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[摘 要]配电网中电流互感器普遍采用外置结构，此时容易出现不同材质之间热膨胀系数差异引起密封不良产生气隙，进而发生绝缘击穿事故，本文研究在一次绕组与环氧树脂之间添加绝缘缓冲材料，通过改变电场分布，降低绝缘介质内气隙电场强度，改善互感器绝缘性能。
[关键词]电流互感器绝缘击穿绝缘缓冲材料场强分布
中图分类号：TM452 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）19-0001-01
1 电流互感器绝缘击穿问题
目前10kV配电网中大部分真空户外断路器普遍采用高压电流互感器外置结构。这种电流互感器采用户外环氧树脂固体绝缘，具有耐高低温、耐紫外线、耐老化的特点[1]。电流互感器外置配置，容易出线由于安装运输过程工艺不良，或室外气温变化幅度较大，不同热性能材质热胀冷缩会产生间隙，使用过程中容易发生绝缘密封受损，绝缘能力下降。当施加冲击电压，或者互感器在雨雪潮湿等恶劣天气情況下，互感器绝缘被击穿风险加大，容易引发互感器放电，造成电流互感器烧损爆裂，严重情况下引起线路一次接地故障，危及电网安全稳定并对人身安全造成威胁[2]。例如2014年7月24日，某公司10kV城16丰收线发生接地故障，经线路运维人员查找分析此次故障由城061柱上开关的电流互感器发生绝缘击穿引起，电流互感器烧损如图1。
2 理论分析
通过对大量电流互感器烧损案例的现场分析，烧损严重部位大多集中在环氧树脂层靠近一次绕组的部位。从击穿位置可以判断击穿原始故障点在一次绕组与环氧树脂之间。故障原因是由于环氧树脂与一次绕组之间热膨胀系数不同，随着气温急剧变化出现缝隙，导致密封不良，气隙内空气以及水等杂质发生击穿发热引起互感器整体绝缘击穿，由夹层极化理论，对于多层介质，在交流及冲击电压的作用下，各层场强的分布与介电常数成反比。当绝缘材料存在缝隙时，由于空气的介电常数和电导率都比较小，受到电压作用时电场强度很高。气体首先会被击穿，引起局部放电产生大量的热，从而造成整个材料击穿，平行板间电容插入介质时电子分布如图2。。
根据帕邢定律，均匀电场气体间隙击穿电压、间隙距离和气压间关系可表达为：击穿电压U（千伏）是电极距离d（厘米）和气压P（托）乘积的函数。
当电流互感器绝缘介质层和一次绕组间由于热胀冷缩产生气隙时，一次绕组与大地间存在对地电容，则等价于在电容间插入了介电常数为ε的绝缘材料。空气的介电常数可认为是1，而环氧树脂的介电常数在4-5之间。气隙出线时，互感器一次绕组周围场强将发生变化，气隙与环氧树脂两部分场强将按照介电常数的反比进行分布。无气隙及有气隙时电流互感器的截面图如图5所示。
在三相完全对称排列的线路中，每相每千米的等效电容为通过近似计算，取导线对地距离是8m，当用电负荷增大时一次侧的线电流能达到80A。在空气湿度达到80%时，气隙间容易存在水分子，此时由帕邢定理，击穿场强为20kV/mm（空气的介电常数可认为是1，而环氧树脂的介电常数在4-5之间）。
而互感器一次绕组交变电流产生的电场强度的水平分量和竖直分量可由下列算式计算
式中：ω = 2π f
y 为导线对地投影到观测点的距离m；h 为导线对地平均架设高度m；z 为观测点对地高度m，σ为大地视在电导率S/m，为第 1类 1 阶贝塞尔函数，为空气传播常数[3]。
经计算此时气隙间的场强将为20.5kV/mm，达到绝缘击穿条件，气隙放电，绝缘材料烧损，电流互感器将会击穿。
3 解决措施
为解决上述问题，笔者研究在一次铜质绕组和环氧树脂之间增加绝缘缓冲材料，该材料介电常数大于环氧树脂，由夹层场强理论，增加缓冲绝缘物质后，可认为一次绕组和大地构成的电容间插入了添加的绝缘材料和环氧树脂，使场强分布由原有的两部分变为三部分，由于场强大小之比等于介电常数的反比，所以添加的绝缘材料内部电场强度很大程度上减小。通过查找相关资料可用酚醛树脂布基增强PFCC，添加绝缘材料截面图如图3。
取导线对地距离是8m，当用电负荷增大时一次侧的线电流能达到80A，环氧树脂的介电常数取4.5，酚醛树脂布基增强PFCC的介电常数为6，通过公式得出气隙1的场强是18.3KV/mm，气隙2的场强是16.7KV/mm。此时如果气隙内场强有效降低，降低了绝缘击穿几率。
4 结束语
本文研究在电流互感器一次绕组包裹酚醛树脂布基增强PFCC材料作为一次绕组与环氧树脂的绝缘缓冲材料，通过改变原有电场分布，使得在互感器发生密封不良产生气隙情况下，气隙内部场强得到降低，避免发生气隙内部击穿引起互感器绝缘击穿故障，本文研究成果为提高配网电流互感器绝缘性能提供一种可以借鉴的改进措施。
参考文献：
[1].黄金生，孟宝泉，钱建忠. 农网中10kV户外开关设备的选择. 浙江电力.2003（06）
[2].陈宋民，庄玉芝，张霞.ZW32-12G户外真空断路器加装增爬裙效果分析.通讯世界.2015（03）
[3].赵鹏，崔鼎新，瞿雪弟水.平导线上交变电流产生的电场强度计算方法.电网技术.2010（06）
