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          2. 試述低壓成套開(kāi)關(guān)設備的絕緣配合原理與驗證

            發(fā)布時(shí)間:2023-09-09 16:43:06

            摘要:絕緣配合問(wèn)題是一個(gè)關(guān)系到電氣設備產(chǎn)品安全性的重要問(wèn)題,歷來(lái)受到來(lái)自各方面的重視。絕緣配合早應用在高壓電器產(chǎn)品中。我國的電器產(chǎn)品中,由于絕緣系統而引發(fā)的事故占50%-60%,又由于在低壓成套開(kāi)關(guān)設備和控制設備中正式引用絕緣配合這個(gè)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(wèn)題,是一個(gè)比較重要的問(wèn)題,應該給予足夠的重視。

            關(guān)鍵詞:低壓開(kāi)關(guān)設備 絕緣配合 絕緣材料

            0 引言

            低壓成套開(kāi)關(guān)設備在低壓供電系統中負責電能的控制、保護、測量、轉換和分配。由于低壓成套開(kāi)關(guān)設備深入到生產(chǎn)現場(chǎng)、公共場(chǎng)所、居民住宅等地點(diǎn),可以說(shuō)凡是使用電氣設備的地方都應配備低壓設備,我國電能的80%左右都是通過(guò)低壓成套開(kāi)關(guān)設備供出,低壓成套開(kāi)關(guān)設備的發(fā)展源于材料工業(yè)、低壓電器、加工工藝和設備、基礎設施建設和人民的生活水平,所以低壓成套開(kāi)關(guān)設備的水平從一個(gè)側面反映了一個(gè)國家的經(jīng)濟實(shí)力與科學(xué)技術(shù)、生活水平。

            1 絕緣配合的基本原理

            絕緣配合意指根據設備的使用條件及周?chē)h(huán)境來(lái)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(shí),才能實(shí)現絕緣配合。絕緣配合的問(wèn)題不僅來(lái)自設備外部而且還來(lái)自設備本身,是一個(gè)涉及各方面因素,須加以綜合考慮的問(wèn)題,其要點(diǎn)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。

            1.1 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(chǎng)、頻率。

            1.1.1 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,要考慮在系統中可能出現的電壓、設備產(chǎn)生的電壓,要求的持續電壓運行等級,以及人身安全、事故的危險性。

            ①電壓與過(guò)電壓的分類(lèi),波形。

            a持續工頻電壓,有著(zhù)恒定r、m、s的電壓;

            b暫時(shí)過(guò)電壓,較長(cháng)持續時(shí)間的工頻過(guò)電壓;

            c瞬態(tài)過(guò)電壓,幾毫秒或更短的持續時(shí)間的過(guò)電壓,通常是高阻尼的振蕩或非振蕩的。

            ——緩波前過(guò)電壓:一種瞬態(tài)過(guò)電壓,通常是單方向的,到達峰值的時(shí)間為20μsTp5000μs之間,波尾持續時(shí)間T2≤20ms。

            ——快波前過(guò)電壓:一種瞬態(tài)過(guò)電壓,通常是單方向的,到達峰值時(shí)間為0.1μsT120μs,波尾持續時(shí)間T2≤300μs。

            ——陡波前過(guò)電壓:一種瞬態(tài)過(guò)電壓,通常是單方向的,到達峰值的時(shí)間為T(mén)f≤0.1μs,總持續時(shí)間3ms,并帶有疊加振蕩,振蕩頻率地30kHzf100MHz之間。

            d聯(lián)合(暫時(shí)、緩前波、快波前、陡波前)過(guò)電壓。

            根據上述的過(guò)電壓類(lèi)型,可描述出標準的電壓波形。

            ②長(cháng)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(shí)際工作電壓。在系統正常、長(cháng)期運行過(guò)程中,主要要考慮額定的絕緣電壓和實(shí)際工作電壓,而這一點(diǎn)除了要滿(mǎn)足標準的要求外,更要注意考慮我國電網(wǎng)的實(shí)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(shí),對絕緣配合而言,實(shí)際可能出現的工作電壓更重要。

