電氣設(shè)備是維持電網(wǎng)正常運(yùn)行的基本元件，只有在額定電壓與額定電流和良好工作環(huán)境下，設(shè)備才能安全運(yùn)行，使之保持正常使用壽命。電氣設(shè)各若是處于超負(fù)荷或過(guò)電壓下運(yùn)行，不僅使用壽命縮短，而且還可能成絕緣擊穿而無(wú)法工作，導(dǎo)致電網(wǎng)停電事故的發(fā)生，給經(jīng)濟(jì)社會(huì)造成極大的影響。
1、電氣設(shè)備絕緣擊穿的機(jī)理
1.1、電氣設(shè)備絕緣的熱擊穿
電氣設(shè)備都設(shè)計(jì)在額定負(fù)荷下工作的，若設(shè)各處于超負(fù)荷下運(yùn)行就會(huì)造成設(shè)備溫度升高，而溫度上升會(huì)加快絕緣老化的速度，這個(gè)速度就與被稱為8°C理論有關(guān)。例如A級(jí)絕緣的電設(shè)備，正常工作溫度長(zhǎng)期在80°C時(shí)，絕緣壽命為40年;若長(zhǎng)期工作溫度為88°C壽命只有20年;當(dāng)工作溫度達(dá)104°C時(shí)，則壽命只有5年。所以電氣設(shè)備是不允許長(zhǎng)期過(guò)負(fù)荷運(yùn)行的，其根本原因就是考慮安全運(yùn)行的使用壽命。
電氣設(shè)備長(zhǎng)期過(guò)負(fù)荷運(yùn)行，因溫度上升而發(fā)熱，而發(fā)熱與絕緣壽命有關(guān)，當(dāng)設(shè)備發(fā)熱能量不能及時(shí)擴(kuò)散出去，久之必將造成絕緣的擊穿，稱之為熱擊穿。電氣設(shè)備運(yùn)行申的發(fā)熱，對(duì)絕緣的破壞是一個(gè)相對(duì)緩慢過(guò)程，主要表現(xiàn)為絕緣的老化，化學(xué)性質(zhì)也發(fā)生變化，當(dāng)設(shè)備溫度不斷上升，會(huì)加速絕緣老化進(jìn)程，直至絕緣性能的喪失。如我們常見到的某種使用過(guò)的塑料導(dǎo)線其外皮發(fā)硬發(fā)脆;又如橡膠絕緣導(dǎo)線經(jīng)長(zhǎng)期使用后，其外皮會(huì)開裂發(fā)粘，這實(shí)質(zhì)上是過(guò)負(fù)荷發(fā)熱而造成絕緣的老化，當(dāng)嚴(yán)重過(guò)熱將導(dǎo)致絕緣物碳化，絕緣物發(fā)黑而變成導(dǎo)體。
當(dāng)電氣設(shè)備額定電壓與供電電壓不符，也會(huì)引起絕緣擊穿。如將220kV單相設(shè)各接入兩相380V電源上，馬上就會(huì)嚴(yán)重發(fā)熱、冒煙，發(fā)出一股焦糊味。又如常見刀閘的固體絕緣物受熱，從刀閘背面流淌下來(lái)的情況，這是因?yàn)榈堕l接觸不良或過(guò)負(fù)荷或金屬表面氧化而產(chǎn)生的。一般可正常工作的設(shè)備，其發(fā)熱多為外部因素引起的，反映到設(shè)各本身即是過(guò)負(fù)荷而發(fā)熱，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間發(fā)熱就會(huì)出現(xiàn)絕緣熱擊穿而不能正常運(yùn)行了。
1.2、電氣設(shè)備絕緣的電擊穿
電氣設(shè)備的熱擊穿包含著一個(gè)熱傳遞過(guò)程，破壞往往是絕緣物整體或大面積。絕緣物接受大量熱能后，絕緣材料的化學(xué)性質(zhì)發(fā)生變化，其破壞信息容易被我們感覺器官所接受的。而另一種擊穿，即絕緣的電擊穿，則比較隱蔽，它的擊穿往往為瞬時(shí)過(guò)電壓所致，多數(shù)發(fā)生在電壓等級(jí)比較高的電氣設(shè)備上，最常見的雷電所造成的電擊穿。
電擊穿的機(jī)埋是瞬時(shí)高電壓在固體絕緣最薄處擊穿，形成一貫穿性的狹小通道，在這通道內(nèi)折出碳的小顆粒。因電擊穿是永久的不可逆的，由于瞬時(shí)高電壓作用，狹小通道擊穿所需能量及吸收的能量都不大，局部溫度還來(lái)不及向周圍擴(kuò)散，電擊穿過(guò)程己結(jié)束了。電擊穿后的絕緣介質(zhì)與擊穿以前完好的絕緣介質(zhì)，從表面上看其形態(tài)是沒有區(qū)別的，這就容易給人們?cè)斐慑e(cuò)覺，即感覺上不認(rèn)為絕緣材料己經(jīng)擊穿了。較為典型的事例是:白光燈啟輝器中電容的擊穿，這是日常生活中常見的現(xiàn)象。日光燈燈管兩端發(fā)紅，就是啟不了輝，日光燈亮不起來(lái)。原因是啟輝器中的電容擊穿了，其擊穿是瞬時(shí)過(guò)電壓而造成的。擊穿過(guò)程是:當(dāng)啟輝器中的氖氣管內(nèi)的觸頭變冷斷開時(shí)，鎮(zhèn)流器產(chǎn)生很高自感電動(dòng)勢(shì)，這一瞬間過(guò)電壓加在燈管兩端，同時(shí)也加到電容器兩端而造成電容被擊穿。你只要將啟輝器中電容取下，日光燈即可恢復(fù)正常發(fā)亮。我們仔細(xì)觀察該電容，是看不出有任何異常及有被破壞痕跡，但電容確實(shí)被擊穿而壞了。
