高压交流系统复合绝缘子人工污秽试验简介

1 范围

本标准规定了标称电压高于1000V、频率为(50～60)Hz交流架空电力线路、变电所和电气化铁路接触网用户外和暴露在污秽大气中的复合绝缘子 (以下简称绝缘子)工频污秽耐受特性的测定。

线路柱式绝缘子、电站电器类高压支柱绝缘子、高压线路横担绝缘子及复合间隔棒绝缘子属于本标准的适用范围。

2 规范性引用文件

略。

3 术语和定义

略。

4 一般试验要求

4.1 试验方法

第5章和附录E 中所规定的盐雾法和固体层法推荐为标准试验法。试验时电压在至少为几分钟的一段时间内保持不变。电压持续升高至闪络的方法不作为标准化的方法,仅供特殊目的使用。

4.2 试品的清洗

如果需要,绝缘子的金属附件应在第一次试验之前涂上抗盐水涂料,以保证试验期间没有腐蚀物落到绝缘子表面。

绝缘于在第一次试验之前,应仔细用自来水清洗,除去所有污物的痕迹。然后用自来水彻底冲洗。以后每次染污前,仅需用自来水彻底清洗,以除去污秽物的所有痕迹。每次清洗后,手不应触及绝缘子的绝缘表面。

4.3 试品布置

绝缘子一般应垂直安装于雾室中,并完整地装上运行时所具有的全部金属附件 (如均压环、线夹等)。

模拟实际运行条件的安装方式 (如水平、倾斜等),可经供需双方协商确定。对特殊不应在垂直安装方式试验的绝缘子 (如穿墙套管和电力断路器的纵向绝缘),仅考虑运行位置。

除绝缘子的支持物以及喷嘴柱外,绝缘子与任何接地物体之间的最小间距应为每100kV试验电压不小于0.5m,但至少为1.5m。支持结构以及带电金属附件的布置,应在绝缘子的最小间距内模拟运行中的情况。喷嘴的布置及其结构应符合5.2的要求。

电容效应对试验结果的影响可作如下考虑:

a)至少在450kV及以下试验电压,可认为金属附件不会明显影响试验结果;

b)特别是采用固体层法试验时,内部的大电容对表面电气性能会产生影响。

4.4 对试验设备的要求

4.4.1 试验电压

试验电压的频率应在 (48～62)Hz之间。

通常要求试验电压应与绝缘子在正常运行条件下能耐受住的最高相电压相一致,该值为Um/3。其中Um是设备的最大线电压。当试验相对相配置或中性点绝缘的系统用绝缘子时,试验电压可高于此值。

4.4.2 最小短路电流

试验设备的最小短路电流要求如下:

a)最小短路电流峰值Iscmin与试验中绝缘子的表面电应力 (用爬电比距Ls表示)有关,应满足如图1所示的关系曲线;

b)除了a)外,试验设备还应满足电阻与电抗之比 (R/X)不小于0.1和电容电流与短路电流比 (Ic/Isc)在0.001～0.1范围内的要求 (评定是否符合该要求的判定准则见附录A);

c)若Isc大于6A,但不满足图1中的要求值,本标准中所规定的耐受特性试验还可进行,仅需电源满足d)的规定;

d)在每次耐受特性的试验中,应记录测量最高泄漏电流脉冲的幅值Ihmax,并在能耐受住的三次试验结果中确定最大值Ihmax,该值应满足下列条件:

式中Isc取方均根值,Ihmax是峰值。

图1　对试验设备要求的最小短路电流峰值Iscmin与被试绝缘子爬电比距Ls的关系

4.5 污秽水平和爬电比距的关系

污秽水平和爬电比距的关系见附录B。

5 盐雾法

5.1 盐溶液

盐溶液由商业用纯的氯化钠 (NaCl)和自来水按所要求的盐度配制。盐度应从2.5,3.5,5,7,10,14,20,28,40,56,80,112,180kg/m3和224kg/m3等级中选取,允许最大误差为规定值的±5%。

规定盐度的盐溶液在20℃时的体积电导率和密度值间的对应关系如表1所示。

表1　在盐溶液温度为20℃时体积电导率和密度值间的对应关系

当盐溶液温度不是20℃时,电导率可按下式校正:

式中:θ——溶液温度,℃;

