第10講 絕緣的非破壞性試驗(一)

1、上次課回顧上次課回顧u絕緣子分類（連接方式、材料）絕緣子分類（連接方式、材料）u絕緣子的基本要求（絕緣子的基本要求（3點(diǎn)）點(diǎn)）u三種閃絡(luò)電壓三種閃絡(luò)電壓u棒形絕緣子（干閃、淋雨閃絡(luò)、安裝位置影響）棒形絕緣子（干閃、淋雨閃絡(luò)、安裝位置影響）u絕緣子串電壓分布（雜散電容影響：絕緣子串電壓分布（雜散電容影響：CE、 CL ）預(yù)備知識預(yù)備知識試驗分類試驗分類設(shè)備在設(shè)計、生產(chǎn)、運(yùn)行過程中的各種試驗可劃分為三大類。1. 研究性試驗研究性試驗(設(shè)計過程)2. 產(chǎn)品試驗產(chǎn)品試驗(生產(chǎn)過程) 這是產(chǎn)品在設(shè)計制造和生產(chǎn)過程中的試驗： （1）型式試驗）型式試驗 （2）試運(yùn)行試驗）試運(yùn)行試驗 （3）出廠試驗）出廠試驗

2、 3. 預(yù)防性試驗預(yù)防性試驗(運(yùn)行過程)絕緣監(jiān)測和診斷絕緣監(jiān)測和診斷 進(jìn)行絕緣監(jiān)測和診斷的原因：進(jìn)行絕緣監(jiān)測和診斷的原因：電力設(shè)備絕緣在運(yùn)行中受各種因素的作用，其性能將逐漸劣化，以致出現(xiàn)缺陷，造成故障。通過對絕緣的試驗和各種特性的測量，了解并評估絕緣在運(yùn)行過程中了解并評估絕緣在運(yùn)行過程中的狀態(tài)的狀態(tài)，能早期發(fā)現(xiàn)故障。按對設(shè)備造成的影響程度兩類按對設(shè)備造成的影響程度兩類（1）非破壞性試驗非破壞性試驗-絕緣特性試驗：絕緣特性試驗：在較低電壓下或用其它不會損傷絕緣的方法來測量絕緣的各種情況，從而判斷絕緣內(nèi)部的缺陷。包含的種類：絕緣電阻試驗、介質(zhì)損耗角正切試驗、局部放電試驗、絕緣油的氣相色譜分析等 （

3、2 2）破壞性試驗）破壞性試驗-耐壓試驗?zāi)蛪涸囼灒阂愿哂谠O(shè)備的正常運(yùn)行電壓來考核設(shè)備的電壓耐受能力和絕緣水平。耐壓試驗對絕緣的考驗嚴(yán)格，能保證絕緣具有一定的絕緣水平或裕度；缺點(diǎn)在試驗時可能給絕緣造成一定的損傷包含的種類：交流耐壓試驗、直流耐壓試驗、雷電沖擊耐壓試驗及操作沖擊耐壓試驗 4.1 4.1 絕緣電阻試驗絕緣電阻試驗u絕緣的等值電路往往是電阻電容電阻電容的混合電路的混合電路。 吸收電流吸收電流ia：由空間電荷極化造成的：由空間電荷極化造成的位移電流位移電流一、主要參數(shù)及技術(shù)指標(biāo)一、主要參數(shù)及技術(shù)指標(biāo)2112021210CCCUUCCCUU21222111RRRUURRRUUtteRRRC

4、CCRRRUueRRRCCCRRRUu21221121222112122111212121)(RRRRCC0()tuUUUe穩(wěn)態(tài)電壓穩(wěn)態(tài)電壓U起始電壓起始電壓U0電流變化規(guī)律電流變化規(guī)律teRRRRCCCRCRURRUdtduCRui212122121122211111)()()(泄漏電流泄漏電流Ig吸收電流吸收電流ia212121)(RRRRCC第一部分：第一部分：Ig與試品的總絕緣電阻總絕緣電阻(R1+R2)成反比成反比；第二部分：第二部分：ia與試品絕緣均勻程度絕緣均勻程度成正比成正比；R1C1 R2C2，吸，吸收現(xiàn)象便不明顯。收現(xiàn)象便不明顯。當(dāng)絕緣嚴(yán)重受潮或出現(xiàn)導(dǎo)電性缺陷時：嚴(yán)重受潮或

