绝缘配合基础知识

系统集成部2019年12月19日7时28分许继工业电气自动化系统公司系统集成部韩学志2009年3月绝缘配合基础知识1、标准电压等级2、绝缘配合的基本原则3、绝缘特征与环境因素主要内容1、标准电压等级按照GB156《标准电压》和GB/T11022《高压开关设备和控制设备标准的共用技术要求》的规定，我国三相交流电网标称电压和电气设备额定电压及电气设备的最高电压，如表所示，注:1140V仅限于煤矿井下使用。分类系统标称电压/kV电气设备的最高电压Um/kV高压开关设备和控制设备额定电压低压0.380.661000(1140)高压3610203566110---3.67.2122440.572.5126---3.67.2122440.572.5126---系统标称电压：系统被指定的电压(额定电压)。系统最高电压：当系统正常运行时，在任何时间、系统中任何一点上所出现的电压最高值，不包括系统的暂态和异常电压。高压开关设备和控制设备额定电压：根据规定的电气设备工作条件，通常由制造厂确定的电压。所在系统的最高电压上限。设备最高电压：考虑到设备的绝缘性能和与最高电压有关的其他性能所确定的最高运行电压，其数值等于所在系统的系统最高电压值。2、绝缘配合的基本原则GB311.1《高压输变电设备的绝缘配合》：按照电力系统中出现的各种电压（工作电压和过电压）和保护装置的特性来确定电气设备的绝缘水平，称为绝缘配合。额定绝缘水平：在规定条件下，用来度量电器及其部件的不同电位部分的绝缘强度，电气间隙和爬电距离的标准电压值，包括额定雷电冲击耐受电压、额定短时工频耐受电压和额定操作冲击耐受电压。最高电压Um≤252kV的电气设备的额定绝缘水平用额定雷电冲击耐受电压和额定短时工频耐受电压来表征。绝缘介质：空气、各种绝缘材料、SF6、真空。作用电压：（1）持续工频电压（其值不超过设备最高电压Um,持续时间等于设备设计的运行寿命）；（2）暂时过电压（包括工频电压升高、谐振过电压）；（3）缓波前（操作）过电压；（4）快波前（雷电）过电压；（5）陡波前过电压（GIS中隔离开关操作引起）；（6）联合过电压（冲击电压和工频电压联合作用于相间绝缘和纵绝缘）。其中陡波前过电压试验标准尚在考虑中。绝缘配合的基本原则：考虑所采用的过电压保护措施后，决定设备上可能的作用电压，并根据设备的绝缘特性及可能影响绝缘特性的因素，从安全运行和技术经济合理性两方面确定设备的绝缘水平。在所有情况下，进行绝缘配合时应考虑：设备安装点的预期过电压值、系统与设备的电气特性、类似的系统的运行经验以及所有装置的限压效果。3、绝缘特征与环境因素（1）绝缘类型绝缘类型分为：（1）相对地绝缘；（2）相间绝缘；（3）纵绝缘（对开关设备来说是指开关断口的绝缘；对变压器和互感器来说是指绕组的匝间、层间、段间绝缘）；外绝缘：指开关设备暴露在大气中部分的空间距离或设备固体绝缘的表面与大气接触部分，它承受电压作用，并受到诸如污秽、潮气、鸟兽虫害的影响。内绝缘：指开关设备在其防护装置外壳内的绝缘部分，它可以是固体、液体或气体，以保护开关设备不受外在大气条件的影响。自恢复绝缘：破坏性放电后，能完全恢复其绝缘性能的绝缘。非自恢复绝缘：破坏性放电后，丧失其绝缘性能或不能完全恢复其绝缘性能的绝缘。标准参考大气条件：温度：20℃；压力：101.325kPa；绝对湿度：11g/m3。正常使用条件：（1）周围环境最高空气温度不超过40oC；（2）安装地点的海拔高度不超过1000m。对正常运行条件，绝缘应能长期耐受设备最高电压。