高壓試驗(yàn)的基本知識(shí)

1、第一章測(cè)量絕緣電阻第一節(jié)測(cè)量絕緣電阻能發(fā)現(xiàn)的缺陷測(cè)量絕緣電阻是一項(xiàng)最簡(jiǎn)便又最常用的試驗(yàn)方法,通常用兆歐表(也稱絕緣電阻表,俗稱搖表進(jìn)行測(cè)量。根據(jù)測(cè)量的試品在1min時(shí)的絕緣電阻的大小,可以檢測(cè)出絕緣是否有貫通的集中性缺陷、整體受潮或貫通性受潮。例如,電力變壓器的絕緣整體受潮后其絕緣電阻明顯下降,可以用兆歐表檢測(cè)出來(lái)。應(yīng)當(dāng)指出,只有當(dāng)絕緣缺陷貫通于兩極之間時(shí),測(cè)量其絕緣電阻時(shí)才會(huì)有明顯的變化,即通過(guò)測(cè)量才能靈敏地檢出缺陷。若絕緣只有局部缺陷,而兩極間仍保持有部分良好絕緣時(shí),絕緣電阻低很少,甚至不發(fā)生變化,因此不能檢出這種局部缺陷。第二節(jié)測(cè)量絕緣電阻的原理通過(guò)測(cè)量絕緣電阻為什么能發(fā)現(xiàn)上述缺陷?在測(cè)

2、量中為什么又讀取1min的絕緣電阻值?為回答這些問(wèn)題,首先來(lái)分析電力設(shè)施絕緣在直流電壓作用下所流過(guò)的電流。圖1.1(a所示為電力設(shè)備絕緣在直流電壓作用下的電路圖。當(dāng)合上S時(shí),記錄微安表在不同時(shí)刻的讀數(shù),據(jù)此繪成的曲線如圖1-1(b所示。 圖1.1 電力設(shè)備絕緣在直流電壓作用下的電路圖和電流變化曲線(a電路圖;(b電流隨時(shí)間的變化;(c充電電流及吸收電流隨時(shí)間的變化1充電電流;2吸收電流由圖1.1(b可見(jiàn),電流逐漸下降,趨于一恒定值,這個(gè)值顯然是漏導(dǎo)電流I L?？墒请S時(shí)間減小的那一部分電流不完全是充電電流,因?yàn)槔硐氲碾娊橘|(zhì)(即絕緣材料所組成的設(shè)備(如真空或空氣電容器,其充電電流隨時(shí)間衰減極快(微

3、秒級(jí),如圖1.1(c中的曲線1所示,而曲線2則是一種緩慢衰減的電流,它實(shí)際存在于電介質(zhì)之中。這樣,在實(shí)際的電介質(zhì)上施加直流電壓后,隨時(shí)間衰減的電流可以看成是由三種電流組成的,它們分別是:(1漏導(dǎo)電流。因?yàn)槭澜缟蠜](méi)有絕對(duì)“隔電”的物質(zhì),在絕緣介質(zhì)中總有一些聯(lián)系弱的帶電質(zhì)點(diǎn)存在,例如大氣中約存在1000對(duì)/cm 3的正、負(fù)離子,所以任何絕緣材料在外加電壓作用下都會(huì)有極微弱的電流流過(guò),而且此電流經(jīng)過(guò)一定的加壓時(shí)間后即趨于穩(wěn)定。漏導(dǎo)電流是由離子移動(dòng)產(chǎn)生的,其大小決定于電介質(zhì)在直流電場(chǎng)中的導(dǎo)電率,所以可以認(rèn)為它是純電阻性電流。漏導(dǎo)電流隨時(shí)間變化的曲線如圖1-2所示。顯然,它的數(shù)值大小反映了絕緣內(nèi)部是否受

4、潮,或者是否有局部缺陷,或者表面是否臟污。因?yàn)樵谶@些情況下,或者是絕緣介質(zhì)內(nèi)部導(dǎo)電粒子增加,或者是表面漏電增加,都會(huì)引起漏導(dǎo)電流增加,因而其絕緣電阻就減小。(2幾何電流。它是在加壓時(shí)電源對(duì)電介質(zhì)的幾何電容充電時(shí)的電流,所以稱之為幾何電流或電容電流。究其實(shí)質(zhì),它是由快速極化(如電子極化、離子極化過(guò)程形成的位移電流,所以有時(shí)稱之為位移電流。由于快速極化是瞬時(shí)完成的,因而這種電流瞬間即逝,它隨時(shí)間變化的曲線如圖1-3所示。 (3吸收電流。吸收電流也是一個(gè)隨加壓時(shí)間的增長(zhǎng)而減少的電流,不過(guò)它比幾何電流衰減慢得多,可能延續(xù)數(shù)分鐘,甚至數(shù)小時(shí),這是因?yàn)槲针娏魇怯删徛龢O化產(chǎn)生的。其值取決于電介質(zhì)的性質(zhì)、不

