摘要：1987年，電工委員會(huì)(IEC)第17D分技術(shù)委員會(huì)起草了名為《對(duì)IEC439的補(bǔ)充1關(guān)于絕緣配合的要求》的技術(shù)文件，正式將絕緣配合問題引入到了低壓成套開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備中。就目前我國的實(shí)際情況而言，在高、低壓電器產(chǎn)品中，設(shè)備的絕緣配合仍是一個(gè)較大的問題，又由于在低壓成套開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備中正式引用絕緣配合這個(gè)概念，只是近兩年的事情。所以，正確處理、解決好產(chǎn)品中絕緣配合問題，是一個(gè)比較重要的問題。
要害詞：低壓開關(guān)設(shè)備絕緣配合絕緣材料
絕緣配合問題是一個(gè)關(guān)系到電氣設(shè)備產(chǎn)品安全性的重要問題，歷來受到來自各方面的重視。絕緣配合早應(yīng)用在高壓電器產(chǎn)品中。1987年，電工委員會(huì)(IEC)第17D分技術(shù)委員會(huì)起草了名為《對(duì)IEC439的補(bǔ)充1關(guān)于絕緣配合的要求》的技術(shù)文件，正式將絕緣配合問題引入到了低壓成套開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備中。就目前我國的實(shí)際情況而言，在高、低壓電器產(chǎn)品中，設(shè)備的絕緣配合仍是一個(gè)較大的問題，有統(tǒng)計(jì)數(shù)字顯示，我國的電器產(chǎn)品中，由于絕緣系統(tǒng)而引發(fā)的事故占50％－60％，又由于在低壓成套開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備中正式引用絕緣配合這個(gè)概念，只是近兩年的事情。所以，正確處理、解決好產(chǎn)品中絕緣配合問題，是一個(gè)比較重要的問題。
二.絕緣配合的基本原理
絕緣配合意指根據(jù)設(shè)備的使用條件及四周環(huán)境來選擇設(shè)備的電氣絕緣特性，只有在設(shè)備的設(shè)計(jì)基于其期望壽命中所承受的作用強(qiáng)度時(shí)，才能實(shí)現(xiàn)絕緣配合。絕緣配合的問題不僅來自設(shè)備外部而且還來自設(shè)備本身，是一個(gè)涉及各方面因素，須加以綜合考慮的問題，其要點(diǎn)分為三部分：一是設(shè)備的使用條件；二是設(shè)備的使用環(huán)境，三是絕緣材料的選用。
(一)設(shè)備的使用條件
設(shè)備的使用條件主要指設(shè)備使用的電壓、電場(chǎng)、頻率。
1.絕緣配合與電壓的關(guān)系。在考慮絕緣配合與電壓的關(guān)系中，要考慮在系統(tǒng)中可能出現(xiàn)的電壓、設(shè)備產(chǎn)生的電壓，要求的持續(xù)電壓運(yùn)行等級(jí)，以及人身安全、事故的危險(xiǎn)性。
1電壓與過電壓的分類，波形。
a)持續(xù)工頻電壓，有著恒定r、m、s的電壓
b)暫時(shí)過電壓，較長持續(xù)時(shí)間的工頻過電壓
c)瞬態(tài)過電壓，幾毫秒或更短的持續(xù)時(shí)間的過電壓，通常是高阻尼的振蕩或非振蕩的。
——緩波前過電壓：一種瞬態(tài)過電壓，通常是單方向的，到達(dá)峰值的時(shí)間為20μs<Tp<5000μs之間，波尾持續(xù)時(shí)間T2≤20ms。
——快波前過電壓：一種瞬態(tài)過電壓，通常是單方向的，到達(dá)峰值時(shí)間為0.1μs<T1<20μs，波尾持續(xù)時(shí)間T2≤300μs。
——陡波前過電壓：一種瞬態(tài)過電壓，通常是單方向的，到達(dá)峰值的時(shí)間為Tf≤0.1μs，總持續(xù)時(shí)間<3ms，并帶有疊加振蕩，振蕩頻率地30kHz<f<100MHz之間。
