高电压技术-3-常用电气设备绝缘

高电压技术3常用电气设备的绝缘3.1绝缘子的绝缘3.2高压套管的绝缘3.3电容器及电缆的绝缘3.4变压器的绝缘3.5高压电机的绝缘3.6GIS设备的绝缘3.1绝缘子的绝缘绝缘子的作用：是将处于不同电位的导电体在机械上相互连接，而在电气上相互绝缘。

绝缘子瓷套套管按照绝缘和连接形式的不同，绝缘子可分为三类：支柱绝缘子盘形悬式绝缘子（1）绝缘子：用于导电体和接地体之间的绝缘和固定连接，如隔离开关安装触头的支柱绝缘子、输电线路固定导线的悬式绝缘子串等。氧化锌避雷器电流互感器（2）瓷套：用作电器内绝缘的容器，并使内绝缘免遭受周围环境因素的影响，如电流互感器的瓷套等。变压器套管油纸电容式穿墙套管（3）套管：用作导电体穿过接地隔板、电器外壳和墙壁的绝缘部件，如变压器的出线套管、穿墙套管等。3.1.1绝缘子的性能要求和材料一、绝缘子的材料—由绝缘件及固定材料组成电瓷：无机材料，耐腐蚀，抗老化，具有足够的电气强度和机械强度；脆，抗压强度比抗拉强度大得多；上釉强度大钢化玻璃：电气和机械强度大于电瓷，输电线路钢化玻璃绝缘子损坏后能“自爆”（巡线）有机复合材料：重量轻、体积小、工艺简单；表面有憎水性，抗污闪能力强，复合绝缘子的玻璃纤维芯棒的抗拉强度高于钢。（1）绝缘件3.1.1绝缘子的性能要求和材料8一、绝缘子的材料—由绝缘件及固定材料组成悬式绝缘子：对钢脚和铁的强度要求很高，在强度很高的悬式绝缘子试验中，常有瓷件未损坏而铁帽或铁脚拉坏的情况发生。对一些要通过大电流的产品，为了减小附件的涡流损耗，避免因铁磁损耗而过分发热，端盖和法兰可采用非磁性铁或有色金属，如硅铜合金、黄铜、硅铝合金等。（2）金属附件：由铸铁和钢组成不低于500号硅酸盐水泥。在个别场合中，也有采用其他胶合剂如甘油氧化铅、硫磺石墨胶合剂、环氧树脂等。沥青常用于水泥胶装的缓冲层（涂于胶装瓷面和金具上）和防潮层（涂于水泥表面上）（3）胶装材料：将绝缘件和金属附件胶合连接的材料3.1.1绝缘子的性能要求和材料二、绝缘子的电气性能和机械强度沿面闪络电压：沿绝缘子外部空气的放电电压。（一）电气性能（1）干闪络电压——反映户内绝缘子的主要性能。包括工频干闪络电压、雷电冲击干闪络电压和操作冲击干闪络电压。（2）湿闪络电压——反映户外绝缘子的主要性能。在工频电压作用下，干、湿闪络电压相差较大。（3）污秽闪络电压——常用爬电距离来衡量绝缘子在污秽和受潮条件下的绝缘能力。1—铁帽；2—绝缘；3—铁脚；4—击穿路径；5—闪络路径；6—爬电路径