5、均勻程度和結(jié)構(gòu)。在不均勻介質(zhì)中,這部分電流是比較明顯的。由于吸收電流的概念較難理解,下面以不均勻電介質(zhì)為例,討論緩慢極化和伴隨產(chǎn)生的吸收電流。為了突出物理概念,討論時(shí)選用由兩種截然不同的電介質(zhì)所構(gòu)成的雙層介質(zhì),并且每層電介質(zhì)用并聯(lián)的電容C l 、C 2和電導(dǎo)g 1、g 2來(lái)代替,如圖1-4所示。 圖1.4 雙層電介質(zhì)的等值電路圖(a 示意圖;(b 等值電路圖在直流電壓剛剛加上的瞬間,猶如加上一個(gè)頻率很高的電壓,各層介質(zhì)上的電壓是按電容分配的,由圖1-4 (b可得U C C C U 21210+=U C C C C U C Q 212110110+=U C C C U 21220+=U C C

6、C C U C Q 212120120+=由此可見(jiàn),電荷Q 10=Q 20,所以在兩種電介質(zhì)的交界面上沒(méi)有過(guò)剩的電荷。當(dāng)電源容量很大時(shí),這個(gè)過(guò)程很快就完成。在穩(wěn)定的直流電壓下,當(dāng)充電完畢后,電容就不再起作用了,相當(dāng)于開(kāi)路,最后只剩下流經(jīng)電導(dǎo)g 1和g 2的電流。于是電壓在各層介質(zhì)上按電導(dǎo)分配,由圖1-4 (b可得U g g g U 2121+= U g g g C U C Q 2121111+=U g g g U 2122+= U g g g C U C Q 2122222+=由此可見(jiàn)、僅當(dāng)C 1g 2=C 2g 1時(shí),=21Q Q ,即交界面上也無(wú)過(guò)剩電荷。但是一般情況下1221g C g

7、C ,則21Q Q ,即交界面上將有過(guò)剩的電荷出現(xiàn)。為了弄清物理概念,假定C 2>C 1, g 1>g 2,則2Q >1Q ;一這樣交界面上積累的過(guò)剩電荷為-=12Q Q Q j這些電荷是怎么積累的呢?顯然,在C l 放電的同時(shí),C 2要被補(bǔ)充充電。由誰(shuí)來(lái)充呢?當(dāng)然是電源。這時(shí)充電的路徑又是什么樣的呢?由圖1-4可知,充電是沿著電源的一極g 1C 2電源另一極的路徑進(jìn)行的。觀察此充電過(guò)程會(huì)發(fā)現(xiàn):對(duì)C 2充電時(shí),開(kāi)始電流較大,隨時(shí)間增長(zhǎng),電流逐漸減小,直至到零;由于g 1很小(或說(shuō)成R 1很大,故充電時(shí)間很長(zhǎng),換言之,這種過(guò)程需要很長(zhǎng)時(shí)間才能完成。我們把這個(gè)過(guò)程中以自由離子移動(dòng)

8、而形成的充電電流稱為吸收電流,把這種現(xiàn)象稱為吸收現(xiàn)象。吸收電流隨時(shí)間變化的曲線如圖1-5所示。由于這一過(guò)程還要消耗能量,所以這部分電流可以看成是電源經(jīng)過(guò)一個(gè)電阻向電容器充電的電流。 顯然,吸收電流也與被試設(shè)備受潮情況有關(guān)。 若將三個(gè)電流曲線加起來(lái),即可得到在兆歐表等直流電壓作用下,流過(guò)絕緣介質(zhì)的總電流隨時(shí)間變化的曲線,通常稱之為吸收曲線,如圖1-6所示。 分析吸收曲線可知:(1吸收曲線經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后趨于漏導(dǎo)電流曲線,因此在用兆歐表進(jìn)行測(cè)量時(shí),必須等到兆歐表指示穩(wěn)定時(shí)才能讀數(shù)。通常認(rèn)為經(jīng)lmin 后,漏導(dǎo)電流趨于穩(wěn)定。所謂測(cè)量絕緣電阻就是用兆歐表等測(cè)量這個(gè)與時(shí)間無(wú)關(guān)的漏導(dǎo)電流(即后面所說(shuō)的泄漏電

