电气设备绝缘的故障和保护

电气设备是维持电网正常运行的基本要素。只有在额定电压，额定电流和良好的工作环境下，设备才能安全运行，并保持其正常使用寿命。如果电气设备在过载或过电压下运行，不仅会缩短使用寿命，而且还可能导致绝缘击穿和无法正常工作，从而导致电网中断，这将对经济和经济产生重大影响。社会。 1电气设备绝缘击穿的机理1.1电气设备绝缘的热击穿电气设备设计为在额定负载下工作。如果设备在过载下运行，将导致设备温度升高，温度升高将加速绝缘老化。速度，该速度与所谓的8°C理论有关。例如，当正常工作温度长时间为80°C时，A级绝缘电气设备的绝缘寿命为40年。如果长期工作温度为88°C，则使用寿命仅为20年。当工作温度达到104°C时，寿命只有5年。因此，不允许电气设备长时间运行。根本原因是要考虑安全运行的使用寿命。电气设备长时间过载，并且由于温度升高而产生热量，该热量与绝缘的寿命有关。当设备的热能不能及时散布时，会长时间导致绝缘击穿，这称为热击穿。在电气设备运行期间产生的热量是破坏绝缘的相对缓慢的过程。它主要表现为绝缘材料的老化和化学性质的变化。当设备温度持续升高时，绝缘老化过程将加速，直到绝缘性能丧失。例如，我们通常看到的用过的塑料线的护套坚硬而脆，长期使用后橡胶护套会开裂且发粘。这本质上是由于过热导致的绝缘老化。严重的过热会导致绝缘子碳化，并且绝缘子会变黑并成为导体。当电气设备的额定电压与电源电压不匹配时，也会发生绝缘击穿。如果将220kV单相设备连接到两相380V电源，它将立即产生严重的热量和烟雾，并散发出燃烧的气味。另一个示例是刀门的固体绝缘材料被加热并从刀门的背面向下流动的情况。这是由于刀门接触不良或过载或金属表面氧化所致。通常，正常工作设备的热量主要是由外部因素引起的。反映出设备本身过载并产生热量。长时间加热后，绝缘会发生热击穿，并且无法正常运行。 1.2电气设备绝缘的电气击穿电气设备的热击穿涉及传热过程，损坏通常是整个绝缘体或大面积。绝缘体收到大量热能后，绝缘材料的化学性质发生变化，其破坏信息容易被我们的感觉器官接受。另一类故障是绝缘的电气故障，是相对隐蔽的。其击穿通常是由瞬态过电压引起的。它们中的大多数发生在电压等级较高的电气设备上。最常见的闪电类型是由闪电引起的。分解。电击穿的机理是：在固体绝缘的最薄部分瞬间发生高压击穿，形成一个穿透的狭窄通道，小碳颗粒在该通道中折叠。由于电击穿是永久的且不可逆的，因此由于瞬时高压，窄通道击穿所需的能量和吸收的能量并不大，并且局部温度太迟而无法扩散到周围环境，并且电击穿过程是过度。电击穿后的绝缘介质的形状与击穿之前完整的绝缘介质的形状相同。没有区别绝缘介质的形状，很容易让人产生幻想，即人们不认为绝缘材料已经损坏。一个更典型的例子是白光启动器中的电容器击穿，这是日常生活中的常见现象。荧光灯管的两端是红色的。原因是启动器中的电容器已损坏，其击穿是由瞬态过电压引起的。故障过程是：当起动器中氖管中的触点变冷并断开时，镇流器会产生很高的自感电动势。此时，过电压被施加到灯管的两端以及电容器上。电容器两端均损坏。只要卸下启动器中的电容器，荧光灯就会恢复正常照明。当我们仔细观察电容器时，看不到任何异常或损坏迹象，但电容器确实确实坏了。在这里我们应该理解，某些设备的电气击穿不会立即反映其内部故障，但是在电气击穿到热击穿之后，故障特征会清楚地反映出来。如果配电变压器遭受雷击，则第一端匝间线圈绝缘会遭受电击穿。首先，很难发现任何异常。运行一段时间后，它会发展到相邻的匝间或层间绝缘层，并且还会破裂。特征。可以看出，高压设备的过电压保护是设备安全运行的重要措施，因此高压设备必须配备绝缘击穿保护。 2电气设备绝缘击穿的保护如果电气设备在过载或瞬态过电压下运行，其绝缘将被击穿损坏。因此，电气设备必须配备绝缘击穿保护装置，以确保设备的安全运行。例如，电网中最常见的配电变压器通常配备两种类型的保护装置：熔断器和避雷器。其中，跌落式熔断器配有变压器过流保护，可防止配电变压器绝缘的热击穿；而避雷器配有配电变压器的瞬态过电压保护，可防止配电变压器绝缘的电击穿。避雷器不仅用于防止雷击，而且还可以用于防止在空载变压器时由开关操作引起的过电压。因此，要求将避雷器安装在三相配电变压器上，并连接在保险丝下方，而不是保险丝上方。但是，避雷器受其自身的热容量限制，不能长时间承受过电压，否则会爆炸。选择避雷器的参数时必须考虑这一点。从避雷器的保护原理可以知道，避雷器的故障先于被保护设备的绝缘故障，但是具有间隙的间隙避雷器的故障通常有两个延迟，即统计延迟以及放电引起的延迟。这表明，当电压达到避雷器间隙击穿电压时，避雷器不会立即击穿放电，而是必须在击穿放电之前经过两个延迟。这两个时间延迟是统计的，这使得施加到绝缘的电压是一个范围值而不是一个固定值，这给绝缘保护合作带来了困难，因此需要很大的绝缘裕度。随着科学技术的发展，更科学，更完善的保护装置的出现必将降低电气设备绝缘配合的要求，从而减少绝缘问题的发生。在设置绝缘保护设备时，低压设备通常不需要瞬态过电压保护。仅提供过电流保护，并且仅在雷电影响下提供过电压保护。其过流保护装置包括：保险丝，保险丝，烤箱空气开关中的电流保护，热继电器和某些继电器保护设备的过电流保护。由于低压设备的额定电压低，即使发生3-5次过电压，低压设备的电压仍然相对较低，因此无需设置瞬态过电压保护。但是，某些设备需要长期的过电压保护，例如电压继电器保护装置，该装置基本上可以防止绝缘材料的热击穿。可以看出，保护低压设备仍然是防止绝缘热击穿的主要内容。但是，保险丝保护也存在缺陷。从保险丝的安培时间特性可以看出，保险丝的过电流倍数越大，保险丝时间越短。即使一般的过电流为200％，也很难在短期内使用。内部保险丝已烧断，因此通常仅用于短路故障保护，不能起到过载保护的作用。