第三章絕緣診斷與絕緣試驗(yàn)(一)

第三章絕緣診斷與絕緣試驗(yàn)絕緣電阻和泄漏電流的測量介質(zhì)損耗角正切的測量局部放電的測量耐壓試驗(yàn)與預(yù)防性試驗(yàn)方法的特點(diǎn)絕緣的在線監(jiān)測絕緣監(jiān)測和診斷的基本概念§3.1、絕緣電阻和泄漏電流的測量

測量絕緣電阻與吸收比的工作原理測量絕緣電阻與吸收比的方法泄漏電流的測量1.測量絕緣電阻與吸收比的工作原理

雙層介質(zhì)模型的電流－時(shí)間特性

雙層介質(zhì)等值電路圖吸收和泄漏電流及絕緣電阻的變化曲線

在工程應(yīng)用上的表達(dá)方便，把介質(zhì)處在吸收過程時(shí)的U/i也稱呼為絕緣電阻R

雙層介質(zhì)等值電路圖吸收和泄漏電流及絕緣電阻的變化曲線定義吸收比K：

加壓60秒時(shí)的絕緣電阻與15秒時(shí)電阻之比值

定義極化指數(shù)P：

為加壓10分鐘時(shí)的絕緣電阻與1分鐘時(shí)電阻之比值電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程等規(guī)定：

電力變壓器及大型發(fā)電機(jī)凡采用瀝青浸膠及烘卷云母絕緣者：K值應(yīng)不小于1.3，P值應(yīng)不小于1.5；大型發(fā)電機(jī)采用環(huán)氧粉云母者：K值應(yīng)不小于1.6，P應(yīng)不小于2.0；發(fā)電機(jī)容量在200MW及以上，推薦測量

絕緣狀態(tài)的判定

若絕緣內(nèi)部有集中性導(dǎo)電通道，或絕緣嚴(yán)重受潮，則電阻R1、R2會(huì)顯著降低，泄漏電流大大增加，時(shí)間常數(shù)τ大為減小，吸收電流迅速衰減。即使絕緣部分受潮，只要R1與R2中的一個(gè)數(shù)值降低，τ值也會(huì)大為減小，吸收電流仍會(huì)迅速衰減，仍可造成吸收比K（及極化指數(shù)P，下同）的下降。當(dāng)K＝1或接近于1，則設(shè)備基本喪失絕緣能力。不同絕緣狀態(tài)下的絕緣電阻的變化曲線2.測量絕緣電阻與吸收比的方法

測量儀表：一般用兆歐表進(jìn)行絕緣電阻與吸收比的測量

搖表：為了測準(zhǔn)吸收比，需用靈敏度足夠高的兆歐表?，F(xiàn)場仍較多采用帶有手搖直流發(fā)電機(jī)的兆歐表，俗稱搖表

晶體管兆歐表：采用電池供電，晶體管振蕩器產(chǎn)生交變電壓，經(jīng)變壓器升壓及倍壓整流后輸出直流電壓

兆歐表的電壓：500、1000、2500、5000V等

兆歐表選擇：根據(jù)設(shè)備電壓等級(jí)的不同，選用不同電壓的兆歐表。例：額定電壓1kV及以下者使用1000V兆歐表；1kV以上者使用2500V兆歐表

兆歐表的原理結(jié)構(gòu)圖

例：用兆歐表測量電纜絕緣電阻用兆歐表測電纜絕緣電阻的接線圖1－鉛鎧外皮2－絕緣3－導(dǎo)芯微安表直讀法（兩種接法）測量電力變壓器主絕緣泄漏電流的接線T1――調(diào)壓器；T2――高壓試驗(yàn)變壓器；D――高壓硅堆R――保護(hù)電阻；C――濾波電容；T――被試變壓器

3.泄漏電流的測量光電法光電法測泄漏電流的測量裝置的原理方塊圖§3.2、介質(zhì)損耗角正切的測量西林電橋的基本原理存在外界電磁場干擾時(shí)的測量電流比較式電橋

