2.4 组合绝缘的特性
电气设备内部绝缘结构中常用液体与固 体介质构成组合绝缘
油—屏障绝缘 油纸绝缘
组合绝缘强度不仅取决于所用介质的绝 缘强度，还与介质的互相配合有关
2.4.1 油—屏障绝缘与油纸绝缘的特点
油—屏障绝缘
以油为主要绝缘介质，散热、冷却作用好 屏障的作用：改善油间隙中电场分布和阻止杂质小 桥的形成 广泛用于变压器中 屏障的总厚度不宜取得过大（否则可能引起油中场 强增高）
屏蔽电极的均压原理1（均压环）
工程中应 用很多！
屏蔽电极的均压原理2（均压环）
a:只考虑对地电容CE b:只考虑对导线电容CL c:同时考虑CE和CL
工程中应 用很多！
pause
2.6 电力系统过电压与绝缘配合
过电压（over voltage）
电气设备上出现的高于工作电压的电压
按来源形式分类
绝缘油的老化（氧化、温度》》》油枕） 户外绝缘应能耐受日晒雨淋 湿热区域使用的要有抗生物特性
材料的相容性
绝缘与导体之间（化学反应、相容）
支柱绝缘子内屏蔽
330kV绝缘子柱
330kV及以上的悬式绝缘子串 一般也装有均压环 绝缘子数决定于线路所要求 的绝缘水平： 35kV-3片 110kV-7片 200kV-13片 330kV-19片 500kV-28片
气隙的产生
制造过程：浇注、挤压成型等 绝缘与电极接触不良
2.3.3.1 局部放电的等值电路
Cm>>Cg>>Cb
Cb ug u C g Cb
1、微量压降
2、电流脉冲
放电前后，间隙g两端的电压变化为(Ug-Ur) C m Cb 对间隙g放电的电容量为： C g C m Cb
C m Cb 真实放电量Δqr为： q r 不可测！ C g C C U g U r C g C b U g U r m b
2.2.3 减小杂质影响的措施
过滤 防潮（呼吸器） 祛气（真空注油） 用固体介质减小油中杂质的影响
覆盖层：限制泄漏电流/电缆纸、黄蜡布或漆膜 绝缘层：覆盖层厚度增大，本身承担一定电压 屏障：既阻止杂质“小桥”的形成，又能改善 间隙中电场均匀度（最佳位置、厚度）-应用广 泛 ？？？屏障多了好还是少了好？？？
油纸绝缘
液体介质用作充填固体绝缘中气隙的浸渍剂 固体介质为绝缘的主体 油纸绝缘的击穿强度很高，但散热比较困难 油纸绝缘的直流击穿场强比交流击穿场强高得多
1—粘浸渍电缆 2—充油电缆
对同一油纸绝缘，直 流耐电强度明显高于交 流！ 用于交流的油纸绝缘 一定能用于直流，反之 则不然！
直流电压下短时击穿场强约为交流时二倍以上，其长时间 击穿场强则为交流时三倍以上 直流电压下，油与纸中的场强分配比交流时合理 在电压长时间作用下，油纸绝缘直流局放的危害性比交流 时小
技术
过电压
经济
投资费用
维护费用 绝缘耐受特性 限压装置特性 事故损失费用
绝缘水平
2.6.1 电力系统过电压简介
雷电过电压 直击雷过电压：直击输电线路等，被击物 流过雷电流 感应雷过电压：雷击输电线路附近的地面
一般不会超过500kV
2.6.1 电力系统过电压简介
雷电过电压
直击雷过电压
2.5.3机械力的影响
机械应力对绝缘老化的速度有很大影响
固体介质内产生裂痕或气隙导致局部放电 举例：
瓷绝缘子的老化 悬式绝缘子串中靠近铁塔悬挂点的最易损坏 电机绕组机械力作用，使绝缘受到损伤
温度突变产生内部应力
突然降雨使瓷表面骤冷，在其内部产生应力
2.5.4 环境的影响
环境条件对绝缘的老化有很大的影响
工作温度超过规定值时，介质迅速劣化， 寿命大大缩短（1/2）
A级：8℃规则(油—屏障和油纸绝缘属A级) B级：10℃规则(大电机绝缘用云母制品属B级) H级：12℃规则（干式变压器等）
2.5.2 介质的电老化
局部放电 固体介质耐受局部放电的性能存在差别
抗电老化的性能是不同的（有机/无机） 绝缘设计时必须选择合适的工作场强
直击输电线路等，雷电流流过被击物（<60米）
感应雷过电压
雷击输电线路附近的地面,通过电磁耦合 一般不会超过500kV
内部过电压
暂时过电压:持续时间长 操作过电压:持续时间短，<0.1s 操作过电压一般不超过相电压的3.5倍
感应雷过电压 大气过电压 直击雷过电压 空载长线电容效应 工频过电压不对称短路 突然甩负荷 暂时过电压 线性谐振 过电压 谐振过电压参数谐振 内部过电压 铁磁谐振 间歇性弧光接地 合闸空载线路 操作过电压 切除空载线路 切除空载变压器
电容套管 油纸绝缘的高压电流互感器
改变绝缘材料的形状以改善电场分布
GIS中环氧盘形绝缘子沿面电场分布
金属外壳
2.5 绝缘的老化
绝缘老化：不可逆的劣化！
