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          低壓成套開關(guān)設備的絕緣配合問題
          發(fā)布時間:2020-12-25
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          摘要:1987年,電工委員會(IEC)第17D分技術(shù)委員會起草了名為《對IEC439的補充1關(guān)于絕緣配合的要求》的技術(shù)文件,正式將絕緣配合問題引入到了低壓成套開關(guān)設備和控制設備中。就目前我國的實際情況而言,在高、低壓電器產(chǎn)品中,設備的絕緣配合仍是一個較大的問題,又由于在低壓成套開關(guān)設備和控制設備中正式引用絕緣配合這個概念,只是近兩年的事情。所以,正確處理、解決好產(chǎn)品中絕緣配合問題,是一個比較重要的問題。
          要害詞:低壓開關(guān)設備絕緣配合絕緣材料

            絕緣配合問題是一個關(guān)系到電氣設備產(chǎn)品安全性的重要問題,歷來受到來自各方面的重視。絕緣配合早應用在高壓電器產(chǎn)品中。1987年,電工委員會(IEC)第17D分技術(shù)委員會起草了名為《對IEC439的補充1關(guān)于絕緣配合的要求》的技術(shù)文件,正式將絕緣配合問題引入到了低壓成套開關(guān)設備和控制設備中。就目前我國的實際情況而言,在高、低壓電器產(chǎn)品中,設備的絕緣配合仍是一個較大的問題,有統(tǒng)計數(shù)字顯示,我國的電器產(chǎn)品中,由于絕緣系統(tǒng)而引發(fā)的事故占50%-60%,又由于在低壓成套開關(guān)設備和控制設備中正式引用絕緣配合這個概念,只是近兩年的事情。所以,正確處理、解決好產(chǎn)品中絕緣配合問題,是一個比較重要的問題。

          二.絕緣配合的基本原理

            絕緣配合意指根據(jù)設備的使用條件及四周環(huán)境來選擇設備的電氣絕緣特性,只有在設備的設計基于其期望壽命中所承受的作用強度時,才能實現(xiàn)絕緣配合。絕緣配合的問題不僅來自設備外部而且還來自設備本身,是一個涉及各方面因素,須加以綜合考慮的問題,其要點分為三部分:一是設備的使用條件;二是設備的使用環(huán)境,三是絕緣材料的選用。

          (一)設備的使用條件

            設備的使用條件主要指設備使用的電壓、電場、頻率。

            1.絕緣配合與電壓的關(guān)系。在考慮絕緣配合與電壓的關(guān)系中,要考慮在系統(tǒng)中可能出現(xiàn)的電壓、設備產(chǎn)生的電壓,要求的持續(xù)電壓運行等級,以及人身安全、事故的危險性。

          1電壓與過電壓的分類,波形。
          a)持續(xù)工頻電壓,有著恒定r、m、s的電壓
          b)暫時過電壓,較長持續(xù)時間的工頻過電壓
          c)瞬態(tài)過電壓,幾毫秒或更短的持續(xù)時間的過電壓,通常是高阻尼的振蕩或非振蕩的。
          ——緩波前過電壓:一種瞬態(tài)過電壓,通常是單方向的,到達峰值的時間為20μs<Tp<5000μs之間,波尾持續(xù)時間T2≤20ms。
          ——快波前過電壓:一種瞬態(tài)過電壓,通常是單方向的,到達峰值時間為0.1μs<T1<20μs,波尾持續(xù)時間T2≤300μs。
          ——陡波前過電壓:一種瞬態(tài)過電壓,通常是單方向的,到達峰值的時間為Tf≤0.1μs,總持續(xù)時間<3ms,并帶有疊加振蕩,振蕩頻率地30kHz<f<100MHz之間。
          d)聯(lián)合(暫時、緩前波、快波前、陡波前)過電壓。
          根據(jù)上述的過電壓類型,可描述出標準的電壓波形。

            2長期的交流或直流電壓與絕緣配合的關(guān)系,要考慮額定電壓、額定絕緣電壓、實際工作電壓。在系統(tǒng)正常、長期運行過程中,主要要考慮額定的絕緣電壓和實際工作電壓,而這一點除了要滿足標準的要求外,更要注重考慮我國電網(wǎng)的實際情況。在目前我國電網(wǎng)質(zhì)量尚不高的情況下,設計產(chǎn)品時,對絕緣配合而言,實際可能出現(xiàn)的工作電壓更重要。

            3瞬態(tài)過電壓與絕緣配合的關(guān)系,這與電氣系統(tǒng)內(nèi)被控過電壓的條件有關(guān)。在系統(tǒng)和設備中,存在多種形式的過電壓,要考慮各種過電壓的影響,在低壓電力系統(tǒng)中,過電壓可能會受到各種多變因素的影響,所以,系統(tǒng)中的過電壓的是通過統(tǒng)計的方法來評定,反映了一種發(fā)生概率的概念,并可通過概率統(tǒng)計的方法來決定是否需要保護控制。

