricPowerUniversitysxsxxx)1(sxsssxsxxxtgxxxtgxtg)1()1()1(第一节：电力电容器1.6组合绝缘-估算介损和介电常数由于薄膜介损低于纸，浸渍后介损低很多HV&EMCLaboratoryNorthChinaElectricPowerUniversity第一节：电力电容器1.6组合绝缘-估算起始放电场强UdUCCCUgss)(2121sgssgdindUdUE当U1达到气泡放电电压Ud时：当极间距离d不变时，采用更薄的纸或膜有利于提高此组合绝缘的局放特性。气泡上的电压：HV&EMCLaboratoryNorthChinaElectricPowerUniversity第一节：电力电容器1.6组合绝缘-估算起始放电场强当每层膜的厚度一定，则平均起始放电场强随总厚度的下降而升高提高油压=》提高了气泡击穿电压冲击电压和直流电压下局放脉冲少=》介电强度高HV&EMCLaboratoryNorthChinaElectricPowerUniversity第一节：电力电容器1.6组合绝缘-工作场强工作条件不同、要求寿命不同，许用工作场强有显著差异长期运行的交流电容器许用工作场强要小于局放熄灭场强HV&EMCLaboratoryNorthChinaElectricPowerUniversity第二节：电力电缆2.1基本情况截止到2001年6月，北京地区投运的高压电缆线路情况：220千伏电源电缆线路16路63.225公里220千伏联络电缆线路15路0.949公里110千伏电源电缆线路114路283.422公里110千伏联络电缆线路82路4.722公里（其中110千伏及以上充油电缆60多公里）XLPE绝缘电缆最早投运时间是1988年9月，电缆生产厂家：日本藤仓电缆公司，至今已经运行14年。HV&EMCLaboratoryNorthChinaElectricPowerUniversity第二节：电力电缆2.1基本情况国产XLPE绝缘电缆主要采用：上海电缆厂、沈阳古河电缆有限公司、郑州电缆厂、山东电缆厂、北京威克瑞电缆厂、杭州华新电缆有限公司等厂家的电缆。进口XLPE绝缘电缆主要采用：日本藤仓公司、日本住友公司、日本昭和公司、日本三菱公司、日本日立公司、法国阿尔卡特、德国AEG公司、澳大利亚澳力公司、法国雪力克公司的产品。HV&EMCLaboratoryNorthChinaElectricPowerUniversity第二节：电力电缆2.2电缆铺设北京地区电缆线路大部分采用敷设安装在电缆隧道内，也有一部分采用敷设安装在砖槽内。HV&EMCLaboratoryNorthChinaElectricPowerUniversity第二节：电力电缆2.2基本结构导电线芯：铜：易焊接，导电性好机械性好，对油老化的催化作用较强；铝：价格低，轻；多股扭绞；常为圆形。绝缘介质：常用铰链聚乙烯材料（XLPE）；油纸绝缘；充油电缆；充气电缆。电缆护套：防止水分侵入绝缘层；保护绝缘层不受腐蚀；加以钢带或钢丝铠装提高机械强度；铅包柔软，铝包机械强度高。铠甲外包裹沥青、浸渍纸组成的外护套。HV&EMCLaboratoryNorthChinaElectricPowerUniversity第二节：电力电缆2.2基本结构-塑料电缆导电线芯、半导体层、塑料绝缘层、半导体层、金属护层、铠甲、橡胶护套；常用铰链聚乙烯材料（XLPE）；是发展趋势HV&EMCLaboratoryNorthChinaElectricPowerUniversity第二节：电力电缆2.2基本结构-油纸电缆利用油浸纸做绝缘介质，油填充纸的空隙。为使工作温度下介质不流动，常用粘性浸渍剂，导致热胀冷缩（随负荷变化）造成空隙；落差较大时，浸渍剂向下流淌，导致上部空隙更多仅用于35kV及以下HV&EMCLaboratoryNorthChinaElectricPowerUniversity第二节：电力电缆2.2基本结构-充油电缆利用油浸纸做绝缘介质选用粘性小的浸渍剂，并施加油压选用更薄的纸或薄膜-纤维合成纸选用合成油分为自容式充油电缆和钢管充油电缆电压等级可达500kVHV&EMCLaboratoryNorthChinaElectricPowerUniversity第二节：电力电缆2.2基本结构-各种材料对比HV&EMCLaboratoryNorthChinaElectricPowerUniversity第二节：电力电缆2.3电场分布极其改善总包绝缘型中，电场非圆柱型，绝缘层中存在垂直分量和切向分量，容易在较低电压下就出现滑闪放电，仅用于10kV以下HV&EMCLaboratoryNorthChinaElectricPowerUniversity第二节：电力电缆2.3电场分布极其改善多数电缆为同轴圆柱电场，为降低线芯附近的场强，可采用分阶绝缘：如在由m层介质串联成的同轴圆柱体中，交流下在半径rn处第n层的最大场强为：mirrinnnrrrE11max,ln11对油纸绝缘，在线芯附近用高密度的薄纸，不但介电常数大，使该处场强降低，而且介质的电气强度高。