《城市軌道交通電氣設(shè)備測(cè)試（第2版）》 課件2.5組合絕緣及應(yīng)用

《絕緣材料特性》組合絕緣及應(yīng)用目錄01組合絕緣定義02組合絕緣的形式03油-屏障”式絕緣04油紙絕緣05組合絕緣應(yīng)用01組合絕緣定義

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?chē)目諝饨M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。組合絕緣定義02組合絕緣的形式組合絕緣的形式

組合絕緣常見(jiàn)形式是多種介質(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(chǎng)強(qiáng)度與其電氣強(qiáng)度成正比。在直流電壓下，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(chǎng)強(qiáng)度與其電導(dǎo)率γ成反比。在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(chǎng)強(qiáng)度與其介電常數(shù)成反比。主絕緣以油屏障絕緣和油浸紙絕緣最為常用。每一種絕緣結(jié)構(gòu)，都由純油間隙、屏障、絕緣層三種成分組成。所以，以變壓器的主絕緣結(jié)構(gòu)為例，組合絕緣有三種形式：2.1覆蓋

覆蓋是指將漆布、電纜紙等在電極上加一薄層，緊緊包在小曲率半徑電極上的薄固體絕緣層，厚度小于1

mm，可以阻止雜質(zhì)小橋?qū)蓸O短接，能顯著提高油隙的工頻擊穿電壓，并減小其分散性，加覆蓋層后可使工頻耐受電壓提高較多，特別是在均勻電場(chǎng)中，可提高70%～100%；但對(duì)極不均勻電場(chǎng)，提高很少，且對(duì)沖擊電壓的提高效果很小。組合絕緣的形式2.2絕緣層

用電纜紙、皺紋紙、白紗帶、漆布等在導(dǎo)體上包裹，可包幾毫米至十幾毫米，承受一定比例的工作電壓，降低了油中電場(chǎng)強(qiáng)度，對(duì)耐受工頻和沖擊電壓的提高有顯著作用。特別是曲率半徑較小的導(dǎo)體，電場(chǎng)極不均勻，包絕緣后，可顯著提高擊穿電壓，所以引出線及繞組的始末端通過(guò)包扎來(lái)加強(qiáng)絕緣。

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(chǎng)強(qiáng)度，提高油隙的工頻擊穿電壓和沖擊擊穿電壓。組合絕緣的形式2.3屏障

放置層壓紙板或?qū)訅翰及遄銎琳?。在極不均勻電場(chǎng)中采用屏障可使油隙的工頻擊穿電壓提高到無(wú)屏障時(shí)的2倍或更高。油隙中加隔板可阻止雜質(zhì)形成“小橋”，又因隔板間會(huì)積聚自由電子，形成附加電場(chǎng)，使原來(lái)電場(chǎng)變得均勻。隔板放置得合適，可使油隙擊穿電壓提高到2～2.5倍。但對(duì)均勻電場(chǎng)放置隔板，效果很小，只能提高25%左右。03油-屏障”式絕緣油-屏障”式絕緣3.1油浸電力變壓器絕緣結(jié)構(gòu)

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(chǎng)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%。3.2變壓器主絕緣類(lèi)型

在油浸式變壓器中，主絕緣通常指繞組之間，繞組對(duì)鐵心、油箱等接地部分，引線對(duì)鐵心、油箱以及分接開(kāi)關(guān)對(duì)鐵心、油箱的絕緣。主絕緣以油紙屏障絕緣結(jié)構(gòu)最為常用。變壓器絕緣為油紙組合絕緣，是用變壓器油和絕緣紙組成的絕緣。油-屏障”式絕緣3.3變壓器內(nèi)絕緣與外絕緣

油浸式變壓器的絕緣主要分為外絕緣和內(nèi)絕緣兩大類(lèi)。外絕緣就是變壓器油箱外部的套管上部對(duì)地和彼此之間的絕緣，它包括套管本身的外絕緣和套管間及套管對(duì)地部分（如儲(chǔ)油柜）的空氣間隙距離的絕緣。內(nèi)絕緣是指變壓器箱內(nèi)的各部分絕緣，主要部件是由絕緣紙、絕緣紙板等材料制成，與變壓器油配合構(gòu)成變壓器油紙絕緣結(jié)構(gòu)。內(nèi)絕緣又可分為主絕緣和縱絕緣。如表2-2所示為變壓器絕緣分類(lèi)。油-屏障”式絕緣絕緣類(lèi)型部

