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電力設備的絕緣結構在運行中可能受到以下四種電壓作用:
(1)工頻工作電壓。絕緣結構在其整個運行過程中,必須能夠長期連續地承受工頻Z高工作電壓,通常稱之為系統Z高運行相電壓Uxg,數值為
式中Un——額定線電壓(kV);
1.15~1.10—系數,由系統電壓等級確定,220kV及以下取1.15,330kV及以上取1.10。
(2)暫時過電壓。它包括習慣上所指的工頻電壓升高和諧振過電壓。工頻電壓升高起 因于空載線路的電容效應、甩負載和不對稱接地。當突然甩負載后,由于電源只帶一條空載的輸電線路,而輸電線路的對地容抗可用一個Xc表示,這樣流過電源內阻的電流就突變為容性電流,這個電流流過系統中的感抗就造成了電壓升高。因為這個升高了的電壓仍接近于50Hz交流電壓,故稱為工頻電壓升高。在近代的繼電保護條件下,作用時間約為十分之幾秒至1s。與長期施加的交流電壓一樣,對電力設備內絕緣老化及電力系統的絕緣結構影響很大。諧振過電壓起因于含鐵芯的非線性電感元件所引起的鐵磁效應或諧振,其幅值較高,持續時間較長,其頻率可以是工頻基波,也可以是高次或分次諧波。
(3)操作過電壓。它是由于電力系統中的斷路器動作(如切、合空載長線,切空載變壓器等)產生的。這種過電壓的波形很不規則,情況不同時變化甚大,可以是衰減振蕩波,或是非周期性電壓的沖擊波,作用時間約為10-2s,一般在1ms之內電壓達最大值。我國電力系統中操作過電壓的大致倍數如下:35kV為4.0倍;110~220kV為3.0倍;7 330kV為2.75倍;500kV為2.0倍。目前,對于操作過電壓的試驗電壓波形,GB8 311.1-83規定采用非周期電壓沖擊波,標準波形為250/2500μs
(4)雷電過電壓(或外部過電壓、大氣過電壓)。它是由于雷云放電產生的,幅值很高,作用時間約幾到幾十微秒。目前,我國對于雷電過電壓的試驗標準電壓波規定為1.2/50s的全波。雷電過電壓往往造成電力設備的絕緣破壞,為保證電力系統的安全運行,對雷電過電壓必須采取積極的預防措施。
為了保證絕緣結構能夠耐受上述四種電壓的作用,絕緣結構必須經受沖擊波耐壓試驗以及工頻耐壓試驗的考驗,并要求有足夠的裕度。
大量的試驗研究表明,電壓等級在20kV以下的電力設備,其沖擊電壓、操作波電壓和工頻電壓之間有一定的等效關系,一般直接用工頻電壓去試驗電力設備承受電力系統工頻運行電壓、工頻電壓升高的能力,并且習慣上用等效的工頻電壓試驗其絕緣耐受操作波電壓的能力。但對電壓等級為300kV及以上的電力設備和絕緣結構,則趨向于直接用沖擊電壓、操作波電壓和工頻電壓分別試驗電力設備的絕緣結構特性,不再用等效的工頻電壓代替操作波電壓對絕緣進行試驗。
