基本介紹
- 中文名：絕緣配合
- 外文名：insulation coordination
- 屬於：電力系統
- 類型：原則
定義,方法,慣用法,統計法,簡化統計法,作用電壓,作用電壓分類,電壓限制防護,絕緣特性,
定義
作用在電工設備上的電壓是指正常運行條件下的工作電壓和各種過電壓，後者包括暫時過電壓、操作過電壓、雷電過電壓等。為了經濟合理地設計輸電線路和電工設備絕緣，電力系統中一般採取專用設備和裝置以限制過電壓。
絕緣水平是電工設備能夠耐受的試驗電壓值：
①短時工頻耐受電壓值。
②雷電衝擊耐受電壓值。
③操作衝擊耐受電壓值。
④長時間工頻試驗電壓值。
這些試驗電壓的波形、數值、施加方法、時間、次數等，各國都有國家標準明確規定。
方法
慣用法
按作用在設備絕緣上的最大過電壓和設備的最小絕緣強度的概念進行絕緣配合的方法。慣用法簡單明了，但無法估計絕緣故障的機率以及機率與配合係數之間的關係，故這種方法對絕緣的要求偏嚴。
按作用在設備絕緣上的“最大過電壓”和設備的“最小絕緣強度”的概念進行絕緣配合的習慣方法。首先需確定設備上可能出現的最危險的過電壓和設備絕緣最低的耐受強度，然後根據運行經驗，選擇一個配合係數作為這兩種電壓的比值，以補償在估計最大過電壓和絕緣最低耐受強度時的誤差及增加一定的安全逾度，最後確定設備絕緣應能耐受的電壓水平。慣用法簡單明了，但無法估計絕緣故障的機率以及此機率與配合係數之間的關係，故這種方法對絕緣的要求偏嚴。由於對非自恢復絕緣放電機率測定的費用太高，因此只能使用慣用法。對220千伏及以下的電工設備，通常仍採用慣用法。例如，電力變壓器都用避雷器保護。避雷器限制雷電過電壓的能力常用避雷器保護水平表示。變壓器耐受雷電衝擊的絕緣水平 (BIL)需高出避雷器的保護水平，兩者的比值稱為配合係數。中國一般採用的配合係數值是1.4。對於500千伏變壓器，國際電工委員會(IEC)規定，配合係數需等於或大於1.2。
統計法
根據過電壓幅值及絕緣閃絡電壓的統計特性，算出絕緣故障率。改變敏感的影響因素，使故障率達到可以被接受的程度，合理地確定絕緣水平。統計法不僅能定量地給出絕緣配合的安全程度，還可按照設備折舊費、運行費及事故損失費三者總和最小的原則進行最佳化設計。困難在於隨機因素較多，某些統計規律還有待認識。
從過電壓幅值與絕緣抗電強度都是隨機變數的事實出發，根據過電壓幅值及絕緣閃絡電壓的統計特性，算出絕緣故障率。改變敏感的影響因素，使故障率達到可以被接受的程度，在技術經濟比較的基礎上，合理地確定絕緣水平。
這種方法不僅能定量地給出絕緣配合的安全程度，還可以按照設備折舊費、運行費及事故損失費三者總和最小的原則進行最佳化設計。研究得比較多的是以過電壓幅值的機率分布為基礎的統計法。
在超高壓電力系統中降低絕緣水平有顯著的經濟效益。自恢復絕緣的絕緣強度統計特性相對比較容易獲得。70年代以來，國際上推薦對超高壓電力系統的自恢復絕緣採用統計法進行絕緣配合。
統計法的困難在於隨機因素較多，某些隨機因素的統計規律還有待積累資料與認識，低機率密度部分的資料比較難取得。算出的故障率，通常比實際的大很多，還有待在套用中不斷完善。
簡化統計法
為了便於計算，假定過電壓及絕緣放電機率的統計分布均服從常態分配。國際電工委員會（IEC）及中國國家絕緣配合標準，推薦採用出現的機率為 2%的過電壓作為統計（最大）過電壓Uw，再取閃絡機率為10%的電壓作為絕緣的統計耐受電壓Uw，在不同的統計安全係數 γ=Uw/Us的情況下，計算出絕緣的故障率 R。根據技術經濟比較，在成本與故障率間協調，定出可以接受的R 值 ，再根據相應的γ及Us，確定絕緣水平。為了在實際套用中便於計算，假定過電壓及絕緣放電機率的統計分布均服從常態分配。
簡化統計法與慣用法同樣簡單易行，並有現成曲線可查。雖然故障率的數值不一定很準確,但便於在工程上作方案比較,因而套用很廣泛。
研究絕緣配合的目的在於綜合考慮電工設施可能承受的作用電壓（工作電壓及過電壓）。