σθ——温度为θ℃时的体积电导率,S/m;

σ20——温度为20℃时的体积电导率,S/m;

b——系数,系数b如表2所示。

表2　不同温度下系数b

当盐溶液温度不是20℃时,密度可按下式校正:

式中:θ——溶液温度,℃;

Δθ——温度θ℃时的密度,kg/cm3;

Δ20——温度20℃时的密度,kg/cm3;

Sa——盐度,kg/cm3。

该校正公式仅对盐度大于20kg/m3时有效。

5.2 喷雾系统

5.2.1 喷雾器结构

雾在实验室中由规定数量的喷雾器产生,典型的喷雾器结构如图2所示。此喷雾器借垂直吹向溶液喷嘴的压缩空气使溶液雾化。喷嘴由耐蚀管制成,空气喷嘴内径为1.2mm±0.02mm,而溶液喷嘴内径为2.0mm±0.02mm。二种喷嘴的外径均为3.0mm±0.05mm,并且喷嘴的末端应切成直角并抛光。

图2　喷雾器典型结构

溶液喷嘴的末端应装在空气喷嘴轴线上,偏差在±0.05mm 内。压缩空气喷嘴的末端和溶液喷嘴中心线间的距离应为3.0mm±0.05mm。二个喷嘴的轴线应位于同一平面内,偏差在±0.05mm 内。

5.2.2 喷雾器的排列

喷雾器应排成二纵列,平行于绝缘子并排在其两侧,绝缘子的轴线在二纵列所构成的同一平面内,即对垂直的绝缘子试验时应排成垂直的二纵列,而对水平的绝缘子试验时排成水平的两纵列。在倾斜的绝缘子情况下,如图3所示,包含绝缘子和两纵列的平面与水平面的交线应垂直绝缘子的轴线;在此情况下,溶液喷嘴的轴线应是垂直的。溶液的喷嘴和绝缘子轴线间的距离应为3.0m±0.05m。

图3　倾斜绝缘子的试验装置

两个喷雾器间应相隔0.6m 的间隔,每一喷雾器应与该纵列轴线的方向相垂直并朝向另一纵列的相应喷雾器,与喷雾器平面夹角在1°以内,对垂直的喷雾器是否符合此要求可这样核对:将溶液喷嘴降低,通水经空气喷雾器喷出。调节方向与对面喷来的方向一致。二纵列应超出绝缘子每端至少0.6m。

对于长度为H(m)的绝缘子,每一纵列喷雾器的最少数量N 应为:

5.2.3 压力和溶液流量

供给喷雾器相对压力为700k Pa±35kPa的过滤过的无油空气。

试验期间每一喷雾器的溶液流量应为0.5dm3/min+0.05dm3/min,并且全部喷雾器的总流量允差应为标称值的±5%。

5.3 试验开始前的条件

当试品按4.2 清洗后完全潮湿时试验即应进行。试验开始时试品应与雾室的温度处于热平衡状态。试品周围温度既不应低于5℃也不应高于40℃,且与水溶液温差不应超过15K。

对试品施加电压,启动盐溶液泵和空气压缩机,当喷嘴处压缩空气达到正常操作压力时试验就可以进行。

5.4 预处理过程

试品预处理过程及要求为:

a)试验时,将满足4.2 要求的试品按4.3 的规定安装于雾室中,启动喷雾器。

b)在基准盐度下施加80%的规定试验电压并持续3h。

c)在预处理过程期间,电源的特性应不低于4.4的规定。

5.5 耐受试验

5.5.1 试验目的

本试验的目的是验证绝缘子在规定试验电压Up下是否能耐受规定的盐度。

5.5.2 试验程序

试验程序如下:

