电气设备预防性试验

电气设备预防性试验第一页，共38页。

电力设备的绝缘系统是电力设备的关键部位，也是较易发生故障的部位。电力设备的预防性试验是及时发现电力设备绝缘缺陷的必要的、有效的手段。本章共分下列几部分试验：（1）绝缘电阻、吸收比、极化指数。（2）泄漏电流试验和直流耐压。（3）介质损失角正切值或功率因数试验。（4）交流耐压。（5）绝缘油试验。（6）油中溶解气体的色谱分析。（7）六氟化硫气体的现场测试。第二页，共38页。第一节绝缘电阻、吸收比、极化指数的测量

电气设备的绝缘电阻，是指其电气绝缘材料上所施加的直流电压U和通过它总的电导电流的比值，即R=U／I。通过测量电气设备的绝缘电阻，可以检查设备绝缘状态。如：是否受潮、老化等。测量电气设备的绝缘电阻是绝缘试验中最基本、最简便的方法。使用一台兆欧表就可以进行。兆欧表输出的是直流电压。而测量绝缘电阻、吸收比、极化指数的区别是在时间的读数上。这三种方法的特点是：

第三页，共38页。（1）绝缘电阻。读数时间为1min。数值应归算到同一温度和过去值相比较，即存在一个温度修正的问题。它可以发现绝缘的整体和贯通性受潮、贯通性的集中缺陷。对局部缺陷反映不灵敏。（2）吸收比。采用读数为1min和15S（或30S）绝缘电阻的比值。我国采用15S。该值和温度无关，不用进行温度的换算，便于比较。可以较好地判断绝缘是否受潮，适用于容量较大的设备。（3）极化指数。采用读数为10min和1min的绝缘电阻的比值。该值和温度无关，不用进行温度的换算，便于比较。可以很好地判断绝缘受潮。适用于各种电气设备绝缘系统，特别是干式绝缘系统，如旋转电机、电缆、干式变压器等。第四页，共38页。二、测量原理

在直流电压的作用下，绝缘中将通过电流，其变化是开始瞬间通过一个很高的电流，并很快地下降，然后缓慢地减少到接近恒定值为止。总的电流组成如下：第五页，共38页。（1）泄漏电流。它包括表面泄漏和容积泄漏电流。这是绝缘中带电质点在电场力的作用下发生而形成的。电流增加，绝缘的电阻就减少。它基本上和时间无关。（2）电容电流。它是由快速极化（电子、离子极化）而形成的，是时间的函数，随时间的增大而快速地减少，直至零。（3）吸收电流。它是由缓慢极化而形成的（自由离子的移动），也是时间的函数，随时间的增长而缓慢地减少，它和被试设备的受潮情况有关。

这三种电流的合成便是总电流。第六页，共38页。多层介质的吸收现象初始电压分布U1/U2=C2/C1稳态电压分布U1/U2=R1/R2吸收和泄漏电流及绝缘电阻变化过渡过程时间常数吸收比第七页，共38页。第八页，共38页。

在判断高压设备的绝缘状况时，为什么还要测量吸收比？电气设备的绝缘受潮后，其绝缘电阻降低，通过后极化过程加快，而由极化过程决定的吸收电流衰减速度也变快。因此，随着测量时间的增加，绝缘电阻迅速上升，在这种情况下，只要测出不同测量时间下的绝缘电阻，并进行比较就能判断绝缘是否受潮，以及受潮的程度。

因此，对于电力变压器、电力电容器、交流电动机等高压电气设备，为了考察其绝缘的受潮情况，除了测量它们的绝缘电阻外，还要测量吸收比。吸收比通常用加压后60秒和15秒时的绝缘电阻比值表示，记为K，即K＝R60／R15。如果K值大，表明绝缘干燥；如果K值小，表明绝缘已受潮。一般来说，未受潮的绝缘，其K值大于1.3；而当K值接近于1时，则说明绝缘已受潮或有局部缺陷。第九页，共38页。

测量绝缘电阻的仪表称为兆欧表。其型式有手摇式，晶体管式和数字电子式。其输出直流电压等级有100、250、500、1000、2500、5000V，对于不同电压等级的电气设备应使用不同电压的兆欧表，最常用的是500、1000V和2500V等级的。数字电子式兆欧表在已得到较多的采用。第十页，共38页。BC2000测吸收比和极化指数绝缘表第十一页，共38页。三、影响因素和分析判断

