雷电冲击下表面污染对传感器闪络电压的影响

作者： 国自电气 时间：2024-09-18 09:35:39 阅读：17

【目的】为了发挥微型传感器作为配电网中的重要监测设备的功能，有必要对污秽条件下微型传感器的闪络特性进行分析。

【方法】以微型传感器绝缘件环氧树脂为研究对象，利用固体层法模拟不同程度污秽，用冲击发生器产生雷电波，并进行了 500多次雷电冲击试验。

【结果】得到不同盐密（ρESDD）、灰密（ρNSDD）与雷电冲击闪络电压的关系，结果表明，ρESDD和 ρNSDD均会对雷电冲击电压产生影响，即雷电冲击闪络电压会随二者的增加而降低。

【结论】灰密的闪络电压分布和清洁条件下的分散度基本一致，盐密的闪络电压分散性显著增大。盐密和灰密的影响特征指数分别为0.17、0.12，即盐密的影响特征指数大于灰密。

关键词：微型传感器；污秽条件；绝缘特性；雷电冲击电压发生器

近年来，随着输配电网络覆盖范围越来越广，对电网安全要求也越来越高，建立全景智能感知的配电网络成为数字电网发展的必然要求。输配电网中的重要监测对象是电压、电流，而传统的电压互感器（PT）和电流互感器（CT）存在体积大、成本高、频带窄等缺点，迫切需要找到替代品。目前，开发电压/电流传感单元嵌入式设备是替代传统 PT和 CT的重要途径之一，而微型传感器通过将智能感知单元和电网设备进行集成来实现感知。蔡炜等在复合绝缘子内部植入光纤光栅传感器，实现对复合绝缘子内部应力和温度的监测。目前，在重点关注电压电流的监测性能时，往往忽略了新增布点微型传感器的绝缘性能，而微型传感器的应用，必然要考虑其在恶劣环境下的安全性。

国内外学者对设备在污秽条件下的闪络机理进行研究，认为闪络过程可分为电荷积聚、电阻加热、表面润湿、局部电晕等，并总结出闪络理论。沈浩等认为盐密、灰密均会对闪络特性产生影响，即盐密、灰密均对闪络电压均有降低作用。张志劲等通过试验验证了交流闪络电压与盐密的关系，即随着盐密的增加，27.5kV和110kV复合绝缘子的污闪电压减少。程显等研究了固体绝缘子在污秽条件下的爬电闪络，得到盐密和灰密的闪络电压都符合幂指数的规律，然而并未对盐密和灰密的不同影响规律进行分析。

环氧树脂浇灌的微型传感器能适应各种复杂环境，并具有较长的使用寿命和良好的绝缘性，但国内在这方面的研究相对较少。本研究通过使用工频电压和雷电电压对绝缘子闪络特性产生影响的研究方法，对环氧树脂绝缘件在不同盐密和灰密下的雷电闪络特性进行研究。

结论

本研究以环氧树脂样品为研究对象，探究了恶劣条件下微型传感器雷电冲击的绝缘特性。作为固体微型传感器绝缘材料的环氧树脂绝缘件，具有良好的憎水性和较强的耐污能力，通过对试验数据和试验现象的分析，得出以下三点结论。

①环氧树脂绝缘子的雷电闪络电压受到盐密和灰密的显著影响。同一灰密时，盐密增加，环氧树脂绝缘件的雷击闪络电压明显降低。灰密对闪络电压的影响复合与盐密规律类似，即灰密增加会导致雷电闪络电压降低，且随着灰密的增加，闪络电压的下降趋于平缓。

②灰密增加时，闪络电压随灰密的增加而降低，但击穿电压的分散性均相似，盐密的闪络电压的分散性则显著增大，这说明盐密情况下，闪络路径的形成更随机，灰密和盐密的放电机理不同。

③通过对试验数据进行最小二乘法拟合，可得闪络电压 U = 0.29ρ  -0.17/ESDD  ρ-0.12/NSDD，影响的特征指数分别为 0.17、0.12，即对环氧树脂绝缘件雷击闪络来说，盐密产生的影响比灰密产生的影响要大。