电气绝缘与高电压实验

主讲人：陈兆权博士,第二篇电气设备与高电压试验,安徽理工大学,4.3局部放电的测量,当电气设备内部绝缘发生局部放电时，将伴随着出现许多现象。有些属于电的，例如电脉冲、介质损耗的增大和电磁波辐射，有些属于非电的，如光、热、噪音、气体压力的变化和化学变化。这些现象都可以用来判断局部放电是否存在，因此检测的方法也可以分为电的和非电的两类。,目前得到广泛应用而且比较成功的方法是电的方法，即测量绝缘中的气隙发生放电时的电脉冲。它不仅可以判断局部放电的有无，还可以判定放电的强弱。,4.3.1局部放电测量的基础4.3.2局部放电测量的脉冲电流法4.3.3局部放电测量的非电检测法,(a)示意图(b)等值电路,4.3.1局部放电测量的基础,图4-12绝缘内部气隙局部放电的等值电路,在固体或液体介质内部g处存在一个气隙或气泡，Cg代表该气隙的电容，Cb代表与该气隙串联的那部分介质的电容，Ca则代表其余完好部分的介质电容。,整个系统的总电容为:,在电源电压的作用下，,上分到的电压,为：,（4-11）,（4-12）,图4-13局部放电时电压电流变化曲线,图4-14一次局部放电的电流脉冲,电容上分到的电压，气隙放电电压，熄灭电压（剩余电压）。,表征局部放电的三个基本参数视在放电量（4-17）其中为试品电容，为气隙放电时，试品两端的压降。既是发生局部放电时试品Ca所放掉的电荷，也是电容Cb上的电荷增量。（比真实放电量小得多）,放电重复率（）在选定的时间间隔内测得的每秒发生放电脉冲的平均次数放电能量（）指一次局部放电所消耗的能量。（432）其中为视在放电量，为局部放电起始电压。,其他参数平均放电电流放电的均方率放电功率局部放电起始电压局部放电熄灭电压,4.3.2局部放电测量的脉冲电流法,当发生局部放电时，试品两端会出现一个几乎是瞬时的电压变化，在检测回路中引起一高频脉冲电流，将它变换成电压脉冲后就可以用示波器等测量其波形或幅值，由于其大小与视在放电量成正比，通过校准就能得出视在放电量(一般单位用pC)。此法灵敏度高、应用广泛。,4.3.3局部放电测量的非电检测法,噪声检测法光检测法化学分析法,噪声检测法,介质中发生局部放电时，其瞬时释放的能量将放电源周围的介质加热使其蒸发，效果就像一个小爆炸。此时放电源如同一个声源，向外发出声波。由于放电持续时间很短，所发射的声波频谱很宽，可达到数MHz。,介绍一种声测法传感器,固体中常用传感器为测震仪（accelerometer）和声发射（AcousticEmission）传感器。测震仪有着平滑的频率特性，测试频率可达50kHz以上。声发射传感器有多个频段（30k1MHz），该传感器有很强的方向性，一般来说只能测试某个特定方向的声信号。,SenacoAS100声传感器北京亚捷隆测控技术有限公司,抗电磁干扰能力强灵敏度不受试品电容的影响能进行复杂设备放电源定位在传播途径中衰减、畸变严重基本不能反映放电量的大小实际中一般不独立使用声测法，而将声测法和电测法结合起来使用。,噪声检测法的特点,光检测法采用光纤传感器，局部放电产生的声波压迫使得光纤性质改变，导致光纤输出信号改变，从而可以测得放电。光测法只能测试表面放电和电晕放电，在现场中光测法基本上没有直接应用。将光纤技术和声测法相结合提出了声-光测法。,光纤传感器应用,化学分析法,膜纸绝缘介质中，常用高性能液体色谱分析法（HPLC）判断介质老化情况。在电力变压器中，油色谱分析（DGA）方法是一种简单、经济、有效的变压器在线监测方法。,4.4绝缘油性能检测,在高压电气设备中，绝缘油得到了广泛的应用。高压电气设备的主要部件均浸在绝缘油中，绝缘油还将填充到容器的各个部分，将设备中的空气排除，起到绝缘和散热的作用。,目前，我国使用较多的绝缘油就是变压器油。除变压器油外，还有多种绝缘油(液体绝缘材料)，如电容器油、硅油、十二烷基苯、电缆油、蓖麻油、二芳基乙烷(S油)等。,变压器油的试验内容很多，除电气性能外，还有许多物理、化学性能的试验。