5、出現(xiàn)導(dǎo)電性缺陷時：R1、R2或兩者之和顯著減小或兩者之和顯著減小，Ig大大增加，而大大增加，而Ia迅速衰減迅速衰減絕緣電阻絕緣電阻所測所測絕緣電阻絕緣電阻是是隨測量時間變化而變化隨測量時間變化而變化，當(dāng)，當(dāng)t時，測量值時，測量值為為R=R，特別是，特別是電容量較大時電容量較大時，測量，測量到到R的值要較長時間的值要較長時間。因此，在實際試驗中，規(guī)程規(guī)定，因此，在實際試驗中，規(guī)程規(guī)定，只需測量只需測量60s時的絕緣電阻時的絕緣電阻值，即值，即R60S的值的值，當(dāng)電容量特別大時，吸收現(xiàn)象特別明顯，如當(dāng)電容量特別大時，吸收現(xiàn)象特別明顯，如大型發(fā)電機(jī)，可以采用大型發(fā)電機(jī)，可以采用10min時的絕緣電阻

6、值時的絕緣電阻值。 2121212222221112122211212121212() ()( )()()()() ()ttCCRR R RUUR tiU R CRCUeCCR RR CRCeRRCCRR R R吸收比K：定義：加壓60秒時的絕緣電阻與15秒時絕緣電阻的比值 對大電容量試品（也稱極化指數(shù)P）： 為加壓10分鐘時的絕緣電阻與1分鐘時絕緣電阻的比值。ssRRK1560/min1min102/ RRKP絕緣狀態(tài)的判定：絕緣內(nèi)部有集中性導(dǎo)電通道集中性導(dǎo)電通道或絕緣嚴(yán)重受潮嚴(yán)重受潮，則電阻R1 、R2會顯著降低，泄漏電流大大增加，時間常數(shù)大為減小，吸收電流迅速衰減。絕緣部分受潮部分受潮，

7、只要R1與R2中一個數(shù)值降低，值也會大為減小，吸收電流仍會迅速衰減，仍使吸收比K（極化指數(shù)P）的下降。不同絕緣狀態(tài)下的絕緣電阻的變化曲線 當(dāng)K1或接近于1 設(shè)備基本喪失絕緣能力基本喪失絕緣能力。 K1.3時可判斷絕緣可可能受潮能受潮 。二、試驗設(shè)備與試驗方法二、試驗設(shè)備與試驗方法u采用兆歐表線路端子L、接地端子E、屏蔽（或保護(hù)）端子GL和和E之間被試品之間被試品，G用以消除絕緣試品表面泄漏電流的影響消除絕緣試品表面泄漏電流的影響絕緣電阻實驗原理接線示意圖絕緣電阻實驗原理接線示意圖實物接線圖實物接線圖兆歐表工作原理兆歐表工作原理I1流過線圈1，產(chǎn)生力矩M1，I2流過RxR2，產(chǎn)生力矩M2，角度角

8、度反映力矩差反映力矩差)(1221xxRfRRRfIIfRx：絕緣電阻：絕緣電阻表面泄漏電流表面泄漏電流從Rf流過不影響經(jīng)過不影響經(jīng)過Rx的電流的電流I2原理等效圖原理等效圖兆歐工作表電源兆歐工作表電源 兆歐表發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的直流電壓有500、1000、2500、5000、10000V 等規(guī)格 儀表的讀數(shù)讀數(shù)與手搖式發(fā)電機(jī)的端電壓端電壓或轉(zhuǎn)速絕轉(zhuǎn)速絕對值對值的關(guān)系不大關(guān)系不大，一般只要使得手柄的轉(zhuǎn)速達(dá)到轉(zhuǎn)速達(dá)到額定轉(zhuǎn)速（通常為額定轉(zhuǎn)速（通常為120r/min）的）的80以上即可以上即可，重要的是必須保持轉(zhuǎn)速的恒定保持轉(zhuǎn)速的恒定。 ( Why ? .) 詳細(xì)解釋見下一頁。 注意注意：當(dāng)試品電容較大時