1、影响因素影响绝缘电阻的因素很多，下面分别给予简述。（1）湿度影响。当绝缘物在湿度较大的环境中时，其表面会吸收潮气形成水膜，致使其表面电导电流增加，使绝缘电阻显著下降。此外，某些绝缘材料具有毛细管作用，会吸收较多的水分，使电导增加，致使总体绝缘下降。针对这一情况，应加上等电位屏蔽。要求相对湿度小于80%。（2）温度影响。温度上升，许多绝缘材料的绝缘电阻都会明显下降，因为温度升高使绝缘材料的原子、分子运动加剧，原来的分子结构变得松散，带电的离子在电场的作用下，产生移动而传递电子，于是绝缘材料的绝缘能力下降。针对这一因素，试验人员应将测试结果换算到同一温度下进行纵横向比较，如果试验数据相差很大，且不合乎试验规程，应根据试验结果，分析绝缘是否有老化或受潮现象。第十二页，共38页。（3）表面状态的影响。表面的污染、受潮使绝缘物的表面电阻率下降，从而使绝缘电阻也下降。测试品表面容易附着灰尘或油污等污秽物质，这些污秽物质大多能够导电，使绝缘物表面电阻降低，但这不代表绝缘体的真实情况。针对这一情况，通常要用清扫手段，把绝缘体表面揩拭干净，这样被测试物的绝缘电阻值就会大大提高。（4）试验电压大小的影响。（5）电气设备上剩余电荷的影响。重复测量时，由于残余电荷的存在，使重复测量时所得到的充电电流和吸收电流比前一次小，造成绝缘电阻假增现象。因此，每测一次绝缘电阻后，应将被测试品充分放电，做到放电时间大于充电时间，以利于残余电荷放尽。（6）兆欧表容量的影响。（7）接线和表计型式的影响。操作方法兆欧表使用不当，会使得数据不准确，因此，可选择合适电压等级的兆欧表。接线要正确(测量端接表的“L"端，接地端接表的“E”端，屏蔽端接表的“G”端)，驱动转速为120转／分。只有通过正确的操作方法，才能测得一个比较真实的试验数据。第十三页，共38页。2、分析判断（1）绝缘电阻应该大于规定的允许值。（2）应将测得的值和同一设备过去的数据（包括出厂数据）；各相之间的数据；同类设备的数据进行比较。（3）在分析判断时，应充分地排除各种影响因素，如湿度、温度、表面污染等。第十四页，共38页。第二节泄漏电流试验和直流耐压试验绝缘体不导电只是相对的。随着外围环境条件的变化，实际上没有一种绝缘材料是绝对不导电的。任何一种绝缘材料，在其两端施加电压，总会有一定电流通过，这种电流的有功分量叫做泄漏电流，而这种现象也叫做绝缘体的泄漏。

泄漏电流实际上就是电气线路或设备在没有故障和施加电压的作用下，流经绝缘部分的电流。因此，它是衡量电器绝缘性好坏的重要标志之一，是产品安全性能的主要指标。将泄漏电流限制在一个很小值，这对提高产品安全性能具有重要作用。

第十五页，共38页。由于绝缘电阻测量的局限性，所以在绝缘试验中就出现了测量泄漏电流的项目。测量泄漏电流所用的设备要比兆欧表复杂，一般用高压整流设备进行测试。由于试验电压高，所以就容易暴露绝缘本身的弱点，用微安表直测泄漏电流，这可以做到随时进行监视，灵敏度高。并且可以用电压和电流、电流和时间的关系曲线来判断绝缘的缺陷。因此，它属于非破坏性试验的方法。第十六页，共38页。而直流耐压试验（在国外也称为直流高电位试验）是加到绝缘上的电压超过了电气设备的交流额定电压值，在最大电压下保持一段时间（如5min），它是在泄漏电流试验的基础上进行的。直流耐压试验往往可以发现一些交流耐压试验中不易发现的局部缺陷，如发电机的端部绝缘缺陷，同时还具有试验设备较轻便，没有极化损失，对绝缘的破坏比交流电压要小得多等特点，所以得到了广泛的使用。它是属于破坏性的试验。它和交流耐压试验是互补的，不能互相代替。而试验电压值对各种电气设备是不同的。第十七页，共38页。直流耐压试验电压较高，对发现绝缘某些局部缺陷具有特殊的作用，可与泄漏电流试验同时进行。

直流耐压试验与交流耐压试验相比，具有试验设备轻便、对绝缘损伤小和易于发现设备的局部缺陷等优点。与交流耐压试验相比，直流耐压试验的主要缺点是由于交、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更接近实际。

第十八页，共38页。直流高压发生器第十九页，共38页。二、试验原理

将直流电压加到绝缘上时，其泄漏电流是不衰减的，在加压到一定时间以后，微安表的读数就等于泄漏电流值。绝缘良好时，泄漏电流和电压的关系几乎呈一直线，且上升较小；绝缘受潮时，泄漏电流则上升较大；当绝缘有贯通性缺陷时，泄漏电流将猛增，和电压的关系就不是直线了。第二十页，共38页。