測試無線電材料：常采用高頻施壓法，所加的 電壓不高

在電工界：測量tgδ的儀器和方法有多種，西 林電橋測法和電流比較式電橋測法

在線監(jiān)測：采用微計(jì)算機(jī)對(duì)tgδ的測量1.西林電橋的基本原理

西林電橋：

高壓臂：代表試品的Z1；無損耗的標(biāo)準(zhǔn)電容C0，它以阻抗Z2作為代表。

低壓臂：處在橋箱體內(nèi)的可調(diào)無感電阻R3，以Z3來代表；無感電阻R4和可調(diào)電容C4的并聯(lián)，以Z4來代表

保護(hù)：放電管P

電橋平衡：檢流計(jì)G檢零 屏蔽：消除雜散電容的影響西林電橋的基本回路

電橋的平衡條件：

Z1/Z3=Z2/Z4

串聯(lián)等值回路

tgδ=ωR4C4

Cx=R4C0/R3

并聯(lián)等值回路

tgδ=ωR4C4

Cx=R4C0/[R3(1+tg2δ)]

Cx：因?yàn)閠g2極小，故兩種等值電路的Cx

相等西林電橋的基本回路屏蔽：

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Cs。由于低壓臂的電位很低，Cx和C0的電容量很小，如C0一般只有50100pF，雜散電容Cs的引入，會(huì)產(chǎn)生測量誤差。若附近另有高壓源，其間的雜散電容Cs1會(huì)引入干擾電流iS，也會(huì)造成測量誤差 所以需要屏蔽，消除雜散電容的影響西林電橋的基本回路2.存在外界電磁場干擾時(shí)的測量

現(xiàn)場的試品：難以實(shí)現(xiàn)屏蔽，故干擾較嚴(yán)重

兩次測量法：第一次測得tg1和Cx，然后倒換試驗(yàn)變壓器原邊電源線的兩頭(試驗(yàn)電壓U的相位轉(zhuǎn)180)，測得第二次的數(shù)值tg2和Cx，可用下式計(jì)算得準(zhǔn)確的tg和Cx值：

西林電橋的基本回路

磁場干擾時(shí)介損的測量

檢流計(jì)正反接抗磁場干擾的原理：設(shè)無磁干擾時(shí)，兩個(gè)測量臂的數(shù)值分別為R3和C4；設(shè)存在磁干擾時(shí)，兩個(gè)測量臂的數(shù)值分別為(R3+R3)和(C4+C4)；把檢流計(jì)和電橋兩臂相接的兩端倒換一下，兩個(gè)測量臂的數(shù)值將分別為(R3－R3)和(C4－

C4)

當(dāng)檢流計(jì)正接時(shí)測得：

當(dāng)檢流計(jì)反接時(shí)測得：

因無磁場干擾時(shí)：

故可得：

電橋的下臂主要是兩個(gè)繞在同一環(huán)形鐵心上的線圈1和2，其匝數(shù)分別為N1和N2，兩者繞向相同，流過經(jīng)試品絕緣及標(biāo)準(zhǔn)電容C0過來的電流I1及I2后，分別會(huì)產(chǎn)生磁勢。環(huán)形鐵心上還繞有一個(gè)匝數(shù)為N3的第3線圈，在該線圈上接有指零儀表G。調(diào)節(jié)N1、N2及R，當(dāng)N1I1=N2I2時(shí)，儀表G指零。調(diào)節(jié)R是為了實(shí)現(xiàn)I1與I2達(dá)到同相位 電流比較式電橋原理接線電流比較式電橋測量介損

線圈1及2在電橋平衡時(shí)Cx=C0N2/N1

tgδ=ωR(C0+C)

平衡時(shí)線圈上基本無壓降，低壓臂的雜散電容基本上不起作用。電橋工作時(shí)不須多次反復(fù)平衡，一次儀表指零即可讀數(shù)，使用起來比較方便。三個(gè)繞組的互感器為防止雜散磁場的影響，是精心屏蔽的?？偟恼f來，它的靈敏度和準(zhǔn)確度均高于普通西林電橋電流比較式電橋原理接線介損值§3.3、局部放電的測量測量局部放電的幾種方法局部放電的脈沖電流測量法脈沖電流法測PD的基本回路和檢測阻抗脈沖電流法的測量儀器及其校正實(shí)施PD測量的其它技術(shù)問題

