电容型电流互感器绝缘结构基本原理

电容型电流互感器绝缘结构基本原理

摘要:本文给出了电容型结构电流互感器的绝缘结构和计算方法及所用的绝缘材料。

关键词：电容型；电场；绝缘结构

正立式电容型绝缘电流互感器由器身、油箱、储油柜、瓷套及膨胀器等几大部件构成，器身的一次绕组为“U”字形，导体根据额定电流的大小而有铝管、铜管或扁铜线等形式。一次绕组用高压电缆纸绕缠全部主绝缘，绝缘中设有多个电容屏，其中靠近一次绕组线芯的屏称高压屏或零屏，最后一个屏也是准备接地的屏称为末屏或地屏。零屏与末屏之间的电容屏将高压对地分成多个电容层串联而成的电容器，每个电容层之间电容量相等，承受电压也几乎相等。使整个绝缘强度均匀，绝缘利用率提高。电容屏的端部有改善绝缘局部放电的端部保护设计，通常用设计为多个长度较主屏较小的端屏（或副屏），电屏材料一般为铝箔或半导体纸带。

倒立式电容型绝缘电流互感器由底座、瓷套、倒立吊环形电容型绝缘器身、储油柜、膨胀器等部件所构成。互感器的所有二次绕组组合后集中装配在一铝壳中（或其他金属壳），二次绕组引线通过联接在铝壳上的引线管引至下部的底座上。铝壳及引线管的外表面即电容型绝缘的电屏（或者另设电屏），在其上用绝缘性优良的电缆纸（平纹纸）或皱纹纸缠绕全部主绝缘。绝缘中设多个主屏及端屏。高压屏与一次绕组引出端连接，地屏运行时接地。电容屏材料一般为半导体纸带或纤维带。

1圆柱形电场的电场强度

对于已知内电极半径为R1，外电极半径为R2的圆柱形电容器，绝缘介质中任一半径r处的径向电场强度按下式计算：

（2.3-71）

式中，U—加在两电极之间的电压。

由（2.3-71）式可以看出，当r = R1，即在内电极表面的场强最大，当r = R2时，即在外电极表面的强度最小。R2与R1相差越大，则场强差别也越大。

对于66kV及以下的电流互感器，绝缘厚度不会很大，即R2和R1相差较小，场强差别不是很大。但是，到了110kV及以上，电流互感器的整个绝缘厚度越来越大，也就是绝缘内电场分布越来越不均匀，为保证绝缘内的场强不致超过其本身耐电强度，势必要增加绝缘厚度，绝缘材料的利用率降低。如果在较厚的绝缘层中，设置一些中间电极（电容屏），每两个电屏之间及其中间的绝缘层就构成一个电容器。当内电极（电屏）与电流互感器一次绕组高压端连接，靠近二次绕组外电屏与地连接时，就构成一个高电压与地电位之间由多个电容串联的电容

器。因为，每一电容器之间的内电极与外电极半径大大减少，所以绝缘层中内外电极表面的场强差别也大大缩小。如果中间屏数量无限多，则各电屏表面场强几乎相等，绝缘介质得到充分利用。但实际中间电屏数为有限的，各电屏表面的场强也不仅相等，但限制在一定的差别范围内。在油浸式电流互感器中，电容屏间的绝缘是油浸纸，故这种绝缘结构称为电容均压型油纸绝缘，也常简称电容型绝缘。

2电容型绝缘的形式

电容型绝缘依据绕组的形状可以分为“U”形；正立吊环形及倒立吊环形电容型绝缘，通常“U”形和倒立吊环形应用较普遍，其原理结构如图2.3-43及2.3-44。“U”形电容型绝缘全部包在一次绕组上，而倒立吊环形绝缘全部包在二次绕组上。

3端部保护

电容型绝缘电容屏的端部是极不均电场，理论分析得出，端部的起始局部放电电压u1与屏间绝缘厚度d有如下的关系：

（2.3-72）

式中，A是一个常数。由式（2.3-72）可知，如果减小屏间厚度，在保持绝缘总厚度不变的情况下，则起始局部放电电压将提高。为提高互感器的局放水平，在保证一定的主绝缘厚度下，不至使主屏间厚度太薄，而在电容屏端部采取保护措施。端部保护措施有两大类：一类是端环，即在主屏端部设置环形电极，改善端部电场；另一类是设置端屏（也称副屏），就是在电屏部端部在主屏间设立几个较短的端屏。端屏结构有端屏间梯差相等，长度也相等的结构。也有端屏间梯差相等，但屏间厚度不等，端屏长度不等的结构。如图2.3-45。

图2.3-45 端屏结构

图2.3-45 （a）的端屏数为4个，端屏间厚度均为（d—主屏间绝缘厚度），4个端屏长度均为l，端屏梯差均为Δλ。图2.3-45（b）端屏数6个，首个端屏间的厚度为d1，其余端屏间的厚度均相等为d2，每个端屏长度都不等，依次为l1、l2···ln，端屏间梯差相等。图2.3-45（a）的结构通常用于主屏间厚度较小的电容型绝缘，而2.3-45（b）的结构一般用于主屏间厚度较大的电容型绝缘。

4电屏材料

电屏的材料一般有两大类，一类是金属箔（铝箔），另一类是半导体纸或纤维带（例如亚麻布）。作为主屏用的铝箔需要打孔，有利于绝缘干燥。半导体纸有整体型半导体纸，也有表面型半导体纸。整体型半导体纸是用绝缘纸浆混合半导电材料制成，而表面型半导体纸则是在电缆纸的两个表面上涂半导电材料而成。采用半导体纸或半导体纤维更有利于绝缘干燥，也有利于提高互感器绝缘的局放水平。

5结论

以上就是对电容式电流互感器绝缘结构的介绍和电容的计算方法。

参考文献

[1] 朱德恒，严璋主编. 高电压绝缘北京：清华大学出版社，1992

[2] 肖耀荣，高祖绵主编. 互感器原理与设计基础辽宁：辽宁科学技术出版社，2002