中壓開關設備對固體絕緣件局部放電量要求探討

韓 強，司紅玲，李光肖

（1.許繼智能電力設備股份有限公司，福建 廈門 361101；2.淄博供電公司，山東 淄博 255032；3.濟寧供電公司，山東 濟寧 ）

0 引言

隨著我國國民經濟和城市建設的飛速發展，對配電網以及配電網中應用的開關設備提出了越來越高的要求。隨著技術的進步和工藝手段的提高，開關設備的絕緣材料也有了很大發展，從最初的陶瓷、空氣、變壓器油等發展至現在的環氧樹脂、硅橡膠、SF6氣體等材料。絕緣材料的物質形態有固態、氣態、液態，其中環氧樹脂因其優良的電氣性能、機械性能，可用模具澆注易實現等性能而在中壓開關設備中被廣泛應用。在中壓設備中大量應用的是固體絕緣材料，比如開關柜中的絕緣支撐，斷路器的固封極柱，電流/電壓互感器的絕緣外殼，充氣環網柜中的進出線電纜套管，固體絕緣環網柜的固封模塊等。

1 局部放電的產生及對開關設備的破壞作用

根據GB/T 7354—2403《局部放電量測量》中的局部放電定義，導體間絕緣僅被部分橋接的電氣放電，這種放電可以在導體附近發生也可以不在導體附近發生。局部放電一般是由于絕緣體內部或絕緣表面局部電場特別集中而引起的，通常這種放電表現為持續時間小于1 ps的脈沖。但是也可能出現連續的形式，比如氣體介質中的所謂無脈沖放電。“電暈”是局部放電的一種形式，常發生在遠離固體或液體絕緣的導體周圍的氣體介質中。“電暈”不宜被用作所有局部放電形式的通用術語。局部放電通常伴隨著聲、光、熱和化學反應等現象。

1.1 局部放電的種類及產生原因

局部放電的種類包括絕緣材料內部放電、表面放電、高壓電極尖端放電。

設備絕緣內部存在弱點或生產過程中造成的缺陷，在高壓電場作用下會發生重復擊穿和熄滅現象。局部放電可能發生在導體周圍，也可能發生在絕緣體的表面或內部，發生在表面的為表面局部放電，發生在內部的為內部局部放電。在中壓開關柜和固體絕緣環網柜等開關設備中，以空氣作為基本散熱媒介和絕緣介質，采用環氧樹脂包覆的導體承受高電壓的作用，其絕緣系統是由各種不同形狀尺寸及不同絕緣材料所組成的復合絕緣，在外施電壓作用下，所承受的電場強度是不同的，這種不均勻性客觀存在。 在絕緣體內部或表面，某些區域的電場強度高于平均電場強度，而某些區域的電場強度低于平均電場強度，高于平均電場強度的區域會發生放電，這就是局部放電。 產生局部放電的原因：結構不合理與電場分布極不均勻而形成局部電場集中；制造和工藝處理不當，如金屬部件帶有尖角、毛刺或絕緣體中含有雜質；局部存在缺陷，這些部位發生電場畸變而形成局部放電。

1.2 局部放電的特點

放電能量很小的情況下，短時間內不影響電氣設備的絕緣強度。 但是對絕緣的危害是逐漸加大的，發展需要一定時間，通過累計效應，最終缺陷可以擴大到絕緣擊穿。絕緣系統壽命的評估分散性很大，與發展時間、局部放電種類、產生位置、絕緣種類等有關。局部放電試驗屬非破壞試驗，不會造成絕緣損傷。

1.3 局部放電的危害

局部放電發生在一個或幾個很小的區域內（絕緣內部氣隙或氣泡），放電的能量很小，局部放電的存在并不影響電氣設備的短時絕緣強度。 但是，開關設備在運行電壓下長期存在著局部放電現象，會有以下破壞作用：一是放電點長期對絕緣件轟擊造成絕緣局部損壞，逐步擴大后，最終使絕緣擊穿；二是長期放電，絕緣材料產生的臭氧、氧化氮等活性氣體在熱的作用下，使局部絕緣受到腐蝕，電導增加，最后導致熱擊穿。電氣絕緣的破壞或局部老化，多數是從局部放電開始的，它的危害性突出表現在使絕緣壽命迅速降低，最終影響開關設備的安全運行。

2 中壓開關設備局部放電量的要求

中壓開關設備中局部放電是影響開關設備長期可靠運行的一個重要因素，理想狀態下，開關設備中局部放電量應該為零，但在實際產品制造過程中，即使是在結構最優化或者工藝控制水平最先進的情況下，都不可能做到局部放電量為零。GB 3906—2006《3.6 kV～40.5 kV交流金屬封閉開關設備和控制設備》中，附錄B5最大允許的局部放電量規定，固體絕緣的可接受限值：在1.1 Ur（相間電壓）下應為10 pC，而對于中性點非直接接地系統，在1.1 Ur相對地電壓下為100 pC。

我國10 kV中壓配電網中性點接地方式有中性點不接地或經消弧線圈或電阻接地系統，均為不直接接地系統。也就是說，在10 kV的開關設備中，固體絕緣材料的局部放電量最大可接受的限值為100 pC。

我國10 kV中壓配電網無論采用哪種形式的接地方式均為不直接接地系統，此時開關設備的外絕緣要求較高，對地和相間絕緣要能夠承受42 kV的耐壓水平，不發生設備對地或相間的閃絡和爬電放電，相對地的外絕緣是產品的考慮重點，相間的外絕緣水平相對而言很容易滿足，設備的內絕緣則可相應降低。也就是說，在中性點不接地系統，發生單相接地短路故障電流值一般很小，一般單相接地短路故障電流在100 A以下，對系統的運行影響不大。按規程規定電網可帶單相接地短路故障運行2 h，而固體絕緣材料由于局部放電問題造成的最終結果可能引發單相接地短路故障，從這個層面上來看，固體絕緣材料的局部放電量要求苛刻，要低于10 pC以下，從系統可靠運行角度考慮，意義不大，從經濟角度考慮，則提高了設備制造成本。 中壓中性點不直接接地系統，開關設備固體絕緣材料的局部放電量要求不得大于100 pC，由于局部放電問題所造成的相間短路故障幾率很小。 只有相鄰兩相的絕緣件均因為局部放電被擊穿，兩相均形成單相接地短路故障，演化成相間短路故障。而由于局部放電造成兩相同時內部絕緣被擊穿幾乎不可能。

3 結語

開關設備對固體絕緣材料內外絕緣的考核，實際上是滿足開關設備在不同中性點接地系統中的應用要求。也就是說，中性點接地系統方式從一個側面來看，影響到線路短路故障電流大小，影響開關設備固體絕緣材料的絕緣性能。

［1］王鵬.船舶中壓電力系統中性點接地方式研究［J］.船舶電氣，2007（3）：49-54.

［2］胡正清.淺析對電力變壓器局部放電的預防和控制［J］.華東科技，2013（1）：246-247.