电气设备的绝缘试验.ppt

电气设备的绝缘试验,1、概述2、绝缘电阻的测试3、泄漏电流的测量4、介质损耗角正切值的测量5、电压分布的测量,2,设备耐受电压能力的大小称为绝缘水平。应保证高压设备的绝缘在最大工作电压的持续作用下和过电压（雷电、操作冲击）短时作用下都能安全工作。,高压设备的绝缘水平,高压电气设备,绝缘特性机械特性,1、概述,3,电力设备的组成:导电材料导磁材料结构材料绝缘材料组成。,集中性缺陷:缺陷集中于绝缘的某一个或几个部分。分布性缺陷:指由于受潮,过热,动力负荷及长时间过电压作用导致的电气设备整体绝缘性能下降。,绝缘缺陷,1、概述,4,老化:绝缘在各种因素的长期作用下发生一系列的化学,物理变化,导致绝缘性能和机械性能等不断下降,最终导致电力设备绝缘击穿。,老化可分为,电老化热老化机械老化环境老化,1、概述,5,表征绝缘劣化的特征量:直接表征绝缘剩余寿命的特征量。如耐电强度,机械强度等；间接表征绝缘剩余寿命的特征量。如绝缘电阻,介质损失角正切,泄漏电流,局部放电量,油中气体含量/水分含量.,1、概述,6,试验或检测的作用：发现电气设备绝缘内部隐藏的缺陷，以便在进行设备检修时加以消除；了解和掌握设备的绝缘状态，确保高压电气设备安全、可靠运行。,1、概述,7,绝缘检测和诊断技术：通过对绝缘的试验和各种特性的测量，可了解并评估绝缘在运行过程中的状态，从而能早期发现故障的技术。离线检测：要求被测设备退出运行状态，只能是周期性间断的进行。试验周期由试验规程规定。在线监测：在被测设备处于带电运行的情况下，对设备的绝缘状态进行连续或定时的检测，通常是自动进行的。,1、概述,8,1、概述,对于离线式试验又可分为两类：绝缘特性试验（非破坏性试验、检查性试验）：在较低的电压下或用其它不会损伤绝缘的办法来测量绝缘的各种特性，从而判断绝缘的内部缺陷。缺点是对绝缘耐压水平的判断比较间接，尤其对于周期性的离线试验不易判断准确。耐压试验（破坏性试验）：对绝缘考验严格，能保证绝缘具有一定的绝缘水平；缺点是只能离线进行，并可能因耐压试验对绝缘造成一定的损伤。,9,在线监测采用的是非破坏性试验方法，由于可连续检测，故除测定绝缘特性的数值外，还可分析绝缘特性随时间的变化趋势，从而显著提高判断的准确性。,绝缘特性试验方法有多种，各种方法能够反映绝缘缺陷的性质是不同的，对不同的绝缘材料和绝缘结构，各种方法的有效性也不一样。所以，一般需要采用多种不同的方法来试验，对试验结果进行综合分析比较后，才能作出正确的判断。,1、概述,10,电气设备绝缘缺陷的分类：集中性缺陷如悬式绝缘子的瓷质开裂；发电机绝缘局部磨损、挤压破裂；电缆绝缘逐渐损坏等。分布式缺陷电气设备整体绝缘性能下降，如电机、变压器、套管中有机绝缘材料的受潮、老化、变质等。,1、概述,11,1、概述,电气设备绝缘试验项目,12,2、绝缘电阻的测试,13,2、绝缘电阻的测试,测量电气设备的绝缘电阻，是检查其绝缘状态最简便的辅助方法。电气设备由休止状态转为运行状态前，或在进行绝缘耐压试验前，必须进行绝缘电阻的测试，以确定设备有无受潮或绝缘异常。,电气设备的绝缘电阻在测量过程中是随加压时间的增长而逐步上升并最终趋于稳定的。当绝缘良好时，不仅稳定的绝缘电阻值较高，而且吸收过程相对较慢；绝缘不良或受潮时，稳定的绝缘电阻值较低，吸收过程相对较快。,14,2、绝缘电阻的测试,电导电流,吸收电流,电容电流,直流电压作用介质时，通过它的电流可包含三部分。