电气设备绝缘试验

1、会计学1电气设备绝缘试验电气设备绝缘试验2本章内容电气设备进行绝缘试验的必要性绝缘往往是电力系统中的薄弱环节，绝缘故障通常是引发电力系统事故的首要原因。电介质理论仍远未完善，须借助于各种绝缘试验来检验和掌握绝缘的状态和性能。 绝缘试验的分类 非破坏性试验:(预防性试验) 指较低电压下或用其他不损伤绝缘的方法来测定电气设备绝缘的某些特性及其变化情况,从而判断在加工制造和运输、运行过程中可能出现的绝缘缺陷。 绝缘电阻及泄露电流、介质损耗、局部放电等测量，色谱分析、X射线及超声波探测绝缘缺陷等破坏性试验:(高电压试验) 模拟设备在运行过程中实际可能碰到的危险的过电压状况，对绝缘加上与之等价的高电压来

2、进行试验，从而考核绝缘的耐电强度。 工频耐压试验、直流耐压试验、冲击耐压试验5l 在新设备投入运行前，在交接、安装、调试等环节中进行l 运行中的各种电气设备的绝缘定期进行检查，以便及早发现绝缘缺陷，及时更换或修复，防患于未然。 l 由于缺陷种类很多、影响各异，所以绝缘预防性试验的项目也就多种多样。每个项目所反映的绝缘状态和缺陷性质亦各不相同，故同一设备往往要接受多项试验，才能作出比较准确的判断和结论。 6l 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，还会受到各种过电压的侵袭。l为了检验电气设备的绝缘强度，在出厂时、安装调试时或大修后需要进行各种高电压试验。l

3、在高压试验室内应能模拟出这些试验电压，从而实现对电气设备绝缘进行耐压试验以考验各种绝缘耐受这些高电压作用的能力。7绝缘的高电压试验 在高压试验室用工频交流高压、直流高压、雷电冲击高压、操作冲击高压等模拟电气设备的绝缘在运行中受到的工作电压，用以考验各种绝缘耐受这些高电压作用的能力。特点l具有破坏性试验的性质。 l一般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。89 绝缘电阻是反映绝缘性能的最基本的指标之一，通常都用兆欧表来测量绝缘电阻。用兆欧表来测量电气设备的绝缘电阻被广泛的运用在常规绝缘试验中。 1 绝缘电阻l绝缘电阻是一切电介质和绝缘结构的绝缘电阻是一切电介质和绝缘结构

4、的绝缘状态最基本的综合性特性参数。绝缘状态最基本的综合性特性参数。10兆欧表的原理接线图 L:线路端 E:接地端 G:屏蔽端l流比计式的测量机构M，包括处在永磁磁场内的可动部分电压线圈LV和电流线圈LA。l被试物接到L和E之间时，摇动发电机手柄，直流电压就加到两个并联的支路上。lG的作用是使绝缘表面泄漏电流不要流过线圈LA,测得的绝缘体积电阻不受绝缘表面状态的影响。11l电压线圈LV和电流线圈中电流产生的力矩方向相反,使可动部分旋转。l当到达平衡时，指针偏转的角度正比于IV/IA。l偏转角度与试品绝缘电阻关系为:兆欧表的原理接线图)()()(xVAxAVRfRRRfIIf12 2 吸收比 多层

5、绝缘介质在直流电压作用下,有吸收现象,即电流随所加电压时间的延长而逐渐减小，最后趋于一恒定值（泄漏电流)。其绝缘电阻也将随时间的变化而变化,可据此作为判断绝缘状态的依据 131415 绝大多数设备绝缘采用的是多种介质分层结构。就基本机理而言，多种介质中的吸收现象与双层介质没什么不同。双层介质的吸收现象略讲16 为了分析方便，改用电阻R1和R2代替上图中的电导G1和G2。（R11/G1, R2=1/G2) 开关S合闸作为时间t的起点，在t=0+的极短时间内，层间电压按下式分布 21210CCCUU21120CCCUU略讲17 达到稳态时，层间电压按电阻分布 2111RRRUU2122RRRUU

