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安全
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安全用电基础课件——综合试验,安全,用电,基础,课件,综合,试验
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第五章 综 合 试 验 【学习目标】 1.了解电气绝缘材料的种类及电介质的电导、极化、损耗、击穿等概念 2.掌握绝缘电阻、吸收比、介质损失角正切值、泄漏电流等的定义及测量方法 3.掌握各种实验的原理和具体操作步骤 【关键词】 电气绝缘材料 电气绝缘试验 漏电保护器试验,第一节 电气绝缘材料 一、绝缘材料的分类 绝缘材料（又称电介质），就是能够阻止电流通过的材料，即不导电的材料。所谓不导电，是指绝缘材料的电阻率很高，通过它的电流在一定条件下可以忽略不计。绝缘材料在电气设备中，可把电位不同的带电部分隔离开来，使电流按一定的方向在导体中通过。 常用绝缘材料有气体、液体、固体三大类。气体绝缘材料包括空气、六氟化硫（sf6）等；液体绝缘材料有变压器油、电缆油、电容器油等；固体绝缘材料分为无机绝缘材料、有机绝缘材料等。,二、电介质的电导 从物质结构来看，物质由原子构成，而原子是由带正电的原子核及带负电的电子构成的。在电场作用下，这些带电质点沿电场方向作有规律的移动，我们把这种物理现象称为电介质的电导。 电介质的电导和导体的自由电子电导不一样，其与所加电压有关，介质中流过的电流与加压时间有关。,从实验中可观察到电路中流过的电流i很微弱，并随时间在逐渐衰弱，如图所示。电流i由几个分量组成，即 i=ic+ia+i ic为电容电流，它是由加压初瞬间介质中的电子式极化与离子式极化过程所引起的电流，即无能量损失极化引起的。ia为吸收电流，有夹层式极化和偶极子式极化等有损极化所产生的电流，吸收电流存在的时间为数分钟至数十分钟。i为泄漏电流或电导电流，它和介质的绝缘电阻值相对应，服从欧姆定律，不随时间而变化。,介质it曲线图,三、电介质的极化 在外电场的作用下，电介质分子内互相束缚的电荷在电场力的作用下，按其所受电场力的方向发生微小的弹性位移，即正电荷沿电场方向移动，负电荷则反方向移动。这样，原来对外不显电性的电介质呈现了电性，在电介质两端出现了等量的异号电荷。这些电荷将沿着电场方向作有限的位移，或有规律的排列，并对外显示出极性。当外电场消失时，又恢复原状，这种现象就称为电介质极化。 （1）电子式极化。 （2）离子式极化。 （3）偶极子式极化。 （4）夹层式极化。 （5）空间电荷极化。,四、电介质的损耗 绝缘材料在电场的作用下会产生泄漏电流和极化现象，因而也就会引起绝缘材料发热及能量损失。这种损失与外加电场强度、频率、绝缘的温度及绝缘材料中是否含有水分、气泡、杂质等有关。一般情况下，绝缘的温度升高，损失增大；绝缘受潮、脏污，损失显著增大。 在直流电压作用下，由于介质中没有周期性的极化过程，因此当外施电压低于发生局部放电的电压时，介质中的损耗仅由电导引起，这里用绝缘电阻或泄漏电流就足以充分表示了。所以直流电压下，不需要再引入介质损耗这个概念。,介质损耗计算如下 p=uicos=uir=uicptan=u2cptan 从式中可看出，用介质损耗p表示介质的好坏是不方便的，也是不明确的，p值与外加电压u及角斜率、试品尺寸等因素有关。不同试品间就难以互相比较，故以介质损耗角正切值tan来判断介质的品质，tan直接反映材料的耗损特性。 影响tan值的因素有温度、频率和电压等。 对整体受潮、劣化，测量介质损失角正切值能十分灵敏地反映，但当仅小部分受潮、劣化，局部有缺陷时，测得的tan值增加不太明显，甚至不反映。