HV&EMCLaboratoryNorthChinaElectricPowerUniversityHV&EMCLaboratoryNorthChinaElectricPowerUniversity第二节：电力电缆2.3电场分布极其改善直流电场分布取决于电阻率，可在线芯处选用电阻率较低的介质；负荷的变化通过温度变化影响电阻率，从而影响电场分布HV&EMCLaboratoryNorthChinaElectricPowerUniversity第二节：电力电缆2.3电场分布极其改善高压油纸电缆老化：原因：局部放电过程：线芯附近油隙发生局放=》浸渍剂分解，间隙扩大=》带电质点穿透纸带=》电场出现很强的切向分量=》滑闪放电改进：分阶绝缘、绝缘层内外包半导电层；提高油压。HV&EMCLaboratoryNorthChinaElectricPowerUniversity第二节：电力电缆2.3电场分布极其改善高压塑料电缆老化：原因：电树枝、水树枝、电化学树枝过程：杂质引发局放=》通道扩大改进：分阶绝缘、绝缘层内外包半导电层；尽可能消除杂质电树HV&EMCLaboratoryNorthChinaElectricPowerUniversity第二节：电力电缆2.4场强选取HV&EMCLaboratoryNorthChinaElectricPowerUniversity电缆的故障随着高压电缆线路的逐年增加和投运时间的逐年增长，XLPE电缆存在的一些问题已逐渐显现出来，事故也开始不断增加。特别是发生在电缆接头中的绝缘击穿事故呈上升趋势。自从1997年北京发生了第一起超高压电缆运行故障以来，到目前共发生各类故障15起，其中电缆接头、终端故障13起，占87%，接头盒：绕包型、模塑型、预制型、组装型终端：户外终端、GIS终端、油浸终端HV&EMCLaboratoryNorthChinaElectricPowerUniversity应力锥HV&EMCLaboratoryNorthChinaElectricPowerUniversity第二节：电力电缆2.4电缆接头盒－浇注式HV&EMCLaboratoryNorthChinaElectricPowerUniversity第二节：电力电缆2.4电缆接头盒－充油式HV&EMCLaboratoryNorthChinaElectricPowerUniversity第二节：电力电缆2.4电缆接头盒－预制式HV&EMCLaboratoryNorthChinaElectricPowerUniversity第二节：电力电缆2.4电缆接头盒-应力锥击穿HV&EMCLaboratoryNorthChinaElectricPowerUniversity第二节：电力电缆2.4电缆接头盒-应力锥击穿HV&EMCLaboratoryNorthChinaElectricPowerUniversity第二节：电力电缆2.5电缆终端HV&EMCLaboratoryNorthChinaElectricPowerUniversity第二节：电力电缆2.5电缆终端HV&EMCLaboratoryNorthChinaElectricPowerUniversity第二节：电力电缆2.6应力锥尺寸确定按沿MN各处轴向场强Ea保持恒定的原则来设计：raEEdxdy//ryyEUrln]ln/ln[lnrRryEUxadxUEryydyalnHV&EMCLaboratoryNorthChinaElectricPowerUniversity第二节：电力电缆2.6应力锥尺寸确定增绕绝缘层在工地手工制作，质量差，要求接头盒中最大径向场强取本体中的一半，应力锥上的轴向场强取本体中径向场强的10～20％HV&EMCLaboratoryNorthChinaElectricPowerUniversity例：电缆本体场强计算110kV电缆，绝缘层内外半径分别为8.5mm，20mm，求交流电压下绝缘层最里及最外处的电场rE212ln2122121rrdrrEdrUrrrr12ln/2rrU)ln/(12rrrUEmmkVrrrUEr/732.8)5.820ln5.8/(732.1110)ln/(1211mmkVrrrUEr/71.3)5.820ln20/(732.1110)ln/(1222HV&EMCLaboratoryNorthChinaElectricPow