絕緣及試驗分析

第三章電氣設(shè)備的絕緣試驗2、絕緣缺陷：⑴產(chǎn)生的原因：外電場的作用制造缺陷安裝過程受損環(huán)境侵蝕高壓試驗：1、目的：發(fā)現(xiàn)絕緣缺陷問題、及時處理；避免事故發(fā)生。3、缺陷的分類：

分布性或整體性的缺陷:整體絕緣老化、變質(zhì)、受潮、絕緣性能下降。集中性或局部性缺陷4、缺陷危害：電力系統(tǒng)故障。分類定義特點包含試驗項目說明檢查性試驗也稱為非破壞性試驗，是檢測絕緣除電氣強度以外的其他電氣性能，是在較低的電壓下或用其他不損傷絕緣的方法進行的．不能直接反映絕緣強度，但可以非破壞的形式揭示絕緣缺陷的不同性質(zhì)和發(fā)展程度，使我們可防患于未然絕緣電阻、介質(zhì)損耗角正切和泄漏電流、局部放電等總原則：應(yīng)先作檢查性試驗，再做破壞性試驗，以避免不應(yīng)有的損傷耐壓試驗檢測絕緣的電氣強度，試驗時在設(shè)備絕緣上加上規(guī)定的試驗電壓，考驗絕緣對此電壓的耐受能力。這種試驗所加電壓較高，有可能在試驗中給絕緣造成一定的損傷，因此也稱絕緣破壞性試驗。表明了設(shè)備絕緣的耐電強度，是決定性的和不可替代的。但只能反映嚴重的缺陷，具有破壞性交流耐壓試驗、直流耐壓試驗和沖擊耐壓試驗5、高壓試驗方法：了解絕緣試驗的目的、種類及各自特點；掌握各種檢查性試驗的基本原理、試驗方法以及不同試品試驗結(jié)果的分析處理方法；掌握各種耐壓試驗中不同類型高壓的產(chǎn)生原理、測量方法，各種耐壓試驗的注意事項。6、學(xué)習要求：絕緣試驗一、高電壓測量裝置二、絕緣電阻、吸收比和泄漏電流的測量三、介質(zhì)損耗角正切的測量四、工頻高電壓（交流耐壓）實驗五、直流耐壓實驗一、高電壓測量裝置國際國家標準規(guī)定高電壓測量誤差在±3％以內(nèi)。㈠高壓靜電電壓表（結(jié)構(gòu)原理P65)在兩個特定的電極間加電壓u，電極間就會受到靜電力f的作用，而且f的大小和u的數(shù)值有固定關(guān)系，因而測量f的大小或他引起的可動極板的位移或偏轉(zhuǎn)就能確定所加電壓u的大小。如果消除了邊緣效應(yīng)f∝u2如果u為正弦交流電壓，則電極在一個周期內(nèi)所受到作用力的平均值F與交流電壓的有效值U的平方成正比U∝√F即靜電電壓表測交流時，測得的是它的有效值。如果測量的是帶脈動的直流電壓，則測得的電壓近似等于整流電壓的平均值Uav。㈡球隙測壓器球隙測壓器是唯一能直接測量高達數(shù)兆伏的各類高電壓峰值的測量裝置。它由一對直徑相同的金屬球構(gòu)成，測量誤差約為2％～3％。（結(jié)構(gòu)原理P66)工作原理：是基于一定直徑(D)的球隙在一定的極間距離(d)時的放電(擊穿)電壓為一定值。1、球隙的優(yōu)點：球隙中的電場在極間距離不大(d/D≤0.75)時為稍不均勻電場，與其他不均勻電場相比有下列優(yōu)點：①擊穿時延小伏秒特性在1μs左右即已變平，放電電壓的分散性小，具有穩(wěn)定的放電電壓值和較高的測量精度。②稍不均勻電場的沖擊系數(shù)β＝U50/U0≈1，它的50％沖擊放電電壓與靜態(tài)放電電壓的幅值幾乎相等，可以合用同一張放電電壓表格或同樣的放電電壓特性曲線。③由于濕度對稍不均勻電場的放電電壓影響較小，因而采用球隙來測量電壓可以不必對濕度進行校正。用球隙進行測量工頻電壓的幅值2、球隙的放電電壓

