中压开关设备对固体绝缘件局部放电量要求探讨

2013-12-20司红玲李光肖

山东电力技术 2013年6期

韩强，司红玲，李光肖

（1.许继智能电力设备股份有限公司，福建厦门 361101；2.淄博供电公司，山东淄博 255032；3.济宁供电公司，山东济宁）

0 引言

随着我国国民经济和城市建设的飞速发展，对配电网以及配电网中应用的开关设备提出了越来越高的要求。随着技术的进步和工艺手段的提高，开关设备的绝缘材料也有了很大发展，从最初的陶瓷、空气、变压器油等发展至现在的环氧树脂、硅橡胶、SF6气体等材料。绝缘材料的物质形态有固态、气态、液态，其中环氧树脂因其优良的电气性能、机械性能，可用模具浇注易实现等性能而在中压开关设备中被广泛应用。在中压设备中大量应用的是固体绝缘材料，比如开关柜中的绝缘支撑，断路器的固封极柱，电流/电压互感器的绝缘外壳，充气环网柜中的进出线电缆套管，固体绝缘环网柜的固封模块等。

1 局部放电的产生及对开关设备的破坏作用

根据GB/T 7354—2403《局部放电量测量》中的局部放电定义，导体间绝缘仅被部分桥接的电气放电，这种放电可以在导体附近发生也可以不在导体附近发生。局部放电一般是由于绝缘体内部或绝缘表面局部电场特别集中而引起的，通常这种放电表现为持续时间小于1 ps的脉冲。但是也可能出现连续的形式，比如气体介质中的所谓无脉冲放电。“电晕”是局部放电的一种形式，常发生在远离固体或液体绝缘的导体周围的气体介质中。“电晕”不宜被用作所有局部放电形式的通用术语。局部放电通常伴随着声、光、热和化学反应等现象。

1.1 局部放电的种类及产生原因

局部放电的种类包括绝缘材料内部放电、表面放电、高压电极尖端放电。

设备绝缘内部存在弱点或生产过程中造成的缺陷，在高压电场作用下会发生重复击穿和熄灭现象。局部放电可能发生在导体周围，也可能发生在绝缘体的表面或内部，发生在表面的为表面局部放电，发生在内部的为内部局部放电。在中压开关柜和固体绝缘环网柜等开关设备中，以空气作为基本散热媒介和绝缘介质，采用环氧树脂包覆的导体承受高电压的作用，其绝缘系统是由各种不同形状尺寸及不同绝缘材料所组成的复合绝缘，在外施电压作用下，所承受的电场强度是不同的，这种不均匀性客观存在。在绝缘体内部或表面，某些区域的电场强度高于平均电场强度，而某些区域的电场强度低于平均电场强度，高于平均电场强度的区域会发生放电，这就是局部放电。产生局部放电的原因：结构不合理与电场分布极不均匀而形成局部电场集中；制造和工艺处理不当，如金属部件带有尖角、毛刺或绝缘体中含有杂质；局部存在缺陷，这些部位发生电场畸变而形成局部放电。

1.2 局部放电的特点

放电能量很小的情况下，短时间内不影响电气设备的绝缘强度。但是对绝缘的危害是逐渐加大的，发展需要一定时间，通过累计效应，最终缺陷可以扩大到绝缘击穿。绝缘系统寿命的评估分散性很大，与发展时间、局部放电种类、产生位置、绝缘种类等有关。局部放电试验属非破坏试验，不会造成绝缘损伤。

1.3 局部放电的危害

局部放电发生在一个或几个很小的区域内（绝缘内部气隙或气泡），放电的能量很小，局部放电的存在并不影响电气设备的短时绝缘强度。但是，开关设备在运行电压下长期存在着局部放电现象，会有以下破坏作用：一是放电点长期对绝缘件轰击造成绝缘局部损坏，逐步扩大后，最终使绝缘击穿；二是长期放电，绝缘材料产生的臭氧、氧化氮等活性气体在热的作用下，使局部绝缘受到腐蚀，电导增加，最后导致热击穿。电气绝缘的破坏或局部老化，多数是从局部放电开始的，它的危害性突出表现在使绝缘寿命迅速降低，最终影响开关设备的安全运行。

2 中压开关设备局部放电量的要求

中压开关设备中局部放电是影响开关设备长期可靠运行的一个重要因素，理想状态下，开关设备中局部放电量应该为零，但在实际产品制造过程中，即使是在结构最优化或者工艺控制水平最先进的情况下，都不可能做到局部放电量为零。GB 3906—2006《3.6 kV～40.5 kV交流金属封闭开关设备和控制设备》中，附录B5最大允许的局部放电量规定，固体绝缘的可接受限值：在1.1 Ur（相间电压）下应为10 pC，而对于中性点非直接接地系统，在1.1 Ur相对地电压下为100 pC。

我国10 kV中压配电网中性点接地方式有中性点不接地或经消弧线圈或电阻接地系统，均为不直接接地系统。也就是说，在10 kV的开关设备中，固体绝缘材料的局部放电量最大可接受的限值为100 pC。

我国10 kV中压配电网无论采用哪种形式的接地方式均为不直接接地系统，此时开关设备的外绝缘要求较高，对地和相间绝缘要能够承受42 kV的耐压水平，不发生设备对地或相间的闪络和爬电放电，相对地的外绝缘是产品的考虑重点，相间的外绝缘水平相对而言很容易满足，设备的内绝缘则可相应降低。也就是说，在中性点不接地系统，发生单相接地短路故障电流值一般很小，一般单相接地短路故障电流在100 A以下，对系统的运行影响不大。按规程规定电网可带单相接地短路故障运行2 h，而固体绝缘材料由于局部放电问题造成的最终结果可能引发单相接地短路故障，从这个层面上来看，固体绝缘材料的局部放电量要求苛刻，要低于10 pC以下，从系统可靠运行角度考虑，意义不大，从经济角度考虑，则提高了设备制造成本。中压中性点不直接接地系统，开关设备固体绝缘材料的局部放电量要求不得大于100 pC，由于局部放电问题所造成的相间短路故障几率很小。只有相邻两相的绝缘件均因为局部放电被击穿，两相均形成单相接地短路故障，演化成相间短路故障。而由于局部放电造成两相同时内部绝缘被击穿几乎不可能。