哈工大高电压技术4组合绝缘的电气强度

第四节组合绝缘的电气强度

介质的组合原则组合绝缘中的电场

对高压电气设备绝缘的要求是多方面的，除了必须有优异的电气性能外，还要求有良好的热性能、机械性能及其他物理-化学性能，单一品质电介质往往难以同时满足这些要求，所以实际绝缘一般采用多种电介质的组合：

例如，变压器的外绝缘由套管的外瓷套和周围的空气组成，而其内绝缘更是由纸、布、胶木筒、聚合物、变压器油等固体和液体介质联合组成绝缘常见形式：多种介质构成的层叠绝缘。理想情况下，组合绝缘中各层绝缘承受的电场强度与其电气强度成正比，是各层电压最理想的分配原则直流电压下：各层绝缘分担的电压与其绝缘电阻成正比，亦即各层中的电场强度与其电导率成反比工频交流和冲击电压下：各层所承担的电压和各层电容成反比，亦即各层中的电场强度与其介电常数成反比一、介质的组合原则各层绝缘所承受的电压与电压类型相关：二、组合绝缘中的电场1、均匀电场双层介质模型

在组合绝缘中，同时采用多种电介质，在需要对这一类绝缘结构中电场作定性分析时，常常采用最简单的均匀电场双层介质模型，如右图所示：均匀电场双层介质模型由此可得：ε1E

1＝ε2E

2

U=E

1d1+E

2d2在这一模型中，最基本的关系式为：均匀电场双层介质模型

推广到n层介质系统，在外加电压为U，极间距离为d，各层介电常数，厚度和电场强度分别为则各介质场强为即各层介质的电场分布与该层介电常数成反比

超高压交流电缆常为单相圆芯结构，由于其绝缘层较厚，一般采用分阶结构，以减小缆芯附近的最大电场强度

所谓分阶绝缘是指由介电常数不同的多层绝缘构成的组合绝缘

分阶原则：是对越靠近缆芯的内层绝缘选用介电常数越大的材料，以达到电场均匀化的目的2、分阶绝缘

内层绝缘：采用高密度的薄纸(纸的纤维含量高，质地致密)，其介电常数较大，击穿场强也较大;

先讨论单相圆芯均匀介质电缆中绝缘的利用系数。如果施加交流电压U，则其绝缘层中距电缆轴心r处的电场E可由下式求得：式中r0、R分别为电缆芯线的半径和外电极(金属护套)的半径。

外层绝缘：则采用密度较低、厚度较大的纸，其介电常数较小、击穿场强也较小。绝缘层中最大电场强度Emax位于芯线的表面上而最小电场强度Emin位于绝缘层的外表面(r＝R)处。此时的平均电场强度Eav应为:绝缘中平均场强与最大场强之比称为该绝缘的利用系数，则此时:

绝缘利用系数

值越大，则电场分布越均匀，亦即绝缘材料利用得越充分。平板电容器绝缘的

值可视为1。但对超高压电缆来说，因绝缘层较厚，(R-r0)值较大，如采用一种单一的介质、则值将较小；为提高利用系数应采用分阶绝缘在处的电场举例：对于圆形单芯双层分阶绝缘电缆电场分布计算，和分别为电缆的内半径和外半径，为分阶半径，其电场分布为在处的电场可以看出，在和为定值的情况下，适当选择以及分阶半径，就能使两层绝缘材料的利用率较高，电缆整体电气强度就可大为提高小结高压电气设备一般采用多种电介质组合的绝缘结构；组合绝缘中介质中的电场强度与介电常数成反比分布；（交流电场下的电场分布）分阶绝缘的原则是对越靠近缆芯的内层绝缘选用介电常数越大的材料，以达到电场均匀化的目的（交流电场下的电场分布）第五节绝缘的老化

电气设备的绝缘在运行过程中，由于受到各种因素的长期作用，会发生一系列不可逆的变化，从而导致物理，化学，电和机械性能的劣化，这种不可逆的变化通称为老化主要有电老化（局部放电），热老化（高温），机械应力老化，环境老化（大气老化）改进措施：改进制造工艺（清除杂质气泡等）；改进绝缘设计（改善电极形状，消除接触气隙等）；改善运行条件（防潮防污，加强散热等）课堂练习2、一充油的均匀场间隙距离为30mm，极间施加工频电压