,15,1）多层介质的吸收现象,凡是由多种不同的电介质组成的绝缘结构，在加上直流电压后，各层电压将从开始时按电容分布逐渐过渡到稳态时按电导（电阻）分布。在电压重新分配的过程中，夹层界面上会积聚起一些电荷，使整个介质的等值电容增大，这种极化称为夹层介质界面极化，简称夹层极化。,2、绝缘电阻的测试,16,以双层电介质为例说明：,t=0时开关闭合，介质上的电压按电容分压：,t时，介质上的电压按电阻分压：,一般情况，对双层不同电介质，,2、绝缘电阻的测试,17,即C1、C2上的电荷需要重新分配，设C1C2，而R1R2，则可得：,t时，,t=0时，,分界面上将积聚起一批多余的空间电荷，这就是夹层极化引起的吸收电荷，电荷积聚过程所形成的电流称为吸收电流。这种在双层介质分界面上出现的电荷重新分配的过程，就是夹层极化过程。,2、绝缘电阻的测试,18,由于夹层极化中有吸收电荷，故夹层极化相当于增大了整个电介质的等值电容。,由于这种极化涉及电荷的移动和积聚，必然伴随能量损耗。由于电荷的积聚是通过介质的电导进行的，而介质的电导一般很小，所以极化过程较慢，一般需要几分之一秒、几秒、几分钟、甚至几小时，所以这种极化只有在直流和低频交流电压下才能表现出来。,2、绝缘电阻的测试,19,ia是由夹层极化(有损极化)产生的电流，而夹层极化建立所需时间较长，所以较为缓慢地衰减到零，这部分电流又称为吸收电流；Ig是不随时间变化的恒定分量，称为电介质的泄漏电流或电导电流。,2、绝缘电阻的测试,20,当绝缘受潮或有缺陷时，电流的吸收现象不明显，总电流随时间下降较缓慢，而试品的绝缘电阻与电流成反比。因此，根据I15/I60的变化，就可以初步判断绝缘的状况。,对于不均匀试品的绝缘，如果绝缘状况良好，则吸收现象明显，Ka值远大于1；如果绝缘严重受潮，由于Ig大增，Ia迅速衰减，Ka值接近于1。,I15、R15为加压15s时的电流和对应的绝缘电阻；I60、R60为加压60s时的电流和对应的绝缘电阻；,2、绝缘电阻的测试,21,R,15,60,2受潮,2、绝缘电阻的测试,22,2）绝缘电阻和吸收比的测量,兆欧表（摇表）的原理和接线,绝缘电阻测试仪(兆欧表),2、绝缘电阻的测试,23,兆欧表由两部分组成：直流电源和测量机构。,L-线路端子E-接地端子G-保护端子1-电压线圈2电流线圈,2、绝缘电阻的测试,24,RX被试品的绝缘电阻,线圈上产生的转动力矩为：,式中F1()、F2()表示指针偏转角的函数。,2、绝缘电阻的测试,25,当指针旋转到某一位置时，力矩差为零，指针停止旋转。此时指针偏转的角度与流过线圈的电流之比有关。,指针偏转角的读数可反映Rx的大小,2、绝缘电阻的测试,26,兆欧表有三个接线端子：线路端子（L）、接地端子（E）和保护（屏蔽）端子（G）。被试绝缘接在端子L和E之间，而保护端子G的作用是使绝缘表面泄漏电流不要流过线圈，测得的绝缘体积电阻不受绝缘表面状态的影响。,2、绝缘电阻的测试,27,3)、绝缘电阻和吸收比的测量方法,在电气设备的绝缘上加上直流电压后，流过绝缘的电流要经过一个过渡过程才达到稳态值。驱动兆欧表达到额定转速，待指针稳定后，即可读取绝缘电阻的数值。通常认为加压60s时，通过绝缘的吸收电流已衰减至接近于零，所以规定加压60s时所测得的数值为被试品的绝缘电阻。,2、绝缘电阻的测试,28,试验接线：L端子接导体端，E端子接另一导体端或接地端。G端子接屏蔽极。