9、流。而在兆歐表上直接讀出的是絕緣電阻數(shù)值。 由于流過(guò)絕緣介質(zhì)的電流有表面電流和體積電流之分,所以絕緣電阻也有體積絕緣電阻和表面絕緣電阻之分,如圖1-7所示。由于表面電流只反映表面狀態(tài),而且可被屏蔽掉,所以實(shí)際測(cè)得的絕緣電阻是體積絕緣電阻。因此,絕緣電阻的定義應(yīng)為作用于絕緣上的電壓與穩(wěn)態(tài)體積泄漏電流之比,即Wj I U R (1-1式中 I W 穩(wěn)態(tài)時(shí)的體積泄漏電流; U 作用于絕緣上的電壓; R j 絕緣的體積電阻。當(dāng)絕緣受潮或有其他貫通性缺陷時(shí),絕緣介質(zhì)內(nèi)離子增加,因而體積漏導(dǎo)電流劇增,體積絕緣電阻當(dāng)然也就變小了。因此,體積絕緣電阻的大小在某種程度上標(biāo)志著絕緣介質(zhì)內(nèi)部是否受潮或品質(zhì)上的優(yōu)劣。

10、可按圖1-8測(cè)量體積絕緣電阻和表面絕緣電阻。由圖1-8 (a所測(cè)得電阻為體積絕緣電阻R t ,有(=Sd R tt (1-2式中 S 介質(zhì)上的電極面積(cm 2; d 極間距離(cm ;t 絕緣的體積電阻率(cm 。 圖1.8 測(cè)量固體絕緣介質(zhì)體積和表面電阻的原理圖(a 測(cè)量體積電阻;(b 測(cè)量表面電阻1電極;2輔助電極;3試樣由于表征絕緣電阻大小的物理量是絕緣的電阻率,或絕緣的電導(dǎo)率,而1=。所以式(1-2 常寫成 (cm dS R tt = (1-3由圖1-8 (b所測(cè)得的電阻為固體介質(zhì)表面電阻R b ,同理,可寫出b 的表達(dá)式為 (=Lb R bb (1-4式中 b 介質(zhì)上的電極寬度(c

11、m ; L 極間沿面距離(cm ;b 絕緣的表面電阻率(cm 。由上述可見(jiàn),體積絕緣電阻與表面絕緣電阻都與絕緣的尺寸有關(guān)。對(duì)同一材料、同一直徑的絕緣子而言,絕緣子串愈長(zhǎng),其絕緣電阻愈高;而對(duì)電纜卻是長(zhǎng)度愈長(zhǎng),其體積絕緣電阻愈小。(2不同絕緣的吸收曲線不同。對(duì)同一絕緣而言,受潮或有缺陷時(shí)吸收曲線也會(huì)發(fā)生變化,據(jù)此可以用吸收曲線來(lái)判斷絕緣的好壞。一般用初始電流與穩(wěn)定電流之比w i i /0來(lái)表示絕緣的吸收特性,若以絕緣電阻來(lái)表示時(shí)則為R W /R 0。由于在進(jìn)行絕緣電阻測(cè)量時(shí),要真正測(cè)出R w 與R 0是困難的,所以通常分別用從兆歐表達(dá)穩(wěn)定轉(zhuǎn)速并接人被試物開(kāi)始算起第15s 和第60s 的絕緣電阻數(shù)

12、值"60R 和"15R 來(lái)代替,并求出比值"60R /"15R ,這個(gè)比值稱為吸收比,用K 表示。測(cè)量這一比值的試驗(yàn)稱為吸收比試驗(yàn)。吸收比在一定程度上反映了絕緣是否受潮。 為了幫助讀者理解,下面來(lái)分析極端情況。如圖1-6所示,當(dāng)時(shí)間t =和t =0時(shí),絕緣電阻的比值為L(zhǎng)xsdr Lxsdr L xsdr L L I I I I I I I I I I U I UR R +=+=+=10(1-5因?yàn)榻^緣受潮程度增加時(shí),漏導(dǎo)電流的增加比吸收電流起始值的增加多得多,所以在式(1-5中,R 與R 0的比值就接近于1;當(dāng)絕緣干燥時(shí),由于漏導(dǎo)電流很小,吸收電流相對(duì)較

13、大,所以R 與R 0的比值就大于1。 根據(jù)試驗(yàn)經(jīng)驗(yàn),一般認(rèn)為當(dāng)""1560R R 1.3時(shí)絕緣為干燥的。例如某臺(tái)受潮變壓器的K=1.09,接近于1,而經(jīng)過(guò)干燥處理之后,K =1.7,增加了很多。應(yīng)用這一原理,通過(guò)測(cè)量絕緣的吸收比,就可以很好地判斷絕緣是否受潮。另外,由于K 是一個(gè)比值,它與絕緣結(jié)構(gòu)的幾何尺寸無(wú)關(guān),而且它們都是在同一溫度下測(cè)量的數(shù)值,無(wú)須進(jìn)行溫度換算,這對(duì)比較測(cè)量結(jié)果是很方便的。 圖1-9示出了絕緣良好和絕緣受潮時(shí)的絕緣電阻隨時(shí)間的變化曲線。由圖可見(jiàn),當(dāng)絕緣受潮時(shí),絕緣電阻劇烈下降,而且曲線飽和甚快、原因是因絕緣電阻劇烈下降導(dǎo)致了回路時(shí)間常數(shù)大大減小,此時(shí) &