确定绝缘水平时首先应考虑雷电冲击电压的作用，GB/T11022《高压开关设备和控制设备标准的共用技术要求》规定了3-35kV中性点非直接接地系统中电气设备耐压值。系统标称电压额定电压（有效值）额定雷电冲击耐受电压（峰值）额定短时工频耐受电压（1分钟，有效值）通用值隔离断口通用值隔离断口33.64046182067.260702328101275854248202412514550603540.518521595110备注为设备外绝缘在干燥状态下之耐受电压；通用值适用于相对地、相间和开关断口；隔离断口符合对隔离开关所规定的安全要求的断开触头间的电气间隙表中所列的短时工频耐受电压一般均能满足在正常运行电压和暂时过电压下的要求。设备的相对地绝缘的额定耐受电压是确定设备的相间绝缘和纵绝缘额定耐受电压的基础。对受避雷器保护的设备，其额定雷电冲击耐受电压由避雷器的雷电冲击保护水平乘以配合因数Kc计算选定，一般取Kc≥1.4。相间绝缘的额定雷电冲击耐受电压均取相应的相对地绝缘的耐受电压值。设备纵绝缘的额定雷电冲击耐受电压一般等于相对地绝缘的耐受电压值，但隔离断口的耐受电压可高于相对地绝缘的耐受电压值。Um＞252kV的电气设备在操作过电压下，根据设备上的统计操作过电压水平或避雷器的操作冲击保护水平和设备的绝缘特性，并取一定的配合因数Kc（一般取Kc≥1.15）计算、选取相对地绝缘的额定操作冲击耐受电压。相间绝缘的额定操作冲击耐受电压是相对地绝缘的倍数。设备纵绝缘的额定短时工频耐受电压一般等于相应的相对地绝缘的耐受电压值，但隔离断口的耐受电压可高于相对地绝缘的耐受电压值。对周围环境空气温度高于40oC处的设备，其外绝缘在干燥状态下的试验电压应取标准规定的额定耐受电压值乘以温度校正因数，式中，为环境空气温度，。在各种间隔距离中，最基本的是带电部分对接地部分之间和不同相的带电部分之间的空间最小安全净距，即电气间隙，亦称空气间隙。在这一距离下，无论是在正常最高工作电压还是在出现内、外过电压时，都不致使空气间隙击穿。fKTC0)40(0033.01TKfGB50060《3-110kV高压配电装置设计规范》规定了户内高压配电装置的安全净距，如表所示。工程上采用的安全净距，通常大于表中所列的数值。额定电压（kV）36102035带电部分至接地部分之间75100125180300不同相的带电部分及开关断开之间75100125180300带电部分与无孔遮拦门之间（其值可取带电部分至接地部分净距+30mm）105130155210330带电部分与网状遮拦门之间175200225280400（2）爬电距离简称爬距，沿绝缘表面测得的两个导电器件或导电器件与设备界面之间的最短距离。（绝缘体与导体间受潮或污染导致两者之间绝缘等级下降而发生闪烙击穿的最小距离），主要用来确定绝缘子、绝缘套管的绝缘水平。爬电比距：电力设备外绝缘的爬电距离对设备最高工作电压有效值之比。即电力设备外绝缘的爬电距离(mm)爬电比距=设备最高工作电压(kV)根据不同绝缘材料的爬电比距可求得爬电距离。（3）污秽等级根据自然污秽环境条件，相应地划分电力设备户外绝缘污秽等级，规定各级外绝缘人工污秽耐受值和爬电比距。污秽等级：设备安装地点的污秽程度对电气设备的外绝缘有重要影响。