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电气设备的电绝缘配合

2017-1-13 17:57:00 2533

0 人员触电危害与防护措施触电对人体的危害，主要是因电流通过人体一定路径引起的。电流通过头部会使人昏迷，电流通过脊髓会使人截瘫，电流通过中枢神经会引起中枢神经系统严重失调而导致死亡。根据欧姆定律U=IR可以得知当电压加在人体与绝缘电阻（包括空气和固体等电阻）构成的串联回路中，为保证人员安全只能通过增大与人体串联的绝缘电阻。例如通过增大外衣、鞋、裤等绝缘电阻，于是就出现了高压绝缘鞋、高压绝缘手套等一系列供人穿戴的防护用品如图1。但是问题又来了，不可能每次要用电气设备之前都要全副武装，那样很不方便，像图2这样的场景估计也只有在工厂才能见到，如果平时也这样那大家会崩溃的。既然可以通过增大外衣、鞋、裤等电阻增加人体电阻，那也可以把电气设备中的危险源进行绝缘处理（相当于在危险源与人体之间串联一个较大的电阻）。对于绝缘通常都是以电阻（R）的大小进行量化，根据电阻公式R=ρL/S（ρ材料的等效电阻率；L材料的等效长度；S材料的等效截面面积）可知，通过改变ρ、L和S的值来就能改变绝缘电阻的大小。大家都知道空气是一种最普通、可靠、便宜的电气绝缘介质，它的绝缘电阻与空气间隙大小成正比，但是在一个限制空间的高压设备，只靠空气间隙是无法满足绝缘电阻的要求（因为空气的等效长度（L）不够，导致R变小）。而高电阻率（ρ）的固体绝缘材料，就能满足限制空间的高压设备的绝缘电阻要求，但是与空气绝缘不同的是，固体绝缘材料是一种不可恢复的绝缘介质，在电场强度、热、潮湿等的不利因素造成固体绝缘材料电阻率（ρ）不断的减小导致绝缘电阻值变小称之为绝缘老化。比如长时间发热会造成绝缘性能的下降。那怎样才能满足电气绝缘的要求，不会使设备和人员受到损伤。 EN 60664-1（或GB/T16935）低压系统内设备的绝缘配合标准提出了绝缘配合的概念，绝缘配合统指电气设备根据其使用和环境条件来选择的电气绝缘，它由电气间隙、爬电距离以及固体绝缘组成，是对电气设备绝缘的统称。电气间隙、爬电距离之间的关系在各电器产品的国家强制标准里均涉及到“爬电距离”和“电气间隙”两个术语，从EN 60664-1（或GB/T16935）低压系统内设备的绝缘配合标准可知：电气间隙则是“两导电部件或一个导电部件与器具易触及表面的空间最短距离”。而爬电距离是“两导电部分之间，或一个导电部件与器具的易触及表面之间沿绝缘材料表面的最短距离”。它存在于两个平行的绝缘材料的连接处，它有可能存在于固体或者气体绝缘之间。电气间隙和爬电距离是两个不同的概念，但两者既有区别又有联系，前者与纯空气的绝缘强度（或者说击穿电压）密切关联，后者则与固体绝缘件表面击穿电压（或者称为沿面放电电压、表面闪络电压）紧密相关。在同一个分布电场里，电气间隙和爬电距离相当于是两个“并联”的击穿通道。在长期电压有效值使用情况下，由于导体周围的固体绝缘材料被电极化（凡在外电场作用下产生宏观上不等于零的电偶极矩，因而形成宏观束缚电荷的现象称为电极化），导致绝缘材料呈现带电现象，而空气却不存在电极化现象。此带电区（导体为圆形时，带电区为环形）的半径，即为爬电距离；在绝缘材料表面会形成泄漏电流路径。若这些泄漏电流路径构成一条导电通路，则出现表面闪络或击穿现象。绝缘材料的这种变化需要一定的时间，它是由长时间加在器件上的工作电压所引起的，器件周围环境的污染能加速这一变化。当出现暂态过电压或瞬态过压的情况下，虽然电压峰值很高，但是持续的时间短，导体周围的固体绝缘材料无法被电极化，这时固体绝缘材料为高阻抗，结果电压只能从另一个低绝缘电阻通道（电气间隙）放电，可见电气间隙的大小和老化现象无关。综上所述可以得知，固体绝缘件表面击穿电压大大低于纯电气间隙的击穿电压（固体绝缘材料被电极化导致），这也正是在同一电压等级下，为什么爬电距离往往比电气间隙数值要大的原因。 0
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