绝缘及试验分析

1、高电压技术高电压技术第三章电气设备的绝缘试验电气设备的绝缘试验高电压技术高电压技术2、绝缘缺陷：、绝缘缺陷： 产生的原因：产生的原因： 外电场的作用外电场的作用 制造缺陷制造缺陷 安装过程受损安装过程受损 环境侵蚀环境侵蚀高压试验：高压试验： 1、目的：发现绝缘缺陷问题、及时处理；、目的：发现绝缘缺陷问题、及时处理；避免事故发生。避免事故发生。高电压技术高电压技术3、缺陷的分类： 分布性或整体性的缺陷:整体绝缘老化、变质、受潮、绝缘性能下降。集中性或局部性缺陷4、缺陷危害：电力系统故障。高电压技术高电压技术分类分类定义定义特点特点包含试验项目包含试验项目说明说明 检查性试验检查性试验 也称为非

2、破坏也称为非破坏性试验，是检测绝性试验，是检测绝缘除电气强度以外缘除电气强度以外的其他电气性能，的其他电气性能，是在较低的电压下是在较低的电压下或用其他不损伤绝或用其他不损伤绝缘的方法进行的缘的方法进行的不能直接反不能直接反映绝缘强度，但映绝缘强度，但可以非破坏的形可以非破坏的形式揭示绝缘缺陷式揭示绝缘缺陷的不同性质和发的不同性质和发展程度，使我们展程度，使我们可防患于未然可防患于未然 绝缘电阻、绝缘电阻、介质损耗角正切介质损耗角正切和泄漏电流、局和泄漏电流、局部放电等部放电等 总原则：总原则：应先作检查性试应先作检查性试验，再做破坏性验，再做破坏性试验，以避免不试验，以避免不应有的损伤应有的

3、损伤 耐压试验耐压试验 检测绝缘的电检测绝缘的电气强度，试验时在气强度，试验时在设备绝缘上加上规设备绝缘上加上规定的试验电压，考定的试验电压，考验绝缘对此电压的验绝缘对此电压的耐受能力。这种试耐受能力。这种试验所加电压较高，验所加电压较高，有可能在试验中给有可能在试验中给绝缘造成一定的损绝缘造成一定的损伤，因此也称绝缘伤，因此也称绝缘破坏性试验。破坏性试验。表明了设备绝表明了设备绝缘的耐电强度，缘的耐电强度，是决定性的和不是决定性的和不可替代的。但只可替代的。但只能反映严重的缺能反映严重的缺陷，具有破坏性陷，具有破坏性 交流耐压试交流耐压试验、直流耐压试验、直流耐压试验和冲击耐压试验和冲击耐压

4、试验验 5、高压试验方法：、高压试验方法：高电压技术高电压技术 了解绝缘试验的目的、种类及各自特点；了解绝缘试验的目的、种类及各自特点； 掌握各种检查性试验的基本原理、试验方法以及不掌握各种检查性试验的基本原理、试验方法以及不同试品试验结果的分析处理方法；同试品试验结果的分析处理方法； 掌握各种耐压试验中不同类型高压的产生原理、测掌握各种耐压试验中不同类型高压的产生原理、测量方法，各种耐压试验的注意事项。量方法，各种耐压试验的注意事项。 6、学习要求：、学习要求：高电压技术高电压技术绝缘试验绝缘试验一、一、 高电压测量装置高电压测量装置二、二、 绝缘电阻、吸收比和泄漏电流的测量绝缘电阻、吸收比

5、和泄漏电流的测量三、三、 介质损耗角正切的测量介质损耗角正切的测量四、四、 工频高电压（交流耐压）实验工频高电压（交流耐压）实验五、五、 直流耐压实验直流耐压实验高电压技术高电压技术一、一、 高电压测量装置高电压测量装置高电压技术高电压技术 国际国家标准规定高电压测量误差在国际国家标准规定高电压测量误差在3以内。以内。 高压静电电压表高压静电电压表 （ 结构原理结构原理P65 ) 在两个特定的电极间加电压在两个特定的电极间加电压u，电极间就会受到静，电极间就会受到静电力电力f的作用，而且的作用，而且f的大小和的大小和u的数值有固定关系，因而的数值有固定关系，因而测量测量f的大小或他引起的可动极