電工設備經常在電力系統工作電壓下運行，還會受到各種過電壓作用。電工設備絕緣對各種作用電壓都具有一定限度的耐受能力。當絕緣性能被破壞時，會造成設備損壞甚至系統停電事故。為了避免上述損失，必須保證電工設備具有規定的絕緣強度，這就是絕緣水平。確定絕緣水平要求在技術上處理好作用電壓、限制過電壓的措施、絕緣耐受能力三者之間相互配合的關係，還要求在經濟上協調投資費用、維護費用和事故損失費用等之間的關係，以達到較好的綜合經濟效益。
作用電壓
作用在電工設備上的電壓是指正常運行條件下的工作電壓和各種過電壓。
電力系統在正常運行時，各點的工頻電壓是不同的。輸電線路送端設備上的電壓要高於受端設備上的電壓。因此，對於每一額定電壓等級的電力系統，還需要規定一個系統最高運行電壓。最高運行電壓需根據能源分布、輸電距離、電網結構、系統的潮流分布、穩定特性、無功功率補償、經濟運行，以及設備絕緣設計等綜合的因素來確定。中國對於220千伏及以下電力系統,最高工作電壓規定為比額定電壓高15%；對於330～500千伏超高壓電力系統，最高工作電壓高出額定電壓10%。
過電壓包括暫時過電壓、操作過電壓、雷電過電壓等。由於其成因不同，都具有一定特點。從絕緣性能的角度看，除注意過電壓幅值外，還需區別它們的波形及電壓作用的時間過程。這是因為絕緣強度具有伏秒特性，耐受電壓的能力因電壓波形及作用時間不同而有差異。
作用電壓分類
作用電壓按波形可分為以下5種。
①正常運行條件下的工頻電壓。
②暫時過電壓：一般為幾赫或數百赫的不衰減或弱衰減的振盪波，最大持續時間約1秒鐘。
③慢波前過電壓：波頭持續時間為幾十至幾千微秒的雙指數或非對稱的衰減振盪波。間隙、絕緣子和電工設備外絕緣的標準操作衝擊試驗波形一般為波頭 250微秒/波尾2500微秒。
④快波前過電壓：波頭持續時間為零點幾至幾十微秒的單極性雙指數波。標準的雷電衝擊試驗波形為波頭1.2微秒/波尾50微秒。
⑤陡波前過電壓：波頭持續時間只有幾十納秒，繼之以有幾個頻率在幾兆至 100兆赫振盪波的疊加。標準陡波前衝擊試驗波形在擬定之中，波前時間為15納秒。
電壓限制防護
為了經濟合理地設計輸電線路和電工設備絕緣，電力系統中一般採取專用設備和裝置以限制過電壓，簡稱為過電壓防護。
通常採用高壓並聯電抗器、靜止無功補償器限制工頻電壓升高的數值；用快速繼電保護減小工頻電壓升高及其持續時間；輸電線路採用良導體架空地線，在某些情況下也能降低接地故障引起的工頻電壓升高。
在超高壓電力系統中，空載線路合閘與重合閘時可以產生比較高的過電壓，而且出現頻繁，對電力系統的絕緣水平一般起決定性的作用。改善斷路器的性能，採用合閘並聯電阻，縮小三相閉合的不同期等都有很好效果；通流容量較大的金屬氧化物避雷器，也可用來作為防護操作過電壓的裝置。
變電所內設備的雷電過電壓由避雷器進行防護。設備上的過電壓與避雷器的性能、線路來波情況、變電所的接線布置等有關。電力系統絕緣配合是包括了對過電壓防護措施提出要求而綜合制定的。
絕緣特性
絕緣特性與絕緣水平
電工設備絕緣可分為自恢復絕緣和非自恢復絕緣兩大類。自恢復絕緣的絕緣性能破壞後可以自行恢復，一般是指空氣間隙和與空氣接觸的外絕緣。非自恢復絕緣放電後其絕緣性能不能自行恢復，通常是由固體介質、液體介質構成的設備內絕緣。
絕緣配合
絕緣配合設備的絕緣強度與電極的形狀、絕緣材料、電極間的距離，電壓的波形等等因素有關，具有分散性。因此在實際工程中非常重視電工設備真型的絕緣試驗。
電工設備的絕緣水平就是指該設備能夠耐受（不發生閃絡、放電或其他損壞）的試驗電壓值。根據電工設備在系統中可能承受到的各種作用電壓、保護裝置的特性以及設備絕緣對各種作用電壓的耐受特性，制定了一些表明設備基本絕緣水平的試驗電壓值。它們是：①短時工頻耐受電壓值；②雷電衝擊耐受電壓值；③操作衝擊耐受電壓值；④長時間工頻試驗電壓值。
上述試驗電壓的波形、數值、試驗電壓施加的方法、時間、次數等，在各國的國家標準中都有明確規定。
