电气绝缘设计方法

电气绝缘设计方法

1 目的和范围

1.1 目的

本文档为高压电气产品绝缘结构设计及试验人员提供设计参考和指导。

1.2 范围

本文档主要适用于3~35kV高压产品绝缘设计。

1.3 适用环境

环境温度：20℃

大气压力：101.3kPa

绝对湿度：11g/m³

海拔：≤2000m

2 参考标准

3 绝缘配合

3.1 影响绝缘的因素

影响绝缘主要有以下方面的因素：

1）污染等级；

2）过电压类别；

3）绝缘材料

4）绝缘电压

3.2 污染等级

污染对电气绝缘的影响分为以下四个等级。

表2 污染等级的定义

3.3 过电压类别

表2 过电压分类

3.4 绝缘材料

根据IEC60112的定义，将绝缘材料的性能对应于相比漏电起痕指数（CTI）进行分类：

3.5 绝缘电压选取

根据系统工作电压和过电压类别定义冲击脉冲电压，作为系统绝缘电压选取依据。

注：对于爬电距离，应当使用工作电压的方均根值；而对于电气间隙，则应当使用工作电压的重复峰值。

3.6 电气距离

根据工作电压重复峰值，选取相应的冲击脉冲电压，然后对应设备环境的污染等级，选取合适的电气间隙。如下表：

表6 电气间隙距离

3.7 爬电距离

根据最高工作电压方均根值、绝缘材料分组和设备运行环境的污染等级，选取合适的爬电距离。如下表：

表7 爬电距离（电压＜1000V）单位为mm

单位为mm/kV

注1：如果爬电距离为肋状结构设计，那么组别I的绝缘材料的爬电距离可以适用于使用组别II的绝缘材料，组别II的绝缘材料的爬电距离可以使用组别III的绝缘材料。除污染等级I外，肋状物的高度和宽度应当至少为2mm。

注2：对于不起痕的无机绝缘材料，例如玻璃或陶瓷，爬电距离可以等于相应的电气间隙距离。

4 应用

4.1 典型产品应用

根据典型产品如通用高压变频器和SVG的电气连接特点和工作环境，结合以上数据，可以对得出典型产品的电气间隙和爬电距离数据，供电气绝缘设计参考使用。

1）电气间隙

表9 电气间隙

2）爬电距离

表10 爬电距离

注：为了提高可靠性，应根据特殊要求和使用条件相应地增加电气间隙和爬电距离的最小值。

4.2 高海拔环境绝缘修正

高海拔地区电气设备耐受电压水平是关系到工程的投资及安全运行的最重要因素，电气设备耐受电压水平确定过高，其安全性得到保证，设备的投资将大大增加，耐受电压水平确定得较低，投资可以减少，但安全运行就难以得到保证。而影响高海拔地区电气设备耐受电压水平的主要因素之一是大气参数的校正系数，选择能真实地反映大气参数对电气设备外绝缘耐受电压影响程度的校正方法是影响设备经济和安全性能的关键。

根据电力行业标准DL/T 620修正方法，该方法根据设备所在地的大气条件，分别考虑了空气密度和湿度的影响，将要求的试验电压值换算到标准大气条件下的电压值。标准大气条件是:温度t0=20℃，压力p0=101.3kPa，湿度h0=11g/m3。电气设备外绝缘的耐受电压的海拔校正系数按下式计算：

U=ρn

K h

U0

式中：U为试验的大气条件下，绝缘耐受电压（kV）；

U0为标准条件下绝缘耐受电压（kV）；

ρ为相对空气密度，标准条件下为1，不同海拔下可参考表11；

n为指数，与绝缘距离相关，工频交流电压下n=1.12−0.12L（L为爬电距离或空气间隙），L取1~6，小于1m时取1；

K h为湿度修正系数，工频交流电压下K h=1+0.0125（11−AH），绝对湿度在不同海拔下AH值参考表12；

表12 平均绝对湿度随海拔的关系

因此，可以得到电气间隙海拔高度修正系数（见表13），电气设备需要根据具体使用地点的海拔高度来确定其绝缘强度并根据下表的电气间隙修正系数进行修正（以1000m海拔为基准）。

表13 电气绝缘修正系数与海拔高度