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第十章 绝缘试验,缺陷的可能来源： 1）制造、安装时潜伏下来的缺陷 2）运行中在外界作用( 工作电压、过电压、大气影响、机械力、热、化学等)下发展起来的缺陷 缺陷种类： 1）集中性缺陷：例如悬式绝缘子的瓷质开裂；发电机绝缘局部磨损；电缆由于局部有气隙发生局部放电而损坏；以及其他的机械损伤、开裂等等。 2）分布性缺陷：指电气设备整体绝缘性能下降，例如电机、变压器、套管等绝缘中的有机材料受潮、劣化、变质等等。,绝缘试验种类： 1)绝缘特性试验( 非破坏性试验) ：是指在较低的电压下或是用其它不会损伤绝缘的办法来测量绝缘的各种特性，从而判断绝缘内部有无缺陷。 2)绝缘耐压试验( 破坏性试验) ：对绝缘的考验是严格的，特别是能揭露那些危险性较大的集中性缺陷，它能保证绝缘有一定的水平或裕度。,一、多层介质的吸收现象,许多电气设备的绝缘都是多层的： 电机绝缘中用的云母带：纸、绸或玻璃布和云母片粘合制成 充油电缆和变压器等绝缘中：油和纸,合闸瞬间：,稳定以后：,过渡时间常数：,流过外回路的电流i为（传导电流+吸收电流）：,如果绝缘是比较均匀的，则吸收电流便甚小，吸收现象便看不出来。如果试品绝缘很不均匀，则吸收现象将十分明显。 如果被试绝缘受潮严重或是绝缘内部有集中性导电通道，则绝缘电阻值显著降低， ig将大大增加， ia将迅速衰减。,用吸收比来反映绝缘情况：,对于被试品电容较大和不均匀的试品绝缘，如果绝缘状况良好，则吸收现象将甚明显，K 值便远大于1 。 如果绝缘受潮严重或是内部有集中性的导电通道，K值接近于1。,对大型电机，可采用极化指数：,或者采用泄漏比：,以发电机线圈绝缘为例，常温下泄露比值不大于30为正常，大于30为受潮,二、绝缘电阻和吸收比测量,通常使用兆欧表测量绝缘电阻,绝缘电阻绝对值 存在贯通性缺陷则绝缘电阻往往明显下降。,观察吸收现象 吸收比是同一试品两个绝缘电阻的比值，它和电气设备绝缘的尺寸无关。,将测得的绝缘电阻与历史值或同种类其它设备的进行比较,需要注意的是，有时虽然某些集中性缺陷已发展得很严重，以致在耐压试验中被击穿，但耐压试验前测出的绝缘电阻值和吸收比却都很高，这是因为还没有贯通的缘故。因此，只凭绝缘电阻的测量来判断绝缘是不可靠的，但它毕竟是一种简单而有一定效果的方法，故使用十分普遍。,三、兆欧表的原理和接线,手动兆欧表内装有直流电源与流比计,三个接线端子：线路端子（L）、接地端子（E）、保护端子（G）,流比计的电流线圈1和电流线圈2绕向相反，固定在同一转子上，并可带动指针旋转。 没有弹簧游丝，所以实际上没有反作用力矩，当线圈中没有电流时，指针可停在任一偏转角位置。,当电流I1流过电流线圈1时，便有力矩M1作用在线圈1角位置。同样I2 流过电流线圈2 时便有力矩M2作用在线圈2上，当M1和M2平衡时，线圈的转动角度可反映电流I1和I2的相对大小，实际上也就反映了被测绝缘的大小。,四、泄露电流的测量,测量泄漏电流本质上也是测量绝缘电阻，只是所用的直流电压较高(10kV以上) ，因此能发现一些尚未完全贯通的集中性缺陷，比兆欧表更有效。,对于良好的绝缘，电流值较小,当泄漏电流超过一定数值，应尽可能找出原因加以消除。 如果0.5Ut （试验电压为Ut）附近泄漏电流已经迅速上升，如曲线4 ，则这台发电机在运行时（不计及过电压）就有击穿的危险。,泄漏电流随电压而线性上升，如泄漏电流随电压而线性上升；,如果绝缘受潮，那么电流值加大；,绝缘中有集中性缺陷。,一、 tan测量的意义及原理,通过测量tan，可以反映出绝缘的一系列缺陷：油或者浸渍剂脏污或劣化变质，绝缘中有气隙发生放电等,tan是反映绝缘功率损耗大小的特性参数，与绝缘的体积大小无关,对于电机、电缆这类电气设备，由于运行中故障多数为集中性缺陷发展所致，而且被试绝缘的体积较大，tan法效果较差，而套管的体积小，tan法不仅可以反映套管绝缘的全面情况，而且有时可以检查出其中的集中性缺陷,试品由两种不同绝缘部分并联时:,C2/Cx越小，则C2中的缺陷(tan增大) 在测整体的tan时越难发现。