局部放電的概念：

簡稱為PD-PartialDischarge，指由于電氣設(shè)備內(nèi)部絕緣里面存在的弱點(diǎn)，在一定外施電壓下發(fā)生的局部的重復(fù)擊穿和熄滅現(xiàn)象

局部放電的危害：

局部放電發(fā)生在一個(gè)或幾個(gè)絕緣內(nèi)部的氣隙或氣泡之中，因?yàn)樵谶@個(gè)很小的空間內(nèi)電場強(qiáng)度很大。它的放電能量很小，所以它的存在并不影響電氣設(shè)備的短時(shí)絕緣強(qiáng)度。但如一個(gè)電氣設(shè)備在運(yùn)行電壓下長期存在局部放電現(xiàn)象，這些微弱的放電能量和由此產(chǎn)生的一些不良效應(yīng)，如不良化合物的產(chǎn)生，就可以慢慢地?fù)p壞絕緣，日積月累，最后可導(dǎo)致整個(gè)絕緣被擊穿，發(fā)生電氣設(shè)備的突發(fā)性故障

局部放電的特點(diǎn)：

當(dāng)介質(zhì)內(nèi)部發(fā)生局部放電時(shí)，伴隨著發(fā)生許多現(xiàn)象。有些屬于電的：如電脈沖的產(chǎn)生，介質(zhì)損耗的增大和電磁波放射；有些屬于非電的：如光、熱、噪音、氣體壓力的變化和化學(xué)變化 局部放電的檢測：

這些現(xiàn)象都可以用來判斷局部放電是否存在，因此檢測的方法也可以分為電的和非電的兩類1.測量局部放電的幾種方法

絕緣油的氣相色譜分析法：這項(xiàng)試驗(yàn)是通過檢查電氣設(shè)備油樣內(nèi)所含的氣體組成的含量來判斷設(shè)備內(nèi)部的隱藏缺陷

超聲波探測法：在電氣設(shè)備外壁放上由壓電元件和前置放大器組成的超聲波探測器，用以探測局部放電所造成的超聲波，從而了解有無局部放電的發(fā)生，粗測其強(qiáng)度和發(fā)生的部位

脈沖電流法：測PD所形成的脈沖電流大小以判斷絕緣PD的強(qiáng)弱程度，這種方法可以給出定量的結(jié)果，目前規(guī)程中已規(guī)定了定量的指標(biāo)

2.局部放電的脈沖電流測量法

局部放電的三電容模型

以三個(gè)電容來表征介質(zhì)內(nèi)部存在缺陷時(shí)的局部放電的機(jī)理

Cg：氣泡的電容

Cb：和Cg相串聯(lián)部分的介質(zhì)電容

Cm：其余大部分絕緣的電容介質(zhì)內(nèi)部氣隙放電的三電容模型

(a)具有氣泡的介質(zhì)剖面(b)等值電路

氣泡很小，Cg比Cb大，Cm比Cg大很多 電極間加上交流電壓u，則Cg上的電壓為ug，

介質(zhì)內(nèi)部氣隙放電的三電容模型

(a)具有氣泡的介質(zhì)剖面(b)等值電路局部放電機(jī)理

ug隨外加電壓u升高，當(dāng)u上升到Us瞬時(shí)值，ug到達(dá)Cg的放電電壓Ug時(shí)，Cg氣隙放電。于是Cg上的電壓一下子從Ug

下降到Ur，然后放電熄滅。Ur叫做殘余電壓，它可以接近為零值，也可以為小于Ug（均絕對(duì)值）的其它值局部放電時(shí)氣隙中的電壓和電流的變化局部放電時(shí)氣隙中的電壓和電流的變化