6、稳态电流将为电导电流 21RRUIg略讲18 由于存在吸收现象，1、2上的初始电压和稳态时的不等，该过程中，层间电压变化为： teRRRCCCRRRUu2112122111teRRRCCCRRRUu2122112122212121)(RRRRCC时间常数为:略讲19 流过双层介质的电流为： 11CRiii22CRiii 或 用流过R1和C1的电流表示,则： teRRRRCCCRCRURRUi21212212112221)()()( 上式中,第一项为电导电流Ig,第二项为吸收电流ia： 绝缘严重受潮或出现导电性缺陷时，阻值R1、R2或两者之和显著减小，Ig大大增加，而ia迅速衰减,吸收过程很快

7、略讲20l 吸收比K定义为加压60s时的绝缘电阻与15s时的绝缘电阻比值。吸收比的定义及判断方法l K恒大于1，且越大表示绝缘性能越好。绝缘受潮后，吸收电流衰减很快，在15s时已衰减很多，60s时的绝缘电阻和15s时已经比较接近,其极限值为1。l 一般认为如K1.3，就可判断为绝缘可能受潮。ssRRK1560121被试品被试品1的绝缘的绝缘状况较好。状况较好。被试品被试品2的绝缘的绝缘状况较差，受状况较差，受潮较为严重，潮较为严重，必须进行干燥必须进行干燥处理。处理。补 充22min1min102RRK l 对于220kV及以上且容量为120MVA及以上的电力变压器或功率在200MW及以上的同

8、步发电机均应测量极化指数。23l 不论是绝缘电阻的绝对值或是吸收比都只是参考性的。如不满足最低合格值，则绝缘中肯定存在某种缺陷；但是，如已满足最低合格值，也还不能肯定绝缘是良好的。l 有些绝缘，特别是油浸的或电压等级较高的绝缘，即使有严重缺陷，用兆欧表测得的绝缘电阻值、吸收比，仍可能满足规定要求，这主要是因为兆欧表的电压较低的缘故。 24三比较方法 若个别试验项目不合格，达不到规程的要求，可使用三比较方法。l与同类型设备作比较 同类型设备在同样条件下所得的试验结果应该大致相同,若差别很大就可能存在问题l在同一设备的三相试验结果之间进行比较 若有一相结果相差达50%以上,该相很可能存在缺陷l与该

9、设备技术档案中的历年试验数据进行比较 若性能指标有明显下降情况,即可能出现新的缺陷 返回返回25测量绝缘电阻的作用返回26l测量泄漏电流从原理上来说，与测量绝缘电阻是相似的，但它所加的直流电压要高得多，能发现用兆欧表所不能显示的某些缺陷，具有自己的某些特点。27泄漏电流试验接线图 1 泄漏电流测量原理微安表微安表28泄漏电流试验接线图 lR为保护电阻，以限制初始充电电流和故障短路电流不超过整流元件和变压器的允许值。l整流所得的直流高压可用高压静电电压表PV2测得l泄漏电流则以接在被试品TO高压侧或接地侧的微安表来测量。29l加在试品上的直流电压要比兆欧表的工作电压高得多，可达10kV以上2 泄

10、漏电流测量的特点l能发现兆欧表所不能发现的某些缺陷，如未贯穿的集中性缺陷l可在试验中随电压升高，观察泄漏电流与时间的关系，绘出曲线进行全面分析3031小 结l绝缘电阻是一切电介质和绝缘结构的绝缘状态最基本的综合特性参数。 l电气设备中大多采用组合绝缘和层式结构，在直流电压下均有明显的吸收现象，测量吸收比可检验绝缘是否严重受潮或存在局部缺陷。 l测量泄漏电流从原理上来说，与测量绝缘电阻是相似的，但它所加的直流电压要高得多，能发现用兆欧表所不能显示的某些缺陷，具有自己的某些特点。返回作业：3.1 3.2(教材P94)32ltan能反映绝缘的整体性缺陷(例如全面老化)和小电容试品中的严重局部性缺陷。