,五、电介质的击穿 在电介质上施加电压后，介质中会流过不大的泄漏电流。当作用电压超过某一临界值时，通过电介质的电流剧增，电介质发生破裂或分解，直至电介质丧失其固有的绝缘性而呈导电性能，这种现象称为电介质的击穿。电介质发生击穿时的临界电压值称击穿电压upu，击穿时的电场强度称为击穿场强epu。 在均匀电场中（即各处电场强度相同），epu和upu的关系为 epu=upu/d 式中d击穿处电介质的厚度。,六、绝缘的老化 电气设备的绝缘在长期运行过程中会发生一系列物理和化学变化，致使其机械、电气及其他性能逐渐劣化，这种现象统称为绝缘的老化。绝缘老化是在热、电和机械力的作用下，还有水分（潮气）、氧化、各种射线、微生物等因素的共同作用下产生的。它们往往同时存在、彼此影响、相互加强，从而加速老化的过程。 1.电介质的热老化 在高温的作用下，电介质在短时间内就会发生明显的劣化。即使温度不高，但是如果作用时间很长，绝缘性能也会发生不可逆的劣化，这就是电介质的热老化。温度越高，绝缘老化得越快，寿命越短。,2.电介质的电老化 在外加高压或强电场作用下发生的老化称为电老化。 介质电老化主要是因为介质中出现局部放电现象。 绝缘油的电老化主要是因为局部放电引起油温升高而导致油的裂解和产生出一系列微量气体，此外，有重大局部放电还可能产生聚合蜡状物，它附着在固体介质的表面上而影响散热，加速固体电介质的热老化。 3.其他影响因素 机械应力对绝缘老化的速度也有很大的影响。环境条件对绝缘的老化也有明显的影响。,第二节 电气绝缘试验,据有关数据统计分析，电力系统中60以上的停电事故是由设备绝缘缺陷引起的。电力设备的绝缘缺陷分为两大类：第一类是集中性缺陷，如局部放电，局部受潮、老化，局部机械损伤；第二类是分布性缺陷，如绝缘整体受潮、老化、变质等。绝缘缺陷的存在必然导致绝缘性能的变化。电气试验人员通过各种试验，查出绝缘缺陷并及时处理。 （1）电气试验一般可分为型式试验、出厂试验、交接验收试验、绝缘预防性试验等。, 型式试验是指认定试品设计达到了有关技术标准和预定要求。 出厂试验是电力设备生产厂家根据有关标准和产品技术条件规定的试验项目，对每台产品所进行的检校试验。 交接验收试验是指安装部门、检修部门对新设备按照有关标准及技术规程规定进行的试验。新设备在投入运行前的交接验收试验用来检查产品有无缺陷，运输中有无损坏等。 绝缘预防性试验是指设备投入运行后，按照规定的试验条件对电力设备的绝缘进行的各种高电压试验。目的在于检查运行中的设备有无绝缘缺陷和其他缺陷。 (2)按照试验的性质和要求，电气试验分为非破坏性试验和破坏性试验两大类。,下面主要介绍电力系统常用的绝缘实验的基本原理和方法。 一、绝缘电阻和吸收比的测量 1.试验原理 电力设备中的绝缘材料(电介质)是不导电的物质，但并不是绝对不导电。在直流电压作用下，电介质中有微弱的电流流过。根据电介质材料的性质、构成及结构等的不同，这部分电流可视为由三部分电流构成即ic、i、i。下图是固体介质在直流电压作用下电流及电阻与时间的关系。,绝缘电阻的高低取决于泄漏电流i，即与泄漏电流成反比。为了得到比较准确的值，须在加压后，经过一段时间使电容电流ic和吸收电流i减小到最低限度，最后只剩下泄漏电流i。目前规定读取加压1min后的数值。而对于吸收现象比较明显的大容量设备，如大型变压器、发电机和电力电缆等应取加压较长时间后的数值为其绝缘电阻，读取发电机用加压10min后的数值。 绝缘电阻可表示为加在绝缘材料上的直流电压与流过绝缘材料的泄漏电流之比，即 r=u/i 式中 u加在绝缘材料两端的直流电压，v； i通过绝缘材料的泄漏电流，a； r绝缘材料的绝缘电阻，m。