電氣設備是維持電網(wǎng)正常運行的基本元件，只有在額定電壓與額定電流和良好工作環(huán)境下，設備才能安全運行，使之保持正常使用壽命。電氣設備若是處于超負荷或過(guò)電壓下運行，不僅使用壽命縮短，而且還可能造成絕緣擊穿而無(wú)法工作，導致電網(wǎng)停電事故的發(fā)生，給經(jīng)濟社會(huì )造成極大的影響。

1 電氣設備絕緣擊穿的機理

1.1電氣設備絕緣的熱擊穿

電氣設備都設計在額定負荷下工作的，若設備處于超負荷下運行就會(huì )造成設備溫度升高，而溫度上升會(huì )加快絕緣老化的速度，這個(gè)速度就與被稱(chēng)為8℃理論有關(guān)。例如A級絕緣的電設備，正常工作溫度長(cháng)期在80℃時(shí)，絕緣壽命為40年;若長(cháng)期工作溫度為88℃壽命只有20年;當工作溫度達104℃時(shí)，則壽命只有5年。所以電氣設備是不允許長(cháng)期過(guò)負荷運行的，其根本原因就是考慮安全運行的使用壽命。

電氣設備長(cháng)期過(guò)負荷運行，因溫度上升而發(fā)熱，而發(fā)熱與絕緣壽命有關(guān)，當設備發(fā)熱能量不能及時(shí)擴散出去，久之必將造成絕緣的擊穿，稱(chēng)之為熱擊穿。電氣設備運行中的發(fā)熱，對絕緣的破壞是一個(gè)相對緩慢過(guò)程，主要表現為絕緣的老化，化學(xué)性質(zhì)也發(fā)生變化，當設備溫度不斷上升，會(huì )加速絕緣老化進(jìn)程，直至絕緣性能的喪失。如我們常見(jiàn)到的某種使用過(guò)的塑料導線(xiàn)其外皮發(fā)硬發(fā)脆;又如橡膠絕緣導線(xiàn)經(jīng)長(cháng)期使用后，其外皮會(huì )開(kāi)裂發(fā)粘，這實(shí)質(zhì)上是過(guò)負荷發(fā)熱而造成絕緣的老化，當嚴重過(guò)熱將導致絕緣物碳化，絕緣物發(fā)黑而變成導體。

當電氣設備額定電壓與供電電壓不符，也會(huì )引起絕緣擊穿。如將220kV單相設備接入兩相380V電源上，馬上就會(huì )嚴重發(fā)熱、冒煙，發(fā)出一股焦糊味。又如常見(jiàn)刀閘的固體絕緣物受熱，從刀閘背面流淌下來(lái)的情況，這是因為刀閘接觸不良或過(guò)負荷或金屬表面氧化而產(chǎn)生的。一般可正常工作的設備，其發(fā)熱多為外部因素引起的，反映到設備本身即是過(guò)負荷而發(fā)熱，經(jīng)過(guò)長(cháng)時(shí)間發(fā)熱就會(huì )出現絕緣熱擊穿而不能正常運行了。

1.2電氣設備絕緣的電擊穿

電氣設備的熱擊穿包含著(zhù)一個(gè)熱傳遞過(guò)程，破壞往往是絕緣物整體或大面積。絕緣物接受大量熱能后，絕緣材料的化學(xué)性質(zhì)發(fā)生變化，其破壞信息容易被我們感覺(jué)器官所接受的。而另一種擊穿，即絕緣的電擊穿，則比較隱蔽，它的擊穿往往為瞬時(shí)過(guò)電壓所致，多數發(fā)生在電壓等級比較高的電氣設備上，最常見(jiàn)的雷電所造成的電擊穿。

電擊穿的機理是：瞬時(shí)高電壓在固體絕緣最薄處擊穿，形成一貫穿性的狹小通道，在這通道內折出碳的小顆粒。因電擊穿是永久的不可逆的，由于瞬時(shí)高電壓作用，狹小通道擊穿所需能量及吸收的能量都不大，局部溫度還來(lái)不及向周?chē)鷶U散，電擊穿過(guò)程已結束了。