若已知球隙的直徑D和極間距離d，球隙的放電電壓一般從標準球間隙擊穿電壓表（P191附錄）中查到。球隙在高壓試驗時的接入方式：R1為限流電阻，作用是當被試品或球隙被擊穿時，限制流過試驗裝置的電流，也限制流過球隙的電流;R2為球隙測壓器的專用保護電阻，主要防止球隙在持續(xù)作用電壓下放電時球隙工作面被放電火花灼傷。用球隙測量工頻電壓時，應(yīng)取連續(xù)三次放電電壓的平均值，相鄰兩次放電的時間間隔一般不小于1min，以便在每次放電后讓氣隙充分電離，各次擊穿電壓與平均值之間的偏差不應(yīng)大于3％。高壓試驗裝置被試品R1R2F球隙測壓器接入示意圖㈢高壓分壓器當被測電壓很高時，無法直接測量電壓，此時要采用高壓分壓器來分出一小部分電壓，然后利用靜電電壓表、峰值電壓表、高壓脈沖示波器等測量儀器進行測量。對分壓器的技術(shù)要求：①分壓比的準確度和穩(wěn)定性(幅值誤差要小)②分出的電壓與被測高電壓波形的相似性(波形畸變要小)分類：交流高壓分壓器電阻分壓器按照用直流高壓分壓器按分壓電容分壓器途分沖擊高壓分壓器元件阻容分壓器每一分壓器均由高壓臂和低壓臂組成，低壓臂上的電壓就是分給測量儀器的低電壓u2，總電壓u1與u2之比稱為分壓器的分壓比(N)。1、電阻分壓器它的高低壓臂均為電阻，如右圖理想情況下的分壓比為：放電管F起保護作用，以免電壓表超量程測量直流高電壓時，只能用電阻分壓器，它還可以用來測量交流高電壓和1MV以下的沖擊電壓。一般選擇工作電流在0.2-2.0mA，實際常選1mA。被測交流高壓電壓越高，分壓器本身阻值越大，對地雜散電容越大，出現(xiàn)的誤差就越大。通常在被測交流電壓大于100kv時，大多采用電容分壓器。u1u2R1R2FV電阻分壓器用來測量雷電沖擊電壓的電阻分壓器的阻值應(yīng)比測量穩(wěn)態(tài)電壓的電阻分壓器小的多。沖擊電阻分壓器的阻值往往只有10～20kΩ，即使屏蔽技術(shù)完善最大為40kΩ。在高壓試驗室中，分壓器一般都放在沖擊電壓發(fā)生器的附近，而測量儀器放在控制測試室，二者相距數(shù)十米，其間連線常用高頻同軸電纜，避免輸出波形在這段距離受到周圍電磁場的干擾。這段電纜可以起到時延的作用，使示波器錄到完整的波形。在電纜終端出要并聯(lián)一個阻值等于電纜波阻抗Z的匹配電阻R，以避免沖擊波在終端處的反射。這時低壓臂電阻R2與電纜的波阻抗Z并聯(lián)存在低壓臂的等值電阻變?yōu)闇y量回路R=ZZ，vl12u1R1R2去示波器2、電容分壓器用于測量交流高電壓和沖擊高電壓的電容分壓器的原理接線如圖，這時C1為高壓臂C2為低壓臂。在工頻交流電壓的作用下，流過兩個電容的電流相等，則分壓比N=u1/u2=(C1+C2)/C1