为避免造成不可恢复的损坏，绝缘子的击穿电压应比干闪络电压高。运行中的绝缘子电晕将造成高频干扰、引起能量损失，通常要求正常工作电压下不出现电晕。（二）机械性能（1）拉伸负荷——两端的拉伸力，如悬挂输电线的绝缘子受重力和导线拉力作用。（2）弯曲负荷——顶部的垂直力，如导线拉力、风力或短路电流电动力主用于支柱绝缘子，因它们的方向与支柱垂直而使支柱受到弯矩作用。（3）扭转负荷——顶部的扭矩，如隔离开关的支柱绝缘子常以转动方式来开闭，绝缘支柱承受扭转力矩。一、结构3.1.2支柱绝缘子支撑高压电器带电部分的绝缘支柱，由瓷柱和上下金属附件组成。分为户外和户内支柱绝缘子。户外：受弯曲力矩较大，棒形支柱绝缘子，实芯带伞的圆瓷柱;户内：空心或实心的圆柱形瓷件和金属附件组成。二、棒形绝缘子的闪络电压棒形绝缘子是具有弱垂直分量的不均匀电场结构，其闪络电压接近于空气间隙的击穿电压。（一）干闪络电压（二）湿闪络电压决定户外绝缘子外形结构的最主要因素。绝缘子在雨天应仍能承受操作过电压的作用。（1）沿湿AB和较干的BCA’发展。受表面湿度影响，闪络电压远较干闪络电压低。（2）沿湿AB和气隙BA’发展。气隙的击穿电压降低不多。（3）沿湿AB和水流BB’。水流短接气隙，湿闪络电压大大下降，在大雨时会发生。工频湿闪络电压： kV（有效值）E1淋雨表面的闪络场强，在电导率为0.01S/m的雨水中，约为1.5kV/cm（随l1增大而下降）；E2为空气间隙的闪络场强，可取3kV/cm。l1和

l2的范围：7～125cm16173.1.3线路绝缘子一、针式绝缘子二、瓷横担绝缘子1835kV及以下三、悬式绝缘子及悬式绝缘子串19悬式绝缘子串20沿最短路径①闪络：工频干闪络，雷电冲击闪络，操作冲击干闪络以及正极性操作冲击湿闪络。仅与干闪络距离即串长有关。交替②：工频湿闪络和负极性操作冲击湿闪络。沿绝缘体表面③：一般污秽闪络。21只考虑对地电容只考虑对导线电容综合考虑绝缘子串电压分布的均匀化2219片XP－70组成的绝缘子串，靠导线第一片的电压为总电压的11.5%；加了均压环后，电压降为7.1%。233.1.4复合（合成）绝缘子优点24（1）机械性能优越：芯棒扩张强度为普通钢1.5倍，轴向拉力特别强，具有较强吸振能力。（2）抗污闪性能好：复合绝缘子具有憎水性，污闪电压为同电压等级瓷绝缘子3倍。（3）结构稳定性好：为外胶装配结构，其内心为实心棒绝缘材料，不会出现零值绝缘子。（4）重量轻。253.2高压套管的绝缘用来使高压导体与隔板绝缘的一种支撑装置。电器用套管穿墙套管3常用电气设备的绝缘3.1绝缘子的绝缘3.2高压套管的绝缘3.3电容器及电缆的绝缘3.4变压器的绝缘3.5高压电机的绝缘3.6GIS设备的绝缘套管耐压27电场强度具有强垂直分量，中间法兰边缘电场强，易发生电晕及滑闪放电。沿面闪络电压低。法兰和导电杆间的电场也很强，绝缘容易击穿。须改善法兰和导杆附近的电场。减小比电容C0。套管绝缘要求28（1）在运行电压下不发生电晕放电；（2）在内部过电压作用下不发生滑闪放电；（3）沿面距离足够长，以保证必要的闪络电压。高压套管分类293.2.1瓷套管的绝缘30提高闪络电压：在法兰到大伞的瓷壁喷铝或上半导体釉大伞相当于增厚瓷壁，减小了比电容；喷铝层或半导体釉减弱了法兰附近的电场强度。35kV及以下313.2.2充油套管的绝缘击穿电压、散热等性能比原来具有气腔时大为改善。20kV

及以下充油即可。当电压较高时，常在导杆上套以绝缘纸管或包以电缆纸以降低导杆表面场强。对60kV及以上，多放几个绝缘筒，增强油隙的耐压。套管外表面工频干闪络电压：在油中的工频闪络电压油中雷电冲击闪络电压32对于110kV及以上，靠电容芯子来改善电场分布，组成了一串串联的同轴圆柱形电容器。电容芯子：在导杆上包以多层绝缘纸，在层间夹有铝箔，耐压高且电场分布较均匀。333.2.3电容式套管的绝缘电容式套管类型根据芯子材料，分胶纸式和油纸式两类。341－油纸绝缘强度；2－胶纸绝缘强度；E0－长期工作场强电容式套管末屏法兰上常装有小套管，以便将芯子里的最外层极板（末屏）引出，做测量用，平时接地。353常用电气设备的绝缘3.1绝缘子的绝缘3.2高压套管的绝缘3.3电容器及电缆的绝缘3.4变压器的绝缘3.5高压电机的绝缘3.6GIS设备的绝缘3.3电容器及电缆的绝缘