故对于可以分解为各个绝缘部分的被试品，常用分解进行tan测量的方法,试品由两种不同绝缘部分串联时:,二、测量 tan用的西林电桥,试品为Cx，Rx ，CN为标准电容器，G为检流计，R3 ，C4 和R4为电桥的低压臂,电桥平衡时，IG=0,通常取,则,桥臂杂散电流对电桥测量带来影响 屏蔽,电桥本身采用屏蔽，且电桥至试品和标准电容的连线亦应采用屏蔽,三、外界电源对电桥的干扰机消除干扰的措施,1.加设屏蔽 2.采用移相电源 3.采用倒相法 4.采用异频电源,检流计极性转换开关倒向,磁场干扰,电场干扰,四、实验结果的判断,试验电压较低时，绝缘内部不发生局部放电，由tan值可判断被试品有无整体受潮、污秽、老化等状态,良好绝缘(A) ：试验电压上升至额定工作电压前，tan一直是恒定的，仅当电压很高时才略有增加,含气隙的绝缘(B)和外加电压达到局部放电起始电压后，tan急剧增加，这是因气隙中的放电增加了功率损失；而电压下降时tan曲线在电压上升时曲线的上侧，直到局部放电熄灭，曲线才又重合，成为闭合回线,已老化的绝缘(C) 在低电压时，其tan甚至可能比良好的绝缘还低，但当电压升至超过局部放电起始电压后， tan急剧增加，且也具有闭合回线部分,受潮绝缘(D) 在较低电压时tan已较大，随电压的升高tan继续增大，但当逐步降压时，因绝缘已发热、温度升高，tan不能与原数值相重合，形成开口曲线,在工作电压作用下沿绝缘结构的表面有着一定的电压分布。通常当表面比较清洁时，绝缘本身的电容和杂散电容决定了这一电压分布，而当表面因污染而电阻下降时，则电压分布主要决定于表面的电导,如果绝缘中某一部分因损坏而绝缘电阻急剧下降，则表面电压分布会有明显的改变。因此测量绝缘表面的电压分布可以发现某些绝缘的缺陷,被测绝缘子承受的电压越高，则出现火花越早，而且火花的声音亦越大，因此根据放电情况可以判断被测绝缘子承受电压的情况,在工作电压作用下沿绝缘结构的表面有着一定的电压分布。通常当表面比较清洁时，绝缘本身的电容和杂散电容决定了这一电压分布，而当表面因污染而电阻下降时，则电压分布主要决定于表面的电导,如果绝缘中某一部分因损坏而绝缘电阻急剧下降，则表面电压分布会有明显的改变。因此测量绝缘表面的电压分布可以发现某些绝缘的绝缘,被测绝缘子承受的电压越高，则出现火花越早，而且火花的声音亦越大，因此根据放电情况可以判断被测绝缘子承受电压的情况,该测杆旋转时就改变了火花间隙的距离，也即改变了火花间隙的放电电压，并在刻度盘上指示出来。如果某一元件上的分布电压低于规定标准值，而相邻其他元件的分布电压又高于标准值时，则该元件可能有缺陷,当测杆所测绝缘子两端电压变低时，放电管的放电频率降低，发声器中发出的声音的频率也变低，于是，仪表读数较小，反之则较大,可测量的局放有关的物理量： 局部放电起始电压和熄灭电压，每个放电脉冲的放电电荷量，所定时间内的最大放电电荷量，每秒钟内放电脉冲的发生频率，无线电干扰电压等,测量原理： 被试品一发生局部放电，因被试品Ca、耦合电容Ck 和检出阻抗Zd的闭合回路内有脉冲电流流过，就可由检出阻抗Zd把与脉冲电流成比例的脉冲电压检出。由检出阻抗得到的电压波形增幅后，由指示装置指示,脉冲电流法： 可直接得到放电电荷量，因此常在实验室作为一种标准PD测量方法使用。但该方法难以在现场使用，因为它需要耦合电容器，且当试品电容增加时，耦合电容器的电容量也需要增加才能保持其灵敏度；该法将试品作为集中参数元件考虑，无法对局放发生进行定位,超声波法： 当电气设备内部发生局部放电时，在放电处产生了超声波，并向四周传播开来，一直达到电气设备容器的表面。在设备外壁（例如套管、互感器的瓷套外表面）放上压电元件，在超声波作用下，压电元件的两个端面上会产生交变的束缚电荷，引起端部金属电极上电荷的变化或在外回路中引起交变电流。