固体和液体介质在长期运行过程中会发生一些物 理变化和化学变化，导致其机械和电气性能劣化
绝缘老化的原因
电的作用 热的作用 机械力的作用 水分、氧化和射线 微生物的作用等
视在放电量Δq=放电时试品上电压变化ΔU╳试品电容
Cb C g q U C m Cb C g
Cb Cb 绝缘上的电压变化： U U g U r U g U r Cb C m Cm
q UCm

q Cb U g ห้องสมุดไป่ตู้ r
外部过电压（雷电过电压）：雷云放电 内部过电压：在电力系统内部，由于断路器的操作 或系统发生故障，使系统参数发生变化，引起电网 电磁能量的转化或传递
过电压的幅值要比工作电压高出许多（几倍） 过电压对电力系统绝缘水平起着决定性作用 必须采取必要的限制过电压的措施
绝缘水平与绝缘配合
发电机定子绕组端部绝缘局部放电实测波形
2.3.3.3提高局部放电电压的措施
各种材料耐受局放的性能不同
无机材料有较强的耐局放性能：陶瓷、云母 有机材料耐局放的性能较差：塑料
提高绝缘局部放电电压的措施
尽量消除气隙或设法减小气隙的尺寸：钢管油 压电缆 设法提高空穴的击穿场强：用液体介质或高耐 电强度的压缩气体充填空穴
累积效应
固体介质在冲击电压多次作用下，局部损伤 会逐渐扩大，致使其击穿电压Un有可能低于 单次冲击电压作用时的击穿电压U1 有机材料
2.3.2 热击穿
是一个热不平衡的过程
介质损耗导致发热和温度升高 温度升高加剧损耗和发热 发热与散热相等，达到平衡温度 发热大干散热，温度不断上升，造成热破坏
2.5.1 电介质的热老化
高温下，短时间内就能发生明显的损坏 热老化
温度比短时允许温度低，但作用时间长时， 绝缘性能发生的不可逆的变化
绝缘的温度越高，老化越快，寿命越短 不同介质材料的耐热性不同
耐热等级 最高允许工作温度
O级：90℃ A级：105℃ E级：120℃ B级：130℃ F级：155℃ H级：180℃ C级：>180℃
热击穿所需时间较长（几小时~几分钟）
工频lmin耐压不能考验热击穿特性 （5~10）
随外加电场频率的增加，热击穿的几率 增大（极化：直流、工频，高频）
2.3.3 电化学击穿
介质长期加电压引起介质劣化而导致击穿强度 下降 局部放电导致绝缘劣化
介质内气隙的局部放电（Partial Discharge，简称PD） PD产生活性气体如O3、NO、NO2等对介质将产生氧化和 腐蚀作用 带电粒子对介质表面的撞击，也会使介质受到机械的损伤 和局部的过热
2.4.2 多介质系统中的电场
U E1 1 d1 / 1 d 2 / 2
U E2 2 d1 / 1 d 2 / 2
2.4.3 电场调整的方法
组合绝缘结构的电场调整
用分阶绝缘的方法来降低电力电缆缆芯附近 的场强 在不同绝缘厚度处夹入不同长度的导电箔作 为电容极板，调整电场
2.3 固体介质的击穿
固体介质的固有击穿强度比液体和气体介质高 特点：
击穿场强与电压作用的时间有很大关系 一旦击穿，绝缘无法自行恢复
1年=31536000s
2.3.1 电击穿
电击穿过程与气体中相似，电离足够强 时破坏介质晶格结构导致击穿 体积效应
由于材料的不均匀性，导致击穿场强分散性 很大；加大试样的面积或体积，使材料弱点 出现的概率增大，会使击穿场强降低
绝缘水平（绝缘强度）
电气设备能承受的试验电压值 通过耐压试验予以确认（交流、直流、冲击）
绝缘配合
最终目的：确定电气设备的绝缘水平 综合考虑电气设备在电力系统中可能承受的各种电 压（工作电压和过电压）、限压保护装置的特性以 及设备绝缘对各种作用电压的耐受特性，合理地确 定设备必要的绝缘水平，以使设备的造价、维修费 用和设备绝缘故障引起的事故损失，达到在经济上 和安全运行上总体效益最高的目的
2.2 液体介质的击穿
• 应用广泛，作为设备的内绝缘
• 绝缘 • 灭弧 • 散热
• 纯净的液体介质击穿场强比气体高得多 （1MV／cm） • 工程用的液体介质击穿场强很少超过 300kV／cm • 击穿机理
• 理想：与气体类似 • 工程：小桥理论
2.2.1 液体介质的击穿机理（小桥理论）
工程应用的液体介质不可避免地存在气泡或杂 质如水分、悬浮的固体纤维等 气泡或杂质在电场作用下，在电极间排列搭成 电导性较强的“小桥”
2.6.1.1 空载长线的电容效应引 起的工频过电压
电容效应
在集中参数L、C串联电路中，如果容抗大于 感抗，即1/ω C>ω L，那么电路中将流过容 性电流。电容上的电压等于电源电势加上电 容电流流过电感造成的电压降，这种电容电 压高于电源电势的现象，称为电容效应。