,2、绝缘电阻的测试,29,2、绝缘电阻的测试,30,对绝缘为多层介质的设备，绝缘良好时有明显的吸收现象，绝缘电阻达稳态值的所需时间较长，稳态电阻值高，吸收比K远大于1。测量吸收比时，先驱动兆欧表达额定转速，待指针到“”时，用绝缘工具将火线迅速接至试品上，同时记录时间，分别读取15s和60s的绝缘电阻值。,2、绝缘电阻的测试,31,当绝缘严重受潮或有贯穿性导电通道时，绝缘电阻达稳态值的所需时间大大缩短，稳态电阻值降低，吸收现象不明显，吸收比接近于1。,一般情况，K值不应小于1.3。,2、绝缘电阻的测试,32,某些容量较大的电气设备，其吸收过程很长，吸收比K不能充分反映绝缘吸收的全过程。引入另一指标极化指数P加压10min时的绝缘电阻R10与加压1min时的绝缘电阻R1的比值：,绝缘良好时，极化指数P不应小于某一定值（一般为1.52.0）。,对各类高压电气设备绝缘所要求的绝缘电阻、吸收比K、极化指数P的值，在电力设备预防性试验规程中有明确的规定，可参阅。,2、绝缘电阻的测试,33,4)、测量时的注意事项,试验前应将被试品接地放电一定时间。高压测试连接线应尽量保持架空，需使用支撑时，要确认支撑物的绝缘对被试品绝缘测试结果的影响极小。选择合适的兆欧表（根据被试品的电压等级选择，且试验前试表的好坏）。测量吸收比或极化指数时，应待电源电压达稳定后再接入被试品，并开始计时。,2、绝缘电阻的测试,34,对电容值大的试品，试验完后，应在保持兆欧表电源电压的条件下，先断开L端子与试品的连线，再停止摇表。变压器、电机试验时，被测绕组首尾短接，再接到L端子。非被试绕组也要短路接地，可避免非被试绕组中剩余电荷的影响，且可测被试绕组与非被试绕组及地的绝缘电阻。测量顺序对结果也有影响。记录试验时的温度、湿度。,2、绝缘电阻的测试,35,5)、测量结果的分析,测绝缘电阻能有效发现下列缺陷：总体绝缘质量欠佳；绝缘整体受潮；两极间有贯穿性的导电通道；表面脏污（比较有或无屏蔽极时所测得的数值）。,2、绝缘电阻的测试,36,测绝缘电阻不能发现下列缺陷：绝缘中的局部缺陷（如非贯穿性的局部损伤、裂缝、内部气隙等缺陷）；绝缘的老化（因为老化了的绝缘，其绝缘电阻还可能是比较高的）。,2、绝缘电阻的测试,37,测量结果采用比较法判断。R、K只是参考性指标，其合格不能肯定绝缘良好，尤其是电压高的设备，因摇表额定电压低。但其不合格绝缘中肯定有某种缺陷。,2、绝缘电阻的测试,还应参考本绝缘其他试验的结果。,测量结果,比较,38,3、泄漏电流的测量,39,3、泄漏电流的测量,优点：,试验电压高，故能发现兆欧表所不能发现的尚未完全贯通的集中性缺陷，所以测试灵敏度比兆欧表高。试验电压可调节，可以在升压过程中监视泄漏电流的变化情况。微安表的刻度为线性，且量程可选择，读数准确。,缺点：试验设备复杂，需要高压电源、电压和电流测量系统、屏蔽系统等。,40,某设备绝缘的泄漏电流曲线曲线1：绝缘良好；曲线2：绝缘受潮；曲线3：绝缘中有未贯通的集中性缺陷；曲线4：绝缘有击穿的危险,3、泄漏电流的测量,绝缘设备施加直流高压时，会流过泄漏电流，对于良好的绝缘，泄漏电流随试验电压U成直线上升（曲线1），且数值较小，当绝缘受潮时，电流数值如(曲线2)。如绝缘中有集中性缺陷时，则泄漏电流在超过一定试验电压时将剧烈增加(曲线3），缺陷越严重，使泄漏电流值发生剧增的试验电压值越低。,41,1)、试验接线,适合于被试品一极接地的情况。,(1)微安表接于高压侧,3、泄漏电流的测量,42,适合于接地端可与地分开的电气设备。