9、，測量后須先將兆歐表從須先將兆歐表從測量回路中斷開測量回路中斷開，然后才能停止轉(zhuǎn)動發(fā)電機(jī)，以免試品電容電流反充損壞儀器。 雙動線圈流比計雙動線圈流比計（一）（一）u兆歐表主要由作為直流電源直流電源的手搖發(fā)電機(jī)和作為測量機(jī)構(gòu)測量機(jī)構(gòu)的磁磁電式流比電式流比計計( 雙動線圈流比計雙動線圈流比計 )組成。測量時，實際上是給被測物加上直流電壓，測量測量其通過的泄漏電流泄漏電流，在表的盤面上讀到的是經(jīng)過換算的經(jīng)過換算的絕緣電阻值絕緣電阻值。u磁電式流比汁的工作原理如圖 2-3 所示。在同一轉(zhuǎn)軸上裝有兩個交叉的線圈，當(dāng)兩線圈通有電流時，兩個線圈分別產(chǎn)生互為相反方向的轉(zhuǎn)矩。其大小分別為 M1 = K1f1（）

10、I1 M2= K2f2（）I2 式中 : K1、K2 ：比例常數(shù)； I1、I2 ：通過兩個線圈的電流； ：線圈帶動指針偏轉(zhuǎn)的偏轉(zhuǎn)角。 當(dāng) M1M2 時，線圈轉(zhuǎn)動，指針偏轉(zhuǎn)指針偏轉(zhuǎn)。當(dāng) M1=M2 時，線圈停止轉(zhuǎn)動，指針停止偏轉(zhuǎn)指針停止偏轉(zhuǎn)，且兩電流之比電流之比與偏轉(zhuǎn)角偏轉(zhuǎn)角滿足如下的函數(shù)關(guān)系，即）（321KfII雙動線圈流比計雙動線圈流比計（二）（二）兆歐表的測量原理如圖所示。在接入被測電阻接入被測電阻 Rx 后后，構(gòu)成了兩條相互并聯(lián)的支路相互并聯(lián)的支路，當(dāng)搖動手搖發(fā)電機(jī)時，兩個支路分別通過電流 I1 和 I2 ?？梢钥闯觯ǎǎ▁xRfRrRrRII4112221可見，指針的偏轉(zhuǎn)角僅僅是

11、被測絕緣電阻被測絕緣電阻 Rx 的函數(shù)的函數(shù)，而與電源電壓沒有直接關(guān)系。考慮到兩電流之比電流之比與偏轉(zhuǎn)角偏轉(zhuǎn)角滿足的函數(shù)關(guān)系，不難得出 =f(Rx) 兆歐表的使用維護(hù)兆歐表的使用維護(hù)如果用萬用表來測量設(shè)備的絕緣電阻，測得的只是在低壓下低壓下的絕緣電阻值的絕緣電阻值，不能真正反映在高壓條件高壓條件下工作時下工作時的絕緣性能的絕緣性能。 兆歐表兆歐表與萬用表萬用表不同之處：兆歐表本身帶有電電壓較高的電源壓較高的電源，一般由手搖直流發(fā)電機(jī)或晶體管變換器產(chǎn)生，電壓為電壓為5005000V。因此，用兆歐表測量絕緣電阻，能得到符合實際工作條件的絕緣電阻值。 測量電容性設(shè)備的絕緣電阻時，測量電容性設(shè)備的絕緣

