低壓成套開關設備絕緣配合問題研究

童林杰

摘 要：在低壓成套開關設備產品中，設備的絕緣配合是一個非常重要的核心問題。因此，在設計、生產制造、選型使用等環節中，均要正確處理和解決好產品的絕緣配合問題，以確保開關設備在實際工程應用中具有較高的安全可靠性。

關鍵詞：低壓成套開關設備 絕緣配合 爬電距離

中圖分類號：TM5 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）03（b）-0110-01

低壓配電系統中電氣設備的各種絕緣在運行過程中除了長期受到額定工作電壓的作用外，還會受到沖擊過電壓、操作過電壓等各種過電壓的短時沖擊破壞作用，也即工程中所說的“過電壓”就是指配電系統中出現的對電氣設備絕緣有破壞作用的電壓升高和電位差升高[1]。從一些統計文獻資料表明，我國高、低壓電器設備中，由于絕緣系統引起的事故大約占所有電器事故的50%以上。因此，在低壓成套開關設備設計、生產制造和適用過程中，正確處理好開關設備間的絕緣配合問題，確保電氣設備安全可靠、節能經濟的高效穩定運行，就顯得非常有工程實踐應用研究意義。

1 低壓成套開關設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，低壓成套開關設備在選型設計過程中應根據運行環境、功能作用等進行合理選用以確保其具有較高的安全可靠性。低壓成套開關設備的絕緣配合應根據開關設備的功能需求、使用條件、以及運行環境等條件來合理選擇開關設備的電氣絕緣特性，也即只有低壓成套開關設備的各項電氣絕緣特性與工程實際需求相匹配，才能確保設備在理論使用壽命條件下承受不同運行工況特性的作用強度，才能真正實現成套開關設備的絕緣配合。

1.1 絕緣配合與電壓的關系

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

（1）沖擊耐受電壓的絕緣配合要求。

低壓成套開關設備的沖擊耐受電壓的絕緣配合要求，主要是為了防止開關設備在運行過程中受低壓配電網中瞬態過電壓的沖擊破壞，與電氣設備生產制造時預定的名義電壓（即電氣設備的額定絕緣電壓）和適用類別（過電壓類別）等特性參數有關，即當電網系統的運行電壓越高，其成套開關設備的沖擊耐受電壓要求指標也就越高。在GB14048-2006中明確規定，在成套開關設備優選過程中，應根據“預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選值”進行合理的選型搭配。 在低壓配電系統中，其產生的瞬態過電壓的幅值和波形具有較強的隨機特性，尤其在配電系統中負荷電流突變與感性負載的存在，在開關設備中產生的浪涌過電壓值通常可以達到額定運行電壓的幾十到幾百倍。然而，由于受制造成本、結構等因素的制約，要徹底避免設備遭受低壓配電系統中的過電壓破壞是幾乎不可能的，因此，在GB/T16935-2008標準中明確指出瞬態過電壓與絕緣配合間的關系，同時在GB14048-2006中也給出了在浪涌保護抑制條件下，低壓成套開關設備應能滿足的最低城市瞬態過電壓的峰值，且規定了設備性能的試驗電壓的波形（能力），確保低壓成套開關設備在電網系統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。

低壓成套開關電氣的工頻耐受電壓的絕緣配合主要為了防止配電網系統中暫態過電壓的侵害，在實際設備設計制造時，主要考慮配電變壓器高壓側發生接地故障工況下，引起低壓側電網系統發生的對地電壓升高問題。但目前低壓成套開關設備其固體絕緣材料每毫米所能承受的工頻電壓在數千伏以上，也即在常態工況下低壓成套開關設備完全能夠承受配電網系統中產生的暫態過電壓沖擊。由此，在GB/T 18481-2001電能質量 暫時過電壓和瞬態過電壓》等標準中均沒有給出明確的規定限制。

1.2 絕緣配合與環境條件的關系

低壓成套設備所使用的宏觀運行環境也會影響到絕緣配合。GB/T16935-2008中將環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、通風等）。從大量文獻資料和實際應用與GB/T16935-2008標準的技術指標要求來看，在氣壓條件變化時僅考慮到設備使用位置處的海拔高度引起的氣壓變化，而設備使用地點處的日常氣壓變化則在制造設計過程中基本可以忽略不予以考慮。另外，在生產設計過程中，溫度與濕度等因素也基本可以忽略不計，但對于運行環境尤為特殊或有更為精確要求的地點，應認真考慮溫度、濕度等與絕緣配合間的關系。如果低壓成套開關設備的使用環境超出設備自身的適用范圍時，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系的函數表達為：

K=P/101.3×293（ΔT+293） （1）

式（1）中，K為設備選型時的氣壓與溫度的修正參數；ΔT為實際（試驗室）溫度與標準溫度T=20℃間的溫度差；P為設備使用環境的實際氣壓kPa。

1.3 絕緣配合與設備自身絕緣材料的關系

在常態工況下，低壓成套設備自身的絕緣材料能夠承受數千伏及以上的工頻過電壓，但由于開關設備的絕緣材料工作在復雜的電、磁、熱等環境中，同時固體絕緣介質存在破壞不可自修復特性，一旦發生過電壓事件則可能會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、操作機械沖擊、氧化等作用下，也可能加快絕緣材料的老化速率。爬電距離：由于受運行環境中的污染、導電塵埃等影響，絕緣材料表面會產生閃絡問題，在導體表面產生電痕化，不斷演變成導電通道。爬電距離與成套開關設備的額定絕緣電壓、使用場所的污穢等級、絕緣材料的相比電痕化指數CTI等均有關，因此，在GB1404

8-2006中給出了低壓成套開關設備的最小爬電距離指標值。因此，在設計制造過程中需要通過相應的優化設計來排除和轉移污穢及正確選擇合適的絕緣材料，實現成套開關設備最小爬電距離小于GB14048-2006中要求的爬電距離指標，確保低壓成套開關設備具有較高的安全可靠性。

2 結語

絕緣配合問題是一個關系到低壓成套開關設備產品使用具有較高安全性、可靠性、節能經濟性的重要問題。在設計、生產制造、使用等環節中，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，進行充分考慮和優化改進，確保設備具有較高的安全可靠性。

參考文獻

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