          2.設備的過電壓類別

            根據(jù)設備的使用條件,要求的長期持續(xù)電壓運行等級,將直接由低壓電網(wǎng)供電設備的過電壓類別分為Ⅳ級。過電壓類別Ⅳ級的設備是使用在配電裝置電源端的設備,如電表和前級電流保護設備。過電壓類別Ⅲ級的設備是安裝在配電裝置中的任務,以及設備的使用安全性和適用性必須符合非凡要求者,如配電裝置中的開關(guān)電器。過電壓類別Ⅱ級的設備是由配電裝置供電的耗能設備,如家用和類似用途的負載。過電壓類別Ⅰ級的設備是連接在將瞬態(tài)過電壓限制在相當?shù)退降脑O備,如具有過壓保護的電子電路上。對于不直接由低壓電網(wǎng)供電的設備,必須考慮到系統(tǒng)設備可能出現(xiàn)的電壓及各種情況的嚴重組合。
          當設備要工作在較高一級別過電壓類別的場合,而設備本身的答應過電壓類別不夠時,就需要采取措施,降低該處的過電壓,可采用以下方法。
          a)過電壓保護器件
          b)具有隔離繞組的變壓器
          c)具有分散轉(zhuǎn)移浪通過電壓能量的多分支電路配電系統(tǒng)
          d)能吸收浪涌過電壓能量的電容
          e)能吸收浪涌過電壓能量的阻尼器件

          3.電場與頻率

            電場情況分為均勻電場與非均勻電場,在低壓成套開關(guān)設備中,一般認為是處在非均勻電場情況下,關(guān)于頻率問題,目前尚在考慮中,一般認為低頻對絕緣配合影響不大,但高頻還是有影響的,尤其是對絕緣材料。

          (二)絕緣配合與環(huán)境條件的關(guān)系

            設備所處的宏觀環(huán)境影響著絕緣配合,從目前實際應用與標準的要求來看,氣壓的變化只考慮到海拔高度引起的氣壓的變化,日常的氣壓變化已經(jīng)忽略,溫度與濕度的因素也已忽略,但假如有更精確的要求時,這些因素也還是應予以考慮。從微觀環(huán)境上講,宏觀環(huán)境決定了微觀環(huán)境,但微觀環(huán)境有可能會好于或壞于宏觀環(huán)境設備,外殼不同的防護等級、加熱、通風、灰塵都有可能影響微觀環(huán)境,微觀環(huán)境在相關(guān)標準有明確規(guī)定,見表1,這就為產(chǎn)品的設計提供了依據(jù)。

          (三)絕緣配合與絕緣材料

            絕緣材料的問題相當復雜,它不同于氣體,是一種一旦遭到破壞便不可恢復的絕緣介質(zhì),即使偶然發(fā)生的過電壓事件也有可能造成永久損壞,絕緣材料在長期的使用中,會碰到各種各樣情況,如放電事故等,而絕緣材料本身由于長期積累的各種因素,如熱應力、溫度,機械沖擊等應力,又會加速它的老化過程。對于絕緣材料來講,由于品種的多樣性,其衡量絕緣材料的特性指標雖多,但不統(tǒng)一。這就為絕緣材料的選擇和使用帶來一定難度,這也就是目前從上對絕緣材料的其它特性,如熱應力、機械特性、局部放電等指標暫不予以考慮的原因。上述應力對絕緣材料的影響在IEC的出版物中已開始有了一些論述,對實際應用能起一些定性的指導作用,但就定量的指導,目前還做不到。目前,低壓電器產(chǎn)品中作為定量指導絕緣材料的指標用的較多的有相比漏電起痕指數(shù)CTI值,分為三組四類,耐漏電起痕指數(shù)PTI值。漏電起痕指數(shù)以通過含水污染的液滴落至絕緣材料表面而形成漏電痕跡,給出定量的比較。
          這一定量指標已實際應用到產(chǎn)品的設計中。

          三.絕緣配合的驗證

            目前驗證絕緣配合的優(yōu)選方法是使用沖擊介電試驗來進行,對于不同設備可選定不同額定沖擊電壓值。

          1.用額定沖擊電壓試驗驗證設備的絕緣配合

          額定沖擊電壓的為1.2/50μs的波形。
          用此波形來模擬瞬態(tài)過電壓、大氣過電壓,同時也包括低壓設備的接通分斷所產(chǎn)生的過電壓,沖擊試驗電源脈沖波形發(fā)生器其輸出阻抗一般應大于500Ω,額定沖擊電壓值的確定,應根據(jù)設備的使用場合,過電壓類別和設備的長期使用電壓來決定,并應根據(jù)相應的海拔高度進行修正。目前低壓成套開關(guān)設備對某些試驗條件。如濕度、溫度沒有作出明確的規(guī)定,但也應該在成套開關(guān)設備標準適用范圍內(nèi),如設備的使用環(huán)境超出了成套開關(guān)設備的適用范圍,則必須予以考慮修正。氣壓與溫度的修正關(guān)系如下式:
          K=P/101.3×293(ΔT+293)
          K—氣壓與溫度的修正參數(shù)
          ΔT—實際(試驗室)溫度與T=20℃的溫差K
          P—實際氣壓kPa

          2.替代沖擊電壓的介電試驗

            對于低壓成套開關(guān)設備可以用交流或直流試驗來替代沖擊電壓試驗,但是這類試驗方法比沖擊電壓試驗要嚴酷,應征得制造廠的同意。
          交流試驗,在交流情況下,持續(xù)時間為3個周波。
          直流試驗,每相(正、負)各施加電壓三次,每次持續(xù)時間為10ms。

          四.絕緣配合的一般程序。

          1.典型過電壓的確定。
          2.配合耐受電壓的確定。
          3.額定絕緣水平的確定。


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