,(2)微安表接于低压侧,有关试验规程规定：最终电压保持时间为1min。,3、泄漏电流的测量,43,2)试验方法,3、泄漏电流的测量,44,3）微安表的保护,保护电阻R用来产生电压，使流过微安表的电流达到一定数值时放电管P动作。R值选取：电流表A所允许的最大电流在电阻R上的压降应稍大于放电管的起始放电电压。,并联电容器：滤波电容，减少微安表的摆动；还可使放电管两端电压上升陡度降低，使放电管来得及动作。电容器和放电管用来分流试品击穿时的短路电流。电容器可以提供高频电流支路（C1F）。,3、泄漏电流的测量,45,3、试验结果的分析判断,比较法：将泄漏电流值与规程规定值比较；将泄漏电流值与历史数据比较；对发电机、变压器等重要设备，由电压电流关系曲线结合泄漏电流值全面分析。,测量泄漏电流能有效发现的缺陷：测量绝缘电阻所能发现的缺陷测量泄漏电流均能发现，此外对于某些兆欧表不能发现的尚未完全贯穿的集中性缺陷有一定的反映。,3、泄漏电流的测量,46,测量主绝缘的泄漏电流值，其意义与测量绝缘电阻是相同的，只是施加的直流电压较高，所以测试的灵敏度比兆欧表更高。读取泄漏电流值的时间，一般规定为到达实验电压后1min，并需记录试品绝缘的电阻及环境温度。试验电压是逐步调高的，可作出试验电压与电流的关系曲线，由曲线的线性度可判断绝缘的状态。注意对微安表的保护。,4、小结,3、泄漏电流的测量,47,4、介质损耗角正切值的测量,48,4、介质损耗角正切值的测量,49,4、介质损耗角正切值的测量,介质损失角正切tg：交流电压作用下电介质中电流的有功分量和无功分量的比值，是一个无量纲的数，反映的是电介质内单位体积中能量损耗的大小。,绝缘介质的损耗：,50,4、介质损耗角正切值的测量,在一定的电压和频率下，介质损失角正切值与绝缘介质的形状、大小无关，只与介质的固有特性有关。,51,可见，绝缘介质损耗角tg是只于材料特性有关，而与材料尺寸、体积无关的物理量。,平板电容器的绝缘电阻和电容为：,4、介质损耗角正切值的测量,52,测量tg可以有效的发现绝缘受潮、穿透性导电通道、绝缘内含气泡的游离、绝缘分层和脱壳以及绝缘有脏污或劣化等缺陷。但测量tg难以发现占整体比重较小的局部缺陷。,4、介质损耗角正切值的测量,53,例如：一支110kV套，测得tg=3.4%，装到120MVA的变压器上后，测得总的tg=0.4%，与正常产品差别不大。,4、介质损耗角正切值的测量,54,1）西林电桥的基本原理,西林电桥是一种交流电桥，配以合适的标准电容可以测量材料和电气设备的tg和电容值。,QS-1型西林电桥,智能型介质损失测量仪,4、介质损耗角正切值的测量,55,由于R3的最大允许工作电流为0.01A，故在10千伏试验电压下，当被试品容量大于3184pF时，应接入分流电阻。,4、介质损耗角正切值的测量,QS-1型西林电桥是一种平衡电桥，由四个桥臂R3、R4和C4、CN及CX和一个检流计构成。电桥的平衡是通过调整R3和C4来实现的。,56,测量原理,如取：,则有：,(单位F),一般ZX、ZN比Z3、Z4大得多，故外加电压的大部分都降在高压桥臂ZX、ZN上。,4、介质损耗角正切值的测量,57,2）测量接线,被试品处于高压侧，两端均对地绝缘，此时桥体处于低压侧，操作安全方便，测量结果也比较准确。适用于两端对地绝缘的被试品。,(1)正接线,4、介质损耗角正切值的测量,58,此时各个调节元件、检流计和屏蔽网均处于高电位，故必须保证足够的绝缘水平和采取可靠的保护措施。