12、電阻時，測量完畢，應(yīng)對設(shè)測量完畢，應(yīng)對設(shè)備充分放電。備充分放電。 絕緣電阻試驗的用途絕緣電阻試驗的用途可發(fā)現(xiàn)可發(fā)現(xiàn)兩極間有穿透性穿透性的導(dǎo)電通道受潮受潮表面污垢（比較有無屏蔽極時的值比較有無屏蔽極時的值即可）不可發(fā)現(xiàn)不可發(fā)現(xiàn)絕緣中的局部缺陷（裂縫、氣泡、開裂等）絕緣的老化（仍保持高阻值）三、泄漏電流的測量三、泄漏電流的測量（1）試驗電壓高，能發(fā)現(xiàn)兆歐表所不能發(fā)現(xiàn)的發(fā)現(xiàn)兆歐表所不能發(fā)現(xiàn)的某些缺陷某些缺陷（2）施加的直流電壓逐漸升高直流電壓逐漸升高，可觀察泄漏電流的變化觀察泄漏電流的變化，以判斷絕緣狀況。屏蔽：使電暈電流和表面泄漏電屏蔽：使電暈電流和表面泄漏電流不經(jīng)過電流表流不經(jīng)過電流表單相變壓器

13、繞組間泄漏電流的測量單相變壓器繞組間泄漏電流的測量變壓器繞組間泄漏電流的測量屏蔽方法（一）屏蔽方法（一）了解u絕緣隔離：增大絕緣電阻，減少泄漏電流。u屏蔽隔離：將被防護(hù)的電路或部件用金屬屏蔽圍護(hù)起來，并給屏蔽以一定的電位（包括地電位），用以阻止或減小阻止或減小泄漏電流泄漏電流，或使泄漏電流泄漏電流按一不產(chǎn)按一不產(chǎn)生誤差的通路流動生誤差的通路流動。屏蔽接地接地可以切斷切斷靜電場靜電場，形成良好的靜電屏蔽靜電屏蔽。如用金屬磁性材料制成屏蔽，還可同時旁路旁路低頻和低頻和恒定磁通恒定磁通，形成直流電磁屏蔽電磁屏蔽。屏蔽和絕緣兩種方法交替使用交替使用，還可以在不增加屏蔽總厚度的前提下獲得更好的屏蔽效果。

14、屏蔽方法（二）屏蔽方法（二）了解u無定向結(jié)構(gòu)：用雙絞線雙絞線、同軸電纜同軸電纜做信號往返通路；或采用兩個相同的測量機(jī)構(gòu)兩個相同的測量機(jī)構(gòu)，使電磁感應(yīng)在其中引起的干擾感應(yīng)電動勢互相抵消互相抵消；或使恒定磁場的影響自行消除。u電磁屏蔽電磁屏蔽：交變電磁場或電磁波交變電磁場或電磁波進(jìn)入金屬屏蔽時，將在屏蔽中產(chǎn)生渦流，從而消耗電磁場的能量。入射場的頻率越高頻率越高，屏蔽對其所起的衰減作用也越明顯。 泄漏電流大小與設(shè)備絕緣狀態(tài)泄漏電流大小與設(shè)備絕緣狀態(tài)1絕緣絕緣良好良好2絕緣絕緣受潮受潮3絕緣中有絕緣中有集中性缺陷集中性缺陷4絕緣中有絕緣中有危險的危險的集中性缺陷集中性缺陷發(fā)電機(jī)的典型泄漏電流曲線4.2

15、 4.2 介質(zhì)損耗角正切的測量介質(zhì)損耗角正切的測量u與絕緣電阻的測量相比，介質(zhì)損耗因數(shù)介質(zhì)損耗因數(shù)tg是表征絕緣功率損耗大小絕緣功率損耗大小的特征參數(shù)，與絕緣的體積大小無關(guān)。utg在反映集中缺陷時不靈敏集中缺陷時不靈敏，測，測tg法法適合檢測分布性的分布性的絕緣缺陷絕緣缺陷?？蓹z測的缺陷種類可檢測的缺陷種類xxRCUIUIPPtg1crcr4.2.24.2.2測量原理測量原理一、西林電橋西林電橋 1. 1.測量原理測量原理高壓臂：高壓臂：代表試品的試品的Z Zx x； 無損耗的標(biāo)準(zhǔn)電容標(biāo)準(zhǔn)電容C CN N低壓臂：低壓臂：處在橋箱體內(nèi)的可調(diào)無感電阻R3（Z3）；無感電阻R4和可調(diào)電容C4的并聯(lián)（

