电气绝缘技术论文

高压电容套管绝缘及局部放电的检测

摘要：高压电容套管用以把电流引入或引出变压器、断路器、电容器或其它电器设备的金属外壳，也用于导体或母线穿过建筑物或墙壁。套管式结构是一种容易发生滑闪放电的绝缘结构。因此需要对套管的绝缘进行合理的设计，为了防止事故的发生我们还需要对套管的工作性能进行在线监测。本文主要讲述套管的分类以及绝缘设计，并对套管局部放电的在线监测进行简单介绍。

关键词：高压电容套管；绝缘；局部放电；在线监测

Abstract：High voltage capacitor bushing used to introduce the current or lead to the transformer, circuit breakers, capacitors, or the metal shell of other electrical equipment , also used for conductor or bus through the buildings or walls. Bushing structure is a kind of easy to slide the insulation of the flash discharge structure. So you need to reasonable design of the insulation of the bushing, in order to prevent the accident we need for the online monitoring of the performance of bushing. This paper mainly described the classification of bushing and insulation design, and a brief introduction to the bushing of the partial discharge on-line monitoring.

Keywords：high voltage capacitor bushing ；insulation；partial discharge；on-line monitoring.

1、高压套管简介

1.1、高压套管的分类

一般高压套管按其绝缘材料组成和绝缘结构可分为纯瓷套管、有机复合材料和瓷与有机材料复合应用的套管等三大类，其中最重要的是电容套管。此外还有全部有机材料(如环氧树脂、硅橡胶)制造的套管，充气(如充压缩的SF6气体)套管等。

纯瓷套管是最简单的一种套管，只是简单的一个瓷套，其外表面上有裙或棱(户外用裙、户内用棱)。低电压等级可采用空气腔，20-35kV采用在法兰附近加以大裙的方式来防止滑闪放电。由于瓷壁愈厚，击穿场强愈低，而很厚的瓷壁在制造工艺上有困难，因此纯瓷套管在更高电压下不适用。

电容式套管是目前超高压系统中最常用的型式，防止滑闪的方法是改善套管的电场分布，在导杆和法兰之间加一个电容芯子作为内绝缘，电容芯子中有多层金属极板，以控制套管内部和表面的电场均匀化。关于套管的尺寸，其直径在很大程度上决定于绝缘材料的耐电强度，但其长度并不由绝缘材料的性能决定，而由套管表面的放电电压决定，这与周围介质及改善电场的方法有关。

1.2、高压套管的表面放电

套管型结构在交流电压作用下的表面放电过程比较复杂。如为一个光滑的管状结构，则当电压上升时，法兰附近可以出现电晕、刷形放电、滑闪放电和闪络

四个过程。其临界电压常以以下经验公式计算。

1、电晕的起始电压

公式中C v为单位面积下的体积电容（比电容）（法/厘米2），在平板电极的情况下，C v=εr/（4dπ*9*1011）法/厘米2，代入上式得

以上指金属电极情况，如为半导体电极，其值约可提高达30^40 %，式中d为绝缘厚度以厘米计。

2、刷形放电长度

式中U指的是外施电压（kV）；

U k指的是电晕起始电压（kV）；

k l代表的是系数，在交流电压下，对瓷而言k l=5对胶纸而言，在空气中k l=5.5在油中k l=12.8

3、滑闪起始电压U w

=εr/（4dπ*9*1011）法/厘米2，代入上式得:

以C

v

4、闪络电压U s

套管如发生滑闪则闪络将随树枝状滑闪放电之延伸而很快发生，使放电距离的增加不能发挥作用。因此，在实际高压套管中，.必须消除滑闪的发生。在无滑闪的情况下，一闪络电压的近似计算为

U s=3.16l+14（kV）

式中，l为放电距离，以厘米计，当l< 200厘米时，上式比较准确。

2、高压电容套管

2.1、高压电容套管的结构

电容式套管具有内绝缘和外绝缘。内绝缘称为主绝缘，为一圆柱型电容芯子，外绝缘为瓷套。瓷套的中部有供安装用的金属连接套管，或称法兰。套管头部有供油量变化的金属容器称为油枕。套管内部抽真空并充满矿物油。

电容式套管上下高压端装有屏蔽尖端的金属均压罩(或均压球)。瓷套是外绝缘，同时也为内绝缘和油的容器。变压器套管上瓷套表面有伞裙，以提高外绝缘抵抗大气条件如雨、雾、露、潮湿、脏污等的能力，下瓷套在油中工作，表面有棱。胶纸式变压器套管无下瓷套。

套管按用途可分为变压器套管、多油断路器套管和穿墙套管以及其他较为次要的如电容器用套管等。_电容式套管主要用于110千伏以上电压级。.在330千伏以上电压级中，变压器套管是最主要的一种套管。

2.2、电容式套管的内绝缘（电容芯子）

电容式套管的内绝缘电容芯子对于套管性能最为重要。电容式套管按其内绝缘材料不同可以分为胶纸电容式套管(简称胶纸套管)和油浸式电容式套管(简称油纸套管)。

胶纸套管的电容芯子是由厚度0.05-0.07毫米不透油的单面上胶纸和许多具有一定尺寸的电容极板卷制而成的圆柱型芯子。胶纸一般用整张纸包绕，尺寸过大时也可用纸带。

电容极板一般采用铝箔。卷制后呈同心圆柱型结构。为了提高局部放电电压，铝箔极板边缘常采用半导体纸镶边的方法。国外也有采用整张涂刷或印刷的半导体极板或金属化纸极板的方法。电容芯子的极板数或绝缘层数愈多则控制电场愈好，起始放电电压也愈高。但是极板数目过多在工艺上不方便，一般高压电容式套管绝缘层最小厚度约为1-1.2毫米左右。110-330千伏套管约为30-90层，电压高者层数更多。

胶纸所上的胶，可以是酚醛树脂或环氧树脂，我国现采用改性环氧树脂。实践证明，纸的含胶量较大则局部放电电压较高，但tgδ也较大。采用低损耗的胶和纸是十分重要的。

胶纸在加热状态下包绕在导电管上，卷到规定的各半径尺寸时包上铝箱电容极板。电容芯子卷制好后经热处理使树脂固化，然后切削两端使成圆锥体样的形状，再经几次上防潮漆和烘干而成，其机械强度很高。目前我国胶纸电容套管的电压级为110-330千伏，主要由绝缘材料厂制造电容芯子，由电瓷厂或变压器厂总装瓷套和金属附件成为整体，再经过抽真空充油，经试验合格后包装出厂、胶纸套管充油量很小，一般充粘度较大的矿物油。

油浸纸电容式套管的电容芯子由电缆纸和多层铝箔极板卷制而成圆柱形。在500千伏及以上的电压级时，其中可设油道以利散热。电容芯子经真空干燥后进行总装瓷套和金属附件等使成整体，然后再抽真空和充变压器油，最后试验合格出厂。

胶纸套管比之油纸套管具有如下特点：(1)机械强度高，法兰可以用机械卡装、环氧树脂粘接或热套等方法直接固定在电容芯子上，结构坚固结实，可以作45º或水平安装。(2)在变压器中采用时，下部不采用瓷套，可以减小尺寸。如将电容芯子下端车出极板边缘，做成下端极板边缘敞开型式的短尾套管，则可大为缩短套管下部的轴向尺寸，下部带电部分的尺寸较小而易于屏蔽，因此变压器油箱的尺寸也可以大为减小。(3)胶纸套管充油量小，密封较易。(4)胶纸的耐电晕性比油纸好，一般认为在工作电压下，可耐受放电量达几百微微库。