14、quot;"1560R R 1。當(dāng)絕緣干燥時(shí),絕緣電阻較高;回路時(shí)間常數(shù)也較大,曲線經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)時(shí)間才慢慢飽和。此時(shí)""1560R R 比1大。應(yīng)指出,絕緣的吸收比試驗(yàn)僅適用于電容量較大的電力設(shè)備,如大型發(fā)電機(jī)、變壓器及電纜等,對(duì)其他電容量小的設(shè)備,吸收現(xiàn)象不明顯,故無(wú)實(shí)用價(jià)值。由上述可知,絕緣在直流電壓作用下的等值電路如圖1-10所示,此圖將給定量分析帶來(lái)方便。隨著變壓器、發(fā)電機(jī)等電力設(shè)備的大容量化,其吸收電流衰減得很慢,在60s時(shí)測(cè)得的絕緣電阻仍會(huì)受吸收電流的影響,這時(shí)若用吸收比" "1560/R R 來(lái)判斷絕緣是否受潮會(huì)產(chǎn)生困難。例如圖1-1

15、1示出了兩臺(tái)變壓器的吸收曲線,若用吸收比作衡量指標(biāo)就很難判斷哪一臺(tái)變壓器受潮了。 為了更好地判斷絕緣是否受潮,國(guó)外以及國(guó)內(nèi)變壓器等已引用極化指數(shù)作為衡量指標(biāo),它被定義為加壓l0min 時(shí)的絕緣電阻與加壓lmin 時(shí)的絕緣電阻之比,即 ''=110/R R P I (1-6當(dāng)絕緣處于受潮和污染狀態(tài)時(shí),不隨時(shí)間變化的泄漏電流所占比例較大,所以P I 接近于1;當(dāng)絕緣處子干燥狀態(tài)時(shí),P I 較大。根據(jù)規(guī)程規(guī)定,P I 值一般不小于1.5。表1-1列出了幾臺(tái)不同電壓等級(jí)、不同容量變壓器的絕緣電阻、吸收比和極化指數(shù)的測(cè)試結(jié)果。表1-1 幾臺(tái)變壓器的絕緣電阻、吸收比和極化指數(shù)的測(cè)試結(jié)果 由

16、表1-1中數(shù)據(jù)可見(jiàn),'10R 均大于'1R ,說(shuō)明這些變壓器的吸收電流確實(shí)衰減很慢,若用吸收比來(lái)衡量變壓器是否受潮,可能產(chǎn)生誤判斷。例如4號(hào)變壓器,按吸收比應(yīng)判斷為受潮,但極化指數(shù)較高,說(shuō)明為干燥。由此得到啟發(fā),對(duì)吸收比小于1.3,一時(shí)又難以下結(jié)論的變壓器,可以補(bǔ)充測(cè)量極化指數(shù)作為綜合判斷依據(jù)。在規(guī)程中,已將極化指數(shù)列為發(fā)電機(jī)、變壓器和電抗器的預(yù)防性試驗(yàn)項(xiàng)目。對(duì)進(jìn)口設(shè)備,若出廠試驗(yàn)為P I者,應(yīng)以P I的測(cè)試值來(lái)驗(yàn)收,在預(yù)防性試驗(yàn)中宜測(cè)試P I,以便分析比較。在國(guó)外,有些國(guó)家對(duì)大型電機(jī)或電力電纜等設(shè)備的絕緣試驗(yàn)也是用P I指標(biāo)來(lái)分析的。二、晶體管式兆歐表20世紀(jì)50年代已有人開(kāi)

17、始研制晶體管式兆歐表,但由于當(dāng)時(shí)高壓整流元件不過(guò)關(guān),所以沒(méi)有推廣開(kāi)。20世紀(jì)60年代,隨著半導(dǎo)體技術(shù)的迅速發(fā)展,硅整流二極管的大量應(yīng)用,晶體管電路的廣泛流行,使得小型、高效、低耗的晶體管直流變換器的規(guī)模生產(chǎn)得到了保證,于是在國(guó)外市場(chǎng)上涌現(xiàn)出大量多種型式的小型袖珍式兆歐表。這類兆歐表都是用4-8節(jié)1.5V電池,即用6-12V的電源電壓使一個(gè)直流變換器工作,通過(guò)電路的反饋、穩(wěn)壓,使輸出的直流高壓幅度的變化保持穩(wěn)定,從而使測(cè)量機(jī)構(gòu)有可能采用工藝簡(jiǎn)單的電流表頭。同時(shí)也為擴(kuò)展表的功能(如測(cè)量交流電壓和測(cè)量表本身電池電壓提供了條件。由于這種表采用電池作為電源,所以也稱為電池式兆歐表。20世紀(jì)70年代以后,