因此，可由检测此电信号来判断设备内部是否发生局部放电,介电强度 在标准油杯中做油的击穿试验 tan 利用专用的试验电极测量油的tan(在恒温的条件下测量) 气象色谱法(DGA) 分析油中所溶解的气体的组分和含量，可判断设备内部的隐藏缺陷。该方法可发现一些测量tan不能发现的局部性缺陷,一、工频交流耐压实验,试验电压值：一般考虑到运行中绝缘的变化，预防性试验的工频交流耐压试验电压值均取得比出厂试验电压低些，而且对不同情况的设备区别对待，主要由运行经验来决定,试验时间：交流耐压试验中，加至试验标准的电压后，要求持续1min的耐压时间。规定是为了便于观察被试品的情况，同时也是为了使已经开始击穿的缺陷来得及暴露出来,试验波形：试验电压的波形应接近正弦,二、工频谐振耐压实验,当电路发生谐振时，XL=XC，则,工频谐振耐压试验优点： 电源设备包括变压器、调压器、断路器或接触器等的容量可以减小到试品容量的1/Q 若试品击穿，则流过试品的电流受谐振电感的限制大为减少 电源波形中的谐波成分在试品两端大为减小，故试品两端的电压波形较好,三、用交流电流法去判断绝缘老化,交流电流法的原理：当在线棒上加以交流电压时，如果绝缘老化或是制造时浸渍不够充分，则绝缘中的气隙便会在电压超过某一数值时发生放电。随着外施电压的不断上升，放电也将越来越强烈，线棒中的介质损耗和线棒电容都会不断增大，于是通过线棒的交流电流也不断增加,第二激增点处，电流上升的增长倍数为：,短时交流击穿电压Ub与出现第二激增点的试验电压Pi2之比为：,大量试验表明： 已劣化的或浸渍不够充分的沥青云母带线棒m2在1.6以上，新的或气隙较少的线棒在1.3以下；单根线棒常温下平均为2.36,可以按I-U试验结果来评估绝缘劣化程度及预测其击穿电压。当单根线棒明显出现第二急增点时，且m21.6，常可预测该沥青云母的击穿电压在3UN以下，再根据电机历次试验及运行情况，配合其他实验及外观观察，即可鉴定其老化程度，决定是否需要更换线圈,四、三倍频感应耐压实验,试验电压：约为2倍的额定电压,感应耐压试验不仅考验了主绝缘，对层、匝间绝缘也有一定的考验作用,频率：感应耐压试验时，施加于绕组的外施电压大于绕组的额定电压，为防止铁心中的磁通密度剧增、铁心过分饱和，可提高外施电压的频率f，使f100Hz,耐压时间：,试验电源： 利用三台单相变压器，一次侧接成星形，二次侧接成开口三角形,为使三倍频变压器能有较高的电势并输出较大的功率，可以： 提高星形侧外加电压。 采用无功补偿的办法,五、超低频耐压实验,用超低频(0.1Hz)电源来进行大容量试品的耐压试验，由于频率甚低，试品的电容电流和50Hz时相比只有后者的1/500，也可以解决大容量试品的试验设备问题,装置特点 由电动机拖动调压器触头产生0.1Hz试验电压 在电压过最高点后，启用电阻加快放电速度,六、直流耐压实验,相比交流耐压试验的优点： 试验设备轻便。对电容量大的试品，做直流耐压试验时只需供给绝缘泄漏电流，设备容量小；而如果做交流耐压试验，电容电流将很大。 可同时测量泄漏电流。可以在进行直流耐压试验的同时，通过测量泄漏电流，更有效地反映绝缘内部的集中性缺陷。 对绝缘损伤较小。直流下局放活动弱 相比交流耐压试验的缺点： 由于交、直流下绝缘内部的电压分布不同，直流耐压试验对绝缘的考验不如交流下接近运行实际,不宜做直流耐压的情况： 对于已运行的交链聚乙烯(XLPE)绝缘电缆，现不主张采用直流耐压试验的方法，因为如进行直流耐压，沿着电缆中的树枝放电的管壁将有离子注入，而试验后的短路放电又难以将它全部散逸，以致在再投入运行时，此空间电荷引起的电场使电场严重畸变，可能造成不必要事故。,绝缘在线监测的好处 某些停电试验下进行的试验项目可不停电进行 适应状态维修的需要，适应电网数字化、智能化的发展趋势,一、电流的在线监测,电容型试品,当某层有显著缺陷时，其C/C、tan ，I/I0的变化都能反映出来,二、 tan的在线监测,特点： 采用电压互感器接标准电容:以避免需要高电压等级的标准电容器。电压互感器的误差可以事先校正,西林电桥,数字测量法,三、 局部放电的在线监测,电气法和超声法相结合 用多探