通常C1<<C2，所以u2<<u1，大部分電壓降落在C1上，從而實現(xiàn)低壓儀器測高壓電容分壓器高壓臂的電容量較小，但要耐受絕大部分作用電壓，它是電容分壓器的主要部件。⑴集中式電容分壓器，它的高壓臂采用一只氣體絕緣高壓標準電容器，常用的氣體介質(zhì)有N2、CO2、SF6及其混合體⑵分布式電容分壓器，其高壓臂由多只電容器串聯(lián)組成。u1u1u2u2C1C1C2C2電容分壓器集中式分布式低壓臂電容器C2的電容量較大，而耐受的電壓不高，通常采用高穩(wěn)定性、低損耗、寄生電感小的云母、空氣或聚苯乙烯電容器。測量沖擊高電壓大多采用上面的分布式電容分壓器，高壓臂串聯(lián)電容器組的總電容量為C1。一般測沖擊電壓測量回路如圖。在電纜始端入口串接一個阻值等于Z的電阻R.此時U3=U2/2，而示波器處的電壓U4=2U3=U2分壓比仍為：電容分壓器也存在對地雜散電容，但由于分壓器本身也是電容，所以雜散電容只會引起幅值誤差而不引起波形畸變。C1C2R=ZZvl4123u4u1測量回路㈢阻容分壓器按阻尼電阻的接法不同，發(fā)展出兩種阻容分壓器，即串聯(lián)阻容分壓器和并聯(lián)阻容分壓器。前者的測量回路與電容分壓器相同，而后者的測量回路與電阻分壓器的相同。如果只需要測量電壓的幅值，可以把峰值電壓表接在分壓器低壓臂上進行測量。如果要求記錄沖擊電壓波形的全貌，則唯一的方法是應(yīng)用高壓脈沖示波器配合分壓器進行測量。u1u1u2u2R2R2C2C2R1R1C1C1串聯(lián)阻容分壓器并聯(lián)阻容分壓器阻容分壓器二、絕緣電阻、吸收比和泄漏電流的測量二、絕緣電阻、吸收比和泄漏電流的測量吸收現(xiàn)象與絕緣特性P49圖3——1吸收現(xiàn)象——當直流電壓作用在電介質(zhì)上，電流隨時間的而逐漸減小，最后趨于一穩(wěn)定值。（一）絕緣電阻的測量絕緣電阻：在絕緣上施加一直流電壓U時，此電壓與出現(xiàn)的電流I之比。絕緣電阻是一切電介質(zhì)和絕緣結(jié)構(gòu)的絕緣狀態(tài)最基本的綜合性特性參數(shù)。試驗意義：能發(fā)現(xiàn)絕緣受潮或有集中性的導(dǎo)電通道。1、兆歐表的工作原理Rv-分壓電阻；RA-限流保護電阻；兆歐表是利用電流比較法的原理進行絕緣電阻得測量的，電壓線圈和電流線圈是相互垂直地固定在同一轉(zhuǎn)軸上，并處在同一永磁場中，儀表指針固定在轉(zhuǎn)軸上。。

兆歐表有三個端子：高壓端子L，接地端子E，和屏蔽端子L。其中屏蔽電極的作用是吸收套管表面的漏電流，從而減小測量誤差，屏蔽電極越靠近高壓端對被試絕緣電場的畸變越小，測量效果越好。Rv-分壓電阻；RA-限流保護電阻；根據(jù)轉(zhuǎn)矩平衡原理，由此或表示為，。

可見，偏轉(zhuǎn)角α只與兩電流大小的比值有關(guān)。推導(dǎo)出3——1式表明，偏轉(zhuǎn)角α只反映了絕緣電阻的大小。測量絕緣電阻可發(fā)現(xiàn)下列缺陷：A、總體絕緣質(zhì)量不良；B、絕緣受潮；C、貫穿性的導(dǎo)電通道；D、絕緣表面情況不良。但不能發(fā)現(xiàn)絕緣中的局部缺陷和絕緣老化。2、試驗的意義（作用）：能發(fā)現(xiàn)絕緣受潮或有集中性的導(dǎo)電通道。3、接線用兆歐表測量套管絕緣的接線圖4、方法及注意事項規(guī)定以加電壓后60秒測得的數(shù)值為該試品的絕緣電阻值。實驗前后試品都應(yīng)接地放電一定時間；高壓引線應(yīng)盡量架空，盡可能減少支撐物的影響；每次測量結(jié)束時，應(yīng)在保持兆歐表電源電壓的條件下，先斷開高壓引線以防止反擊打壞儀表；對帶有繞組的試品應(yīng)將繞組首末端短接再接入到高壓端；測量絕緣電阻時應(yīng)記錄溫度，并進行溫度校正。(二)吸收比的測量1、吸收比k令t=15s和t=60s瞬間的兩個電流值I15和I60所對應(yīng)的絕緣電阻分別為R15和R60則比值即為吸收比。吸收比恒大于1，且K值越大表示吸收現(xiàn)象越顯著、絕緣的性能越好；一旦絕緣嚴重受潮或有大的缺陷時K1值接近于1，吸收現(xiàn)象不明顯。