a)当被试品和雾室条件满足5.3 和5.4 的规定后,进行试验。

b)在规定试验电压下,对绝缘子施加5.1中规定盐度的盐溶液,然后对绝缘子进行一个系列试验。

每一次试验施加的电压为Up,持续时间为1h,且在2 次耐受试验之间的时间间隔不大于30min。

每次试验前应用自来水彻底清洗绝缘子,使盐全部清洗干净。

5.5.3 接收准则

应按5.5.2规定的程序共进行12次连续试验,若耐受次数不低于8 次,则认为绝缘子满足了本标准。

5.6 闪络试验

盐雾闪络试验方法见附录C。

5.7 评定或检验绝缘于耐受特性的方法

绝缘子耐受特性的评定或检验方法见附录D。

附 录 A(资料性附录)评定试验设备是否符合要求的补充资料

各种表面电应力水平和该试验设备规定条件下在任何试验位置和所有型式绝缘子上记录到的最高泄漏电流脉冲Ih的最大值Ihmax如表A.1所示。

表A.1　爬电比距与Ihmax的对应关系

试验发现,当Isc/Ihmax超过某极限值时,耐受电压或耐受污秽度试验结果就不再受该比值影响。因此,这种情况可以认为该试验设备的极限值等于11。

至于比值Ic/Isc,其规定极限一些试验设备通常都能符合。特别是其下限,会由于等值电源电容、集中电容 (套管和电容分压器)以及回路中的杂散电容加在一起而达到。

附 录 B(规范性附录)污秽水平和爬电比距的关系

这里的污秽水平和爬电比距的关系仅作为示例对特定的盘形和长棒形绝缘子给出,不能用作线路绝缘子的型式试验。给出的耐受污秽度也不应解释为对支柱绝缘子和空心绝缘子的技术要求。

按IEC 60507的试验程序进行人工污秽试验所得到的污秽水平列于表B.1 中,表B.1 中给出了污秽度耐受值的范围。

表B.1　污秽水平和爬电比距之间的关系

附 录 C(规范性附录)盐雾闪络试验方法

C.1 试验程序

盐雾闪络试验方法及程序如下:

a)试验时,将按4.2 要求准备好的试品,置于盛有水的容器中96h 后,立即放置雾室中,按4.3的规定安装于雾室中,然后启动喷雾器。

b)对已按a)准备好的试品,在基准盐度下施加试验电压持续20min,或直至绝缘子闪络;如果绝缘子不发生闪络,则将电压每隔5min按10%试验电压逐级升高至闪络。闪络后,重新施加电压并尽可能地升高至先前得到的闪络电压的90%,然后每隔5min按初始闪络电压的5%逐级升高至闪络。升压闪络过程应重复2次。

c)用自来水彻底冲洗绝缘子,使盐全部清洗干净,然后按C.1的b)再重复2次。

d)绝缘子应有9次闪络电压值,且各次闪络电压与平均值之差的绝对值不大于平均值的15%。

C.2 说明

盐雾闪络试验方法不作为本标准的标准试验方法,但可以作为特殊目的使用。

附 录 D(规范性附录)评定或检验绝缘子耐受特性的盐雾法

D.1 最大耐受盐度的测定

D.1.1 测定方法

绝缘子在某一给定试验电压下的最大耐受盐度用逐级耐受法求得。

首先从5.1规定的盐度等级中选取预期的最大耐受盐度作为起始盐度,然后按该条规定的盐度等级逐级进行耐受试验,每级盐度下的试验程序与5.5相同。若在任意盐度下,耐受次数低于8 次,就不应在相同或较高盐度下进行试验;若在任一盐度下,耐受次数大于或等于8次,就不应在相同的或较低盐度下进行试验。

D.1.2 判定准则

绝缘子能通过耐受盐度试验的最高盐度为在该电压下的最大耐受盐度。

若在224kg/m3盐度下,通过了12 次耐受,则可以认为最大耐受盐度等于或大于224kg/m3;若在224kg/m3盐度下至多发生4次闪络则可认为此盐度为最大耐受盐度。

D.2 最大耐受电压的测定

D.2.1 测定方法

绝缘子在某一给定盐度下的最大耐受电压用逐级耐压法求得。

以预期的耐受电压作起始电压,每级升降电压级差约为起始电压值的5%。每级电压下的试验程序与5.5相同。若在任一电压下,耐受次数低于8次,就不应在相同的或较高盐度下进行。若在任一盐度下,耐受次数大于或等于8次,就不应在相同的或较低盐度下进行试验。

D.2.2 判定准则

绝缘子能通过耐受盐度试验的最高电压为在该盐度下的最大耐受电压。

附 录 E(规范性附录)固体层法试验

E.1 污液的组成

E.1.1 硅藻土混合物

硅藻土混合物的组成为:

—100g硅藻土;