,绝缘电阻与加压时间的关系叫介质吸收关系，绝缘电阻的稳态值与起始值的比值称为绝缘的吸收比，用k 表示，则 式中 r测量过程终了时（t ）的绝缘电阻值； r0 加压瞬间（t 0）的绝缘电阻值； ic、i分别为电容电流、吸收电流的起始值； i泄漏电流值。,对于固体电介质来说，除了有通过绝缘体内部的泄漏电流外，还有流过绝缘表面的泄漏电流。流过电介质的电流有表面电流和体积电流之分，所以固体电介质的电阻也有体积绝缘电阻和表面绝缘电阻之分，即 关于体积电阻与绝缘尺寸的关系和计算与导体电阻一样，即 式中 rt 绝缘介质体积电阻，； rb 绝缘介质表面电阻，； pt 绝缘介质体积电阻系数，cm。,而表面电阻与绝缘尺寸的关系是 式中 pb 绝缘介质表面电阻系数，。 pb主要取决于截至表面吸附水分的能力和水分的分布情况。,2.试验接线 绝缘电阻和吸收比，通常用兆欧表进行测量。 从兆欧表外观看有三个接线端子，分别为： “l”端子线路端子，输出负极性直流高压时接于被绝缘的高压导体上； “e”端子接地端子，输出正极性直流高压时一般接于被绝缘外壳或地上； “g”端子屏蔽端子，输出负极性直流高压，测量时接于被绝缘的屏蔽环上，以消除表面或其他不需测量的部分泄漏电流的影响。,3.试验步骤 （1）选择兆欧表。 （2）检查兆欧表。 （3）对被试设备断电和放电。 （4）接线。 （5）测量绝缘电阻和吸收比。 （6）对被试物放电。 （7）记录。,4.对试验结果的判断 对电气设备所测得的绝缘电阻和吸收比，应按其值的大小，通过比较，进行分析判断。 (1)绝缘电阻和吸收比的数值。 (2)试验数值的相互比较。 一般说来，单凭绝缘电阻、吸收比的测量来判断设备是否绝缘是不可靠的。但由于测量简单方便，仪表也不复杂，可为其他试验提供参考，所以绝缘电阻和吸收比试验还是具有一定价值的，因而被广泛地使用着。 根据表面脏污及潮湿情况决定是否采取表面屏蔽或需要烘干及清擦干净表面脏污，以消除表面脏污对绝缘电阻的影响。在对绝缘电阻进行比较时，应设法将不同温度下所测得绝缘电阻换算到同一温度的基础上再进行比较。,二、泄漏电流与直流耐压试验 1.试验原理 直流高压装置测量与绝缘电阻测量比较有下列优点： (1) 试验电压较高，并且可随意调节。 （2）用微安表监测泄漏电流，灵敏度高，可多次重复比较。 （3）根据泄漏电流测量值可以换算出绝缘电阻值，而用兆欧表测出的绝缘电阻值，一般不能换算出泄漏电流值。 （4）测量泄漏电流可与直流耐压合并进行。 （5）泄漏电流试验时可以作出泄漏电流与加压时间的关系曲线和泄漏电流与所加电压关系曲线，通过这些曲线可以判断绝缘状况。,2.试验接线 泄漏电流和直流耐压试验，需要有一个小容量的直流电源。 根据高压二极管的单项导电性能的特点，一般采用高压整流中的半波整流和倍压整流。根据微安表在试验回路中所处的位置不同，可分为微安表在高压侧（被试品接地）与低压侧（被试品不接地）两种形式。 3.试验步骤 （1）确定试验电压。 （2）选择试验设备及试验接线方式。 （3）现场布置和接线。 （4）逐级升压和读取泄漏电流值。 （5）降压、断电和放电。 （6）整理记录并绘制电流电压关系曲线。,4.试验结果的判断 对泄漏电流试验结果的判断应着重从以下几点进行分析： (1)泄漏电流值。 (2)试验数据的相互比较。 (3)分析电流对电压的关系曲线。 影响试验结果的因素及消除方法有以下几点： 泄漏电流与温度、放电时间和试验电压的关系可参照绝缘电阻的测试内容。 泄漏电流试验中为了消除表面泄漏的影响，可参照绝缘电阻接保护环的方法，微安表在高压侧时保护环接在近高压侧，微安表在低压侧时保护环接在近法兰接地处。 直流试验中，除了接保护环之外，还有屏蔽的保护。,三、介质损失角正切值tan的测量 1.