作者简介：
李新民，男，汉族，湖北武穴人，毕业于武汉水利电力大学，本科学历，高级工程师，国家电网公司优秀专家人才，长期从事城区配电运检方面工作。
[关键词]电流互感器绝缘击穿绝缘缓冲材料场强分布
中图分类号：TM452 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）19-0001-01
1 电流互感器绝缘击穿问题
目前10kV配电网中大部分真空户外断路器普遍采用高压电流互感器外置结构。这种电流互感器采用户外环氧树脂固体绝缘，具有耐高低温、耐紫外线、耐老化的特点[1]。电流互感器外置配置，容易出线由于安装运输过程工艺不良，或室外气温变化幅度较大，不同热性能材质热胀冷缩会产生间隙，使用过程中容易发生绝缘密封受损，绝缘能力下降。当施加冲击电压，或者互感器在雨雪潮湿等恶劣天气情況下，互感器绝缘被击穿风险加大，容易引发互感器放电，造成电流互感器烧损爆裂，严重情况下引起线路一次接地故障，危及电网安全稳定并对人身安全造成威胁[2]。例如2014年7月24日，某公司10kV城16丰收线发生接地故障，经线路运维人员查找分析此次故障由城061柱上开关的电流互感器发生绝缘击穿引起，电流互感器烧损如图1。
2 理论分析
通过对大量电流互感器烧损案例的现场分析，烧损严重部位大多集中在环氧树脂层靠近一次绕组的部位。从击穿位置可以判断击穿原始故障点在一次绕组与环氧树脂之间。故障原因是由于环氧树脂与一次绕组之间热膨胀系数不同，随着气温急剧变化出现缝隙，导致密封不良，气隙内空气以及水等杂质发生击穿发热引起互感器整体绝缘击穿，由夹层极化理论，对于多层介质，在交流及冲击电压的作用下，各层场强的分布与介电常数成反比。当绝缘材料存在缝隙时，由于空气的介电常数和电导率都比较小，受到电压作用时电场强度很高。气体首先会被击穿，引起局部放电产生大量的热，从而造成整个材料击穿，平行板间电容插入介质时电子分布如图2。。
根据帕邢定律，均匀电场气体间隙击穿电压、间隙距离和气压间关系可表达为：击穿电压U（千伏）是电极距离d（厘米）和气压P（托）乘积的函数。
当电流互感器绝缘介质层和一次绕组间由于热胀冷缩产生气隙时，一次绕组与大地间存在对地电容，则等价于在电容间插入了介电常数为ε的绝缘材料。空气的介电常数可认为是1，而环氧树脂的介电常数在4-5之间。气隙出线时，互感器一次绕组周围场强将发生变化，气隙与环氧树脂两部分场强将按照介电常数的反比进行分布。无气隙及有气隙时电流互感器的截面图如图5所示。
在三相完全对称排列的线路中，每相每千米的等效电容为通过近似计算，取导线对地距离是8m，当用电负荷增大时一次侧的线电流能达到80A。在空气湿度达到80%时，气隙间容易存在水分子，此时由帕邢定理，击穿场强为20kV/mm（空气的介电常数可认为是1，而环氧树脂的介电常数在4-5之间）。
而互感器一次绕组交变电流产生的电场强度的水平分量和竖直分量可由下列算式计算
式中：ω = 2π f
y 为导线对地投影到观测点的距离m；h 为导线对地平均架设高度m；z 为观测点对地高度m，σ为大地视在电导率S/m，为第 1类 1 阶贝塞尔函数，为空气传播常数[3]。
经计算此时气隙间的场强将为20.5kV/mm，达到绝缘击穿条件，气隙放电，绝缘材料烧损，电流互感器将会击穿。
3 解决措施
为解决上述问题，笔者研究在一次铜质绕组和环氧树脂之间增加绝缘缓冲材料，该材料介电常数大于环氧树脂，由夹层场强理论，增加缓冲绝缘物质后，可认为一次绕组和大地构成的电容间插入了添加的绝缘材料和环氧树脂，使场强分布由原有的两部分变为三部分，由于场强大小之比等于介电常数的反比，所以添加的绝缘材料内部电场强度很大程度上减小。通过查找相关资料可用酚醛树脂布基增强PFCC，添加绝缘材料截面图如图3。
取导线对地距离是8m，当用电负荷增大时一次侧的线电流能达到80A，环氧树脂的介电常数取4.5，酚醛树脂布基增强PFCC的介电常数为6，通过公式得出气隙1的场强是18.3KV/mm，气隙2的场强是16.7KV/mm。此时如果气隙内场强有效降低，降低了绝缘击穿几率。
4 结束语
本文研究在电流互感器一次绕组包裹酚醛树脂布基增强PFCC材料作为一次绕组与环氧树脂的绝缘缓冲材料，通过改变原有电场分布，使得在互感器发生密封不良产生气隙情况下，气隙内部场强得到降低，避免发生气隙内部击穿引起互感器绝缘击穿故障，本文研究成果为提高配网电流互感器绝缘性能提供一种可以借鉴的改进措施。
参考文献：
[1].黄金生，孟宝泉，钱建忠. 农网中10kV户外开关设备的选择. 浙江电力.2003（06）
[2].陈宋民，庄玉芝，张霞.ZW32-12G户外真空断路器加装增爬裙效果分析.通讯世界.2015（03）
[3].赵鹏，崔鼎新，瞿雪弟水.平导线上交变电流产生的电场强度计算方法.电网技术.2010（06）
作者简介：
李新民，男，汉族，湖北武穴人，毕业于武汉水利电力大学，本科学历，高级工程师，国家电网公司优秀专家人才，长期从事城区配电运检方面工作。