—10g高度分散的二氯化硅,颗粒大小 (2～20)μm;

—1000g自来水;

—适量的商业纯氯化钠。

当自来水的体积电导率高于0.05S/m 时,推荐使用软化水。

表E.1中列出了绝缘子绝缘表面上基准污秽度与20℃时污液体积电导率间近似的对应关系。表E.2列出了硅藻土的主要特性,表E.2中颗粒分布表示硅藻土总质量百分数值的颗粒能通过的筛孔直径 (μm),其体积电导率是使用软化水测得的值。

表E.1 绝缘子绝缘表面上基准污秽度和温度20℃污液体积电导率间近似的对应关系

表E.2　硅藻土的主要特性

污染绝缘子绝缘表面上污秽度的最大误差为规定值的±15%。

E.2 污染试品预处理

E.2.1 清洁试品预处理

将试品用自来水及酒精清洗干净,干燥后用塑料布包裹,封存待用。

E.2.2 染污试品预处理

涂污前对试品进行预处理,方法如下:用干燥的海绵团或软毛刷在复合绝缘子表面轻轻的均匀涂敷一层干燥的硅藻土,再用洗耳球等气吹装置吹掉表面多余的硅藻土,使得绝缘子表面附着了很薄的一层亲水性物质。由于这层硅藻土极薄,因此并不影响复合绝缘子的灰密。涂污应在试品预处理后1h内完成。

E.3 染污

E.3.1 基本要求

染污应在E.2后1h内完成。试品染污可采用浇染法、喷污法、浸染法和定量涂刷法四种方法中的任一种。推荐检验污层均匀性的污层电导率的测量方法按附录F进行。

E.3.2 浇染法

将按E.2进行预处理的试品水平安装于染污机上,开动染污机,其转动速度一般以60r/min为宜。然后将搅拌均匀的污秽物悬浮液浇到绝缘子的绝缘体表面上,使其均匀地覆盖于绝缘体上,其均匀程度可用目力检查,待绝缘子上的污秽物不再流动后即可停止转动。

用浇染法染污时,同一批试验,在染污前应有相同的温度和湿度,在染污过程中应保持相同的环境和工艺条件。

E.3.3 喷污法

用喷枪将搅拌均匀的污秽物悬浮液喷到清洁而干燥的试品绝缘体表面上,使其均匀地覆盖一层污秽物,其均匀程度用目力检查即可。同一批试品在染污前应有相同的温度和湿度,在染污过程中应保持相同的环境和工艺条件。

E.3.4 浸染法

推荐使用的浸污法具体程序如下:

a)浸污糟的尺寸及污液量应保证试品被全部浸没于污液中。参照图E.1、图E.2曲线,根据试验要求的盐密灰密及污液体积,得到所需的NaCl、硅藻土及去离子水 (或蒸馏水)的量。配置污液并搅拌均匀。

b)将预处理过的试品小心浸入,转动一两周后拿出,在实验室标准环境条件下干燥。对伞裙边缘积聚的污液,应予以清除。在试品浸入染污的过程中应不断搅拌污液以保证其均匀性。

c)为了涂污的准确性,一般浸污后应校核该试品部分伞裙或同样条件下另一只染污陪试品的盐密及灰密,确定所涂污秽是否与预定污秽度相符合,测量方法见E.4.2。

E.3.5 定量涂刷法

试品的污秽度用盐密表示时,根据试品所需染的盐密、灰密及绝缘子的绝缘体表面积,计算出每只试品所需的氯化钠和硅藻土量,氯化钠的称量误差应不超过所需量的±1%,硅藻土的称量误差不超过所需量的±10%,然后加上适量的蒸馏水。如果需要,还可加上适量糊精,将其搅拌均匀后,全部均匀地涂刷到试品绝缘体表面上。

试品的污秽程度用污层电导率表示时,根据试品所需的污层电导率及绝缘子的绝缘体表面积估算并称量每只试品所需的氯化钠量,其称量误差不作严格规定。又根据试品所需染的灰密及绝缘子的绝缘体表面积计算并称所需硅藻土量,其称量误差应不超过所需量的±10%,然后加上适量的蒸馏水,如果需要还可加入适量的糊精,将其搅拌均匀后,全部均匀地涂刷到试品绝缘体表面上。