件絕緣性質(zhì)描

述內(nèi)絕緣線圈主絕緣同相繞組之間異相繞組之間繞組對(duì)油箱繞組對(duì)鐵心柱、繞組對(duì)旁柱之間繞組端部對(duì)鐵軛縱絕緣繞組線匝之間繞組餅間繞組層間引線主絕緣引線對(duì)地引線對(duì)異相線圈縱絕緣一個(gè)繞組的不同引線之間開(kāi)關(guān)主絕緣開(kāi)關(guān)對(duì)地開(kāi)關(guān)上不同繞組引線觸頭之間縱絕緣同相繞組不同引線觸頭之間外絕緣套管同相繞組之間異相繞組之間表2-2變壓器絕緣分類(lèi)04油紙絕緣油紙絕緣4.1油紙絕緣結(jié)構(gòu)

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)度不高，用絕緣油浸漬后，整體絕緣性能可大大提高。例如油浸式變壓器，絕緣油和絕緣紙組成的復(fù)合絕緣構(gòu)成了油浸式變壓器的絕緣系統(tǒng)，變壓器的使用壽命主要由絕緣材料的絕緣強(qiáng)度決定。電力作用引起絕緣劣化，機(jī)械力或熱應(yīng)力作用或者和電場(chǎng)的相互作用，最終也會(huì)發(fā)展為絕緣性故障，所以絕緣性能的劣化是導(dǎo)致電氣設(shè)備失效的主要原因，電氣設(shè)備的多數(shù)故障是絕緣性故障。油紙絕緣4.2變壓器絕緣系統(tǒng)

在油浸式電力變壓器中，變壓器的絕緣形式主要采用油紙絕緣結(jié)構(gòu)，即利用絕緣油浸漬絕緣紙，消除絕緣紙纖維空隙所產(chǎn)生的氣隙，提高其絕緣的電氣強(qiáng)度。4.3縱絕緣與層間絕緣

變壓器的縱絕緣是指同一繞組的匝間、層間及靜電屏之間的絕緣。在繞組的同一層或同一線屏內(nèi)，匝與匝之間又有匝絕緣。匝間絕緣可由絕緣漆或有包繞的絕緣紙構(gòu)成，不同電壓等級(jí)和取的磁通密度不同，匝壓不一樣，其匝間絕緣的厚度也不相同。層間絕緣是指相鄰層之間或線餅與相鄰線餅之間的絕緣，此絕緣有時(shí)兼作油道，另外分接開(kāi)關(guān)同相鄰各部分之間也屬縱絕緣。油紙絕緣4.4油紙絕緣的耐電強(qiáng)度

變壓器油與絕緣紙相結(jié)合構(gòu)成的油紙絕緣結(jié)構(gòu)具有很高的耐電強(qiáng)度，比兩者分開(kāi)單獨(dú)的（油和紙）任何一種材料都要高很多。由于油的絕緣強(qiáng)度和介電系數(shù)低于纖維紙，油承受較大的電場(chǎng)強(qiáng)度，因此，用紙把油分成一定數(shù)量的小油隙，既可以消除油中纖維雜質(zhì)的積累而不易形成“小橋”，又可以使電場(chǎng)均勻，提高絕緣的電氣強(qiáng)度。

油紙絕緣的最大缺點(diǎn)是易受污染（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(guò)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。只要含百分之幾的雜質(zhì)，影響就相當(dāng)嚴(yán)重。05組合絕緣應(yīng)用組合絕緣應(yīng)用

“油-屏障”式絕緣是以液體介質(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(chǎng)強(qiáng)很高，但散熱條件較差。絕緣紙和絕緣油的配合互補(bǔ)，使油紙組合絕緣的擊穿場(chǎng)強(qiáng)可達(dá)500～600

kV/cm，大大超過(guò)了各組成成