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

            1.1.2 設備的過(guò)電壓類(lèi)別 根據設備的使用條件,要求的長(cháng)期持續電壓運行等級,將直接由低壓電網(wǎng)供電設備的過(guò)電壓類(lèi)別分為Ⅳ級。過(guò)電壓類(lèi)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(guò)電壓類(lèi)別Ⅲ級的設備是安裝在配電裝置中的任務(wù),以及設備的使用安全性和適用性必須符合要求者,如配電裝置中的開(kāi)關(guān)電器。過(guò)電壓類(lèi)別Ⅱ級的設備是由配電裝置供電的耗能設備,如家用和類(lèi)似用途的負載。過(guò)電壓類(lèi)別Ⅰ級的設備是連接在將瞬態(tài)過(guò)電壓限制在相當低水平的設備,如具有過(guò)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,必須考慮到系統設備可能出現的電壓及各種情況的嚴重組合。

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            電場(chǎng)情況分為均勻電場(chǎng)與非均勻電場(chǎng),在低壓成套開(kāi)關(guān)設備中,一般認為是處在非均勻電場(chǎng)情況下,關(guān)于頻率問(wèn)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。

            1.2 絕緣配合與環(huán)境條件的關(guān)系 設備所處的宏觀(guān)環(huán)境影響著(zhù)絕緣配合,從目前實(shí)際應用與標準的要求來(lái)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,但如果有更精確的要求時(shí),這些因素也還是應予以考慮。從微觀(guān)環(huán)境上講,宏觀(guān)環(huán)境決定了微觀(guān)環(huán)境,但微觀(guān)環(huán)境有可能會(huì )好于或壞于宏觀(guān)環(huán)境設備,外殼不同的防護等級、加熱、通風(fēng)、灰塵都有可能影響微觀(guān)環(huán)境,微觀(guān)環(huán)境在相關(guān)標準有明確規定,這就為產(chǎn)品的設計提供了依據。

            1.3 絕緣配合與絕緣材料 絕緣材料的問(wèn)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(guò)電壓事件也有可能造成永久損壞,絕緣材料在長(cháng)期的使用中,會(huì )遇到各種各樣情況,如放電事故等,而絕緣材料本身由于長(cháng)期積累的各種因素,如熱應力、溫度,機械沖擊等應力,又會(huì )加速它的老化過(guò)程。對于絕緣材料來(lái)講,由于品種的多樣性,其衡量絕緣材料的特性指標雖多,但不統一。這就為絕緣材料的選擇和使用帶來(lái)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。

            2 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(lái)進(jìn)行,對于不同設備可選定不同額定沖擊電壓值。

            2.1 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(lái)模擬瞬態(tài)過(guò)電壓、大氣過(guò)電壓,同時(shí)也包括低壓設備的接通分斷所產(chǎn)生的過(guò)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,應根據設備的使用場(chǎng)合,過(guò)電壓類(lèi)別和設備的長(cháng)期使用電壓來(lái)決定,并應根據相應的海拔高度進(jìn)行修正。目前低壓成套開(kāi)關(guān)設備對某些試驗條件。如濕度、溫度沒(méi)有作出明確的規定,但也應該在成套開(kāi)關(guān)設備標準適用范圍內,如設備的使用環(huán)境超出了成套開(kāi)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

            ΔT——實(shí)際(試驗室)溫度與T=20℃的溫差K

            P——實(shí)際氣壓kPa

            2.2 替代沖擊電壓的介電試驗 對于低壓成套開(kāi)關(guān)設備可以用交流或直流試驗來(lái)替代沖擊電壓試驗,但是這類(lèi)試驗方法比沖擊電壓試驗要嚴酷,應征得制造廠(chǎng)的同意。

            交流試驗,在交流情況下,持續時(shí)間為3個(gè)周波。

            直流試驗,每相(正、負)各施加電壓三次,每次持續時(shí)間為10ms。

            就目前我國的實(shí)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(gè)較大的問(wèn)題,又由于在低壓成套開(kāi)關(guān)設備和控制設備中正式引用絕緣配合這個(gè)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(wèn)題,是一個(gè)比較重要的問(wèn)題。

            參考文獻:

            [1]IEC439-1低壓成套開(kāi)關(guān)設備和控制設備部分:型式試驗和部分型式試驗成套設備[S].

            IEC890用外推法檢查低壓成套開(kāi)關(guān)設備和控制設備通過(guò)部分型式試驗成套設備的溫升[S].


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