E.4 被试绝缘子污秽度的测定

E.4.1 污层电导率

污层电导率应在试品湿润期间反复测量污层电导,直到测出污层最大电导为止,此最大电导即为该只试品的电导。

测量时应对试品每米爬电距离施加电压不低于700 V (rms),施加电压的时间只需维持至能读出仪表读数即可。当施加较高值电压时,测量时间应缩短至足以避免由于污层的发热或干燥而引起严重的误差。为了这个目的应该校验脉冲波的频度及波幅的变化都不应影响到被测电流的波形。

污层电导率应按下式换算至基准温度20℃:

式中:θ——绝缘子表面的温度,℃;

Kθ——温度θ℃时的污层电导率,μS;

K20——温度为20℃时的污层电导率,μS;

b——5章已定义过的系数。

E.4.2 附盐密度

用于测量附盐密度的试品,应在进行任何一项试验之前,从被染污试品中随机抽取。用定量涂刷法染污后的试品可以不测量。

应仔细清洗绝缘子的绝缘体的整个表面,或将上表面和下表面分别地清洗,但金属部件除外。当仅有一只试品时,附盐密度的测量可在它的几个伞裙上进行。测量后应对清洗过的表面再涂覆污层予以恢复。用于SDD 测量用的试品,在污层干燥前应仔细地除去污滴。

最后将沉积物溶解在已知量的水中,最好使用软化水。得到的污液在温度θ(℃)下测量体积电导率σθ(S/m)前应至少保持搅动2min。然后按5章求得σ20值。

当σ20在 (0.004～0.4)S/m 范围内时污液的盐度Sa(kg/m3)可按下式求得:

按下式计算附盐密度SDD(mg/cm2):

式中:V——污液的体积,cm3;

A——清洗表面的面积,cm2。

E.5 染污试品憎水性的迁移

为模拟具有憎水性迁移特性的复合绝缘子在憎水性迁移充分后的耐污性能,必须使涂污试品迁移一段时间后再进行试验。在实验室标准环境条件下人工污秽绝缘子应迁移4d再进行试验。

为模拟现场极端条件下完全丧失憎水性的复合绝缘子的耐污性能,可在人工污秽绝缘子污层干燥后立即进行试验。在实验室标准环境条件下,从涂污到试验的时间不应超过1h。

E.6 污层湿润的一般要求

污层湿润的一般要求如下:

a)污层应用人工雾湿润。试品周围的雾应均匀分布,其均匀程度应使试品各部分的受潮状态基本相同。湿润开始时试品的温度与试验室周围温差在±2K 内。

b)在试验室中的雾发生器应保持一恒定的均匀的流速直至一次单个的试验结束。

c)当污层达到一定的湿润程度以后,水分开始从绝缘子伞缘滴落;这样某些污秽量就从污层中除去并预期会逐渐地清洗试品。

E.7 试验程序

E.7.1 程序A

试验程序A 如下:

a)对于本程序,带电前和带电期间污层湿润,其污秽度通常用污层电导率来表达,但也可以使用附盐密度。

b)启动雾发生器时,按E.3的规定将准备好的试品置于雾室中。推荐使用蒸汽雾来湿润污层,也可采用冷雾或冷热混合雾。

c)应按E.4的规定测定被试品的污层电导。

d)在正常周围温度下,输入雾室中雾的浓度和流动速度应满足在 (20～40)min内使试品污层电导率达到最大值。试验时测得的污层电导率的最大值作为基准污层电导率。然后瞬时地或在不超过5s的时间内对试品加上试验电压并维持至闪络,如不出现闪络则维持15min。

e)将试品从雾室中取出并让它干燥,并将这个试品第二次放入雾室中,由雾再次湿润直至污层电导率达到它的最大值。如果此时污层电导率不低于上面提到的基准值的90%,可以再一次施加试验电压直至闪络。如果不出现闪络则维持15min;如果低于90%,则应按E.3 对该绝缘子重新染污。

f)同一污层的一个绝缘子可以进行不多于二次的连续试验。

E.7.2 程序B

试验程序B如下:

