电气设备故障机理专项培训(pdf 46页)

的 撞 击 生成 NO、
绝
绝缘物侵蚀
缘
击
部
O3、NO2
绝缘物氧化、腐蚀
穿 ︑
放 冲击波
电
沿
绝缘开裂
面
放
紫外线、软 X 射线
材料变质
电
导电性 沉积物
加剧
电场 畸变
局部 击穿
电树枝
贯穿性 击穿
2.机械老化
机械负荷 长时间振动 磨损 短路应力
当存在强电场，固体绝缘的机械老化会明显加快。 在复合材料中，由于热膨胀系数不同，长期的冷热变化 就会加速机械老化。
损坏是导致系统停电事故的主要原因之一。
2) 接触不良 电气触头是通过导体连接而成并起导流作用，在电力系
统中存在着各种各样的电气设备都需要电气触头进行连接. 载流回路中的金属导体存在一定的电阻，因此当通过负
荷电流时,一部分电能会转化为热能损耗掉。
P =KfI2R
接触电阻是由组成电气连接的两导体接触面接触而形成 的，取决于两导体直接接触的载流面积、接触面受到的压力以 及接触面的腐蚀程度。
第二课 电气设备故障机理
Outline of Electrical Fault
1. 基本结构
载流系统 绝缘系统 导磁系统 机械系统 控制系统 冷却系统 保护系统
2. 主要材料
电气设备
金属材料
载流导体：铜、铝等 紧固材料: 不锈钢板 导磁材料: 硅钢片 金属外壳：钢板
绝缘材料
固体绝缘：绝缘纸、电瓷、云母 液体绝缘: 绝缘油、二芳基乙烷 气体绝缘: 空气、SF6 真空绝缘
污秽
1). 外绝缘表面污秽； 2). 内绝缘污秽。
三、电气故障机理
电气故障
电气连接失效
接触不良 腐蚀
绝缘失效
绝缘结构失效 绝缘材料失效
机械损伤 过电压 过电流 热老化
电老化 化学老化
1. 电气连接性失效
电气连接 失效原因
机械冲击 接触不良 腐蚀
1) 机械冲击 由于自然灾害、气候环境和施工等原因造成的输电线路
1. 电气老化
短时的过电压 长期工作电压
电老化是由于绝缘内部或表 面发生局部放电而造成的。
有机绝缘的伏秒特性及运行中各种电压下的场强
1 油纸电气强度； 2 胶纸电气强度； 3 运行中各种电压下场强； E0 长期工作场强
放电对绝缘的破坏机理
能量消耗 局部高温 绝缘物热裂解、软化
局
电子离子
二、电气故障原因
1 电气设计 2 机械设计 3 制造工艺 4 材料品质 5 不适当的短路应力 7 不适当维修 8 操作错误 9 雷电 10 未知原因
10% 7% 13% 17% 7% 7% 13% 3% 23%
电应力
1). 工作场强下的电场畸变（油流带电和累积电荷影响） 2). 雷电冲击 3). 操作过电压冲击 4). VFTO
3. 热老化
载流系统接触不良。 电磁感应 季节变化 长期过负荷 冷却系统故障
绝缘的热老化往往是决定 图2 不同耐热等级的绝缘材料在 电气设备寿命的主要因素。 各种运行温度下长期运行的寿命
耐热等级
表1 电介质的耐热等级
工作温度 (℃)
电介质
O
90
木材、棉纤维、天然丝；聚乙烯；聚氯乙烯；天然橡胶
固体绝缘的老化分解
在热和电的作用下，以纤维素为基础的固体绝缘材 料（纸和纸板）发生劣化分解。
HO C
H
H
OH
C
CHH
OH H
H CC
C
O
O
C H2 O H
一氧化碳 二氧化碳
C H2OH
H
C
O
O
C
H
OH
OH
HC CH
OH C HH H
CC
C
C H HC
O
O
H
OH
C H2O H
绝缘纸劣化 分解反应
水
糠醛、酮、
有机酸等
4. 受潮
环境对电气设备绝缘造成劣化的主要因素就是受潮。 水分被吸收到电介质内部或吸附到电介质的表面后，将 溶解离子类杂质，严重影响介质内部或沿面的电气性能。
热应力
1). 过负荷； 2). 高温环境； 3). 电磁感应发热； 4). 接触电阻等。
机械应力
1). 工作震动； 2). 断路冲击； 3). 环境应力（覆冰、台风、地震）
受潮
1). 渗漏； 2). 负压； 3). 真空干燥不足； 4). 分解产物。
化学腐蚀
1). 绝缘腐蚀； 2). 支撑件腐蚀； 3). 密封件腐蚀； 4). 金属腐蚀。
Rs
=
kS Fjn
× 10−3
Ω
当温度超过70°C时，铝接触表面的氧化开始加剧，生成三氧 化二铝。纯铝电阻率为0.0291×10-6 Ω·m,而三氧化二铝电阻率为 1.0×10-6 Ω·m。不良接头的接触电阻将导致局部发热增加和温度升 高，促使连接件接触面迅速氧化。不良接头的这种恶性循环终将 引起接头机械强度降低，甚至导致接头断开。尤其当线路遭受雷 击或系统出现短路时，因有瞬时大电流通过接头，更容易造成有 连接故障的接头出现烧断事故。因此，高压载流回路中的过热接 头，是一种危害性很大的事故隐患。
A
105
油性树脂漆及其漆包线；纸、纸板、矿物油及浸入其中的纤维材料
E
120
酚醛树脂塑料；胶纸板、胶布板；聚酯薄膜；聚乙烯醇缩甲醛漆
B
130
沥青油漆制成的云母带、玻璃漆布、玻璃胶布板；聚酯漆；环氧树脂其漆包线；改性硅有机漆及其云母制品及玻璃漆布
H
180
聚酰胺聚酰亚胺漆及其漆包线；硅有机漆及制品；硅橡胶及玻璃漆布
3） 金属腐蚀 电化学腐蚀：由于铝和铜的化学电位顺序相差很大，这两种金属直
接连接会产生电化学腐蚀，须加装铜铝过渡板。
空气中金属导体的腐蚀（分接开关、继电器触头等） 土壤中金属导体的腐蚀（接地网、电缆铠装等）
土壤中的含氧量、含水量、含盐量以及土壤的pH值。
2.绝缘性故障
现代电气设备的造价及运行可靠性在很大程度上取决于 设备的绝缘结构。实际绝缘结构通常是由几种电介质联合构 成的组合绝缘。
绝缘结构失效
绝缘性故障
绝缘材料失效
绝缘结构 失效
机械冲击 过电压 过电流 污秽 磨损
绝缘材料失效机理
为了使设备的外形尺寸保持在可以接受的水平，现代电 力设备相对于以往的设计采用了更为紧凑的绝缘方式，因此 在运行中绝缘所需承受的热和电应力水平显著提高。
电气老化 机械老化 热老化 受潮 化学稳定性和抗生物特性
C
>180
聚酰亚胺漆及薄膜；云母；陶瓷；玻璃及其纤维；聚四氟乙烯
有机绝缘热老化主要是由于在热和氧的协同作用下，
材料发生降解反应。 随温度的上升，老化速度迅速增加
ν
=
ν0
exp(−
Wa kT
)
热老化规律 —— 8度规则
试验表明，对于常用的A级绝缘，如油纸绝缘，则温 度每超过8℃，则寿命约缩短一半。而对于 B、H级绝缘 则分别约为10℃及12℃。