16、Z4） 電橋平衡：電橋平衡：檢流計G檢零 保護(hù)：放電管A、B西林電橋的基本回路 電橋的平衡條件電橋的平衡條件N344j1j1j1CRCRCRxxNXNXZZZZZZZZ3443 44x1RCRCtgx)0(tg 11342N34NxCRRtgCRRC實部、虛部分別想相等得：公式公式因為=2f=100，tg=R4C4=C4106 式中C4的單位是F若C4以F計則可得到：tg=C4 4410取R2.2.影響西林電橋測量準(zhǔn)確度的因素影響西林電橋測量準(zhǔn)確度的因素外界電磁場的干擾外界電磁場的干擾雜散電容：雜散電容：高壓引線與低壓臂之間有電場的影響，可以看作其間有雜散電容雜散電容C Cs s。由于低壓臂的

17、電位很低低壓臂的電位很低，Cx和CN的電容量很小，雜散電容Cs的引入，會產(chǎn)生測量誤差測量誤差。若附近另有高壓源另有高壓源，其間的雜散電容Cs會引入干擾電流干擾電流i iS S，也會造成測量誤差測量誤差。 電場干擾：雜散電容導(dǎo)致的干擾電流 磁場干擾：電橋接線內(nèi)感應(yīng)干擾電勢 ，影響平衡二、角差測量法二、角差測量法原理：通過直接測量直接測量電壓和電流的角差電壓和電流的角差來測量測量tg 方法：同時測量流過標(biāo)準(zhǔn)電容器電流流過標(biāo)準(zhǔn)電容器電流（其相角與流過試品的容性電流的相角一致）和流過試品的電流流過試品的電流（全電流），得到二二者之間的相角差者之間的相角差，從而可以計算tg的數(shù)值。通過數(shù)字處理實現(xiàn)，有逐

18、步取代平衡法測量的趨勢。三、測量三、測量tgtg抗干擾措施抗干擾措施采用平衡時可以采用的措施：（1）屏蔽（2）采用移相電源 干擾源的相位一般是無法改變相位一般是無法改變的，因此，可以通過改變電源的相位，使得電源的相位和干擾的相位使得電源的相位和干擾的相位同同相或反相相或反相，來達(dá)到消除或減少消除或減少同頻率干擾的目的。（3）倒相法 測量時將電源正接和倒相各測量一次電源正接和倒相各測量一次，測得兩組結(jié)果tg1、Cx1和tg2、Cx2, 然后計算求得tg和Cx：倒相法兩次測量法（倒相法）：兩次測量法（倒相法）：第一次測得tg1和Cx1，然后倒換試驗變壓器原邊電源線的兩頭(試驗電壓試驗電壓U的的相位

19、轉(zhuǎn)相位轉(zhuǎn)180 )，測得第二次的數(shù)值tg2和Cx2，可用下式計算得準(zhǔn)確的tg和Cx值：西林電橋的基本回路 212211xxxxCCtgCtgCtg 現(xiàn)場的試品：現(xiàn)場的試品：難以實現(xiàn)屏蔽，故干擾較嚴(yán)重122xxxCCC倒相法原理倒相法原理2CCCx 2/ )( ) 2/ )(2/ )(x2x12121221121221121212121故又UCUCCCCtgCtgCUCUCUtgCUtgCIIIIIIIIIItgxxxxxxxxxxxcCRRcCRRCRxxxx反接法反接法適用情況適用情況：金屬外殼直接放在底座上（絕大多數(shù)電氣設(shè)備）問題問題：橋本體處于高電位，操作困難對策對策：當(dāng)電橋電壓不高時（如10kV），可用絕緣材料做操作把手；當(dāng)電橋電壓較高時，操作者與橋本體在法拉第籠內(nèi)五、影響準(zhǔn)確度的因素五、影響準(zhǔn)確度的因素1、溫度 一般隨溫度的升高而增大。故應(yīng)換算到同一溫度值換算到同一溫度值（20）2、電壓