3.3.1电容器的绝缘37电力电容器电容器类型38按工作方式余弦电容器直流滤波电容器脉冲电容器（大电流，小电流）

391－元件；2－绝缘件；3－连接件；4－内放电电阻；5－出线套管；6－箱壳高压并联电容器外形及内部结构电容器绝缘材料401、高ε、高击穿场强的绝缘材料材料名称密度允许温度(℃)Tanδ(％)Eb（有效值）（V/

m）聚丙烯膜聚酯薄膜电容器纸0.911.391.0～1.21001201052.23.22.5～3.4<0.02<0.3<0.2>200>160>302024/1/23413.2电缆绝缘110kV及以上：输电系统35kV及以下：配电系统1、架空线路——裸线（钢芯铝绞线），铁塔，避雷线，接地，绝缘子。2、电缆线路——导体，绝缘层，保护覆盖层；受气候影响小，安全耐用。500kV交联电缆42一、电缆结构二、电缆介质43在较低电压时，电缆的绝缘介质广泛采用油纸绝缘、橡皮绝缘、塑料（如聚氯乙烯、聚乙烯等）绝缘；在更高电压时，大多改用充油电缆、交联聚乙烯（XLPE）电缆等。（一）纸绝缘电缆441、粘性绝缘电缆

适用于35kV及以下，在光亮油中加入松香制成粘性浸渍剂。在较高浸渍温度时具有较低的粘度保证了对纸层的完善浸渍。正常温度时粘度大，电缆弯曲时仍具有纸层间相对位移。

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浸渍电缆的热膨胀系数比其它材料要大，容易形成空隙——局部放电

敷设在较大落差时，浸渍剂下流——电缆护套胀裂，上部更多空隙。更大落差时宜改用塑料电缆或不淌流电缆2024/1/23462、充油电缆当电缆温度升高时,浸渍剂膨胀，电缆内部压力增加，浸渍剂流入供油箱；电缆冷却时浸渍剂收缩，电缆内部压力降低，油箱内浸渍剂又流入电缆，防止了气隙的产生，可以用于110千伏及以上线路。47483、钢管充油电缆

钢管内有三根单芯屏蔽电缆，屏蔽外包有铜带，管内充有1.5MPa左右的油压。优点：机械强度高，油压高，电气性能易保证。1－载流芯；2－屏蔽；3－绝缘层；4－屏蔽；5－半圆形滑丝；6－钢管；7－防护层49

1、纸绝缘充气电缆

附属设备简单，无液体静压力——髙落差处。

充气电缆的许用场强低于充油电缆。

高压力充气电缆少见。

2、管道充气电缆（GIC）

特点：电容小、介质损耗低、散热性能好。

（二）充气电缆（三）橡皮和塑料电缆502024/1/2351

交联聚乙烯（XLPE）电缆由聚乙烯(PE)加入交联剂挤出成形聚乙烯分子间交联形成网状结构，改善了耐热变形性能、耐老化性能和机械性能。物理交联——辐射法；化学交联——在聚乙烯中加入少量的有机过氧化物。52531－电缆线芯；2－连接套；3－工厂绝缘；4－增绕绝缘；5－铅套；6－应力锥三、电缆接头盒3常用电气设备的绝缘3.1绝缘子的绝缘3.2高压套管的绝缘3.3电容器及电缆的绝缘3.4变压器的绝缘3.5高压电机的绝缘3.6GIS设备的绝缘553.4变压器的绝缘3.4.1对变压器绝缘的要求电气性能。耐受可能出现的过电压。机械性能。尤其是当发生短路时，绕组上的短路电磁力有可能达到正常时的几百到近千倍。有可能导致绕组变形、松散等。热性能。温度升高会使电缆纸热老化速度迅速加快，要改善其散热条件。其他性能。要求绝缘有一定抗老化的能力和良好的化学稳定性，防止绝缘受潮或污染。563.4.2绕组的基本绝缘结构57干式变压器58浸渍型－主绝缘为空气树脂型－主绝缘为树脂3.4.4变压器的主绝缘油－屏障绝缘。电压等级越高，所用的纸筒、角环数目也越多其电气强度越高。在同样的绝缘距离时，插入的屏障数目增加，击穿电压提高。59