11、根据tan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。l测量tan不能灵敏地反映大容量发电机、变压器和电力电缆(它们的电容量都很大)绝缘中的局部性缺陷，这时尽可能将这些设备分解成几个部分，然后分别测量。 l介质的功率损耗P与介质损耗角正切tan成正比,所以后者是绝缘品质的重要指标，测量tan值是判断电气设备绝缘状态的一项灵敏有效的方法。 33西林电桥原理接线图西林电桥测量法的基本原理 3435BDADCBCAUUUU.BDCBADCAUUUU. 桥臂CA和AD中流过电流相同,而CB和BD中流过电流相同。所以各桥臂电压之比即相应的阻抗之比。 43ZZZZNX略讲36 式中Zx、

12、Zn、Z3、Z4分别是电桥的试样阻抗，标准电容器阻抗以及桥臂Z3和Z4的阻抗 11xxxjCZRw=+1NNZjCw=33ZR=44411j CZRw=+略讲37而介质并联等值电路的介质损耗角正切为：)1 (2424234RCRCRCNxNxCRCRCRR24242242423)1 (可求得试品电容和等值电阻分别为441RCRCtgxx38因为 ，如取 ，并取C4的单位为uF,则1002f10004R4Ctg 为了读数的方便于工作,通常将面板上可调电容C4的电容值直接标记成被试品的正切值 如C4=0.006uF,直接标成0.6%介损角正切值的实际使用39当 时，试样电容可近似地按下式计算： t

13、an0.1x 当桥臂电阻R3，R4和电容CN，C4已知时就可以求得试样电容和损耗角正切。 342342424234)1 ()1 (RCRtgRCRRCRCRCNNNx试品电容的近似值40反接法: 由于绝大多数电气设备的金属外壳是直接放在接地底座上的，换言之，被试品的一极往往是固定接地的,应改用下图的反接线法进行测量。 西林电桥反接线原理图 电桥平衡的过程与正接线时无异，所不同者在于各个调节元件、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。 41IIIIRCRtanSPIUUIIIIIRRCRtan42影响西林电桥测量的因素 l测试tan时排除电场干扰的方法主要有屏

14、蔽、选相、倒相法、移相法和采用反干扰电源平衡干扰等方法。l防止外界磁场干扰的主要措施是将测量仪器尽量远离干扰源。1 外界电磁场的干扰影响43l温度对tan值的影响很大，具体的影响程度随绝缘材料和结构的不同而异。l一般来说，tan随温度的增高而增大。l现场试验时的绝缘温度是不一定的，所以为了便于比较，应将在各种温度下测得的tan值换算到20时的值。 443 试验电压的影响 l良好的绝缘在额定电压范围内,tan不随电压的升高而明显增加l若绝缘内部有缺陷时（如气泡），若试验电压超过气泡的放电电压时，tan将随试验电压的升高而明显增加45464748 对于电容量较小的试品(例如套管、互感器等)，测量t

15、an能有效地发现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(例如大中型发电机、变压器、电力电缆、电力电容器等)测量tan只能发现整体分布性缺陷。4 试品电容量的影响 495 试品表面泄漏的影响 试品表面泄漏电阻总是与试品等值电阻Rx并联，显然会影响所测得的tan值，在试品的Cx较小时尤需注意。 测试前应当清除绝缘表面的积污和水分，必要时还可在绝缘上装设屏蔽极。5051返回返回小 结tgtgtg作业：3.4(教材P95)52局部放电： 高压电气设备的绝缘内部总是存在一些缺陷,如气泡空隙、杂质等。由于这些异物的电导和介电常数不同于绝缘物，故在外加电场作用下，这些异物附近将具有比周围更高

16、的场强，有可能引起该处物质产生电离放电现象，称为局部放电。53局部放电的影响：l放电产生的带电粒子不断撞击绝缘，有可能破坏绝缘高分子的结构，造成裂解l放电能量产生的热能使绝缘内部温度升高而引起热裂解l在局部放电区，强烈的离子复合会产生高能辐射线，引起材料分解l气隙中如含有氧和氮，放电可产生臭氧和硝酸等强烈的氧化剂和腐蚀剂，使纤维、树脂、浸渍剂等材料发生化学破坏54(a)示意图 (b)等值电路3.4.1 局部放电测量基础 绝缘内部气隙局部放电的等值电路 Cg:气隙的电容Cb:与气隙串联部分的电容Ca:完好部分的电容55放电过程描述l当气隙上电压达到放电电压,气隙内发生火花放电,相对于通过并联间隙