d)聯(lián)合(暫時(shí)、緩前波、快波前、陡波前)過電壓。
根據(jù)上述的過電壓類型，可描述出標(biāo)準(zhǔn)的電壓波形。
2長期的交流或直流電壓與絕緣配合的關(guān)系，要考慮額定電壓、額定絕緣電壓、實(shí)際工作電壓。在系統(tǒng)正常、長期運(yùn)行過程中，主要要考慮額定的絕緣電壓和實(shí)際工作電壓，而這一點(diǎn)除了要滿足標(biāo)準(zhǔn)的要求外，更要注重考慮我國電網(wǎng)的實(shí)際情況。在目前我國電網(wǎng)質(zhì)量尚不高的情況下，設(shè)計(jì)產(chǎn)品時(shí)，對(duì)絕緣配合而言，實(shí)際可能出現(xiàn)的工作電壓更重要。
3瞬態(tài)過電壓與絕緣配合的關(guān)系，這與電氣系統(tǒng)內(nèi)被控過電壓的條件有關(guān)。在系統(tǒng)和設(shè)備中，存在多種形式的過電壓，要考慮各種過電壓的影響，在低壓電力系統(tǒng)中，過電壓可能會(huì)受到各種多變因素的影響，所以，系統(tǒng)中的過電壓的是通過統(tǒng)計(jì)的方法來評(píng)定，反映了一種發(fā)生概率的概念，并可通過概率統(tǒng)計(jì)的方法來決定是否需要保護(hù)控制。
2.設(shè)備的過電壓類別
根據(jù)設(shè)備的使用條件，要求的長期持續(xù)電壓運(yùn)行等級(jí)，將直接由低壓電網(wǎng)供電設(shè)備的過電壓類別分為Ⅳ級(jí)。過電壓類別Ⅳ級(jí)的設(shè)備是使用在配電裝置電源端的設(shè)備，如電表和前級(jí)電流保護(hù)設(shè)備。過電壓類別Ⅲ級(jí)的設(shè)備是安裝在配電裝置中的任務(wù)，以及設(shè)備的使用安全性和適用性必須符合非凡要求者，如配電裝置中的開關(guān)電器。過電壓類別Ⅱ級(jí)的設(shè)備是由配電裝置供電的耗能設(shè)備，如家用和類似用途的負(fù)載。過電壓類別Ⅰ級(jí)的設(shè)備是連接在將瞬態(tài)過電壓限制在相當(dāng)?shù)退降脑O(shè)備，如具有過壓保護(hù)的電子電路上。對(duì)于不直接由低壓電網(wǎng)供電的設(shè)備，必須考慮到系統(tǒng)設(shè)備可能出現(xiàn)的電壓及各種情況的嚴(yán)重組合。
當(dāng)設(shè)備要工作在較高一級(jí)別過電壓類別的場(chǎng)合，而設(shè)備本身的答應(yīng)過電壓類別不夠時(shí)，就需要采取措施，降低該處的過電壓，可采用以下方法。
a)過電壓保護(hù)器件
b)具有隔離繞組的變壓器
c)具有分散轉(zhuǎn)移浪通過電壓能量的多分支電路配電系統(tǒng)
d)能吸收浪涌過電壓能量的電容
e)能吸收浪涌過電壓能量的阻尼器件
3.電場(chǎng)與頻率
電場(chǎng)情況分為均勻電場(chǎng)與非均勻電場(chǎng)，在低壓成套開關(guān)設(shè)備中，一般認(rèn)為是處在非均勻電場(chǎng)情況下，關(guān)于頻率問題，目前尚在考慮中，一般認(rèn)為低頻對(duì)絕緣配合影響不大，但高頻還是有影響的，尤其是對(duì)絕緣材料。
(二)絕緣配合與環(huán)境條件的關(guān)系
設(shè)備所處的宏觀環(huán)境影響著絕緣配合，從目前實(shí)際應(yīng)用與標(biāo)準(zhǔn)的要求來看，氣壓的變化只考慮到海拔高度引起的氣壓的變化，日常的氣壓變化已經(jīng)忽略，溫度與濕度的因素也已忽略，但假如有更精確的要求時(shí)，這些因素也還是應(yīng)予以考慮。從微觀環(huán)境上講，宏觀環(huán)境決定了微觀環(huán)境，但微觀環(huán)境有可能會(huì)好于或壞于宏觀環(huán)境設(shè)備，外殼不同的防護(hù)等級(jí)、加熱、通風(fēng)、灰塵都有可能影響微觀環(huán)境，微觀環(huán)境在相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)有明確規(guī)定，見表1，這就為產(chǎn)品的設(shè)計(jì)提供了依據(jù)。