适用于一端接地的被试品。,(2)反接线,4、介质损耗角正切值的测量,59,外界电场干扰主要是干扰电源（包括试验用高压电源和现场高压带电体）通过带电设备与被,（1）电场干扰,2）测量过程中的干扰及消除措施,4、介质损耗角正切值的测量,试设备之间的电容耦合造成的。,60,因被试品的阻抗比R3和变压器的漏抗大得多，所以干扰电流都流过R3。流过R3的电流还有试验电压作用下流过被试品的电流，所以流过R3的电流为和的矢量和。,4、介质损耗角正切值的测量,61,无干扰时，电桥平衡后流过R3的电流为流过被试品的电流，测量出的为试品真实的介质损失角。,有干扰时，电桥平衡后流过R3的电流为，测量出的夹角为，它不等于试品真实的介质损失角。,4、介质损耗角正切值的测量,62,电桥平衡时有，的相角与流过R3的电流的相角相同，调节R3实际是改变的大小。的相角与流过R4的电流的相角相同，流过R4的电流和流过C4的电流之和为。调节C4时主要是改变的相角。,无电场干扰时的相量图,4、介质损耗角正切值的测量,63,有干扰时，电桥平衡后相量图如图所示，流过R3的电流为，测出的与间的夹角为，故有干扰时测得的与无干扰时测得的不同。,有电场干扰时的相量图,4、介质损耗角正切值的测量,64,干扰电流引起的的变化随干扰电流的数值及相位决定。干扰电流的相位是任意的，干扰源固定时，干扰电流的矢端轨迹为一圆。,4、介质损耗角正切值的测量,65,消除或减小电场干扰的措施：,在被试品高压部分加屏蔽罩，并将屏蔽罩与电桥的屏蔽相连，以消除耦合电容的影响。,加设屏障,4、介质损耗角正切值的测量,66,采用移相电源,使干扰电流与同相或反相，则流过R3的电流与的夹角为0，有无干扰测得的是相同的。,通常在试验电源和干扰电流同相和反相两种情况下分别测两次，然后取平均值。,用移相电源消除干扰的接线图,4、介质损耗角正切值的测量,67,当电桥靠近漏磁通较大的设备时，会受到磁场的干扰。这一干扰主要是由于磁场作用与电桥检流计内的电流线圈回路引起的。,2)磁场干扰,将电桥移至磁场干扰范围以外，或将桥体就地转动改变角度找到干扰的最小的方位。,措施：,4、介质损耗角正切值的测量,68,或将检流计极性转换开关分别置于正、反两个位置测量两次来消除磁场干扰的影响。,若无磁场干扰时，电桥调平衡后测量臂的数值为R3、C4，检流计两端无电位差。,若存在磁场干扰时，电桥调平衡后测量臂的数值为R3+R3、C4+C4，此时检流计两端有电位差。因需要克服磁场干扰电势才使检流计指零。,4、介质损耗角正切值的测量,69,改变检流计极性开关位置测量，电桥调平衡后测量臂的数值为R3-R3、C4-C4。,当检流计正接时测得,当检流计反接时测得,4、介质损耗角正切值的测量,，,70,实际试品的tg及CX为：,4、介质损耗角正切值的测量,71,智能型介质损耗测试仪可以在工频高电压下，现场测量各种绝缘材料、绝缘套管、电力电缆、电容器、互感器、变压器等高压设备的介质损耗角正切(tg)和电容值(CX)。,3）数字化测量方法,4、介质损耗角正切值的测量,72,利用传感器从试品上取得所需的电压信号U和电流信号I，经前置A/D转换电路数字化后，送至数据处理计算机或单片机，经数据处理后算出电流电压之间的相位差，最后得到tg的测量值。与西林电桥相比，具有操作简单、自动测量、读数直观、无需换算、精度高、抗干扰能力强等优点。