6、板的位移或偏转就能确定的大小或他引起的可动极板的位移或偏转就能确定所加电压所加电压u的大小。的大小。 如果消除了边缘效应如果消除了边缘效应 f u2 如果如果u为正弦交流电压，则电极在一个周期内所受到为正弦交流电压，则电极在一个周期内所受到作用力的平均值作用力的平均值F与交流电压的有效值与交流电压的有效值U的平方成正比的平方成正比 U F 即静电电压表测交流时，测得的是它的有效值。即静电电压表测交流时，测得的是它的有效值。 如果测量的是带脉动的直流电压，则测得的电压近似如果测量的是带脉动的直流电压，则测得的电压近似等于整流电压的平均值等于整流电压的平均值Uav。高电压技术高电压技术球隙测压器球

7、隙测压器 球隙测压器是唯一能直接测量高达数兆伏的各类高电压峰值的测量装置。它由一对直径相同的金属球构成，测量误差约为23。（ 结构原理P66 ) 工作原理：是基于一定直径工作原理：是基于一定直径(D)的球隙在一定的极间距的球隙在一定的极间距离离(d)时的放电时的放电(击穿击穿)电压为一定值。电压为一定值。1、球隙的优点：球隙中的电场在极间距离不大(d/D0.75)时为稍不均匀电场，与其他不均匀电场相比有下列优点：击穿时延小伏秒特性在1s左右即已变平，放电电压的分散性小，具有稳定的放电电压值和较高的测量精度。稍不均匀电场的冲击系数U50/U01，它的50冲击放电电压与静态放电电压的幅值几乎相等，

8、可以合用同一张放电电压表格或同样的放电电压特性曲线。由于湿度对稍不均匀电场的放电电压影响较小，因而采用球隙来测量电压可以不必对湿度进行校正。高电压技术高电压技术 用球隙进行测量工频电压的幅值高电压技术高电压技术2、球隙的放电电压 若已知球隙的直径D和极间距离d，球隙的放电电压一般从标准球间隙击穿电压表 （P191附录）中查到。 球隙在高压试验时的接入方式：R1为限流电阻，作用是当被试品或球隙被击穿时，限制流过试验装置的电流，也限制流过球隙的电流;R2为球隙测压器的专用保护电阻，主要防止球隙在持续作用电压下放电时球隙工作面被放电火花灼伤。 用球隙测量工频电压时，应取连续三次放电电压的平均值，相邻

9、两次放电的时间间隔一般不小于1min，以便在每次放电后让气隙充分电离，各次击穿电压与平均值之间的偏差不应大于3。高压试验装置被试品R1R2F 球隙测压器接入示意图高电压技术高电压技术 高压分压器高压分压器 当被测电压很高时，无法直接测量电压，此时要采用高压分压器来分出一小部分电压，然后利用静电电压表、峰值电压表、高压脉冲示波器等测量仪器进行测量。 对分压器的技术要求：分压比的准确度和稳定性(幅值误差要小)分出的电压与被测高电压波形的相似性(波形畸变要小)分类：分类： 交流高压分压器 电阻分压器按照用 直流高压分压器 按分压 电容分压器 途分 冲击高压分压器 元件 阻容分压器 每一分压器均由高压

10、臂和低压臂组成，低压臂上的电压就是分给测量仪器的低电压u2，总电压u1与u2之比称为分压器的分压比(N)。高电压技术高电压技术1、电阻分压器它的高低压臂均为电阻，如右图理想情况下的分压比为：放电管F起保护作用，以免电压表超量程测量直流高电压时，只能用电阻分压器，它还可以用来测量交流高电压和1MV以下的冲击电压。 一般选择工作电流在0.2-2.0mA，实际常选1mA。被测交流高压电压越高，分压器本身阻值越大，对地杂散电容越大，出现的误差就越大。通常在被测交流电压大于100kv时，大多采用电容分压器。22121RRRuuNu1u2R1R2FV 电阻分压器高电压技术高电压技术 用来测量雷电冲击电压的

11、电阻分压器的阻值应比测量稳态电压的电阻分压器小的多。冲击电阻分压器的阻值往往只有1020k，即使屏蔽技术完善最大为40k。 在高压试验室中，分压器一般都放在冲击电压发生器的附近，而测量仪器放在控制测试室，二者相距数十米，其间连线常用高频同轴电缆，避免输出波形在这段距离受到周围电磁场的干扰。这段电缆可以起到时延的作用，使示波器录到完整的波形。在电缆终端出要并联一个阻值等于电缆波阻抗Z的匹配电阻R，以避免冲击波在终端处的反射。这时低压臂电阻R2与电缆的波阻抗Z并联存在低压臂的等值电阻变为ZRZRR222测量回路R=ZZ，vl12u1R1R2去示波器高电压技术高电压技术2、电容分压器 用于测量交流高