GB/T16434《高压架空线路和发电厂、变电所环境污区分级及外绝缘选择标准》给出了线路和发电厂、变电所污秽等级，见表污秽等级污秽特征等值盐密mg/cm20大气清洁地区及离海岸盐场50km以上无明显污染地区-Ⅰ大气轻度污染地区，工业区和人口低密集区，离海岸盐场10-50km地区，在污闪季节中干燥少雾（含毛毛雨）或雨量较多时≤0.06Ⅱ大气中等污染地区，轻盐碱和炉烟污秽地区，离海岸盐场3-10km地区，在污闪季节中潮湿多雾（含毛毛雨）但雨量较少时0.06-0.10Ⅲ大气污染较严重地区，重雾和重盐碱地区，离海岸盐场1-3km地区，工业和人口密度较大地区，离化学污源炉烟污秽300-1500m的较严重污秽地区0.10-0.25Ⅳ大气特别严重污染地区，离海岸盐场1km以内，离化学污源炉烟污秽300m以内的地区0.25-0.35外绝缘按最小公称爬电比距和污秽环境条件分5级：0、Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ。GB/T5582《高压电力设备外绝缘污秽等级》规定了户外设备最小公称爬电比距分级数值，见表。外绝缘污秽等级最小公称爬电比距mm/kV线路电站设备013.514.8Ⅰ轻1616Ⅱ中2020Ⅲ重2525Ⅳ特重3131DL/T539《户内交流高压开关柜和元部件凝露及污秽试验技术条件》规定了户内设备最小公称爬电比距分级数值，见表。外绝缘污秽等级最小公称爬电比距mm/kV瓷质材料有机材料01214Ⅰ轻1416Ⅱ中1820（4）海拔高度也称绝对高度，是表示地面某个地点高出海平面的垂直距离。由巴申定律知，海拔高度越高，大气越稀薄，导致绝缘强度及散热效果变差，电气间隙耐压下降，同样对爬电距离也有影响，故对于3-35kV的高压电气设备，国标规定一般安装于1000米以下，超过1000米的海拔高度，电气设备外绝缘必须修正。对用于海拔高于1000m，但不超过4000m处的设备的外绝缘及干式变压器的绝缘，海拔每升高100米，绝缘强度约降低1%，在海拔不高于1000m的地点试验时，其试验电压应为标准规定的额定耐受电压乘以海拔校正因数，aK式中，为设备安装地点的海拔高度，m。GB/T11022《高压开关设备和控制设备标准的共用技术要求》给出了海拔校正因数的另一个计算式，式中，为设备安装地点的海拔高度，m。m取值如下：对于工频、雷电冲击和相间操作冲击电压m=1；对于纵绝缘操作冲击电压m=0.9；对于相对地操作冲击电压m=0.75。4101.11HKaHaK8150/1000HmaeKH注：巴申定律表明，气体间隙的击穿电压与气体压力有关，如图所示。DL/T620-1997《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》对电气设备的绝缘配合原则规定如下。（1）工频运行电压和暂时过电压下的绝缘配合：a、工频运行电压下电气装置电瓷外绝缘的爬电距离应符合相应环境污秽分级条件下的爬电比距要求；b、变电所电气设备应能承受一定幅值和时间的工频过电压和谐振过电压。（2）操作过电压下的绝缘配合。以计算用最大操作过电压为基础进行绝缘配合。（3）雷电过电压下的绝缘配合。以避雷器雷电保护水平为基础进行配合。绝缘配合方法的选择（试验）：确定性法（惯用法）、统计法、简化统计法确定性法：首先确定设备绝缘上可能出现的各类过电压的最高值，然后选取一个适宜的考虑各种因素影响并有一定裕度的配合系数，相乘后得到绝缘耐受电压值并在标准值中选取。这种方法要求绝缘具有一定的耐受电压作用的能力，在一定波形和幅值的过电压作用下，不发生闪络或击穿事故。因此这种方法对设备的内、外绝缘均可选用，在我国，各种电压等级的线路和输配电设备的绝缘配合均采用这种方法。确定性法对自恢复绝缘（如外绝缘、空气间隙）和非自恢复绝缘（如内绝缘、油纸绝缘等）都是适用的。在该种方法中所采用的最大雷电过电压是按避雷器通过标称放电电流时的残压来决定的。最大操作过电压是根据统计实测的结果而来的。