电气设备的绝缘试验

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6、局部放电测量7、油中气体分析231、概述高压电气设备变压器、电抗器绝缘子套管互感器（电压、电流）避雷器电容器输电线路杆塔、金具、导线电机电阻器41、概述电力设备的组成:

导电材料

导磁材料金属材料（铜、铝等导电材料和硅钢片等导磁材料金属材料（角钢、钢板等）绝缘材料（气体、固体、液体）结构材料5气体绝缘材料固体绝缘材料液体绝缘材料环氧、绝缘（纸、板）、瓷、玻璃、交联聚乙烯、硅橡胶（乙丙）、氟塑料、云母等矿物油、植物油、合成油空气、SF6、氮气等1、概述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6集中性缺陷:缺陷集中于绝缘的某一个或几个部分。（如局部受潮、绝缘内部气泡、瓷裂纹、贯穿或非贯穿性缺陷、局部机械损伤等）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。（整体受潮、整体发热、绝缘油变质等）绝缘缺陷1、概述7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8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9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10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11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。1、概述1314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2、

绝缘电阻的测试162、

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。172、

绝缘电阻的测试电导电流吸收电流电容电流tititi直流电压作用介质时，通过它的电流可包含三部分。181）

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19即C1、C2上的电荷需要重新分配，设C1>C2，而R1>R2，则可得：双层介质的等值电路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21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22吸收曲线

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23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(吸收比）的变化，可以判断绝缘的状况。2、

绝缘电阻的测试242）

绝缘电阻测试仪

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25兆欧表由两部分组成：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26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283)、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30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312、

绝缘电阻的测试32I15、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；吸收比的测量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33U

R15602受潮t(s)1良好Ka1Ka22、

绝缘电阻的测试34

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。K=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375)、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38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39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、

绝缘电阻的测试规定标准历史数据同类设备不同相之间还应参考本绝缘其他试验的结果。测量结果比较403、泄漏电流的测量413、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。42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。431)、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44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45被试品额定电压35kV及以下施加10~30kV直流电压被试品额定电压110kV及以上施加40kV直流电压试验时按每级0.1~0.05倍试验电压分阶段升高每阶段停留1min，读微安表读数即为泄漏电流绘制泄漏电流与加压时间、泄漏电流与试验电压关系曲线后进行分析2)试验方法3、泄漏电流的测量463）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（C>1μF）。3、泄漏电流的测量474）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48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。5)小结3、泄漏电流的测量494、

介质损耗角正切值的测量50

4、

介质损耗角正切值的测量514、

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。

UIδ绝缘介质的损耗：524、

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。53可见，绝缘介质损耗角tgδ

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54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55

𝞮1V1𝞮2V2例如：一支110kV套，测得tgδ=3.4%，装到120MVA的变压器上后，测得总的tgδ=0.4%，与正常产品差别不大。4、

介质损耗角正切值的测量561）

测量的基本原理QS-1型西林电桥数字式介损测量仪4、

介质损耗角正切值的测量57M型介损试验器电流比较仪电桥由于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。58西林电桥西林电桥测量原理如取：则有：(单位μF)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5960电流比较仪电桥工作原理电流比较仪电桥的工作原理是采用安匝平衡的原理。平衡过程见右图，当交流电源加在试品、标准电容器和电桥及地之间，在试品上产生一个电流Ix，在标准电容器上也产生一个电流In，当两个电流流过Wx、Wn时，由于Ix、In两个电流的相位、幅值不相同，使Wd有电流Id产生，通过调整Wx、Wn、C、R使Ix、In两个电流的幅值相同，相位相反。测量精度高，适合实验室高精度测量。

特点4、

介质损耗角正切值的测量61T-变压器；Rx和Cx-被试品介质损耗等值电阻和等值电容；Rb-被试支路无感电阻；Rc-极性判别支路电阻；Cn-标准电容；Ra-标准支路电阻M型介损试验器式中

P——有功功率，mW；

S——视在功率，mVA。

M型介质试验器是一种不平衡交流电桥。Rb远小于被试品阻抗，串联后不影响Ix的大小和相位。

在B位置上测出Rb上的压降IxRb(乘以有关常数)可代表试品的视在功率S。

将电压表接到C位置，调Ra的可动触点，当读数为最小时，两个回路的电容电流分量的电压降可完全抵消，故电压表读数可代表试品的有功功率P。

Rc极性判别支路是用来判别外界干扰的极性。

4、

介质损耗角正切值的测量62

数字高压介损测试仪基本测量原理是基于传统西林电桥的原理基础上，测量系统通过标准侧R4和被试侧R3分别将流过标准电容器和被试品的电流信号进行高速同步采样，经模数（A/D）转换装置测量得到两组信号波形数据，再经计算处理中心分析系统，分别得出标准侧和被试侧正弦信号的幅值、相位关系，从而计算出被试品的电容量及介损值。数字高压介损测试仪测量系统一体化，接线简单无机械调节部件，测量过程全自动便于实现抗干扰，数据准确可靠特点4、

介质损耗角正切值的测量63试品不接地，桥体E端接地，在需要屏蔽的场合，E端也可用于屏蔽。此时桥体处于地电位，R3、C4可安全调节。各种介损测试仪器正接线接线方法基本一致。2）测量接线(1)正接线4、

介质损耗角正切值的测量(2)反接线4、

介质损耗角正切值的测量64这是一种标准反接线接法，在试品接地，桥体U端接地，E端为高压端，在需要屏蔽的场合，E端也可用于屏蔽。此时桥体处于高电位，R3、C4需通过绝缘杆调节。这种方式桥体处于高电位，仪器内部高低压之间需要做好绝缘防护措施。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。65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66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δ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67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68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69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70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71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。4、

介质损耗角正切值的测量72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：C4、

介质损耗角正切值的测量73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74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，75实际试品的tgδ及CX为：4、

介质损耗角正切值的测量76测试tgδ能有效发现绝缘的下列缺陷：3）

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77测试tgδ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tgδ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78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79用测量tgδ的方法分析绝缘时，要求tgδ不应有明显的增加或下降。因为当绝缘有缺陷时，有的使tgδ增大，有的使tgδ减小。如某变压器进水受潮，但测tgδ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80(1)尽可能分部分测量5）

测量时主要注意事项一般测得的tgδ值是被测绝缘各个部分tgδ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、tgδ1和C2、tgδ2。则整体测量时测得的电容和介损角正切为CX和tgδ，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81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tgδ时越难发现。在一定的电压和频率下，tgδ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82对电容量较小的设备，如套管、互感器等，测量tgδ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tgδ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tgδ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tgδ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832)测量时应选取合适的温度绝缘的tgδ值与温度有关，但tgδ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tgδ，并以此作比较。通常以20℃时的tgδ值作为参考标准。4、

介质损耗角正切值的测量843)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