其主要试验内容有：电气性能的试验：（1）电阻率的测量；（2）介质损耗因数（tan）的测量；（3）介电常数的测量；（4）电气强度的试验。,2.物理、化学性能的试验：（1）酸值试验；（2）凝固点试验；（3）闪火点试验；（4）粘度试验；（5）变压器油的气相色谱分析和液相色谱分析。,4.4.1绝缘油的电气试验4.4.2油中溶解气体的气相色谱分析4.4.3绝缘油的高效液相色谱分析,4.4.1绝缘油的电气试验,图4-15圆柱形三端电极1绝缘2高压电极3测量电极4保护电极5温度计孔,介电常数的测量（）介质损耗因数的测量（tan）,图4-16平板型三端电极1测量电极2绝缘3保护电极4高压电极5绝缘,电气强度试验,电气强度试验是变压器油的一项常规试验。它是用来阐明变压器油被水分和其他悬浮物质物理污染的程度。,电气强度试验方法是：将变压器油倒入专门设备油杯中，以一定速率上升的交流电压加在油杯上，直至变压器油击穿，变压器油击穿时的电压，即为此次变压器油的击穿电压。,变压器油电气强度试验内容,试验装置试验电极-油杯试验过程：,取油样。应用洁净的容器从桶装或听装容器的低部抽取油样。将油样慢慢倒入洁净的油杯中。在将油倒入油杯中时，要尽最避免形成气泡。在油杯的两个电极上，施加50Hz交流电压，按2kV/s的速度上升，直至变压器油发生击穿。,绝缘油的电阻率,绝缘油的电阻率即体积电阻率，可看成在一个单位立方体积内的体积电阻，用其电流强度与稳态电流密度之商来度量。电阻率计算公式：,其中：,K空电极常数,(4-19),4.4.2油中溶解气体的气相色谱分析,当电器中存在局部过热、电弧放电或某些内部故障时绝缘油或固体绝缘材料会发生裂解，就会产生较大量的各种烃类气体和、等气体，因而把这类气体称为故障特征气体。,不同的绝缘物质，不同性质的故障，分解产生的气体成分是不同的。因此，分析油中溶解气体的成分、含量及其随时间而增长的规律，就可以鉴别故障的性质、程度及其发展情况。具体步骤为：先将油中溶解的气体脱出，再送入气相色谱仪，对不同气体进行分离和定量。,1.看特征气体的组分和主次,表4-1不同故障类型产生的气体,、,、,、,、,、,、,、,、,、,、,、,、,、,、,、,、,、,、,、,2.看特征气体的含量,当故障涉及到固体绝缘时，会引起和含量的明显增长，但在考察这两种气体含量时更应注意结合具体电器的结构持点(如油保护方式)、运行温度、负荷情况、运行历史等情况加以综合分析。突发性绝缘击穿事故时，油中溶解气体中、的含量不一定高，应结合气体继电器中的气体分析作判断。,绝对产气速率:,表4-3变压器和电抗器绝对产气速率的注意值（mL/d）,(4-20),3.看特征气体含量随时间的增长率,相对产气速率:,三比值法取出、这五种气体含量，分别计算出/、这三对比值，再将这三对比值按表4-4所列规则进行编码，再按表4-5所列规则来判断故障的性质。,(4-21),表4-5用三比值法判断故障类型,4.4.3绝缘油的高效液相色谱分析,高效液相色谱法是以液体作为流动相的一种色谱分析法，它的基本概念及理论基础与气相色谱是一致的，但又有不同之处。,与气相色谱相比较，高效液相色谱同样具有高灵敏、高效能和高速度的特点，但它的应用范围更加广泛。,在充油电气设备中，由于构成固体绝缘的纤维质材料的老化导致纤维素的分解而产生几种化合物，如糠醛和呋喃衍生物，呋喃衍生物大部分被吸附在纸上，而小部分溶于油中。这些物质的存在可以作为运行设备固体绝缘老化程度的诊断依据，也可以作为对溶解气体分析的补充。,糠醛化合物是纤维性绝缘材料绝缘裂化的特有产物，其来源具有唯一性、其浓度高低代表了变压器老化的最佳指标。变压器在投运初期，因不会涉及到绝缘油的处理问题，可以通过测量油中糠醛含量值作为判断变压器绝缘状况的原始依据。,小结,局部放电的检测已成为确定产品质量和进行绝缘预防性试验的重要项目之一。试验内容包括测量视在放电量、放电重复率、局部放电起始电压和熄灭电压、放电的具体部位。表征局部放电的参数主要有：视在放电量、放电重复率、放电能量等。伴随局部放电会出现多种现象