18、晶體管式兆歐表的功能日趨完善。有的可測(cè)兆歐值和交流電壓值;有的可測(cè)兆歐值和歐姆值;有的有兩檔測(cè)試電壓和兆歐值、歐姆值,還能表示電池電壓足不足;有的還有表示相位正常與否的功能。盡管如此,它沒(méi)有能取代手搖式兆歐表。我國(guó)生產(chǎn)的晶體管式兆歐表有ZG13、ZG14、ZG30、GJG2500、GJG5000等型號(hào)。 圖1.16 晶體管式兆歐表的接線原理圖圖1-16示出了晶體管式兆歐表的接線原理圖,在圖中直流電壓Ec經(jīng)電阻R1和R2的分壓器供給晶體管VT1和VT2的基極偏壓。Ec接通后,由于對(duì)稱接線的微小不平衡,例如VT1的集電極電流(即線圈N3中的龜流稍大子VT2集電極電流(即N4中的電流,變壓器鐵芯中有

19、磁通出現(xiàn)。鐵芯中的磁通在線圈N1和N2中產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì),使VT1的基極電壓進(jìn)一步降低,而使VT2的基極電壓升高,VT1迅速導(dǎo)通,而VT2迅速截止。線圈N3中的電流增大,線圈N4中的電流減小,鐵芯中磁通增大。達(dá)到飽和狀態(tài)時(shí),感應(yīng)電勢(shì)消失,VT l的基極電流減小,鐵芯磁通開(kāi)始下降,在線圈中出現(xiàn)反向電勢(shì),使VT l截止,VT 2導(dǎo)通。這個(gè)過(guò)程重復(fù)出現(xiàn),產(chǎn)生振蕩,在變壓器的輸出線圈上出現(xiàn)高電壓。經(jīng)過(guò)倍壓整流,可得到5000V 的直流電壓,供測(cè)量絕緣電阻用。 三、數(shù)字式兆歐表數(shù)字儀表的發(fā)展是以數(shù)字頻率計(jì)和數(shù)字直流電壓表為基礎(chǔ)的,其主要元件A/D 轉(zhuǎn)換器在經(jīng)過(guò)一個(gè)時(shí)期的發(fā)展和完善,已能在儀表上廣泛應(yīng)用。它的

20、測(cè)量功能是將某些被測(cè)量值(如交流電壓、直流電阻、溫度等經(jīng)過(guò)相應(yīng)的模擬轉(zhuǎn)換器,轉(zhuǎn)換為直流電壓,再經(jīng)D/A 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字顯示。數(shù)字式兆歐表大多應(yīng)用于弱電測(cè)量和希望能與計(jì)算機(jī)聯(lián)機(jī)使用的用戶。這類兆歐表國(guó)外較多,圖1-17所示為顯示屏,其顯示方式有液晶顯示的LCD (耗電極省,多用于小型袖珍表上,也有發(fā)光二極管顯示的LED (適宜于臺(tái)式兆歐表,顯示明亮,但耗電量也大門數(shù)字顯示屏上除了能最大顯示213位數(shù)字外,還有測(cè)定單位(M 、V 、k 的顯 示、測(cè)試電壓的顯示。電池電壓太低BATT 會(huì)閃爍發(fā)光,過(guò)載或過(guò)欠都有報(bào)警信號(hào),以便切換量程開(kāi)關(guān)或自動(dòng)轉(zhuǎn)換量程,還能設(shè)定預(yù)置報(bào)警。在工藝上由于有微電子器件的應(yīng)

21、用,也發(fā)展了表面安裝技術(shù)(SMT 。英國(guó)的BM11D 型雙顯兆歐表,有一個(gè)三位數(shù)字顯示,一條顯示的弧形刻度及移動(dòng)的顯示指針,如圖1-18所示。此外,測(cè)量通斷時(shí)還會(huì)鳴叫;測(cè)容性試品時(shí)有自動(dòng)放電電路;使用完畢一段時(shí)間不再使用時(shí),儀表會(huì)自動(dòng)關(guān)閉電源。各種功能不斷完善,不斷創(chuàng)新。從世界范圍的發(fā)展趨勢(shì)看來(lái),在兆歐表的設(shè)計(jì)制 造中,采用電子新技術(shù)的勢(shì)頭正方興未艾。 目前,國(guó)內(nèi)已研制出數(shù)字式兆歐表,并在現(xiàn)場(chǎng)使用,如GZ-2. 5 -5kV ,GZ-5A, GZ-8型等。今后將在此基礎(chǔ)上研制使用單片機(jī)的智能兆歐表,測(cè)量數(shù)據(jù)采集、計(jì)時(shí)、計(jì)算、打印自動(dòng)化,測(cè)試電壓為500 - 5000V ,量程上限達(dá)M 5105