電擊穿后的絕緣介質(zhì)與擊穿以前完好的絕緣介質(zhì)，從表面上看其形態(tài)是沒(méi)有區別的，這就容易給人們造成錯覺(jué)，即感覺(jué)上不認為絕緣材料已經(jīng)擊穿了。較為典型的事例是：白光燈啟輝器中電容的擊穿，這是日常生活中常見(jiàn)的現象。日光燈燈管兩端發(fā)紅，就是啟不了輝，日光燈亮不起來(lái)。原因是啟輝器中的電容擊穿了，其擊穿是瞬時(shí)過(guò)電壓而造成的。擊穿過(guò)程是：當啟輝器中的氖氣管內的觸頭變冷斷開(kāi)時(shí)，鎮流器產(chǎn)生很高自感電動(dòng)勢，這一瞬間過(guò)電壓加在燈管兩端，同時(shí)也加到電容器兩端而造成電容被擊穿。你只要將啟輝器中電容取下，日光燈即可恢復正常發(fā)亮。我們仔細觀(guān)察該電容，是看不出有任何異常及有被破壞痕跡，但電容確實(shí)被擊穿而壞了。

這里我們應當了解到，某些設備的電擊穿并不立即就能反映出其內部故障，而是要經(jīng)歷了由電擊穿到熱擊穿后才明顯地反映出故障特征。如配電變壓器遭受雷擊，其首端匝間線(xiàn)圈絕緣出現電擊穿，起初很難發(fā)現有任何異常，待運行一段時(shí)間后發(fā)展到鄰近匝間或層間絕緣也擊穿，才明顯表現出故障的特征。由此可見(jiàn)，高壓設備的過(guò)電壓保護是設備安全運行的重要措施，所以高壓設備一定要設置絕緣擊穿保護。

2 電氣設備絕緣擊穿的保護

電氣設備若是處于過(guò)負荷或瞬時(shí)過(guò)電壓下運行，其絕緣必將遭受擊穿而損壞。為此，電氣設備必須設置絕緣擊穿保護裝置，以確保設備的安全運行。

如電網(wǎng)中最常見(jiàn)的配電變壓器，一般設有跌落式熔斷器和避雷器兩種保護裝置。其中跌落式熔斷器是配變過(guò)電流保護，防止配變絕緣的熱擊穿，而避雷器則是配變瞬時(shí)過(guò)電壓保護，防止配變絕緣的電擊穿。避雷器不僅只用于防止雷擊，而且還可以用來(lái)防止配變空載時(shí)倒閘操作產(chǎn)生的過(guò)電壓。因此要求避雷器應安裝在配變三相上，并接于熔斷器下方，而不能接于熔斷器上方。但避雷器受到自身熱容量的限制，不能耐受較長(cháng)時(shí)間的過(guò)電壓，否則會(huì )爆炸，這點(diǎn)在選擇避雷器參數時(shí)需加考慮。

從避雷器保護原理可知，避雷器的擊穿先于被保護設備絕緣的擊穿，但普通帶有間隙避雷器的擊穿存在兩個(gè)時(shí)延，即統計時(shí)延和放電形成的時(shí)延。這表明當電壓達到避雷器間隙擊穿電壓時(shí)，避雷器并不立即擊穿放電，而是要經(jīng)過(guò)兩個(gè)時(shí)延后才擊穿放電。兩個(gè)時(shí)延又具有統計性，這就使得加在絕緣上的電壓是一個(gè)范圍值，而非一個(gè)定值，這給絕緣保護配合帶來(lái)了困難，因而要求絕緣要有較大的裕度。隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，更加科學(xué)更加完善保護裝置的出現，必將會(huì )降低電氣設備對絕緣配合的要求，因而也會(huì )較少出現絕緣的問(wèn)題。

在絕緣保護裝置的設置上，對低電壓設備一般不要求設置瞬時(shí)過(guò)電壓保護，只設過(guò)電流的保護，除非在有可能受到雷電影響下才設過(guò)電壓保護。其過(guò)電流保護電器有：熔斷器、熔斷管、空氣開(kāi)關(guān)內的過(guò)電流保護、熱繼電器的過(guò)電流保護及某些繼電器保護裝置等。因為低壓設備的額定電壓較低，即使出現3-5倍的過(guò)電壓，對低壓設備的絕緣來(lái)說(shuō)還是相對較低的電壓，因而不需要設置瞬時(shí)過(guò)電壓保護。

但某些設備要求設置較長(cháng)時(shí)間過(guò)電壓保護，如電壓繼電器保護裝置，它實(shí)質(zhì)上是防止絕緣的熱擊穿。由此可見(jiàn)，低壓設備的保護，還是防止絕緣熱擊穿為主要內容。

但熔斷器保護也存在有不足之處，從熔斷器的安時(shí)特性可知，熔斷器過(guò)流倍數越大，熔斷時(shí)間越短，一般的過(guò)電流即使在200%的過(guò)流，也難于在短時(shí)間內將熔絲熔斷，因此它一般只作短路故障保護，不能起到過(guò)負荷保護作用。