17、放电l当气隙上的电压迅速下降到熄灭电压时,火花熄灭,完成一次局部放电。l气隙电容重新获得充电,再次达到放电电压时时发生第二次放电56aaUCqqaCaU57l局部放电试验方法很多，可分为电气法和非电气法两大类。l 电气法中有脉冲电流法、介质损耗法和电磁辐射法。非电气法中有声波法、测光法、测热法和物理化学法。电气法的灵敏度较非电气法高，所以，局部放电试验一般多采用电气法。在电气法中用得最多的是脉冲电流法。58局部放电测量的脉冲电流法 在一定电压作用下的被试品中产生的局部放电电流脉冲流过检测阻抗，然后把检测阻抗上的电压加以放大后送到检测仪器（示波器、峰值电压表、脉冲计数器）中。 所测得的脉冲电压峰

18、值与试品的视在放电量成正比，经过适当的校准，就能直接读出视在放电量（pC)。 返回返回5960l工频高电压试验不仅仅为了检验绝缘在工频交流工作电压下的性能，也用来等效地检验绝缘对操作过电压和雷电过电压地耐受能力。 l在试验中可能会导致绝缘内部的累积效应，在一定程度上损伤绝缘l试验电压数值的确定是关键，过高对设备绝缘造成损伤大，考核过于严格；过低不足以发现设备缺陷61l通常采用高压试验变压器或其串级装置来产生。 l对电缆、电容器等电容量较大的被试品，可采用串联谐振回路来获得试验用的工频高电压。 l工频高压装置是高压试验室中最基本的设备，也是产生其他类型高电压的设备基础部件。工频高电压的产生621

19、. 高压试验变压器63(1)试验变压器本身应有很好的绝缘，但绝缘裕度小，试验过程中要严格限制过电压。 原因: 试验变压器都在实验室工作，不象电力变压器那样会受到雷电过电压和操作过电压的作用，所以绝缘裕度不需要取得太大64（2）试验变压器容量一般不大。 原因: 在试验中，被试品放电或击穿前，只需要供给被试品的电容电流；如果被试品被击穿，开关会立即切断电源，不会出现长时间的短路电流。 65)(1023AfCUI)(10232kVAfCUS 试验变压器高压侧电流I和额定容量S主要取决于被试品的电容: 式中C被试品的电容和试验变压器本身的电容（uF） U试验电压, kV f 电源频率,Hz 为了满足大

20、部分试品的试验要求，250kV以上的变压器的高压侧额定电流一般取1A。例如500kV试验变压器的额定容量一般为500kVA66（3）外观上的特点：油箱本体不大而其高压套管又长又大。 单套管式： 高压绕组的一端接地，另一端输出额定全电压。其高压绕组和套管对铁心和油箱的绝缘均应按耐受全电压的要求来设计。 额定电压一般不超过250-300kV1 低压绕组 2 高压绕组 3 铁心4 油箱 5 套管 6 屏蔽极67 双套管式： 高压绕组的中点与铁心、油箱相连，两端各经一只套管引出，也是一端接地，另一端输出全电压。但每个套管只承受一半的全电压，同时铁心和油箱承受一半全电压，需对地绝缘起来。 最高额定电压可

21、达750kV1 低压绕组 2 高压绕组 3 铁心4 油箱 5 套管 6 屏蔽极7绝缘支柱68（4）试验变压器与连续运行时间不长，发热较轻，因而不需要复杂的冷却系统。 （5）漏抗大，短路电流较小，可降低机械强度方面的要求,节省制造费用。 （6）输出电压波形很难做到是正负半波对称的正弦波形，需要采取措施加以修正。69l变压器的体积和重量近似地与其额定电压的三次方成比例。 l随着体积和重量的增加, 试验变压器的绝缘难度和制造价格增加得更多。 l电压超过1000kV时，需采用若干台试验变压器组成串级装置来满足要求。 2. 试验变压器串级装置返回返回70绝缘的工频耐压试验 l工频交流耐压试验是检验电气设

