低壓成套開關(guān)設(shè)備絕緣配合問題研究

童林杰

摘 要：在低壓成套開關(guān)設(shè)備產(chǎn)品中，設(shè)備的絕緣配合是一個(gè)非常重要的核心問題。因此，在設(shè)計(jì)、生產(chǎn)制造、選型使用等環(huán)節(jié)中，均要正確處理和解決好產(chǎn)品的絕緣配合問題，以確保開關(guān)設(shè)備在實(shí)際工程應(yīng)用中具有較高的安全可靠性。

關(guān)鍵詞：低壓成套開關(guān)設(shè)備 絕緣配合 爬電距離

中圖分類號：TM5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號：1672-3791（2014）03（b）-0110-01

低壓配電系統(tǒng)中電氣設(shè)備的各種絕緣在運(yùn)行過程中除了長期受到額定工作電壓的作用外，還會(huì)受到?jīng)_擊過電壓、操作過電壓等各種過電壓的短時(shí)沖擊破壞作用，也即工程中所說的“過電壓”就是指配電系統(tǒng)中出現(xiàn)的對電氣設(shè)備絕緣有破壞作用的電壓升高和電位差升高[1]。從一些統(tǒng)計(jì)文獻(xiàn)資料表明，我國高、低壓電器設(shè)備中，由于絕緣系統(tǒng)引起的事故大約占所有電器事故的50%以上。因此，在低壓成套開關(guān)設(shè)備設(shè)計(jì)、生產(chǎn)制造和適用過程中，正確處理好開關(guān)設(shè)備間的絕緣配合問題，確保電氣設(shè)備安全可靠、節(jié)能經(jīng)濟(jì)的高效穩(wěn)定運(yùn)行，就顯得非常有工程實(shí)踐應(yīng)用研究意義。

1 低壓成套開關(guān)設(shè)備絕緣配合的主要考慮因素

由于工程地理位置和氣象條件的不同，低壓成套開關(guān)設(shè)備在選型設(shè)計(jì)過程中應(yīng)根據(jù)運(yùn)行環(huán)境、功能作用等進(jìn)行合理選用以確保其具有較高的安全可靠性。低壓成套開關(guān)設(shè)備的絕緣配合應(yīng)根據(jù)開關(guān)設(shè)備的功能需求、使用條件、以及運(yùn)行環(huán)境等條件來合理選擇開關(guān)設(shè)備的電氣絕緣特性，也即只有低壓成套開關(guān)設(shè)備的各項(xiàng)電氣絕緣特性與工程實(shí)際需求相匹配，才能確保設(shè)備在理論使用壽命條件下承受不同運(yùn)行工況特性的作用強(qiáng)度，才能真正實(shí)現(xiàn)成套開關(guān)設(shè)備的絕緣配合。

1.1 絕緣配合與電壓的關(guān)系

低壓成套開關(guān)設(shè)備在考慮絕緣配合與電壓間的關(guān)系時(shí)，要充分考慮低壓配電系統(tǒng)中可能出現(xiàn)的工頻電壓、沖擊過電壓、設(shè)備產(chǎn)生的操作電壓等，要求開關(guān)設(shè)備在持續(xù)電壓條件下具備較高的安全可靠性，確保人身和設(shè)備的安全。低壓成套開關(guān)設(shè)備絕緣配合只有在瞬時(shí)過電壓被有效控制在各種設(shè)備裝置能夠承受的水平以下，才能確保其運(yùn)行安全。

（1）沖擊耐受電壓的絕緣配合要求。

低壓成套開關(guān)設(shè)備的沖擊耐受電壓的絕緣配合要求，主要是為了防止開關(guān)設(shè)備在運(yùn)行過程中受低壓配電網(wǎng)中瞬態(tài)過電壓的沖擊破壞，與電氣設(shè)備生產(chǎn)制造時(shí)預(yù)定的名義電壓（即電氣設(shè)備的額定絕緣電壓）和適用類別（過電壓類別）等特性參數(shù)有關(guān)，即當(dāng)電網(wǎng)系統(tǒng)的運(yùn)行電壓越高，其成套開關(guān)設(shè)備的沖擊耐受電壓要求指標(biāo)也就越高。在GB14048-2006中明確規(guī)定，在成套開關(guān)設(shè)備優(yōu)選過程中，應(yīng)根據(jù)“預(yù)定適用類別和額定絕緣電壓條件下，額定沖擊耐受電壓的優(yōu)選值”進(jìn)行合理的選型搭配。 在低壓配電系統(tǒng)中，其產(chǎn)生的瞬態(tài)過電壓的幅值和波形具有較強(qiáng)的隨機(jī)特性，尤其在配電系統(tǒng)中負(fù)荷電流突變與感性負(fù)載的存在，在開關(guān)設(shè)備中產(chǎn)生的浪涌過電壓值通?？梢赃_(dá)到額定運(yùn)行電壓的幾十到幾百倍。然而，由于受制造成本、結(jié)構(gòu)等因素的制約，要徹底避免設(shè)備遭受低壓配電系統(tǒng)中的過電壓破壞是幾乎不可能的，因此，在GB/T16935-2008標(biāo)準(zhǔn)中明確指出瞬態(tài)過電壓與絕緣配合間的關(guān)系，同時(shí)在GB14048-2006中也給出了在浪涌保護(hù)抑制條件下，低壓成套開關(guān)設(shè)備應(yīng)能滿足的最低城市瞬態(tài)過電壓的峰值，且規(guī)定了設(shè)備性能的試驗(yàn)電壓的波形（能力），確保低壓成套開關(guān)設(shè)備在電網(wǎng)系統(tǒng)中能夠承受各種過電壓的侵害。