12、电压和冲击高电压的电容分压器的原理接线如图，这时C1为高压臂C2为低压臂。在工频交流电压的作用下，流过两个电容的电流相等，则分压比 N=u1/u2=(C1+C2)/C1 通常C1C2，所以u2 1.3 高电压技术高电压技术测量方法测量方法 按测绝缘电阻的方法测按测绝缘电阻的方法测15秒和秒和60秒时的电阻再秒时的电阻再按公式按公式1560RRK 2.极化指数：极化指数： 按测绝缘电阻的方法测按测绝缘电阻的方法测10分钟和分钟和1分钟时的电阻分钟时的电阻160RRK 高电压技术高电压技术三、三、 介质损耗的测量介质损耗的测量高电压技术高电压技术三、三、 介质损耗的测量介质损耗的测量 介质的功率损

13、耗和介质损耗角正切介质的功率损耗和介质损耗角正切tg成正比，成正比， tg是绝缘品质的重要指标，测量是绝缘品质的重要指标，测量tg值是判断电气设备绝缘值是判断电气设备绝缘状态的一项灵敏有效的方法。状态的一项灵敏有效的方法。 tg能反映绝缘的整体性缺陷和小电容试品中的局部能反映绝缘的整体性缺陷和小电容试品中的局部性缺陷。由性缺陷。由tg随电压而变化的曲线，可判断绝缘是否受随电压而变化的曲线，可判断绝缘是否受潮、含有气泡及老化的程度。但不能灵敏的反映大容量潮、含有气泡及老化的程度。但不能灵敏的反映大容量发电机、变压器和电力电缆绝缘中的局限性缺陷，这时发电机、变压器和电力电缆绝缘中的局限性缺陷，这时

14、应尽可能将这些设备分解，分别测量它们的应尽可能将这些设备分解，分别测量它们的tg。 测量测量tg常用高压交流平衡电桥常用高压交流平衡电桥(西林电桥西林电桥)，不平衡，不平衡电桥电桥(介质试验器介质试验器)或低功率因数瓦特表来测量，这里主要或低功率因数瓦特表来测量，这里主要介绍西林电桥。介绍西林电桥。tgCUtgUIUIUIPpCR2cos高电压技术高电压技术西林电桥基本原理西林电桥原理接线图UI1 C I2V A P BCNCxRxVR3R4C4D高电压技术高电压技术UI1 C I2V A P BCNCxRxVR3R4C4D 被试品以并联等值电路表示，其等值电容和电阻分别为Cx和Rx；R3为可

15、调的无感电阻；CN为高压标准电容器的电容；C4为可调电容；R4为定值无感电阻；P为交流检流计。 调节R3和C4，使电桥达到平衡，即通过检流计P的电流为零，此时有UCA/UAD=UCB/UBD高电压技术高电压技术 由于通过桥臂CA和AD，CB和BD的电流分别均为I1和I2，所以各桥臂电压之比即相应的桥臂阻抗之比 即 Z1/Z3=Z2/Z4 或 Z1Z4=Z2Z3 xxCjRZ111NCjZ1233RZ44411CjRZUI1 C I2V A P BCNCxRxVR3R4C4D式中高电压技术高电压技术 可求得试品电容Cx和等值电阻Rx 介质并联等值电路的介质损耗角正切 因为=2f=100，若取R4

16、=1000/() 则则 tg=C4由于tg1，所以图中，A、B两处接有放电管V，目的是防止R3 、C4上出现高电压NxCRCRCRR24422424231441RCRCtgxxNNxCRRtgRCRC342341RCRCRCNX24242341高电压技术高电压技术实际中，绝大多数电气设备的金属外壳是直接接在接地底座上的，即被试品的一极是固定接地的，这时得用反接线。 在反接线的情况下，电桥调平衡的过程以及所得的tg 和Cx的关系式均与正接线无异，不同的是接地点移到C点，原来的两个调节臂直接接到高电压下，此时R3，C4，检流计P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。