泄漏电流的测试

一般直流兆欧表的电压在2.5KV以下，比某些电气设备的工作电压要低得多。如果认为兆欧表的测量电压太低，还可以采用加直流高压来测量电气设备的泄漏电流。当设备存在某些缺陷时，高压下的泄漏电流要比低压下的大得多，亦即高压下的绝缘电阻要比低压下的电阻小得多。

测量设备的泄漏电流和绝缘电阻本质上没有多大区别，但是泄漏电流的测量有如下特点：

第二十一页，共38页。

图1-1某设备绝缘泄漏电流曲线

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（1）试验电压比兆欧表高得多，绝缘本身的缺陷容易暴露，能发现一些尚未贯通的集中性缺陷。

（2）通过测量泄漏电流和外加电压的关系有助于分析绝缘的缺陷类型，如图所示。

（3）泄漏电流测量用的微安表要比兆欧表精度高。第二十二页，共38页。

三、影响因素和分析判断1、影响因素（1）温度的影响。当温度升高时，泄漏电流增大。（2）表面污染的影响。（3）加压速度的影响。加压速度过快，将影响吸收过程的完成，对电容量大的设备就有影响。（4）微安表位置和高压连线的影响。这主要是杂散电流和电晕电流的影响。（5）试验电压波形和极性的影响。要求试验电压的电源波形是正弦波形（交流）。（6）湿度影响。和绝缘电阻相似，应在空气相对湿度80%以下进行。第二十三页，共38页。2、分析判断（1）泄漏电流随电压不成比例显著增长时，应注意分析。（2）泄漏电流应不随时间的延长而增长。（3）所测得的泄漏电流值不应超出一般允许值（可见下述各章）。（4）将数值与过去数据、各相间和同类设备相比较。（5）应排除湿度、温度、污染等影响因素。（6）对直流耐压试验的判断为：第二十四页，共38页。1）被试品发生击穿。此时微安表指示突然增高或电压表指示明显下降。2）被试品发生间隙性击穿。此时微安表指示周期性地大幅度摆动。但应排除电源波动、表面污染等影响。3）耐压后的绝缘电阻比耐压前显著降低时，则绝缘有问题，甚至已击穿。4）泄漏电流比上次试验变化很大，随电压升高或时间的延长而急剧上升时，应查明原因。第二十五页，共38页。1、介质损耗

什么是介质损耗：绝缘材料在电场作用下，由于介质电导和介质极化的滞后效应，在其内部引起的能量损耗。也叫介质损失，简称介损。2、介质损耗角δ

在交变电场作用下，电介质内流过的电流相量和电压相量之间的夹角(功率因数角Φ)的余角(δ)。简称介损角。3、介质损耗正切值tgδ

又称介质损耗因数，是指介质损耗角正切值，简称介损角正切。介质损耗因数的定义如下:第三节介质损失角正切值或功率因数试验第二十六页，共38页。介质损耗因数tgδ是反映绝缘性能的基本指标之一。介质损耗因数tgδ反映绝缘损耗的特征参数，它可以很灵敏地发现电气设备绝缘整体受潮、劣化变质以及小体积设备贯通和未贯通的局部缺陷。

如果取得试品的电流相量和电压相量，则可以得到如下相量图：第二十七页，共38页。总电流可以分解为电容电流Ic和电阻电流IR合成，因此：这正是损失角δ=(90°-Φ)的正切值。因此现在的数字化仪器从本质上讲，是通过测量δ或者Φ得到介损因数。第二十八页，共38页。介质损耗因数tgδ与绝缘电阻和泄漏电流的测试相比具有明显的优点，它与试验电压、试品尺寸等因素无关，更便于判断电气设备绝缘变化情况。因此介质损耗因数tgδ为高压电气设备绝缘测试的最基本的试验之一。

介质损耗因数tgδ可以有效的发现绝缘的下列缺陷：

（1）受潮；（2）穿透性导电通道；（3）绝缘内含气泡的游离，绝缘分层、脱壳；（4）绝缘有脏污、劣化老化等。当绝缘物上加交流电压时，我们可以把介质看成为一个电阻和电容并联组成的等值电路。根据等值电路可以作出电流和电压的相量图。

第二十九页，共38页。第三十页，共38页。功率因数cosΦ

功率因数是功率因数角Φ的余弦值，意义为被测试品的总视在功率S中有功功率P所占的比重。功率因数的定义如下:

有的介损测试仪习惯显示功率因数(PF:cosΦ)，而不是介质损耗因数(DF:tgδ)。一般cosΦ<tgδ，在损耗很小时这两个数值非常接近。

第三十一页，共38页。第三十二页，共38页。第三十三页，共38页。第三十四页，共38页。HJSC-10B自动抗干扰介质损耗测试仪HJSC-10B自动抗干扰介质损耗测试仪是专门为高压测试专业试验各种