22、,可直接讀取吸收比或極化指數(shù)。第五節(jié) 影響絕緣電阻的因素一、濕度的影響隨著周圍環(huán)境的變化,電力設(shè)備絕緣的吸濕程度也隨著發(fā)生變化。當(dāng)空氣相對(duì)濕度增大時(shí),絕緣物(特別是極性纖維所構(gòu)成的材料,由于毛細(xì)管作用,將吸收較多的水分,使電導(dǎo)率增加,降低了絕緣電阻的數(shù)值,尤其對(duì)表面泄漏電流的影響更大。實(shí)踐證明,在霧雨天氣或早晚進(jìn)行試驗(yàn)測(cè)出的絕緣電阻很低,與在晴朗的中午用同樣的設(shè)備試驗(yàn)所測(cè)得的絕緣電阻相差很多,這充分說(shuō)明了濕度對(duì)絕緣電阻的影響。二、溫度的影響電力設(shè)備的絕緣電阻是隨溫度變化而變化的,其變化的程度隨絕緣的種類而異。富于吸濕性的材料,受溫度影響最大。一般情況下,絕緣電阻隨溫度升高而減小。這是因?yàn)闇囟壬?/p>

23、高時(shí),加速了電介質(zhì)內(nèi)部離子的運(yùn)動(dòng),同時(shí)絕緣內(nèi)的水分,在低溫時(shí)與絕緣物結(jié)合得較緊密。當(dāng)溫度升高時(shí),在電場(chǎng)作用下水分即向兩極伸長(zhǎng),這樣在纖維物質(zhì)中,呈細(xì)長(zhǎng)線狀的水分粒子伸長(zhǎng),使其電導(dǎo)增加。此外,水分中含有溶解的雜質(zhì)或絕緣物內(nèi)含有鹽類、酸性物質(zhì),也使電導(dǎo)增加,從而降低了絕緣電阻。例如當(dāng)發(fā)電機(jī)溫度每變化8-10時(shí),其絕緣電阻變化一倍。由于溫度對(duì)絕緣電阻值有很大影響,而每次測(cè)量又不能在完全相同的溫度下進(jìn)行,所以為了比較試驗(yàn)結(jié)果,我國(guó)有關(guān)單位曾提出過(guò)采用溫度換算系數(shù)的問(wèn)題,但由于影響溫度換算的因素很多,如設(shè)備中所用的絕緣材料特性、設(shè)備的新舊、干燥程度、測(cè)溫方法等,所以很難規(guī)定出一個(gè)準(zhǔn)確的換算系數(shù)。目前我國(guó)

24、規(guī)定了一定溫度下的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值,希望盡可能在相近溫度下進(jìn)行測(cè)試,以減少由于溫度換算引起的誤差。三、表面臟污和受潮的影響由于被試物的表面臟污或受潮會(huì)使其表面電阻率大大降低,絕緣電阻將顯著下降。在這種情況下,必須設(shè)法消除表面泄漏電流的影響,以獲得正確的測(cè)量結(jié)果。四、被試設(shè)備剩余電荷的影響對(duì)有剩余電荷的被試設(shè)備進(jìn)行試驗(yàn)時(shí),會(huì)出現(xiàn)虛假現(xiàn)象,由于剩余電荷的存在會(huì)使測(cè)量數(shù)據(jù)虛假地增大或減小。當(dāng)剩余電荷的極性與兆歐表的極性相同時(shí),會(huì)使測(cè)量結(jié)果虛假地增大。當(dāng)剩余電荷的極性與兆歐表的極性相反時(shí),會(huì)使測(cè)量結(jié)果虛假地減小。這是因?yàn)檎讱W表需輸出較多的異性電荷去中和剩余電荷之故。為消除剩余電荷的影響,應(yīng)事先“充分”放電。對(duì)

25、于10000pF以上的,大容量設(shè)備要求在試驗(yàn)前先充分放電10min。圖1-27示出了不同放電時(shí)間后,絕緣電阻與加壓時(shí)間的關(guān)系。剩余電荷的影響還與試品容量有關(guān),若試品容量較小時(shí),這種影響就小得多了。 圖1.27 不同的放電時(shí)間后絕緣電阻與加壓時(shí)間的關(guān)系曲線五、兆歐表容量的影響實(shí)測(cè)表明,兆歐表的容量對(duì)絕緣電阻、吸收比和極化指數(shù)的測(cè)量結(jié)果都有一定的影響,表1-8和表1-9分別列出了不同兆歐表對(duì)同一試品的測(cè)量結(jié)果。表1-8 不同兆歐表對(duì)同一試品絕緣電阻和吸收比的測(cè)量結(jié)果(t=14.8 表1-9 不同兆歐表對(duì)某臺(tái)120MV A/220kV變壓器絕緣電阻、吸收比和極化指數(shù)的測(cè)量結(jié)果(t=24 為便于對(duì)表1

