組合絕緣的電氣強(qiáng)度

第四節(jié)組合絕緣的電氣強(qiáng)度“油-屏障”式絕緣油紙絕緣1可編輯版對(duì)高壓電氣設(shè)備絕緣的要求是多方面的，除了必須有優(yōu)異的電氣性能外，還要求有良好的熱性能、機(jī)械性能及其他物理-化學(xué)性能，單一品質(zhì)電介質(zhì)往往難以同時(shí)滿足這些要求，所以實(shí)際絕緣一般采用多種電介質(zhì)的組合：例如變壓器的外絕緣由套管的外瓷套和周圍的空氣組成，而其內(nèi)絕緣更是由紙、布、膠木筒、聚合物、變壓器油等固體和液體介質(zhì)聯(lián)合組成。2可編輯版絕緣常見形式：多種介質(zhì)構(gòu)成的層疊絕緣。理想情況下，組合絕緣中各層絕緣承受的電場強(qiáng)度與其電氣強(qiáng)度成正比。直流電壓下：各層絕緣分擔(dān)的電壓與其絕緣電阻成正比，亦即各層中的電場強(qiáng)度與其電導(dǎo)率成反比。工頻交流和沖擊電壓下：各層所承擔(dān)的電壓和各層電容成反比，亦即各層中的電場強(qiáng)度與其介電常數(shù)成反比。3可編輯版一、“油－屏障”式絕緣油浸電力變壓器主絕緣采用的是“油-屏障’’式絕緣結(jié)構(gòu)，在這種組合絕緣中以變壓器油作為主要的電介質(zhì)，在油隙中放置若干個(gè)屏障是為了改善油隙中的電場分布和阻止貫通性雜質(zhì)小橋的形成。一般能將電氣強(qiáng)度提高30％～50％。1、覆蓋緊緊包在小曲率半徑電極上的薄固體絕緣層。能顯著提高油隙的工頻擊穿電壓，并減小其分散性，其厚度一般只有零點(diǎn)幾毫米。4可編輯版2、絕緣層當(dāng)覆蓋的厚度增大到能分擔(dān)一定的電壓，即成為絕緣層，一般為數(shù)毫米到數(shù)十毫米，它能降低最大電場強(qiáng)度，提高油隙的工頻擊穿電壓和沖擊擊穿電壓。3、屏障放置層壓紙板或?qū)訅翰及遄銎琳?。在極不均勻電場中采用屏障可使油隙的工頻擊穿電壓提高到無屏障時(shí)的2倍或更高。5可編輯版二、油紙絕緣電氣設(shè)備中使用的絕緣紙(包括紙板)纖維間含有大量的空隙，因而干紙的電氣強(qiáng)度是不高的，用絕緣油浸漬后，整體絕緣性能可大大提高?！坝汀琳稀笔浇^緣是以液體介質(zhì)為主體的組合絕緣，采用覆蓋、絕緣層和屏障都是為了提高油隙的電氣強(qiáng)度;油紙絕緣是以固體介質(zhì)為主體的組合絕緣，液體介質(zhì)只是用作充填空隙的浸漬劑，因此這種組合絕緣的擊穿場強(qiáng)很高，但散熱條件較差.6可編輯版絕緣紙和絕緣油的配合互補(bǔ)，使油紙組合絕緣的擊穿場強(qiáng)可達(dá)500～600kV／cm，大大超過了各組成成分的電氣強(qiáng)度(油的擊穿場強(qiáng)約為200kV／cm，而干紙只有100～150kV／cm)。各種各樣的油紙絕緣目前廣泛應(yīng)用于電纜、電容器、電容式套管等電力設(shè)備中。7可編輯版油紙絕緣的最大缺點(diǎn):易受污染(包括受潮)因?yàn)槔w維素是多孔性的極性介質(zhì)，很易吸收水分。即使經(jīng)過細(xì)致的真空干燥、浸漬處理并浸在油中，它仍將逐漸吸潮和劣化。8可編輯版三、組合絕緣中的電場1.均勻電場雙層介質(zhì)模型在組合絕緣中，同時(shí)采用多種電介質(zhì)，在需要對(duì)這一類絕緣結(jié)構(gòu)中電場作定性分析時(shí)，常常采用最簡單的均勻電場雙層介質(zhì)模型，如圖3-25所示：9可編輯版由此可得：ε1E

1＝ε2E

2

U=E

1d1+E

2d2在這一模型中，最基本的關(guān)系式為：10可編輯版超高壓交流電纜常為單相圓芯結(jié)構(gòu)，由于其絕緣層較厚，一般采用分階結(jié)構(gòu)，以減小纜芯附近的最大電場強(qiáng)度。所謂分階絕緣是指由介電常數(shù)不同的多層絕緣構(gòu)成的組合絕緣。

分階原則是對(duì)越靠近纜芯的內(nèi)層絕緣選用介電常數(shù)越大的材料，以達(dá)到電場均勻化的目的。如：2.分階絕緣11可編輯版內(nèi)層絕緣采用高密度的薄紙(紙的纖維含量高，質(zhì)地致密)，其介電常數(shù)較大，擊穿場強(qiáng)也較大;外層絕緣則采用密度較低、厚度較大的紙，其介電常數(shù)較小、擊穿場強(qiáng)也較小。先討論單相圓芯均勻介質(zhì)電纜中絕緣的利用系數(shù)。如果施加交流電壓U，則其絕緣層中距電纜軸心r處的電場E可由下式求得：式中r0、R分別為電纜芯線的半徑和外電極(金屬護(hù)套)的半徑。12可編輯版絕緣層中最大電場強(qiáng)度Emax位于芯線的表面上而最小電場強(qiáng)度Emin位于絕緣層的外表面(r＝R)處。此時(shí)的平均電場強(qiáng)度Eav應(yīng)為:絕緣中平均場強(qiáng)與最大場強(qiáng)之比稱為該絕緣的利用系數(shù)

，則此時(shí):13可編輯版

值越大，則電場分布越均勻，亦即絕緣材料利用得越充分。平板電容器絕緣的

值可視為1。但對(duì)超高壓電纜來說，因絕緣層較厚，(R-r0)值較大，如采用一種單一的介質(zhì)、則

值將較小;為提高利用系數(shù)應(yīng)采用分階絕緣。14可編輯版（本節(jié)完）小結(jié)高壓電氣設(shè)備一般采用多種電介質(zhì)組合的絕緣結(jié)構(gòu)；“油-屏障”式絕緣結(jié)構(gòu)中應(yīng)用的固體介質(zhì)