常用电气设备绝缘

单一绝缘 套管
瓷套管
树脂套管
以电瓷为绝缘
以树脂为绝缘 套管内以绝缘油（或包纸、 加纸筒）为内部主绝缘 套管内以SF6等压缩气体为绝 缘 以油浸纸为绝缘 内部有 多个同心 圆筒状极 以胶纸为绝缘 板使电场 趋于均匀
复合绝缘 套管
充油套管 充气套管
油纸电容式 电容式套 管
胶纸电容式
110kV及以上的穿 墙或电器用套管
高电压技术
常用电气设备绝缘
*
3 常用电气设备绝缘
主要内容
3.1 绝缘子的绝缘
3.2 高压套管的绝缘
3.3 电容器及电缆的绝缘 3.4 变压器的绝缘 3.5 高压电机的绝缘 3.6 GIS设备的绝缘
2
3.1 绝缘子的绝缘
绝缘子的作用：是将处于不同电位的导电体在机 械上相互连接，而在电气上相互绝缘。 按照绝缘和连接形式的不同，绝缘子可分为三类：
绝缘子受重力和导线拉力作用。
（2）弯曲负荷——顶部的垂直力，如导线拉力、风
力或短路电流电动力作用于支柱绝缘子，因它们的
方向与支柱垂直而使支柱受到弯矩作用。
（3）扭转负荷——顶部的扭矩，如隔离开关的支柱
绝缘子常以转动方式来开闭，绝缘支柱承受扭转力 矩。
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3.1.2 支柱绝缘子
支撑高压电器带电部分的绝缘支柱，由瓷柱和上 下金属附件组成。分为户外和户内支柱绝缘子。
（3）胶装材料：将绝缘件和金属附件胶合连接的材料
不低于500号硅酸盐水泥。在个别场合中，也有采用其他胶 合剂如甘油氧化铅、硫磺石墨胶合剂、环氧树脂等。沥青 常用于水泥胶装的缓冲层（涂于胶装瓷面和金具上）和防 潮层（涂于水泥表面上）
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二、绝缘子的电气性能和机械强度
（一）电气性能
沿面闪络电压：沿绝缘子外部空气的放电电压。
（1）干闪络电压——指表面清洁、干燥的绝缘子的
闪络电压。反映户内绝缘子的主要性能。包括工频干闪 络电压、雷电冲击干闪络电压和操作冲击干闪络电压。 （2）湿闪络电压——指表面洁净的绝缘子在淋雨时 的闪络电压。反映户外绝缘子的主要性能。在工频电压 作用下，干、湿闪络电压相差较大。 （3）污秽闪络电压——指表面脏污的绝缘子在受潮 情况下的闪络电压。常用爬电距离来衡量绝缘子在污秽 和受潮条件下的绝缘能力。
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三、悬式绝缘子及悬式绝缘子串
盘形
棒形
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盘形悬式绝缘子（耐污性能）
（a）普通伞型
（b）双层伞型
（c）钟罩防污伞型
有利于自然清洗和人 工水冲洗，自然积污 率低。爬电距离大， 自洁性好，防污性能 好
下深棱受潮缓慢，抑制 电弧发展，沿海、多雾 潮湿，自洁能力较差， 可不清扫绝缘子
23
1 4
悬式绝缘子串
铁塔
绝缘子自 身电容 绝缘子与 地间的杂 散电容
6
C
CE 5 C CE 4 C CE 3 C CE 2 C CE 1 C
CL CL CL CL CL
导线
导线与绝缘 子之间存在 杂散电容
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只考虑对地电容
只考虑对导线电容 综合考虑（C一般 为30～
60pF，CE为4～5pF，CL只有 0.5～1pF）
当（Lk+Lc）/nH 1.3时，绝缘 子串的干闪络将沿路径①发生， 这就比较充分的利用了绝缘高度 。
D E
A
②
B C
③
nH
①
H F G
Lg DE EF FG nH
Lk nBC
Lc nAB
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在悬式绝缘子串中，若每片绝缘子承受的电压相同，则利用率 最高。但是由于绝缘子的金属部分与接地的铁塔和带电的导线 之间存在杂散电容，使沿绝缘子串的电压分布不均匀。
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3.2.1 瓷套管的绝缘
铝排 瓷件 法兰
提高闪络电压：在法兰 到大伞的瓷壁喷铝或上 半导体釉 大伞相当于增厚瓷壁
，减小了比电容；
815 372
喷铝层或半导体釉减
弱了法兰附近的电场强
度。 35kV及以下
铝层
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3.2.2 充油套管的绝缘
击穿电压、散热等性能比原来 具有气腔时大为改善。20kV 及 以下充油即可。
3 6
2
5
沿最短路径①闪络：工频干 闪络，雷电冲击闪络，操作 冲击干闪络以及正极性操作 冲击湿闪络。仅与干闪络距 离即串长有关。
交替②：工频湿闪络和负极 性操作冲击湿闪络。闪络电 压与串的元件型式有关，主 要取决于湿闪络试验时的空 气间隙部分长度Lk和潮湿表 面部分长度Lc，特别是L k 沿绝缘体表面③：一般污秽 闪络。
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绝缘子串电压分布的均匀化
改善电压分布—— 增加绝缘子对导 线的电容： 增大导线截面积 、采用分裂导线 采用均压环，以 增加绝缘子对导 线的电容
19片XP－70组成的绝缘子串，靠导线第一片的电压为总电压 的11.5%；加了均压环后，电压降为7.1%。 28
3.1.4 复合（合成）绝缘子
5
6
（3）套管：用作导电体穿过接地隔板、电器外壳和 墙壁的绝缘部件，如变压器的出线套管、穿墙套管等 。
油纸电容式穿墙套管
变 压 器 套 管
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3.1.1绝缘子的性能要求和材料
一、绝缘子的材料—由绝缘件及固定材料组成 （1）绝缘件
电瓷：无机材料，耐腐蚀，抗老化，具有足够的电 气强度和机械强度；脆，抗压强度比抗拉强度大得 多；上釉强度大 钢化玻璃：电气和机械强度大于电瓷，输电线路钢 化玻璃绝缘子损坏后能“自爆”（巡线） 有机复合材料：重量轻、体积小、工艺简单；表面 有憎水性，抗污闪能力强，复合绝缘子的玻璃纤维 芯棒的抗拉强度高于钢。
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1 4
2
5
3
6
1—铁帽；2—绝缘；3—铁脚；4—击穿路径；5—闪络路径；6—爬电路径
为避免造成不可恢复的损坏，绝缘子的击穿电压应比干闪络电压高。 运行中的绝缘子电晕将造成高频干扰、引起能量损失，通常要求正常工作 13 电压下不出现电晕 。
（二）机械性能 （1）拉伸负荷——两端的拉伸力，如悬挂输电线的
D E
A
②
B C
③
nH
①
H F G
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当沿路径①闪络时，绝缘子串的 闪络电压相当于棒-棒空气间隙的 击穿电压。
1 4
， ，
3 6
2
5
为了提高绝缘子串的平均闪络场 强Uf/nH，可加大绝缘子盘径、 减小铁帽直径和减小绝缘子高度( 缩小钢脚长度)，以及增加盘下棱 的高度。在一定范围内，路径② 加长，绝缘子串的平均干闪络场 强和湿闪络场强Uf/nH也增大。
用来使高压导体与隔板绝缘的一种支撑装置。 电器用套管 穿墙套管
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铝排
瓷件
法兰
户外穿墙套管CWL－10/400
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套管耐压
电场强度具有强垂直分量，中间法兰边缘电场强， 易发生电晕及滑闪放电。沿面闪络电压低。 法兰和导电杆间的电场也很强，绝缘容易击穿（体 击穿）。 须改善法兰和导杆附近的电场。 减小比电容C0。
8
9
3.1.1绝缘子的性能要求和材料
10
3.1.1绝缘子的性能要求和材料
一、绝缘子的材料—由绝缘件及固定材料组成 （2）金属附件：由铸铁和钢组成
悬式绝缘子：对钢脚和铁的强度要求很高，在强度很高的 悬式绝缘子试验中，常有瓷件未损坏而铁帽或铁脚拉坏的 情况发生。对一些要通过大电流的产品，为了减小附件的 涡流损耗，避免因铁磁损耗而过分发热，端盖和法兰可采 用非磁性铁或有色金属，如硅铜合金、黄铜、硅铝合金等。