110kV饼式变压器主绝缘结构1－对扼绝缘；2－绝缘筒；3－油隙及撑条；4－角环；5－钢压板；6－绝缘端圈；7－相间绝缘角隔板绕组间或绕组对铁心柱60某500kV变压器的绝缘1－高压绕组；2－低压绕组；3－屏障；4－瓦楞纸；5－纸筒110kV变压器主绝缘尺寸（例）饼间油隙（mm）812162024匝绝缘厚度（mm）0.951.351.61.95143148154160181187192198210213216220236241246250262265270276613.4.5变压器的纵绝缘全波冲击作用下饼间绝缘的最低击穿电压（kV）3常用电气设备的绝缘3.1绝缘子的绝缘3.2高压套管的绝缘3.3电容器及电缆的绝缘3.4变压器的绝缘3.5高压电机的绝缘3.6GIS设备的绝缘3.5高压电机的绝缘6～30kV的大中型汽轮和水轮发电机、同步调相机和交流电动机等。分为定子绝缘和转子绝缘两部分，每部分又分为绕组绝缘和铁心绝缘。不浸在油中，易出现电晕、局部放电等问题；为方便散热，绝缘较薄。由于定子绝缘损坏而导致的事故占全部停机事故的约1/3。633.5.1影响绝缘的因素一、热。绝缘损坏主要表现为长期工作条件下的热老化。由于铜线、绝缘层、铁芯等材料的热膨胀系数不同，在温度反复的变动中将引起绝缘层的分层、开裂，特别是出槽口及通风槽处。二、机械力。运行时不断震动，当绝缘缺乏弹性时就会较快损坏，特别是绕组的端部比槽部难以固定，在反复启动或短路时很大的电动力作用下，就可能出现变形或损坏。三、电场。选取的工作场强约为2kV/cm（有效值）。绝缘材料及工艺过程使击穿电压的分散性很大。易产生局放，应选无机绝缘材料。冲击系统接近于1，易造成损害。643.5.2主要绝缘材料绝缘漆：浸渍漆、覆盖漆、防晕漆、胶粘漆等类型。云母制品：长期耐电强度高；补强材料用以提高机械强度；胶粘剂将两者粘合成一体。可分为云母带、云母板、云母箔三大类。薄膜：用高分子化合物制成，薄而软，其特点是耐潮、电气强度高、机械性能好。层压制品：以有机、无机纤维或布作底材，浸涂不同的胶粘剂，经热压、卷绕而成。分为层压板、卷制品和模压制品三类。653.5.3高压电机的主绝缘结构电机的绝缘结构有套筒式绝缘和连续式绝缘两类。连续式绝缘在沿整个绕组上采用同一种绝缘，消除了套筒式绝缘有接缝的弱点。近30年来主要采用以玻璃纤维材料补强的环氧云母带绝缘（黄绝缘），耐热等级可以达到155级。66绝缘设计时的考虑因素主绝缘电气强度的分散性。绝缘组成材料，特别是工艺过程导致，绝缘应留有较大的裕度。电气强度与厚度的关系。电场的不均匀度随绝缘层厚度的增加而增加，层状绝缘有一个电气强度最高的厚度范围。局部放电的影响。存在较多的气隙，容易发生局部放电。气隙越宽越容易引起放电。电机绝缘应留有较大的裕度。67电机额定线电压（kV）沥青云母带绝缘环氧粉云母带绝缘绝缘厚度平均场强最大场强绝缘厚度平均场强最大场强6.3/10.5/13.8/15.75/18.0/3.04.04.755.256.251.211.521.681.731.662.823.834.474.754.812.2～3.03.5～3.84.3～4.64.755.5—1.671.791.911.89—4.14.685.095.2768电机绝缘厚度（mm）及工作场强（有效值，kV/mm）沥青云母带绝缘的平均击穿场强约为14~2