17、A P BCNCxRxR3R4C4CDU 西林电桥反接线原理图高电压技术高电压技术 tg测量的影响因素外界电磁场的干扰影响：一种是由于存在杂散电容， 另一种是由于交变磁场感应出干扰磁场。消除方法：将电桥的低压臂和检流计用金属网和屏蔽电缆线加以屏蔽。温度的影响： 一般tg随温度的增高而增大试验电压的影响： 良好绝缘在额定电压下， tg值几乎不变（曲线1）； tg321Utg与试验电压的典型 关系曲线高电压技术高电压技术 tg测量的影响因素tg321Utg与试验电压的典型 关系曲线 若绝缘存在空隙或气泡时，当所加电压尚不足以使气泡电离时，其tg与良好绝缘时无差别，但若所加电压能引起气泡电离或发生局

18、部放电时， tg随U的升高而迅速增大，电压回落时电离要比电压上升时更强一些，因而会出现闭环曲线（曲线2）；试验电压的影响：高电压技术高电压技术如果绝缘受潮，则电压较低时 tg就已经相当大，电压升高时， tg更将急剧增大；电压回落时， tg也要比电压上升时更大一些， 因而形成了不闭合的分叉曲线， 如图4-8中的曲线3所示，主要原因是介质的温度因发热而提高了右图中：1-良好的绝缘2-绝缘中存在气隙3-受潮绝缘tg321U tg与试验电压的典型 关系曲线高电压技术高电压技术 试品电容量的影响：试品电容量的影响： 对于电容量较小的试品，测量对于电容量较小的试品，测量tg能有效的发现能有效的发现局部集中

19、性缺陷和整体分布性缺陷局部集中性缺陷和整体分布性缺陷。但对电容量较大的试品，测量tg只能发现整体分布性缺陷，此时要把它分解成几个彼此绝缘部分的被试品，分别测量各部分的tg值，能有效的发现缺陷。 试品表面泄漏的影响：试品表面泄漏的影响： 由于试品表面泄漏电阻总是与试品等值电阻Rx相并联，所以会影响tg值。为了排除或减小这种影响，在测试前应清除绝缘表面的积污和水分，必要时还可以在绝缘表面上装设屏蔽极。高电压技术高电压技术四、四、 工频高电压（交流耐压）实验工频高电压（交流耐压）实验高电压技术高电压技术 电气设备的绝缘在运行中除了长期受到工作电压（工频交流电压或直流电压）的作用外，还会受到电力系统中

20、可能出现的各种过电压的作用，所以在高压试验室内应能产生出模拟这些作用电压的试验电压（工频交流高压、直流高压、雷电冲击高压、操作冲击高压等），用以考验各种绝缘耐受这些高电压作用的能力。 与非破坏性试验相比，绝缘的高电压试验具有直观、可信度高、要求严格等特点，但因它具有破坏性的性质，所以一般都放在非破坏性试验项目合格通过之后进行。以避免或减少不必要的损失。 要求重点掌握工频交流耐压试验要求重点掌握工频交流耐压试验高电压技术高电压技术 工频交流耐压实验的意义：工频交流耐压实验的意义： 1、是考察电气设备主绝缘裕度的主要方法。能对220kv及以下电压等级的电气设备绝缘承受过电压的能力综合判据。 2、能

21、有效地发现绝缘中较危险的集中性缺陷。 3、是工程中最易实现和最常用的实验方法。 能反应其他过电压的作用。 高电压技术高电压技术 工频交流耐压实验原理：工频交流耐压实验原理： 对电气设备施加高压，其值略高于运行中可能遇到的过电压。并经历一定的时间（通常为1分钟）。进行观察判定。 用毫安表观察泄漏情况，以及声音、气味等来判定试品能否通过实验。 工频交流耐压实验是破坏性实验，必须在非破坏性实验合格的情况下才能进行。 高电压技术高电压技术 工频交流耐压实验基本接线图：工频交流耐压实验基本接线图：高电压技术高电压技术高电压技术高电压技术 工频交流耐压实验设备：工频交流耐压实验设备： 调压设备、试验变压器