(三)絕緣配合與絕緣材料
絕緣材料的問題相當(dāng)復(fù)雜，它不同于氣體，是一種一旦遭到破壞便不可恢復(fù)的絕緣介質(zhì)，即使偶然發(fā)生的過電壓事件也有可能造成永久損壞，絕緣材料在長期的使用中，會(huì)碰到各種各樣情況，如放電事故等，而絕緣材料本身由于長期積累的各種因素，如熱應(yīng)力、溫度，機(jī)械沖擊等應(yīng)力，又會(huì)加速它的老化過程。對(duì)于絕緣材料來講，由于品種的多樣性，其衡量絕緣材料的特性指標(biāo)雖多，但不統(tǒng)一。這就為絕緣材料的選擇和使用帶來一定難度，這也就是目前從上對(duì)絕緣材料的其它特性，如熱應(yīng)力、機(jī)械特性、局部放電等指標(biāo)暫不予以考慮的原因。上述應(yīng)力對(duì)絕緣材料的影響在IEC的出版物中已開始有了一些論述，對(duì)實(shí)際應(yīng)用能起一些定性的指導(dǎo)作用，但就定量的指導(dǎo)，目前還做不到。目前，低壓電器產(chǎn)品中作為定量指導(dǎo)絕緣材料的指標(biāo)用的較多的有相比漏電起痕指數(shù)CTI值，分為三組四類，耐漏電起痕指數(shù)PTI值。漏電起痕指數(shù)以通過含水污染的液滴落至絕緣材料表面而形成漏電痕跡，給出定量的比較。
這一定量指標(biāo)已實(shí)際應(yīng)用到產(chǎn)品的設(shè)計(jì)中。
三.絕緣配合的驗(yàn)證
目前驗(yàn)證絕緣配合的優(yōu)選方法是使用沖擊介電試驗(yàn)來進(jìn)行，對(duì)于不同設(shè)備可選定不同額定沖擊電壓值。
1.用額定沖擊電壓試驗(yàn)驗(yàn)證設(shè)備的絕緣配合
額定沖擊電壓的為1.2/50μs的波形。
用此波形來模擬瞬態(tài)過電壓、大氣過電壓，同時(shí)也包括低壓設(shè)備的接通分?jǐn)嗨a(chǎn)生的過電壓，沖擊試驗(yàn)電源脈沖波形發(fā)生器其輸出阻抗一般應(yīng)大于500Ω，額定沖擊電壓值的確定，應(yīng)根據(jù)設(shè)備的使用場(chǎng)合，過電壓類別和設(shè)備的長期使用電壓來決定，并應(yīng)根據(jù)相應(yīng)的海拔高度進(jìn)行修正。目前低壓成套開關(guān)設(shè)備對(duì)某些試驗(yàn)條件。如濕度、溫度沒有作出明確的規(guī)定，但也應(yīng)該在成套開關(guān)設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)適用范圍內(nèi)，如設(shè)備的使用環(huán)境超出了成套開關(guān)設(shè)備的適用范圍，則必須予以考慮修正。氣壓與溫度的修正關(guān)系如下式：
K=P/101.3×293(ΔT＋293)
K—?dú)鈮号c溫度的修正參數(shù)
ΔT—實(shí)際(試驗(yàn)室)溫度與T=20℃的溫差K
P—實(shí)際氣壓kPa
2.替代沖擊電壓的介電試驗(yàn)
對(duì)于低壓成套開關(guān)設(shè)備可以用交流或直流試驗(yàn)來替代沖擊電壓試驗(yàn)，但是這類試驗(yàn)方法比沖擊電壓試驗(yàn)要嚴(yán)酷，應(yīng)征得制造廠的同意。
交流試驗(yàn)，在交流情況下，持續(xù)時(shí)間為3個(gè)周波。
直流試驗(yàn)，每相(正、負(fù))各施加電壓三次，每次持續(xù)時(shí)間為10ms。
四.絕緣配合的一般程序。
1.典型過電壓的確定。
2.配合耐受電壓的確定。
3.額定絕緣水平的確定。
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低壓成套開關(guān)設(shè)備的絕緣配合問題
2021-05-27
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