26、-8和表1-9中的測(cè)量結(jié)果進(jìn)行分析,表1-10列出了幾種常用兆歐表的容量,即最大輸出電流值,該電流是將兆歐表輸出端經(jīng)毫安表短路后而測(cè)得的。表1-10 幾種常用兆歐表的短路電流實(shí)測(cè)值 由表1-8和表1-10可見(jiàn),對(duì)同試品,兆歐表容量大的ZC48-1和ZC48-2型的測(cè)試結(jié)果較相近,而容量小的ZC11D-5的測(cè)量結(jié)果偏差較大。由表1-8和表1-9可見(jiàn),被試品容量較小時(shí),兩種兆歐表測(cè)得的極化指數(shù)相同,說(shuō)明試品容量較小時(shí),兆歐表的容量影響較小。而試品容量較大時(shí),兩種兆歐表測(cè)得的極化指數(shù)有差異,這時(shí)兆歐表的容量對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響較大。這是因?yàn)檎讱W表容量不同,則試品電容分量充電至穩(wěn)定值所需的時(shí)間不同,并影響

27、測(cè)試電壓在試品上的建立時(shí)間,從而試品內(nèi)部的介質(zhì)極化強(qiáng)度不同,試品視在絕緣電阻值、吸收比或極化指數(shù)的讀測(cè)值也將出現(xiàn)差異。 綜上所述,可以認(rèn)為兆歐表容量愈大愈好?？紤]到我國(guó)現(xiàn)有一般兆歐表的容量水平,推薦選用最大輸出電流1mA 及以上的兆歐表,這樣可以得到較準(zhǔn)確測(cè)量結(jié)果。 第六節(jié) 測(cè)量結(jié)果的分析判斷(1所測(cè)得的絕緣電阻值應(yīng)大于規(guī)定的允許數(shù)值。各種電力設(shè)備的絕緣電阻允許值,均列在第二篇的有關(guān)章節(jié)中。(2將所測(cè)得的結(jié)果與有關(guān)數(shù)據(jù)比較,這是對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析判斷的重要方法。通常用來(lái)作為比較的數(shù)據(jù)包括:同一設(shè)備的各相間的數(shù)據(jù)、同類設(shè)備間的數(shù)據(jù)、出廠試驗(yàn)數(shù)據(jù)、耐壓前后數(shù)據(jù)等。如發(fā)現(xiàn)異常,應(yīng)立即查明原因或輔以其

28、他測(cè)試結(jié)果進(jìn)行綜合分析、判斷。 為什么在分析判斷中十分強(qiáng)調(diào)“比較”呢?這是因?yàn)殡姎庠O(shè)備的絕緣電阻不僅與其絕緣材料的電阻系數(shù)成正比,而且還與其尺寸有關(guān)。它們的關(guān)系可用SL R =來(lái)表示。對(duì)即使是同一工廠生產(chǎn)的兩臺(tái)電壓等級(jí)完全相同的變壓器,繞組間的距離L 應(yīng)該大致相等,其中的絕緣材料也應(yīng)該幾乎一樣,但若它們的容量不同,則又會(huì)使繞組表面積S 不同,容量大者S 大。這樣它們的絕緣電阻就不相同,容量大者絕緣電阻小。因此,即使是同一電壓等級(jí)的設(shè)備,簡(jiǎn)單地規(guī)定絕緣電阻允許值也是不合理的,而采用“比較”的方法倒是科學(xué)的,所以在規(guī)程中一般不具體規(guī)定絕緣電阻的數(shù)值,而強(qiáng)調(diào)“比較”,或僅規(guī)定吸收比與極化指數(shù)等指標(biāo)。

29、第二章測(cè)量泄漏電流 第一節(jié)測(cè)量泄漏電流的特點(diǎn)測(cè)量泄漏電流的原理和測(cè)量絕緣電阻的原理本質(zhì)上是完全相同的,而且能檢出缺陷的性質(zhì)也大致相同。但由于泄漏電流測(cè)量中所用的電源一般均由高壓整流設(shè)備供給,并用微安表直接讀取泄漏電流。因此,它與絕緣電阻測(cè)量相比又有自己的以下特點(diǎn):(1試驗(yàn)電壓高,并且可隨意調(diào)節(jié)。測(cè)量泄漏電流時(shí)是對(duì)一定電壓等級(jí)的被試設(shè)備施以相應(yīng)的試驗(yàn)電壓,這個(gè)試驗(yàn)電壓比兆歐表額定電壓高得多,所以容易使絕緣本身的弱點(diǎn)暴露出來(lái)。因?yàn)榻^緣中的某些缺陷或弱點(diǎn),只有在較高電場(chǎng)強(qiáng)度下才能暴露出來(lái)。(2泄漏電流可由微安表隨時(shí)監(jiān)視,靈敏度高,測(cè)量重復(fù)性也較好。例如對(duì)某臺(tái)VMNT-220型少油斷路器,用兆歐表測(cè)得