试验原理 在电压作用下，电介质产生一定的能量损耗，这部分损耗称介质损耗或介质损失。产生介质损耗的原因主要是电介质电导、极化和局部放电。而通过介质损失角正切值tan的测量，可以发现一系列绝缘缺陷，如整体受潮、老化、绝缘气隙放电等。 介质损失角正切值tan的测量，通常采用高压交流平衡电桥，目前在电力系统中常用的是qs1型西林电桥。西林电桥由4个桥臂和交流检流计组成。图中cx、rx为被试品（用并联回路表示）的电容和电阻；r3为无感可调十进电阻；cn为高压标准电容器；c4为可调十进电容；r4为无感固定电阻10000/；g为交流检流计。,交流电桥的平衡条件 zxz4 = znz.3 即 式中实数部分与虚数部分分别相等，则可得,因为被试品用并联回路代表，所以 又因tg21，可略去，所以 在工频50hz时， = 2 f =100，取r4=10000，则tg = c4（以微法计） 此时电桥中c4微法数值经刻度转换就是被试品的tan值，直接从电桥面板上读取。,2.接线方式 qs1型西林电桥包括桥体（装在箱内的测量装置）和标准电容器两部分，内部各元件对地已有足够的绝缘强度（对地工作电压10kv），因此可以根据试验需要采用正接线或反接线法。 （1）正接线法。（2）反接线法。,3.用西林电桥测量tan的步骤 各种接线方式测量tan的操作步骤基本相同，步骤如下： （1）根据现场试验条件、试品类型选择试验接线，合理安排试验设备、仪器仪表及操作人员位置和安全措施。接好线后应认真检查其正确性。 （2）将tan（%）、r3及检流计灵敏度等各旋钮均置于零位，极性开关置于“断开”位置，根据被试品电容量大小，确定分流器的位置。 （3）接通电源，合上指示灯开关，这时检流计刻度盘上应出现一条狭窄的光带，用检流计“调零”旋纽，使光带位于中间位置。 （4）确认接线正确无误后，合上调压器电源开关，均匀升高试验电压到所需数值（一般为810kv），把极性开关旋至“tan”、“接通1”位置。,（5）增加检流计灵敏度，旋转调谐旋钮，找到谐振点，使光带展宽，占据总刻度的1/31/2。调节检流计频率旋钮，使光带达到最大宽度；若光带超出刻度盘，应减小检流计灵敏度，再将光带调到最大宽度。 （6）调节r3，使光带缩小，再调节tan（%），使光带进一步缩小；增大检流计灵敏度，再反复调节r3 、tan（%），直到检流计灵敏度调到最大位置；再进一步细调r3 、tan（%）以及滑线电阻，直至光带缩至最窄(一般不超过4mm)，这时电桥即达平衡。 （7）将检流计灵敏度调回零，记下r3 、tan（%）、值及分流器位置。 （8）记录数据后，把极性开关旋至“+tan”、“接通2”位置，增加灵敏度至最大，若光带有扩大现象，说明有电磁场干扰，重新调节r3 、tan（%）、值至光带最窄，再将检流计灵敏度置于零位。记录r3 、tan（%）、值。 上述两次所测tan（%）的平均值即可作为被试品的介损值（tan）。,4.试验结果分析 对介损试验中所测出的tan值进行判断时，与绝缘电阻和泄漏电流试验的判断类似，从以下几方面进行分析： （1）tan值的判断。测出的tan值不应超出有关标准的规定。如有超出，应查明原因，必要时对被试品进行分解试验，以便找出问题所在，进行妥善处理。 （2）试验数值的相互比较。将所测得tan值与被试设备历次所测得tan值进行比较，与其他同类型设备相比较，同一设备各相间比较。即使未超出标准规定，但在比较中，有明显增大时，应引起重视。 （3）测试tan对电压的关系曲线。,5.影响试验结果的因素 （1）电场干扰消除方法。 屏蔽法。 倒相法。 移相法。 （2）磁场干扰消除方法。在测试时电桥电
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