E2为空气间隙的闪络场强，可取3kV/cm。 l1和 l2的范围：7～125 cm
操作冲击和雷电冲击电压：表面淋雨对闪络电压的影响比工频 电压下要小。电压作用时间越短，湿闪络电压越接近干闪络电 压。当电压作用时间约为0.01秒时，湿闪络电压比干闪络电压 约低10％，在雷电冲击电压下两者的差别更小。 19
图3－3 330kV绝缘支柱 1－绝缘子；2－均压环
16
二、棒形绝缘子的闪络电压
（一）干闪络电压
U f 5.6lg
0.9
lg
Ul 50% 7.8lg
0.92
f165
Us50% 31.5lg
0.6
干闪络距离lg：两电极间的最短空 气距离决定了干闪络电压； 绝缘子伞的形状和布置则决定了湿 闪络电压
棒形绝缘子是具有弱垂直分量的不均匀电场结构，其闪络电
压接近于空气间隙的击穿电压。
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（二）湿闪络电压
户外绝缘子最重要的性能指标
湿闪络电压：决定户外绝缘子外形结构的最主要因 素。绝缘子在雨天应仍能承受操作过电压的作用。
（1）沿湿AB和较干的BCA ’发展。受表面湿
A B
CBaidu Nhomakorabea
度影响，闪络电压远较干闪络电压低。
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优点
（1）机械性能优越：芯棒扩张 强度为普通钢1.5倍，轴向拉力 特别强，具有较强吸振能力。 （2）抗污闪性能好：复合绝缘 子具有憎水性，污闪电压为同 电压等级瓷绝缘子3倍。 （3）结构稳定性好：为外胶装 配结构，其内心为实心棒绝缘 材料，不会出现零值绝缘子。 （4）重量轻。
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复合绝缘子发生老化是由于 在环境因素的作用下，有机 材料会发生各种物理化学变 化，光、酸、污秽、电晕等
闪络电压/kV
700 600 500 400 300 200 100 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 闪络距离/cm
Ugq
Ugy
图 套管闪络电压与距离l的关系
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在充油套管中，法兰和导杆之 间的径向绝缘由瓷套壁和油道 层来承担，根据套管本身绝缘 配合的原则，其径向绝缘击穿 电压应大于其干闪络电压，一 般取为1.3倍。
当电压较高时，常在导杆上套
以绝缘纸管或包以电缆纸以降低
导杆表面场强。
对60kV及以上，多放几个绝缘 筒，增强油隙的耐压。
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套管外表面工频干闪络电压： 0.9 gq
U 5.6l