a)对于本程序仅带电后污层湿润,其污秽度通常用附盐密度表示。

b)按E.3 的规定将准备好的试品置于雾室中。

c)应使用蒸汽雾。雾发生器应在试品的下面并尽可能地接近地面。在所有情况下,它离试品至少1m,且雾的流动不应直接朝向试品。

d)施加试验电压后供雾。在正常周围温度下,蒸汽雾的输入速率应在0.05kg/ (h·m3)±0.01kg/ (h·m3)范围内,该值也可按IEC60507:1991附录D 中D.3的方法检验。

e)试验电压应维持至闪络,否则应从试验开始算起维持100min。或是直至其泄漏电流峰值持续下降至最大峰值的70%。

f)对于本程序,污层仅能使用一次。

E.7.3 耐受试验和判定准则 (程序A和B)

本试验的目的是检验在规定试验电压下是否能耐受规定的污秽度。

如果按程序A 和程序B 进行的三次连续的试验期间未发生闪络,则认为该绝缘子符合本标准。如仅出现一次闪络,则应进行第四次试验,如果不发生闪络,则认为该绝缘子满足本标准。

E.8 闪络试验

固体层闪络试验方法见附录G。

E.9 评定或检验绝缘子的耐受特性的固体层法

评定或检验绝缘子的耐受特性的固体层法见附录H。

图E.1　污液盐度与盐密曲线

图E.2　污液灰度与灰密曲线

附 录 F(资料性附录)检验污层均匀性的测量方法

F.1 装置和方法

检验绝缘子绝缘表面湿污层均匀性的装置基本上是由一个探头和一个仪表构成。探头电极的布置如图F.1 所示,它由直径5mm、中心距离14mm的两个球形不锈钢电极构成。在检测时两个探头应在绝缘子表面上施加约9N 的力。

图F.2为仪器回路图,由6.8V 稳压电源供给两个电极间的表面电流,其测量电流仪表的量程为50μA。

测量时,应在绝缘子的绝缘表面不同点上进行。考虑到极化影响,应快速操作仪表。

图F.1　探头电极的布置

图F.2　仪器回路图

F.2 准则

各测量值与平均值之差的绝对值不大于30%,则认为污层的均匀性满足试验要求。

附 录 G(规范性附录)固体层闪络试验方法

固体层闪络试验方法不作为本标准的标准试验方法,但可以作为特殊目的使用。

将污染后的试品按4.3的规定安装于雾室中。

为模拟具有憎水性迁移特性的复合绝缘子在憎水性迁移充分后的耐污性能,在实验室标准环境条件下人工污秽绝缘子应迁移四天再进行试验。

为模拟现场极端条件下完全丧失憎水性的复合绝缘子的耐污性能,可在人工污秽绝缘子污层干燥后立即进行试验。在实验室标准环境条件下,从涂污到试验的时间不应超过1h。

每只试品闪络一次,共试验3只试品,以三只试品闪络电压的平均值作为试品的闪络电压值,且各次闪络电压与平均值之差的绝对值不大于平均值的15%。

附 录 H(规范性附录)评定或检验绝缘子耐受特性的固体层法

H.1 最大耐受电压的测定

H.1.1 测定方法

绝缘子在某一给定污层电导率或附盐密度下的最大耐受电压用逐级耐受法求得。

以预期的最大耐受电压作起始电压,每级升降电压级差约为起始电压值的5%。每级电压下的试验程序与E.7 相同。若在任一电压下的闪络次数为2,就不应在相同或较高电压下进行试验;若在任一电压下的耐受次数为3,就不应在相同或较低电压下进行试验。

H.1.2 判定准则

绝缘子能通过耐受污层电导率试验或耐受附盐密度试验的最高电压,为在该污层电导率或附盐密度下的最大耐受电压。

H.2 50%耐受电压的测定

绝缘子在某一给定基准污层电导率或基准附盐密度下的50%耐受电压的测定,应在某一基准污秽度下经受至少为10次的“有效的”试验,试验应按E.7进行。试验采用升降法,每级升降电压的电压级差约为预期的50%耐受电压的10%。

与前一次试验相比或是耐受或是闪络的第一次试验作为第一个“有效的”试验,只有这一次和随后的至少9次试验才算作有效的试验。并用10次有效试验电压值来确定50%耐受电压。

50%耐受电压应按下式计算:

式中:ui——第i次施加电压值;

N——在同一施加电压值ui下进行试验的次数。