一般要求：K1>1.3測量方法按測絕緣電阻的方法測15秒和60秒時的電阻再按公式2.極化指數(shù)：按測絕緣電阻的方法測10分鐘和1分鐘時的電阻三、介質(zhì)損耗的測量三、介質(zhì)損耗的測量介質(zhì)的功率損耗和介質(zhì)損耗角正切tgδ成正比，tgδ是絕緣品質(zhì)的重要指標，測量tgδ值是判斷電氣設(shè)備絕緣狀態(tài)的一項靈敏有效的方法。tgδ能反映絕緣的整體性缺陷和小電容試品中的局部性缺陷。由tgδ隨電壓而變化的曲線，可判斷絕緣是否受潮、含有氣泡及老化的程度。但不能靈敏的反映大容量發(fā)電機、變壓器和電力電纜絕緣中的局限性缺陷，這時應(yīng)盡可能將這些設(shè)備分解，分別測量它們的tgδ。測量tgδ常用高壓交流平衡電橋(西林電橋)，不平衡電橋(介質(zhì)試驗器)或低功率因數(shù)瓦特表來測量，這里主要介紹西林電橋。㈠西林電橋基本原理西林電橋原理接線圖○○UI1CI2VAP BCNCxRxVR3R4C4D○○UI1CI2VAPBCNCxRxVR3R4C4D被試品以并聯(lián)等值電路表示，其等值電容和電阻分別為Cx和Rx；R3為可調(diào)的無感電阻；CN為高壓標準電容器的電容；C4為可調(diào)電容；R4為定值無感電阻；P為交流檢流計。調(diào)節(jié)R3和C4，使電橋達到平衡，即通過檢流計P的電流為零，此時有UCA/UAD=UCB/UBD由于通過橋臂CA和AD，CB和BD的電流分別均為I1和I2，所以各橋臂電壓之比即相應(yīng)的橋臂阻抗之比即Z1/Z3=Z2/Z4或Z1Z4=Z2Z3

○○UI1CI2VAPBCNCxRxVR3R4C4D式中可求得試品電容Cx和等值電阻Rx

介質(zhì)并聯(lián)等值電路的介質(zhì)損耗角正切

因為ω=2πf=100π，若取R4=1000/π(Ω)

則tgδ=C4由于tgδ<<1，所以圖中，A、B兩處接有放電管V，目的是防止R3、C4上出現(xiàn)高電壓實際中，絕大多數(shù)電氣設(shè)備的金屬外殼是直接接在接地底座上的，即被試品的一極是固定接地的，這時得用反接線。

