绝缘件,顾名思义,用在中压开关设备中起到绝缘支撑、绝缘屏蔽、绝缘保护等功能的,由绝缘材料制成的零件。有些零件如触头盒,同时起到绝缘支撑和屏蔽的功能。而相间绝缘隔板等单纯用来屏蔽。
绝缘的概念
以空气绝缘方式的开关柜,按其功能可分为:屏蔽功能(VCB罩子)、隔离功能(隔板、活门)、绝缘功能(绝缘子、套管)、维护功能(绝缘隔板)等几类,在这中间绝缘功能是最重要的,它所需的成本也较其他功能要高。
绝缘材料的选择
绝缘材料的种类:对开关设备来说,因为有高耐受电压、长寿命的严格的技术要求,故作为合适的材料有:空气、SF6气体、环氧树脂、苯酚树脂、聚脂树脂、氧化铝陶瓷以及硅橡胶和SMC。
对绝缘材料的要求和特性:电气的、机械的、热的、化学的以及加工性、使用性等等。
绝缘材料的特性
A)电气的:主要考虑耐电强度、泄漏电流、介质损耗因数、耐电弧能力、抗爬电能力和时效性。
B)机械的:耐受短路电流的机械强度、振动,各种导电体的支持作用;
C)热的:热膨胀系数、高低温时的特性、热传导;
D)化学的:吸湿率低、无腐蚀性、和周围介质没有反应;
E)加工性、使用性:成型性好、成型时的收缩率低、加工性好、使用容易;
影响绝缘性能的因素
A)环境温度:热老化、电气化学的老化和吸湿老化;
B)环境湿度:局部放电老化、爬电老化;
C)污秽环境:局部放电老化、爬电老化;
D)海拔高度:
E)腐蚀性气体:
F)其他
绝缘构成
A)主绝缘:为一种使用单一的绝缘材料形成放电路径的基本绝缘构成。根据主绝缘材料的耐受电压性能来决定相间、相对地和同相之间的距离;
B)复合绝缘:为一种组合式绝缘构成。主绝缘材料采用空气或SF6气体,再组合进去一些辅助性的环氧树脂等固体绝缘材料;
C)沿面绝缘:为一种用以支持、固定相间、对地间的环氧树脂固体绝缘材料的表面放电路径的绝缘构成。它的放电路径的长度平时称为“爬距);
D)界面绝缘:为一种大多数固体绝缘件构成的接触面成为放电路径的绝缘构成;绝缘的可靠性取决于电场的强度和有无孔隙等缺陷。
绝缘构成的实例
相间、对地间绝缘——屏蔽绝缘——SMC;
主母线、分支母线的绝缘——被覆绝缘——环氧树脂;
支持母线的绝缘——沿面绝缘——环氧树脂;
主母线和分支母线的连接绝缘——被覆绝缘——EPDM 绝缘套;
连接电缆的绝缘——被覆绝缘——EPDM 绝缘套;
局部放电
A)局部放电产生的原因:局部放电是指在电场作用下发生在绝缘体内局部区域中的放电现象,而绝缘体的整体部分并未发生贯穿性放电,仍然保持绝缘的性能。
在交变电场下,电场强度的分布与介质常数成反比。所以,如果在固体介质内含有气泡时,气泡内的电场强度要比周围介质的高,而气泡的击穿强度比固体低得多,故气泡首先放电,而其他介质仍然保持绝缘性能,这就形成了局部放电。
B)局部放电的特征:
Cc为气泡的等效电容,Cb是与气泡串联的介质的等效电容,Ca是其他部分介质的等效电容。由于气泡每次放电的时间都是很短的,约为10-8——10-7秒,即放电产生的脉冲频率很高,因此忽略了各部分的等效电阻,只考虑其等效电容。
当气泡放电时,放电便在这一区域产生了空间电荷,并形成了电荷积累,从而出现了一个与外加电场方向相反的内部电压,这就使得气泡放电变成断续的过程,并出现一系列电脉冲。
介质内部气泡的放电在正负两个半周内基本上是相同的的,而且出现在试验电压幅值绝对值上升部分的相位上,电压波过峰值的一段相位上没有出现放电。但是当放电剧烈时,也会扩展到这一段相位上来。
C)局部放电的危害:
局部放电电离的电子、正负离子在电场的作用下,具有的能量一般都比高聚物的键能大,这些带电质子撞击到气隙壁上,就可能打断绝缘体的化学键;
放电点上介质发热可达很高的温度,使绝缘产生热裂解;
局部放电过程中生成的许多活性生成物,而腐蚀绝缘体,使之介电性能劣化。
绝缘件的形式
绝缘件的形式主要考虑可加工性、可使用性,最主要的是设计时考虑局部放电的存在可能性。
绝缘材料的选择
浇注用的环氧树脂材料为德国进口,具有表面憎水性能好、内部不容易吸收水分、耐电强度高、阻燃性能好以及抗爬电的能力。