（2）工頻耐受電壓的絕緣配合要求。

低壓成套開關(guān)電氣的工頻耐受電壓的絕緣配合主要為了防止配電網(wǎng)系統(tǒng)中暫態(tài)過電壓的侵害，在實(shí)際設(shè)備設(shè)計(jì)制造時(shí)，主要考慮配電變壓器高壓側(cè)發(fā)生接地故障工況下，引起低壓側(cè)電網(wǎng)系統(tǒng)發(fā)生的對地電壓升高問題。但目前低壓成套開關(guān)設(shè)備其固體絕緣材料每毫米所能承受的工頻電壓在數(shù)千伏以上，也即在常態(tài)工況下低壓成套開關(guān)設(shè)備完全能夠承受配電網(wǎng)系統(tǒng)中產(chǎn)生的暫態(tài)過電壓沖擊。由此，在GB/T 18481-2001電能質(zhì)量 暫時(shí)過電壓和瞬態(tài)過電壓》等標(biāo)準(zhǔn)中均沒有給出明確的規(guī)定限制。

1.2 絕緣配合與環(huán)境條件的關(guān)系

低壓成套設(shè)備所使用的宏觀運(yùn)行環(huán)境也會(huì)影響到絕緣配合。GB/T16935-2008中將環(huán)境條件劃分為宏觀條件（溫度、濕度、太陽輻射等）和微觀條件（外殼、加熱、通風(fēng)等）。從大量文獻(xiàn)資料和實(shí)際應(yīng)用與GB/T16935-2008標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)指標(biāo)要求來看，在氣壓條件變化時(shí)僅考慮到設(shè)備使用位置處的海拔高度引起的氣壓變化，而設(shè)備使用地點(diǎn)處的日常氣壓變化則在制造設(shè)計(jì)過程中基本可以忽略不予以考慮。另外，在生產(chǎn)設(shè)計(jì)過程中，溫度與濕度等因素也基本可以忽略不計(jì)，但對于運(yùn)行環(huán)境尤為特殊或有更為精確要求的地點(diǎn)，應(yīng)認(rèn)真考慮溫度、濕度等與絕緣配合間的關(guān)系。如果低壓成套開關(guān)設(shè)備的使用環(huán)境超出設(shè)備自身的適用范圍時(shí)，則在選型使用過程中必須予以修正，其氣壓與溫度的修正關(guān)系的函數(shù)表達(dá)為：

K=P/101.3×293（ΔT+293） （1）

式（1）中，K為設(shè)備選型時(shí)的氣壓與溫度的修正參數(shù)；ΔT為實(shí)際（試驗(yàn)室）溫度與標(biāo)準(zhǔn)溫度T=20℃間的溫度差；P為設(shè)備使用環(huán)境的實(shí)際氣壓kPa。

1.3 絕緣配合與設(shè)備自身絕緣材料的關(guān)系

在常態(tài)工況下，低壓成套設(shè)備自身的絕緣材料能夠承受數(shù)千伏及以上的工頻過電壓，但由于開關(guān)設(shè)備的絕緣材料工作在復(fù)雜的電、磁、熱等環(huán)境中，同時(shí)固體絕緣介質(zhì)存在破壞不可自修復(fù)特性，一旦發(fā)生過電壓事件則可能會(huì)對絕緣材料造成永久性損壞。另外，額定工頻電壓下，絕緣材料在熱效應(yīng)、操作機(jī)械沖擊、氧化等作用下，也可能加快絕緣材料的老化速率。爬電距離：由于受運(yùn)行環(huán)境中的污染、導(dǎo)電塵埃等影響，絕緣材料表面會(huì)產(chǎn)生閃絡(luò)問題，在導(dǎo)體表面產(chǎn)生電痕化，不斷演變成導(dǎo)電通道。爬電距離與成套開關(guān)設(shè)備的額定絕緣電壓、使用場所的污穢等級、絕緣材料的相比電痕化指數(shù)CTI等均有關(guān)，因此，在GB1404

8-2006中給出了低壓成套開關(guān)設(shè)備的最小爬電距離指標(biāo)值。因此，在設(shè)計(jì)制造過程中需要通過相應(yīng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)來排除和轉(zhuǎn)移污穢及正確選擇合適的絕緣材料，實(shí)現(xiàn)成套開關(guān)設(shè)備最小爬電距離小于GB14048-2006中要求的爬電距離指標(biāo)，確保低壓成套開關(guān)設(shè)備具有較高的安全可靠性。

2 結(jié)語

絕緣配合問題是一個(gè)關(guān)系到低壓成套開關(guān)設(shè)備產(chǎn)品使用具有較高安全性、可靠性、節(jié)能經(jīng)濟(jì)性的重要問題。在設(shè)計(jì)、生產(chǎn)制造、使用等環(huán)節(jié)中，必須要從額定絕緣電壓、沖擊耐受電壓、最小爬電距離等方面，進(jìn)行充分考慮和優(yōu)化改進(jìn)，確保設(shè)備具有較高的安全可靠性。

參考文獻(xiàn)

[1] 葉良祿.配電系統(tǒng)絕緣配合的探討[J].電工技術(shù)，2009，（2）：26-28.endprint