绝缘子是对处于不同电位的电气设备或导体同时提供电气绝缘和机械支持的器件。绝缘子按用途和结构分类见表3.10-1,绝缘子按电压、材料、击穿可能性分类见表3.10-2。
表3.10-1 绝缘子按用途和结构分类
表3.10-2 绝缘子按电压、材料、击穿可能性分类
(续)
绝缘子在运行中常受到电、机械、热和环境因素的长期反复作用:电气负载有工作电压和各种过电压,产生各种放电、离子迁移、介质损耗、电和热破坏;机械负载有导体、绝缘体、覆冰等的重力,导线张力和风力等;热负载有环境的高低温(-40~40℃)和温变作用,部件通过电流时的热效应等;其他环境因素有阳光、臭氧和其他有害气体、各种降水过程和沉降物引起的污秽作用等。因此运行条件对绝缘子提出了各种性能和可靠性(寿命)要求,参见GB/T 8287.1—2008、GB 8287.2—2008高压支柱瓷绝缘子,GB/T 4109—2022高压套管技术条件。
由于避雷器和高压开关的改进,污秽问题逐渐变成了选取外绝缘时的决定性因素。污秽闪络事故面积大、时间长,所造成的损失超过雷害事故,特别是在工业污秽区,达到雷电事故的8~10倍以上。交流电力设备外绝缘最小公称爬电比距 λ 见表3.10-3。
表3.10-3 交流电力设备外绝缘最小公称爬电比距 λ (单位:mm/kV)
Ⅰ~Ⅳ污秽等级绝缘子应按GB/T 5582—1993高压电力设备外绝缘污秽等级进行人工污秽试验,试验电压为 ( U m 为设备最高工频电压)。高海拔地区的耐受电压试验值应予提高,按标准进行换算。耐污秽绝缘子闪络电压取决于绝缘体表面长度,因此必须加长绝缘子绝缘表面的尺寸以延长闪络路径。
污秽地区选用绝缘子时要注意按JB/T 5895—1991污秽地区绝缘子使用导则划准污秽区等级和正确选择伞裙和爬电距离。海盐污秽区应选取保护爬电距离较大的钟罩伞结构,沙漠区应选用自洁性较强的草帽伞结构。爬电比距 λ 根据现场污秽等级按表3.10-3选取,爬电距离 L e (mm)按下式计算:
L c = λU m K D
式中 K D ——直径因素,绝缘子直径≥500mm时 K D =1.2,直径≤300mm时 K D =1,其他为1.1。
采取的反污措施有:1)采用耐污绝缘子增加绝缘子串或柱的元件数,爬电距离应足够,选取对当地防污有利的伞形;2)加强清洗;3)绝缘子表面涂覆有机硅脂、硅油、地蜡和硅橡胶等憎水涂料;4)采用复合绝缘子;5)合理布置绝缘子,例如水平安装、采用V形布置等。
绝缘子串闪络路径与电压类型有关,盘形绝缘子串的闪络距离和闪络路径见图3.10-1,闪络电压类型和闪络路径关系见表3.10-4。
在长绝缘子串的导线侧装设均压环使绝缘子与导线间电容增大,可使绝缘子串的电压分布趋于均匀,减小电晕放电和线路的无线电干扰,但会使绝缘子串的闪络电压略微降低。
盘形绝缘子运行负载最大值不超过其额定机电破坏负载的30%。
图3.10-1 盘形绝缘子串的闪络距离和闪络路径
H —绝缘子高度
①、②、③—三种不同的闪络路径
表3.10-4 盘形绝缘子串的闪络电压类型和闪络路径关系
可分为户内和户外两类。户外绝缘件表面采用多棱式以提高其闪络特性,户内多为实心棒形支柱绝缘子;超高压支柱绝缘子顶部装设均压环,直径应超过绝缘子高度的20%。支柱绝缘子的运行负载最大值不应超过其弯曲破坏力的40%;短路时合力的最大值不超过额定弯曲破坏力。
芯棒或芯管一般为树脂浸渍玻璃纤维棒(大多采用引拨棒),主要提供机械强度;外套多由硅橡胶或乙丙橡胶制作,提供必要的干弧距离和爬电距离,并且保证芯体不受气候环境影响。复合绝缘子有线路柱式绝缘子、长棒形绝缘子、支柱绝缘子和空心绝缘子等品种。具有尺寸小、质量轻、机械强度高、对杆塔机械强度要求较低等优点,运输、安装、维护方便,防污性突出,可应用于强污染地区,复合空心绝缘子还消除了瓷套易破裂的危险。
直流绝缘子运行条件不同于交流绝缘子,要有特殊考虑:1)直流电压下,瓷中钠离子易迁移引起绝缘子老化和热破坏,因而要求降低绝缘子中钠含量,要选用高电阻率材料;2)负极性湿闪电压比交流低,直流绝缘子的污秽沉积比交流下更严重,表面局部放电持续时间较长,直流污秽耐压比交流时低,因而爬电比距要求较高;3)盘形直流绝缘子的钢脚在直流电压下易被电解腐蚀,钢脚一般应有锌护套,严重污秽地区使用的盘形或长棒形绝缘子帽钟罩口下缘应装设锌环。
直流套管电场分布不同于交流套管,要考虑各种材料的电导率及其变化、污秽程度,直流极性反转时介质交界面空间电荷等对电场分布有较大影响,要求增加绝缘长度,要有足够的保护爬电距离和伞间距。套管瓷套表面涂室温固化硅橡胶能有效提高耐污秽性能。
是引导高压导体穿过隔板并使导体与隔板绝缘的器件。套管按绝缘结构分为单一绝缘(主绝缘有纯瓷、树脂、合成橡胶等)套管、复合绝缘(瓷套充油、瓷套加压缩气体、瓷套加绝缘胶)套管和电容式(油浸电缆纸、环氧或酚醛胶单面上胶纸、环氧胶浸渍绝缘纸、有机复合)套管等几类。
电容套管最常用,主绝缘称为电容芯子,绝缘内部布置有导电层(电极)以改善电场分布,电极一般用铝箔,若以半导体镶边铝箔、半导体箔以及绝缘纸印刷半导体条作为电极,则可改善电极边缘的局部放电特性。油纸套管芯子两端一般切割成阶梯状,套管必须全部充油,上下均有瓷套,油与外界隔绝,密封性要求高,局部放电电压高、放电量小、tan δ 低、散热好、热稳定性好;胶纸套管芯子两端车削成锥形,套管户外部分(上部)需瓷套保护,并充油以防潮,胶纸套管尺寸小、机械强度高、耐局部放电性能好、维护方便。电容套管可以缩小套管本身的尺寸,并使安装有电容套管的变压器、油断路器等电力设备的尺寸减小。