仪器内附标准电容器和电压装置，与配套选购油杯及控温仪结合，可测量油介质损耗。,4、介质损耗角正切值的测量,73,测试tg能有效发现绝缘的下列缺陷：,4）测试效果,（1）受潮；（2）贯穿性导电通道；（3）绝缘老化劣化，绕组上积附油泥；（4）绝缘内含气泡的电离，绝缘分层；（5）绝缘油脏污、劣化等。,4、介质损耗角正切值的测量,74,测试tg对于下列缺陷不太灵敏：,（1）非贯穿性的局部损坏；（2）很小部分绝缘的老化劣化；（3）个别的绝缘弱点。即测量tg对较大面积的分布性的绝缘缺陷较灵敏，对个别局部的非贯穿性的绝缘缺陷不灵敏。,4、介质损耗角正切值的测量,75,测量结果的分析判断：,（1）与试验规程规定值比较；（2）与以往的测试结果比较；（3）与同样运行条件下的同类型设备比较。,4、介质损耗角正切值的测量,76,用测量tg的方法分析绝缘时，要求tg不应有明显的增加或下降。因为当绝缘有缺陷时，有的使tg增大，有的使tg减小。如某变压器进水受潮，但测tg却下降。进水后既可导致有功功率P增加(IR增大)，也可导致无功功率Q增大(水的介电常数大，ICX增大)。,4、介质损耗角正切值的测量,77,(1)尽可能分部分测量,5）测量时主要注意事项,一般测得的tg值是被测绝缘各个部分tg的平均值，全部被测绝缘体可以看成是各个部分绝缘体的并联。,例如绝缘由两部分并联组成，各部分的电容和介质损失角的正切分别为C1、tg1和C2、tg2。则整体测量时测得的电容和介损角正切为CX和tg，测量时所加电压为U，根据功率相等的条件得：,4、介质损耗角正切值的测量,78,假定电容为C2的部分存在缺陷，当缺陷部分的体积与整个绝缘的体积之比越小，即C2/CX越小，C2中的缺陷在测量整体的tg时越难发现。,在一定的电压和频率下，tg反映介质内单位体积的能耗。因为在一定的工作场强下，绝缘厚度d与电压成正比。绝缘厚度d一定时，面积S越大，其电容量越大，电容电流越大，即电容电流与面积成正比。所以绝缘体积与UICX成正比。,4、介质损耗角正切值的测量,79,对电容量较小的设备，如套管、互感器等，测量tg值能有效地发现局部集中性和整体分布性的缺陷。但对电容量较大的设备，如大中型变压器、电力电缆、电容器、发电机等，测tg只能发现整体分布性缺陷。因此，通常对运行中的电机、电缆等设备进行预防性试验时，不做tg测试。对于可以分解为几个绝缘部分的被试品，分解后来进行tg的测试，可以更有效地发现缺陷。,4、介质损耗角正切值的测量,80,2)测量时应选取合适的温度,绝缘的tg值与温度有关，但tg值与温度之间没有准确的换算关系，故应尽量在差不多的温度条件下测量tg，并以此作比较。通常以20时的tg值作为参考标准。,4、介质损耗角正切值的测量,81,3)测量时应选取合适的试验电压,良好的绝缘，在其额定电压范围内，tg值是几乎不变。如果绝缘中存在气泡、分层、脱壳等，当所加试验电压足以使绝缘中的气泡或气隙放电，或者电晕、局部放电发生时，tg的值将随试验电压的升高而迅速增大。测定tg时所加的电压，原则上最好接近于被试品的正常工作电压。所加电压过低，则不易发现绝缘中的缺陷，过高则容易对绝缘造成不必要的损失。实际上多难以达到正常工作电压，一般多用10kV。,4、介质损耗角正切值的测量,82,4)测量时注意消除被试品表面泄漏电流的影响,表面泄漏电流对tg测量结果的影响程度与被试品电容量有关，对小容量的被试品如套管、互感器等表面泄漏电流影响较大。试验时被试品表面应清洁、干燥，必要时加屏