在反接線的情況下，電橋調(diào)平衡的過程以及所得的tgδ和Cx的關(guān)系式均與正接線無異，不同的是接地點移到C點，原來的兩個調(diào)節(jié)臂直接接到高電壓下，此時R3，C4，檢流計P和屏蔽網(wǎng)均處于高電位，故必須保證足夠的絕緣水平和采取可靠的保護措施。AP BCNCxRxR3R4C4CDU西林電橋反接線原理圖㈡tgδ測量的影響因素⑴外界電磁場的干擾影響：一種是由于存在雜散電容，另一種是由于交變磁場感應(yīng)出干擾磁場。消除方法：將電橋的低壓臂和檢流計用金屬網(wǎng)和屏蔽電纜線加以屏蔽。⑵溫度的影響：一般tgδ隨溫度的增高而增大⑶試驗電壓的影響：①良好絕緣在額定電壓下，tgδ值幾乎不變（曲線1）；tgδ321Utgδ與試驗電壓的典型關(guān)系曲線㈡tgδ測量的影響因素tgδ321Utgδ與試驗電壓的典型關(guān)系曲線②若絕緣存在空隙或氣泡時，當所加電壓尚不足以使氣泡電離時，其tgδ與良好絕緣時無差別，但若所加電壓能引起氣泡電離或發(fā)生局部放電時，tgδ隨U的升高而迅速增大，電壓回落時電離要比電壓上升時更強一些，因而會出現(xiàn)閉環(huán)曲線（曲線2）；⑶試驗電壓的影響：③如果絕緣受潮，則電壓較低時tgδ就已經(jīng)相當大，電壓升高時，tgδ更將急劇增大；電壓回落時，tgδ也要比電壓上升時更大一些，因而形成了不閉合的分叉曲線，如圖4-8中的曲線3所示，主要原因是介質(zhì)的溫度因發(fā)熱而提高了右圖中：1-良好的絕緣2-絕緣中存在氣隙3-受潮絕緣tgδ321U

tgδ與試驗電壓的典型關(guān)系曲線㈣試品電容量的影響：

對于電容量較小的試品，測量tgδ能有效的發(fā)現(xiàn)局部集中性缺陷和整體分布性缺陷。但對電容量較大的試品，測量tgδ只能發(fā)現(xiàn)整體分布性缺陷，此時要把它分解成幾個彼此絕緣部分的被試品，分別測量各部分的tgδ值，能有效的發(fā)現(xiàn)缺陷。㈤試品表面泄漏的影響：由于試品表面泄漏電阻總是與試品等值電阻Rx相并聯(lián)，所以會影響tgδ值。為了排除或減小這種影響，在測試前應(yīng)清除絕緣表面的積污和水分，必要時還可以在絕緣表面上裝設(shè)屏蔽極。四、工頻高電壓（交流耐壓）實驗電氣設(shè)備的絕緣在運行中除了長期受到工作電壓（工頻交流電壓或直流電壓）的作用外，還會受到電力系統(tǒng)中可能出現(xiàn)的各種過電壓的作用，所以在高壓試驗室內(nèi)應(yīng)能產(chǎn)生出模擬這些作用電壓的試驗電壓（工頻交流高壓、直流高壓、雷電沖擊高壓、操作沖擊高壓等），用以考驗各種絕緣耐受這些高電壓作用的能力。與非破壞性試驗相比，絕緣的高電壓試驗具有直觀、可信度高、要求嚴格等特點，但因它具有破壞性的性質(zhì)，所以一般都放在非破壞性試驗項目合格通過之后進行。以避免或減少不必要的損失。

要求重點掌握工頻交流耐壓試驗㈠工頻交流耐壓實驗的意義：

1、是考察電氣設(shè)備主絕緣裕度的主要方法。能對220kv及以下電壓等級的電氣設(shè)備絕緣承受過電壓的能力綜合判據(jù)。

2、能有效地發(fā)現(xiàn)絕緣中較危險的集中性缺陷。

3、是工程中最易實現(xiàn)和最常用的實驗方法。

——能反應(yīng)其他過電壓的作用。

㈡工頻交流耐壓實驗原理：

對電氣設(shè)備施加高壓，其值略高于運行中可能遇到的過電壓。并經(jīng)歷一定的時間（通常為1分鐘）。進行觀察判定。

用毫安表觀察泄漏情況，以及聲音、氣味等來判定試品能否通過實驗。

工頻交流耐壓實驗是破壞性實驗，必須在非破壞性實驗合格的情況下才能進行。

㈢工頻交流耐壓實驗基本接線圖：㈣工頻交流耐壓實驗設(shè)備：

調(diào)壓設(shè)備、試驗變壓器、測量裝置、保護裝置。1、調(diào)壓設(shè)備：使實驗電壓能均勻的在0V至U0之間升降，不引起波性畸變和無很大的電壓損耗。

