低压成套开关设备绝缘配合问题研究

童林杰

摘 要：在低压成套开关设备产品中，设备的绝缘配合是一个非常重要的核心问题。因此，在设计、生产制造、选型使用等环节中，均要正确处理和解决好产品的绝缘配合问题，以确保开关设备在实际工程应用中具有较高的安全可靠性。

关键词：低压成套开关设备 绝缘配合 爬电距离

中图分类号：TM5 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）03（b）-0110-01

低压配电系统中电气设备的各种绝缘在运行过程中除了长期受到额定工作电压的作用外，还会受到冲击过电压、操作过电压等各种过电压的短时冲击破坏作用，也即工程中所说的“过电压”就是指配电系统中出现的对电气设备绝缘有破坏作用的电压升高和电位差升高[1]。从一些统计文献资料表明，我国高、低压电器设备中，由于绝缘系统引起的事故大约占所有电器事故的50%以上。因此，在低压成套开关设备设计、生产制造和适用过程中，正确处理好开关设备间的绝缘配合问题，确保电气设备安全可靠、节能经济的高效稳定运行，就显得非常有工程实践应用研究意义。

1 低压成套开关设备绝缘配合的主要考虑因素

由于工程地理位置和气象条件的不同，低压成套开关设备在选型设计过程中应根据运行环境、功能作用等进行合理选用以确保其具有较高的安全可靠性。低压成套开关设备的绝缘配合应根据开关设备的功能需求、使用条件、以及运行环境等条件来合理选择开关设备的电气绝缘特性，也即只有低压成套开关设备的各项电气绝缘特性与工程实际需求相匹配，才能确保设备在理论使用寿命条件下承受不同运行工况特性的作用强度，才能真正实现成套开关设备的绝缘配合。

1.1 绝缘配合与电压的关系

低压成套开关设备在考虑绝缘配合与电压间的关系时，要充分考虑低压配电系统中可能出现的工频电压、冲击过电压、设备产生的操作电压等，要求开关设备在持续电压条件下具备较高的安全可靠性，确保人身和设备的安全。低压成套开关设备绝缘配合只有在瞬时过电压被有效控制在各种设备装置能够承受的水平以下，才能确保其运行安全。

（1）冲击耐受电压的绝缘配合要求。

低压成套开关设备的冲击耐受电压的绝缘配合要求，主要是为了防止开关设备在运行过程中受低压配电网中瞬态过电压的冲击破坏，与电气设备生产制造时预定的名义电压（即电气设备的额定绝缘电压）和适用类别（过电压类别）等特性参数有关，即当电网系统的运行电压越高，其成套开关设备的冲击耐受电压要求指标也就越高。在GB14048-2006中明确规定，在成套开关设备优选过程中，应根据“预定适用类别和额定绝缘电压条件下，额定冲击耐受电压的优选值”进行合理的选型搭配。 在低压配电系统中，其产生的瞬态过电压的幅值和波形具有较强的随机特性，尤其在配电系统中负荷电流突变与感性负载的存在，在开关设备中产生的浪涌过电压值通常可以达到额定运行电压的几十到几百倍。然而，由于受制造成本、结构等因素的制约，要彻底避免设备遭受低压配电系统中的过电压破坏是几乎不可能的，因此，在GB/T16935-2008标准中明确指出瞬态过电压与绝缘配合间的关系，同时在GB14048-2006中也给出了在浪涌保护抑制条件下，低压成套开关设备应能满足的最低城市瞬态过电压的峰值，且规定了设备性能的试验电压的波形（能力），确保低压成套开关设备在电网系统中能够承受各种过电压的侵害。

（2）工频耐受电压的绝缘配合要求。

低压成套开关电气的工频耐受电压的绝缘配合主要为了防止配电网系统中暂态过电压的侵害，在实际设备设计制造时，主要考虑配电变压器高压侧发生接地故障工况下，引起低压侧电网系统发生的对地电压升高问题。但目前低压成套开关设备其固体绝缘材料每毫米所能承受的工频电压在数千伏以上，也即在常态工况下低压成套开关设备完全能够承受配电网系统中产生的暂态过电压冲击。由此，在GB/T 18481-2001电能质量 暂时过电压和瞬态过电压》等标准中均没有给出明确的规定限制。

1.2 绝缘配合与环境条件的关系

低压成套设备所使用的宏观运行环境也会影响到绝缘配合。GB/T16935-2008中将环境条件划分为宏观条件（温度、湿度、太阳辐射等）和微观条件（外壳、加热、通风等）。从大量文献资料和实际应用与GB/T16935-2008标准的技术指标要求来看，在气压条件变化时仅考虑到设备使用位置处的海拔高度引起的气压变化，而设备使用地点处的日常气压变化则在制造设计过程中基本可以忽略不予以考虑。另外，在生产设计过程中，温度与湿度等因素也基本可以忽略不计，但对于运行环境尤为特殊或有更为精确要求的地点，应认真考虑温度、湿度等与绝缘配合间的关系。如果低压成套开关设备的使用环境超出设备自身的适用范围时，则在选型使用过程中必须予以修正，其气压与温度的修正关系的函数表达为：

K=P/101.3×293（ΔT+293） （1）

式（1）中，K为设备选型时的气压与温度的修正参数；ΔT为实际（试验室）温度与标准温度T=20℃间的温度差；P为设备使用环境的实际气压kPa。

1.3 绝缘配合与设备自身绝缘材料的关系

在常态工况下，低压成套设备自身的绝缘材料能够承受数千伏及以上的工频过电压，但由于开关设备的绝缘材料工作在复杂的电、磁、热等环境中，同时固体绝缘介质存在破坏不可自修复特性，一旦发生过电压事件则可能会对绝缘材料造成永久性损坏。另外，额定工频电压下，绝缘材料在热效应、操作机械冲击、氧化等作用下，也可能加快绝缘材料的老化速率。爬电距离：由于受运行环境中的污染、导电尘埃等影响，绝缘材料表面会产生闪络问题，在导体表面产生电痕化，不断演变成导电通道。爬电距离与成套开关设备的额定绝缘电压、使用场所的污秽等级、绝缘材料的相比电痕化指数CTI等均有关，因此，在GB1404

8-2006中给出了低压成套开关设备的最小爬电距离指标值。因此，在设计制造过程中需要通过相应的优化设计来排除和转移污秽及正确选择合适的绝缘材料，实现成套开关设备最小爬电距离小于GB14048-2006中要求的爬电距离指标，确保低压成套开关设备具有较高的安全可靠性。

2 结语

绝缘配合问题是一个关系到低压成套开关设备产品使用具有较高安全性、可靠性、节能经济性的重要问题。在设计、生产制造、使用等环节中，必须要从额定绝缘电压、冲击耐受电压、最小爬电距离等方面，进行充分考虑和优化改进，确保设备具有较高的安全可靠性。

参考文献

[1] 叶良禄.配电系统绝缘配合的探讨[J].电工技术，2009，（2）：26-28.endprint