這里我們應(yīng)當(dāng)了解到，某些設(shè)備的電擊穿并不立即就能反映出其內(nèi)部故障，而是要經(jīng)歷了由電擊穿到熱擊穿后才明顯地反映出故障特征。如配電變壓器遭受雷擊，其首端匝間線圈絕緣出現(xiàn)電擊穿，起初很難發(fā)現(xiàn)有任何異常，待運(yùn)行一段時(shí)間后發(fā)展到鄰近匝間或?qū)娱g絕緣也擊穿，才明顯表現(xiàn)出故障的特征。由此可見，高壓設(shè)備的過(guò)電壓保護(hù)是設(shè)各安全運(yùn)行的重要措施，所以高壓設(shè)備一定要設(shè)置絕緣擊穿保護(hù)。
2、電氣設(shè)備絕緣擊穿的保護(hù)
電氣設(shè)備若是處于過(guò)負(fù)荷或瞬時(shí)過(guò)電壓下運(yùn)行，其絕緣必將遭受擊穿而損壞。為此，電氣設(shè)備必須設(shè)置絕緣擊穿保護(hù)裝置，以確保設(shè)備的安全運(yùn)行。
如電網(wǎng)中最常見的配電變壓器，一般設(shè)有跌落式熔斷器和避雷器兩種保護(hù)裝置。其中跌落式熔斷器是配變過(guò)電流保護(hù)，防止配變絕緣的熱擊穿，而避雷器則是配變瞬時(shí)過(guò)電壓保護(hù)，防止配變絕緣的電擊穿。避雷器不僅只用于防止雷擊，而且還可以用來(lái)防止配變空載時(shí)倒間操作產(chǎn)生的過(guò)電壓。因此要求避雷器應(yīng)安裝在配變?nèi)嗌�，并接于熔斷器下萬(wàn)，而不能接于熔斷器上萬(wàn)。但避雷器受到自身熱容量的限制，不能耐受較長(zhǎng)時(shí)間的過(guò)電壓，否則會(huì)爆炸，這點(diǎn)在選擇避雷器參數(shù)時(shí)需加考慮。
從避雷器保護(hù)原理可知，避雷器的擊穿先于被保護(hù)設(shè)各絕緣的擊穿，但普通帶有間隙避雷器的擊穿存在兩個(gè)時(shí)延，即統(tǒng)計(jì)時(shí)延和放電形成的時(shí)延。這表明當(dāng)電壓達(dá)到避雷器間隙擊穿電壓時(shí)，避雷器并不立即擊穿放電，而是要經(jīng)過(guò)兩個(gè)時(shí)延后才擊穿放電。兩個(gè)時(shí)延又具有統(tǒng)計(jì)性，這就使得加在絕緣上的電壓是一個(gè)范圍值，而非一個(gè)定值，這給絕緣保護(hù)配合帶來(lái)了困難，因而要求絕緣要有較大的裕度。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，更加科學(xué)更加完善保護(hù)裝置的出現(xiàn)，必將會(huì)降低電氣設(shè)各對(duì)絕緣配合的要求，因而也會(huì)較少出現(xiàn)絕緣的問(wèn)題。
在絕緣保護(hù)裝置的設(shè)置上，對(duì)低電壓設(shè)備一般不要求·設(shè)置瞬時(shí)過(guò)電壓保護(hù)，只設(shè)過(guò)電流的保護(hù)，除非在有可能受到雷電影響下才設(shè)過(guò)電壓保護(hù)。其過(guò)電流保護(hù)電器有:熔斷器、熔斷管、空氣開關(guān)內(nèi)的過(guò)電流保護(hù)、熱繼電器的過(guò)電流保護(hù)及某些繼電器保護(hù)裝置等。因?yàn)榈蛪涸O(shè)備的額定電壓較低，即使出現(xiàn)3-5倍的過(guò)電壓，對(duì)低壓設(shè)備的絕緣來(lái)說(shuō)還是相對(duì)較低的電壓，因而不需要設(shè)置瞬時(shí)過(guò)電壓保護(hù)。
但某些設(shè)各要求設(shè)置較長(zhǎng)時(shí)間過(guò)電壓保護(hù)，如電壓繼電器保護(hù)裝置，它實(shí)質(zhì)上是防止絕緣的熱擊穿。由此可見，低壓設(shè)各的保護(hù)，還是防止絕緣熱擊穿為主要內(nèi)容。
但熔斷器保護(hù)也存在有不足之處，從熔斷器的安時(shí)特性可知，熔斷器過(guò)流倍數(shù)越大，熔斷時(shí)間越短，一般的過(guò)電流即使在200％的過(guò)流，也難于在短時(shí)間內(nèi)將熔絲熔斷，因此它一般只作短路故障保護(hù)，不能起到過(guò)負(fù)荷保護(hù)作用。
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