調(diào)壓設(shè)備通常用自偶變壓器和移圈式調(diào)壓器。單相接觸式調(diào)壓器各種接觸式調(diào)壓器移卷調(diào)壓器調(diào)壓原理㈣工頻交流耐壓實驗設(shè)備：2、高壓試驗變壓器：產(chǎn)生工頻高電壓大多為油浸式試驗變壓器試驗變壓器與電力變壓器的比較試驗變壓器電力變壓器電壓等級更高、容量不大，僅單相電壓等級高、容量大，分單相、三相工作在電容性負荷下工作在電感性負荷下允許發(fā)生短時短路不允許發(fā)生短路工作時間短工作時間長漏磁通較大漏磁通較小溫度比較低、無散熱要求溫度比較高、有散熱要求絕緣裕度小絕緣裕度大高壓試驗變壓器的特點：⑴試驗變壓器的絕緣裕度不需要取很大，但要嚴格防止和限制過電壓的出現(xiàn)。⑵試驗變壓器的容量一般不大

C—試品電容uf；U—實驗電壓kv

⑶由于試驗變壓器的額定電壓很高而容量不大，因而的油箱本體不大，而其高壓套管又長又大，這是它外觀的一大特點。⑷試驗變壓器連續(xù)運行時間不長，發(fā)熱較輕，因而不需要復(fù)雜的冷卻系統(tǒng)，但由于試驗變壓器的絕緣裕度小、散熱條件差，所以一般在額定電壓或額定功率下只能做短時運行。⑸與電力變壓器相比，試驗變壓器的漏抗較大，短路電流較小，因而可降低繞組機械強度方面的要求，節(jié)省費用。⑹試驗變壓器所輸出的電壓應(yīng)盡可能是正、負半波對稱的正弦波形，實際上很難作到，一般采取以下措施：①采用優(yōu)質(zhì)鐵心材料②采用較小的設(shè)計磁通密度③選用適宜的調(diào)壓供電裝置④在試驗變壓器的低壓側(cè)跨接若干濾波器。⑺試驗變壓器串級裝置當所需的工頻試驗電壓很高時，由于變壓器的體積和重量近似與其額定電壓的三次方成正比，而其絕緣難度和制造價格甚至增加的更多，因此再采用單臺變壓器來產(chǎn)生就不恰當了。一般當U≥1000kv時，均采用若干臺試驗變壓器組成串級裝置來滿足要求。數(shù)臺試驗變壓器串級聯(lián)接的辦法是將它們的高壓繞組串聯(lián)起來，使它們的高壓側(cè)電壓疊加后得到很高的輸出電壓，而每臺變壓器的絕緣要求和結(jié)構(gòu)可大大簡化，減輕絕緣難度，降低總價格。最常用的串級聯(lián)接方式是自耦式聯(lián)接，這時高一級變壓器的激勵電流由前一級變壓器高壓繞組的一部分（可稱為累接繞組）來供給。串接式工頻試驗變壓器n級串接裝置容量的利用系數(shù)㈣工頻交流耐壓實驗設(shè)備：3、R1——保護電阻保護試驗變壓器，在試品突然擊穿時限制短路電流，同時也限制出現(xiàn)在變壓器內(nèi)部縱絕緣上的過電壓。4、球隙：保護試品，實驗電壓過高時，球隙擊穿放電，使試品免受過電壓的損害。5、R2——保護電阻保護球隙，限制球隙的放電電流，以免球隙表面嚴重鑠燒。㈤工頻交流耐壓實驗結(jié)果分析：P68㈥實驗注意事項:P68五、直流耐壓實驗泄漏電流的測量原理和絕緣電阻的測量原理一致。1、泄漏電流測量的特點：⑴、加在試品上的直流高壓比兆歐表的工作電壓高得多，能發(fā)現(xiàn)兆歐表所不能發(fā)現(xiàn)的某些缺陷。如：分別在20kv和40kv電壓下測量額定電壓為35kv及以上變壓器的泄漏電流值，能相當靈敏的發(fā)現(xiàn)瓷套開裂、絕緣紙桶沿面炭化、變壓器油劣化及內(nèi)部受潮等缺陷。⑵、由于施加在試品上的直流高壓是逐漸增大的，所以可以在升壓過程中監(jiān)視泄漏電流的增長動向。