22、、测量装置、保护装置。 1、调压设备： 使实验电压能均匀的在0V至U0 之间升降，不引起波性畸变和无很大的电压损耗。 调压设备通常用自偶变压器和移圈式调压器。高电压技术高电压技术单相接触式调压器高电压技术高电压技术各种接触式调压器高电压技术高电压技术高电压技术高电压技术移移卷卷调调压压器器高电压技术高电压技术调压原理调压原理高电压技术高电压技术 工频交流耐压实验设备：工频交流耐压实验设备：2、 高压试验变压器：产生工频高电压大多为油浸式试验变压器高电压技术高电压技术 试验变压器与电力变压器的比较试验变压器与电力变压器的比较 试验变压器电力变压器电压等级更高、容量不大，仅单相电压等级高、容量大，

23、分单相、三相工作在电容性负荷下工作在电感性负荷下允许发生短时短路不允许发生短路工作时间短工作时间长漏磁通较大漏磁通较小温度比较低、无散热要求温度比较高、有散热要求绝缘裕度小绝缘裕度大高电压技术高电压技术高压试验变压器的特点： 试验变压器的绝缘裕度不需要取很大，但要严格防 止和限制过电压的出现。 试验变压器的容量一般不大 )KVA(10UCf2S32 C 试品电容uf；U 实验电压kv 由于试验变压器的额定电压很高而容量不大，因而的油箱本体不大，而其高压套管又长又大，这是它外观的一大特点。高电压技术高电压技术试验变压器连续运行时间不长，发热较轻，因而不需要复杂的冷却系统，但由于试验变压器的绝缘裕

24、度小、散热 条件差，所以一般在额定电压或额定功率下只能做短时运行。与电力变压器相比，试验变压器的漏抗较大，短路电 流较小，因而可降低绕组机械强度方面的要求，节省 费用。试验变压器所输出的电压应尽可能是正、负半波对称 的正弦波形，实际上很难作到，一般采取以下措施： 采用优质铁心材料 采用较小的设计磁通密度 选用适宜的调压供电装置 在试验变压器的低压侧 跨接若干滤波器。高电压技术高电压技术 试验变压器串级装置 当所需的工频试验电压 很高时，由于变压器的体积和重量近似与其额定电压的三次方成正比，而其绝缘难度和制造价格甚至增加的更多，因此再采用单台变压器来产生就不恰当了。 一般当U1000kv时，均采

25、用若干台试验变压器组成串级装置来满足要求。数台试验变压器串级联接的办法是将它们的高压绕组串联起来，使它们的高压侧电压叠加后得到很高的输出电压，而每台变压器的绝缘要求和结构可大大简化，减轻绝缘难度，降低总价格。 最常用的串级联接方式是自耦式联接，这时高一级变压器的激励电流由前一级变压器高压绕组的一部分（可称为累接绕组）来供给。高电压技术高电压技术串接式工频试验变压器串接式工频试验变压器 n级串接装置容量的利用系数级串接装置容量的利用系数12n高电压技术高电压技术 工频交流耐压实验设备：工频交流耐压实验设备： 3、R1 保护电阻 保护试验变压器，在试品突然击穿时限制短路电流，同时也限制出现在变压器

26、内部纵绝缘上的过电压。 4、球隙： 保护试品，实验电压过高时，球隙击穿放电，使试品免受过电压的损害。5、R2 保护电阻 保护球隙，限制球隙的放电电流，以免球隙表面严重铄烧。高电压技术高电压技术 工频交流耐压实验结果分析：工频交流耐压实验结果分析：P68 实验注意事项实验注意事项: P68高电压技术高电压技术五、直流耐压实验五、直流耐压实验高电压技术高电压技术 泄漏电流的测量原理和绝缘电阻的测量原理一致。 1、泄漏电流测量的特点： 、加在试品上的直流高压比兆欧表的工作电压高得多，能发现兆欧表所不能发现的某些缺陷。 如：分别在20kv和40kv电压下测量额定电压为35kv及以上变压器的 泄漏电流值，能相当灵敏的发现瓷套开裂、绝缘纸桶沿面炭化、变压器油劣化及内部受潮等缺陷。 、由于施加在试品上的直流高压是逐渐增大的，所以可以在升压过程中监视泄漏电流的增长动向。 高电压技术高电压技术2、直流泄漏试验接线、直流泄漏试验接线(1) 被试品不接地被试品不接地高电压技术高电压技术(2) 被试品一极接地被试品一极接地(1) 被试品不接地被试品不接地高电压技术高电压技术(2) 被试品一极接地被试品一极接地