2.2 溫度過高對絕緣的影響
影響開關(guān)設(shè)備使用壽命的關(guān)鍵因素就是溫度，金屬封閉開關(guān)設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)將大多數(shù)母線導(dǎo)體的最高溫度限制在 115°C，這是由最高設(shè)計(jì)環(huán)境溫度40°C加上75°C 的允許溫升計(jì)算而得的。因此，大多數(shù)絕緣材料需要接觸到的最高連續(xù)溫度為115°C。溫升和絕緣息息相關(guān)，限制溫升的一個(gè)主要目的是避免絕緣問題，空氣絕緣開關(guān)柜長期使用時(shí)會(huì)由于溫度升高導(dǎo)致熱失控，加速絕緣老化，進(jìn)而導(dǎo)致絕緣系統(tǒng)失效。
一般開關(guān)設(shè)備采用的環(huán)氧樹脂熱壽命溫度等級(jí)是B級(jí)，即這種環(huán)氧樹脂在 130°C 下的預(yù)期壽命為 20,000 小時(shí)，絕緣壽命與溫度的物理關(guān)系遵循阿倫尼烏斯Arrhenius公式。
式（3）中，由于 A、Ea 和 R 是常數(shù)，因此它變成了一條直線，斜率為 (Ea/R) 與溫度的倒數(shù)(1/T)。
該表達(dá)式的實(shí)際用途是估計(jì)電氣絕緣的壽命，即Arrhenius公式中的值“k”。開關(guān)設(shè)備中使用的絕緣材料種類繁多，但一般的經(jīng)驗(yàn)法則是，絕緣材料平均溫度每升高10°C，電氣絕緣的壽命就會(huì)減少一半。電絕緣壽命最常用的指標(biāo)是介電能力，因此Arrhenius公式成為介電壽命的指標(biāo)，這就是加速壽命測試的方式，絕緣材料被放置在受控烘箱中并保持在升高的溫度以壓縮失效時(shí)間。
母線的溫度以及支撐母線的絕緣材料的溫度和母線周圍環(huán)境溫度以及負(fù)載有關(guān)。
以熱壽命等級(jí)是B級(jí)（20000h）的環(huán)氧樹脂材料為例，絕緣件不同使用溫度下的預(yù)期壽命見圖2。假定開關(guān)柜滿負(fù)荷運(yùn)行（設(shè)備額定電流）情況下運(yùn)行銅排溫度是110°C（即有5k的裕度），如圖2所示其使用壽命是9.1年，而如果該開關(guān)柜能夠在較低的環(huán)境溫度20°C下運(yùn)行，則總溫度降低 20°C，壽命將增加到 36 年以上。
圖2 絕緣件不同使用溫度下的預(yù)期壽命
按照2.1節(jié)計(jì)算數(shù)據(jù)是開關(guān)柜在額定電流滿負(fù)荷情況下的發(fā)熱功率，而實(shí)際運(yùn)行還需要考慮是否備用（正常情況不投運(yùn)），實(shí)際運(yùn)行電流（CT電流）等情況計(jì)算，如額定電流3150A的開關(guān)柜，當(dāng)實(shí)際運(yùn)行（CT)電流只有2800A時(shí)開關(guān)柜的發(fā)熱只有2080W。因此，假定100%的電流產(chǎn)生70°C的溫升，則80%的負(fù)載將產(chǎn)生70°C 的64%，即只有45°C的溫升，這比100%負(fù)載時(shí)的溫度降低了25°C，從而使預(yù)期壽命從9年增加到約 50年。實(shí)際上受到柜體散熱表面積、防護(hù)等級(jí)、通風(fēng)等影響，會(huì)有不同。根據(jù)發(fā)熱功率，按照IEC60890計(jì)算溫升，3150A開關(guān)柜在不同運(yùn)行電流情況下溫升如圖3所示，運(yùn)行電流2600A情況下溫升是51k，因此按環(huán)境溫度40°C是溫度是91°C，絕緣壽命可以達(dá)到35年。
圖3 3150A開關(guān)柜不同運(yùn)行電流情況下的溫升
這個(gè)例子說明了溫度作為絕緣壽命的決定因素的主導(dǎo)地位，并解釋了為什么良好應(yīng)用的電氣設(shè)備在40年后仍在使用。環(huán)境溫度很重要，實(shí)際運(yùn)行的電流更重要，因?yàn)樗挠绊懯瞧椒疥P(guān)系。
其次溫度對絕緣件局部放電也有影響，局部放電是指在電場作用下發(fā)生在絕緣體內(nèi)局部區(qū)域中的放電現(xiàn)象，而絕緣體的整體部分并未發(fā)生貫穿性放電，仍然保持絕緣的性能。在交變電場下，電場強(qiáng)度的分布與介質(zhì)常數(shù)成反比。所以，如果在固體介質(zhì)內(nèi)含有氣泡時(shí)，氣泡內(nèi)的電場強(qiáng)度要比周圍介質(zhì)的高，而氣泡的擊穿強(qiáng)度比固體介質(zhì)低得多，故氣泡首先放電，而其他介質(zhì)仍然保持絕緣性能，這就形成了局部放電。對于空氣絕緣開關(guān)柜，溫度和濕度的影響是局放放電損壞的重要因素，溫度過高、濕度過大都會(huì)使局部放電會(huì)加大。
當(dāng)氣泡放電時(shí)，放電便在這一區(qū)域產(chǎn)生了空間電荷，并形成了電荷積累，從而出現(xiàn)了一個(gè)與外加電場方向相反的內(nèi)部電壓，這就使得氣泡放電變成斷續(xù)的過程，并出現(xiàn)一系列電脈沖。局部放電電離的電子、正負(fù)離子在電場的作用下，具有的能量一般都比高聚物的鍵能大，這些帶電質(zhì)子撞擊到氣隙壁上，就可能打斷絕緣體的化學(xué)鍵；放電點(diǎn)上介質(zhì)發(fā)熱可達(dá)很高的溫度，使絕緣產(chǎn)生熱裂解；局部放電過程中生成的許多活性生成物而腐蝕絕緣體，使之介電性能劣化。
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