电气绝缘基础理论

简述绝缘是指利用绝缘材料和构件将电位不等的导体分隔开，使其没有电气连接以保持不同的电位，从而保证带电部件能够正常运行。绝缘是电气设备结构中的重要组成部分。具有绝缘作用的材料称为绝缘材料（电介质），电气设备的绝缘就是各种绝缘材料构成的。一、绝缘基础知识绝缘是指利用绝缘材料和构件将电位不等的导体分隔开，使其没有电气连接以保持不同的电位，从而保证带电部件能够正常运行。绝缘是电气设备结构中的重要组成部分。具有绝缘作用的材料称为绝缘材料（电介质），电气设备的绝缘就是各种绝缘材料构成的。电力系统正常运行时，电气设备绝缘是长期处在工作电压作用之下的。但是，由于各种原因，电力线路中的电压有时会出现短时升高的现象，即产生过电压。过电压可分为：雷电过电压和内过电压。雷电过电压：由于设备遭受雷击造成的或在设备附近发生雷击而感应产生的过电压；内过电压有分为暂时过电压和操作过电压。暂时过电压是由于系统中发生事故或发生谐振而引起的过电压；操作过电压是由于系统中的操作（投、切）引起的过电压。过电压的作用时间虽然很短，但过电压的数值却大大超过正常工作电压，因此，易造成绝缘的破坏。所以，设备绝缘应能耐受工作电压的持续作用外，还必须能耐受过电压的作用。为了电气设备安全可靠地运行，除应搞清楚过电压的数值、波形等参数并设法降低或限制作用于设备上的过电压的数值外，还要保证及提高绝缘本身的耐受电压，这两个方面就构成了高电压技术的主要内容。如何保证及提高设备绝缘的耐受电压，设计出先进的绝缘结构则是高电压绝缘所讨论的内容。在工作电压和过电压作用下，绝缘会发生电导、极化、损耗、老化、放电击穿等现象。为了设计出技术先进、经济合理而又安全可靠的绝缘结构，首先必须掌握各类绝缘材料在电场作用下的电气物理性能，绝缘材料在强电场中的击穿特性及其规律尤为重要。只有知道了绝缘材料本身耐受电压的规律之后，才能进行绝缘的设计（考虑绝缘结构、选择绝缘距离或绝缘厚度等）。其次，绝缘的破坏决定于作用在其上的电场强度，在满足电气设备基本要求的前提下，应设法改善绝缘结构，使其电场分布尽可能地均匀，以减少电场强度。另外，采用新型绝缘材料。二、绝缘的缺陷及试验种类电气设备必须在常年使用中保持高度的可靠性，为此，必须对设备按设计的规格进行各种试验。在制造厂有：对所有原材料的试验，制造过程的中间试验，产品定型及出厂试验；在使用场合有：安装后的交接试验，使用中为维护运行安全而进行的绝缘预防性试验等。通过试验，掌握电气设备绝缘情况，可保证产品质量或及早发现其缺陷，从而进行相应的维护与检修，以保证设备的正常运行。电气设备的绝缘缺陷，有些是制造时潜伏下的，另一些则是运行中在外界作用影响下发展起来的，即累积效应。外界作用有：工作电压、过电压、大气影响（如潮湿等）、机械力、热、化学等，当然这些外界作用的影响程度亦和制造质量有关。目前，还不能做到使电气设备的绝缘在运行中不发生明显的劣化，所以，在电力系统中经常进行预防性试验，及时发现缺陷，可减少许多事故的发生。绝缘的缺陷通常可分为两大类第一类：集中性缺陷。例如悬式绝缘子的瓷质开裂；发电机绝缘局部磨损、挤压破裂；电缆由于局部有气隙在工作电压作用下发生局部放电而损坏，以及其他的机械损伤、受潮等。第二类是分布性的缺陷，指电气设备整体绝缘性能下降，如电机、变压器、套管等绝缘中的有机材料受潮、老化、变质等等。绝缘内部有上述两种类型缺陷后，它的特性就往往发生一定的变化。这样，我们就可以通过一些试验把隐藏的缺陷检查出来。绝缘试验绝缘特性试验（非破坏性试验）绝缘电阻试验介质损失角正切值的试验局部放电试验介质损失角正切值的局部放电试验绝缘耐压试验交流电压试验直流电压试验雷电冲击电压试验操作冲击电压试验绝缘特性试验亦称非破坏性试验，是指在较低的电压下或使用其他不会损伤绝缘的办法来测量绝缘的各种特性，从而判断绝缘内部有无缺陷。实践证明，这类方法是有效的，但目前还不能只靠它来可靠地判断绝缘的耐压水平。绝缘耐压试验亦称破坏性试验，这类试验对绝缘的考验是严格的，特别是能揭露那些危险性较大的集中性缺陷，它能保证绝缘有一定的水平或裕度，缺点是可能会在耐压试验时给绝缘造成一定的损伤。耐压试验是在绝缘特性试验之后才进行，如果非破坏性试验已表明绝缘存在不正常情况，则必须在查明原因并加以消除后再进行耐压试验，以避免不应有的击穿。例如套管大修时，当用非破坏性试验判断出绝缘受潮后，首先是进行干燥，待受潮现象消除后才做耐压试验。以上主要内容主要介绍各种绝缘试验方法的基本原理以及能发现什么样的缺陷。在具体判断电气设备的绝缘状况时，应注意对各项试验结果进行综合判断，并注意和历史资料（出厂及往年数据）以及该设备的其它相进行互相比较。为便于历次试验结果相互比较，最好在相近温度和试验条件下进行试验，以免因温度换算带来误差。试验应尽量在良好天气下进行，执行标准有：GB50150--2006《电气装置安装工程电气设备交接试验标准》DL/T596--1996《电力设备预防性试验规程》DL/T393--2010《输变电设备状态检修试验规程》状态检修工作的核心是确定设备的状态，依据设备的状态开展相应的试验、检修工作。“应修必修，修必修好”。三、高压设备的绝缘水平及试验方法高压设备绝缘能否安全可靠地运行，起主要作用的是其耐受电压的能力。各种额定电压等级的设备，绝缘都需要具有相应的耐受电压的能力。设备绝缘耐受电压能力的大小称为绝缘水平。电气身背的绝缘水平应保证绝缘在最大工作电压的持续作用下和过电压的短时作用下都能安全运行。影响绝缘水平的因素有：（1）工作电压的持续作用下的老化是决定绝缘使用寿命的主要条件；（2）雷电过电压下的冲击，时间短但数值高；（3）暂时过电压下的冲击，如谐振，持续时间较长；（4）操作过电压下的冲击。对绝缘水平考核的试验方法有：（1）雷电过电压试验--雷电冲击电压模拟装置；（2）操作冲击试验—操作冲击试验模拟装置；（3）工频电压等效试验为了检验绝缘在暂时过电压作用下运行的可靠性，通常用短时工频电压等效地来进行试验，判断其绝缘水平的高低。各种设备的一分钟耐压就是根据电力系统中内过电压的大小制定的。其最大的有点就是适合于在现场进行设备的试验。我国现行的绝缘预防性试验项目：（1）测定绝缘电阻；（2）测量泄露电流；（3）直流耐压试验；（4）测量介损（介质损耗角正切值δ）；（5）绝缘油介电强度试验；（6）微量水分测定；（7）油中溶解气体色谱分析；（8）局部放电试验；（9）交流耐压试验。以上试验均是在停电（离线）状态下进行，通过试验预判电气设备的绝缘性能。通常绝缘要开展三个项目：事故抢修---亡羊补牢；预防性试验---居安思危；状态检修---需修即修。