放電火花一熄滅，Cg上的電壓將再次上升，由于此時(shí)Cg及Cb已經(jīng)有了一個(gè)初始的直流電壓，所以此后的ug

值不能直接用上式來表達(dá)，ug

值與上式表達(dá)的值在絕對(duì)值上要小一個(gè)（Ug－Ur）值。外加電壓仍在上升，Cg上的電壓也順勢而上升，當(dāng)它再次升到Ug時(shí)，Cg再次放電，電壓再次降到Ur，放電再次熄滅

Cg上的電壓從Ug突變?yōu)閁r（均絕對(duì)值）的一瞬間，就是局部放電脈沖的形成的時(shí)刻，此時(shí)通過Cg有一脈沖電流，局部放電時(shí)氣泡中的電壓和電流的變化如圖所示局部放電時(shí)氣隙中的電壓和電流的變化介質(zhì)內(nèi)部氣隙放電的三電容模型

(a)具有氣泡的介質(zhì)剖面(b)等值電路當(dāng)Cg放電時(shí)，放電總電容Cg：

Cg上的電壓變化為(UgUr)，故一次脈沖放出的電荷qr：當(dāng)Cm>>Cb，Cg>Cb，Ur=0時(shí)，qr

≈UgCg在實(shí)際試驗(yàn)時(shí)，式中所表達(dá)的各個(gè)量，都是無法實(shí)測得到的。所以要尋求其它能反映局部放電的量來測量。外施電壓是作用在Cm上的，當(dāng)Cg上的電壓變動(dòng)(Ug-Ur)時(shí)，會(huì)造成外施電壓的變化量U應(yīng)為介質(zhì)內(nèi)部氣隙放電的三電容模型

(a)具有氣泡的介質(zhì)剖面(b)等值電路

由此兩式得總電容上的電壓變化量U：

相應(yīng)的電荷變化量q：

把U式代入上式q，可得

介質(zhì)內(nèi)部氣隙放電的三電容模型

(a)具有氣泡的介質(zhì)剖面(b)等值電路

真實(shí)放電量：qr，是無法測量的

視在放電量：q，其表達(dá)式中的量都是可以測得的。它是局部放電試驗(yàn)中的重要參量，國際和國家標(biāo)準(zhǔn)中，對(duì)于各類高壓設(shè)備的視在放電量△q的允許值均有所規(guī)定

q比真實(shí)放電量qr小得多，它以pC作為計(jì)量單位。其中C代表電荷量庫侖介質(zhì)內(nèi)部氣隙放電的三電容模型

(a)具有氣泡的介質(zhì)剖面(b)等值電路

放電能量

表征局部放電的基本參數(shù)，除了視在放電量q外，還有一次脈沖放電能量W

當(dāng)外施電壓由零上升到Us時(shí)，Cg上的電壓為Ug，即

可得

如Ur≈0，則

放電重復(fù)率

放電重復(fù)率N：是表征PD的另一個(gè)基本參數(shù)。因?yàn)樵诩訅喊胫芷趦?nèi)能發(fā)生好幾個(gè)脈沖。所以定義一秒鐘內(nèi)產(chǎn)生的脈沖數(shù)叫做放電重復(fù)率N，可以通過實(shí)驗(yàn)求得

如果每半周內(nèi)的放電次數(shù)為n，則N=2fn=100n

局部放電時(shí)氣隙中的電壓和電流的變化

局部放電的其它表示方法

為了表征局部放電在一定期間內(nèi)的平均綜合效應(yīng)，還提出了各種累積參數(shù)，如平均放電電流，放電功率等。

有時(shí)還測量局部放電的起始放電電壓和熄滅電壓

影響局部放電特性的多種因素：主要有電壓的幅值、電壓的波形和頻率、電壓的作用時(shí)間、環(huán)境的溫度及濕度和氣壓等3.脈沖電流法測PD的基本回路和檢測阻抗 三種基本測量回路電橋平衡回路試品通過Ck后與檢測阻抗并聯(lián)的回路試品與檢測阻抗相串聯(lián)的回路 在測量儀器上所測得的局部放電脈沖值是