在油中的工频闪络电压
U gy 26.6l

0.64
油中雷电冲击闪络电压
Uly 56l
0.64
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一般套管的油中部分的瓷套高度常取其空气中部 分的一半左右。
一、结构
受弯曲力 矩较大 保持干区 ，增加泄 漏，提高 湿闪电压 高强度瓷 的使用
户外：受弯曲力矩较大，棒形支柱绝缘子，实芯带伞的 圆瓷柱 ; 15 户内：空心或实心的圆柱形瓷件和金属附件组成。
f600
表面电压分布不均匀：闪络 电压不随高度增加线性上升
2

1

3200

154 kV及以上电压等级的支柱绝缘 子常用几个支柱绝缘子串联组装而 成 均压环：减弱了电极边缘的场强， 补偿介质的对地电容电流，使表面 电压分布比较均匀，从而提高了闪 络电压。 例如3.2m高的绝缘支柱的闪络电压 为588kV，装上了直径为1.5m的圆 环形均压环后，闪络电压提高到 834kV，增加约42%。
3.1.3 线路绝缘子
线路绝缘子是输配电线路固定导线用的绝缘部件。线路绝缘子按 结构不同分为针式绝缘子、悬式绝缘子和瓷横担绝缘子三类。
一、针式绝缘子
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二、瓷横担绝缘子
35kV及以下
输电线对地绝缘的作用， 又起了横担作用 瓷横担绝缘子由于绝缘距 离大，闪络电压比绝缘水 平所要求的高很多，运行 可靠。


绝缘子
瓷套

套管
3
（1）绝缘子：用于导电体和接地体之间的绝缘 和固定连接，如隔离开关安装触头的支柱绝缘子 、输电线路固定导线的悬式绝缘子串等。
盘形悬式绝缘子
支柱绝缘子
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（2）瓷套：用作电器内绝缘的容器，并使内绝缘免 遭受周围环境因素的影响，如电流互感器的瓷套等。
氧 化 锌 避 雷 器
电流互感器
（2）沿湿AB和气隙BA’发展。气隙的击穿电 压降低不多。 （3）沿湿AB和水流BB ’ 。水流短接气隙， 湿闪络电压大大下降，在大雨时会发生。 湿闪络电压与绝缘子外形尺寸、伞形、安 装位置有较大的关系
B'
A'
18
工频湿闪络电压：
kV（有效值）

U f E1l1 E2l2
E1淋雨表面的闪络场强，在电导率为0.01S/m的 雨水中，约为1.5 kV/ cm（随l1增大而下降）；
1000kV晋东南—南阳—荆门特高压交流试验示范工程 31 （南阳段）
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3 常用电气设备绝缘
主要内容
3.1 绝缘子的绝缘
3.2 高压套管的绝缘
3.3 电容器及电缆的绝缘 3.4 变压器的绝缘 3.5 高压电机的绝缘 3.6 GIS设备的绝缘
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3.2 高压套管的绝缘
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套管绝缘要求
（1）在运行电压下不发生电晕放电；
（2）在内部过电压作用下不发生滑闪放电；
（3）沿面距离足够长，以保证必要的闪络电压。
电晕起始电压Uc 和工频滑闪放电起始电压Ucr ：
Uc
1.06 10 C0
0.45
5
U cr
1.36 10 C0
0.44
4
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高压套管分类
按结构特 点分 按主要绝 缘介质分 特点 主要应用范围 35kV及以下穿墙套 管；10kV及以下电 器用套管 组合电器用 66kV及以下电器用 套管；试验变压器 套管 组合电器用