22、备绝缘强度的最有效和最直接的方法。l工频耐压试验可用来确定电气设备绝缘耐受电压的水平，判断电气设备能否继续运行，是避免其在运行中发生绝缘事故的重要手段。l工频耐压试验时，对电气设备绝缘施加比工作电压高得多的试验电压，这些试验电压反映了电气设备的绝缘水平。7172127374751.工频高压试验的基本接线图工频高压试验的基本接线图AV一调压器 PV1一低压侧电压表 T一工频高压装置R1一变压器保护电阻 TO一被测试品 R2一测量球隙保护电阻PV2一高压静电电压表 F一测量球隙 Lf一Cf一谐波滤波器略讲76l按规定的升压速度提升作用在被测试品上的电压，直到等于所需的试验电压为止，这时开始计算时间

23、。l为了让有缺陷的试品绝缘来得及发展局部放电或完全击穿，达到U后还要保持一段时间，一般取一分钟。l如果在此期间没有发现绝缘击穿或局部损伤（可通过声响、分解出气体、冒烟、电压表指针剧烈摆动、电流表指示急剧增大等异常现象作出判断）的情况，即可认为该试品的工频耐压试验合格通过。2. 工频高压试验的实施方法略讲7778798021KUU 81828321UKU 121CCCK分压比：84返回返回85l 被试品的电容量很大的场合（例如长电缆段、电力电容器等），用工频给交流高电压进行绝缘试验时会出现很大的电容电流，要求试验装置具有很大的容量，很难做到。这时用直流高电压试验来代替工频高电压试验。 l 直流输

24、电工程的增多促使直流高电压试验的广泛应用。l 直流高电压在其他科技领域也有厂泛的应用，其中包括静电喷漆、静电纺织、静电除尘、X射线发生器、等离子体加速以及原子核物理研究中都使用直流高压作为电源。86l将工频高电压经而变换成直流高电压。 l利用原理制成的直流高压串级装置（或称串级直流高压发生器)能产生出更高的直流试验电压871.半波整流回路（a）（b）半波整流电路(a)及输出电压波形图(b)R:保护电阻,限制起始充电电流和短路电流不超过硅堆的短路过电流值C:高压滤波电容,滤除脉动分量RL：被试品电阻88基本技术参数（1）额定平均输出电压Ud2minmaxUUUd（2）额定平均输出电流IdLddR

25、UI（3）电压脉动系数SdUUS2minmaxUUU式中 表示电压脉动幅度，一般要求不大于3%。89CfRSL21对于半波整流回路 可见,被试品电阻越小（负载越大）,输出电压的脉动幅度就越大;而增大滤波电容C,则可减小电压脉动90负半波期间经VD1向C1充电,正半波期间电源与C1串联起来向C2充电,最后C2上可获得2Um的直流电压。2. 倍压整流回路913. 串级直流发生器 利用图 (a)的倍压整流电路作为基本单元，多级串联起来即可组成一台串级直流高压发生器，如图(b)所示。（a）基本倍压整流电路 (b)两级串级直流高压发生器接线图9293l研究电气设备在运行中遭受雷电过电压和操作过电压的作用

26、时的绝缘性能。 l许多高压试验室中都装设了冲击电压发生器，用来产生试验用的雷电冲击电压波和操作冲击电压波。 l高压电气设备在出厂试验、型式试验时或大修后都必须进行冲击高压试验。 94)()(21tteeAtu123.8.1 冲击高电压的产生95)1 ()(2teAtu1)(tAetu波尾范围内， ，则由于 所以在波前范围内，(a)可获得冲击电压波前的回路 2111te02te (b)可获得冲击电压波尾的回路96l S合上后,C1经R1向C2充电,同时经R2放电,若R2R1,则可略去放电过程。 由于C1C2, 充电时C1可视为直流电源,C2上的电压近似为（波前)1 ()(20teUtul 若忽略R1的压降和向R2放电，充满后C2的最大电压为U0。C1与C2并联向R2放电,并忽略R1的影响，则C2上的电压为 (波尾)10)(teUtu212CR)(2121CCR97211221