30、各相的絕緣電阻均在10000M以上,當(dāng)進(jìn)行40kV 直流泄漏電流測(cè)量時(shí),三相電流顯著不對(duì)稱,其中兩相都是2A。最后檢,另一相是60A出該相支持瓷套有裂紋。(3根據(jù)泄漏電流測(cè)量值可以換算出絕緣電阻值,而用兆歐表測(cè)出的絕緣電阻值則不可換算出泄漏電流值。因?yàn)橐獡Q算首先要知道加到被試設(shè)備上的電壓是多少,兆歐表雖然在銘牌上刻有規(guī)定的電壓值,但加到被試設(shè)備上的實(shí)際電壓并非一定是此值,而與被試設(shè)備絕緣電阻的大小有關(guān)。由圖1-14可知,當(dāng)被試設(shè)備的絕緣電阻很低時(shí),作用到被試設(shè)備上的電壓也非常低,只有當(dāng)絕緣電阻趨于無(wú)窮大時(shí),作用在被試設(shè)備上的電壓才接近于銘牌值。這是因?yàn)楸辉囋O(shè)備絕緣電阻過(guò)低時(shí),兆歐表內(nèi)阻壓降使“

31、線路”端子上的電壓顯著下降。 圖2.1 泄漏電流與加壓時(shí)間的關(guān)系曲線(4可以用(ui=的關(guān)系曲線并測(cè)量吸收比來(lái)判斷絕緣缺陷。泄漏電流與加fi=或(t f壓時(shí)間的關(guān)系曲線如圖2-1所示。在直流電壓作用下,當(dāng)絕緣受潮或有缺陷時(shí),電流隨加壓時(shí)間下降得比較慢,最終達(dá)到的穩(wěn)態(tài)值也較大,即絕緣電阻較小。關(guān)于泄漏電流與外加電壓的關(guān)系曲線,將在本章下節(jié)敘述。第二節(jié)測(cè)量原理由上述可知,當(dāng)直流電壓加于被試設(shè)備時(shí),其充電電流(幾何電流和吸收電流隨時(shí)間的增長(zhǎng)而逐漸衰減至零,而漏導(dǎo)電流則保持不變。故微安表在加壓一定時(shí)間后其指示數(shù)值趨于恒定,此時(shí)讀取的數(shù)值則等于或近似等于漏導(dǎo)電流即泄漏電流。對(duì)于良好的絕緣,其漏導(dǎo)電流與外

32、加電壓的關(guān)系曲線應(yīng)為一直線。但是實(shí)際上的漏導(dǎo)電流與外加電壓的關(guān)系曲線僅在一定的電壓范圍內(nèi)才是近似直線,如圖2-2中的OA段。若超過(guò)此范圍后,離子活動(dòng)加劇,此時(shí)電流的增加要比電壓增長(zhǎng)快得多,如AB段,到B點(diǎn)后,如果電壓繼續(xù)再增加,則電流將急劇增長(zhǎng),產(chǎn)生更多的損耗,以至絕緣被破壞,發(fā)生擊穿。在預(yù)防性試驗(yàn)中,測(cè)量泄漏電流時(shí)所加的電壓大都在A點(diǎn)以下,故對(duì)良好的絕緣,其伏安特性(ui=應(yīng)近似于直線。當(dāng)絕緣有缺陷(局部或全部或受潮的現(xiàn)象存在時(shí),則漏導(dǎo)電f流急劇增長(zhǎng),使其伏安特性曲線就不是直線了。因此可以通過(guò)測(cè)量泄漏電流來(lái)分析絕緣是否有缺陷或是否受潮。在揭示局部缺陷上,測(cè)量泄漏電流更有其特殊意義。 圖2.2

33、 絕緣的伏安特性第六節(jié)測(cè)量中的異步現(xiàn)象及初步分析在電力系統(tǒng)交接和預(yù)防性試驗(yàn)中,測(cè)量泄漏電流時(shí),常遇到的主要異常情況如下:一、從微安表中反映出來(lái)的情況(1指針來(lái)回?cái)[動(dòng)。這可能是由于電源波動(dòng)、整流后直流電壓的脈動(dòng)系數(shù)比較大以及試驗(yàn)回路和被試設(shè)備有充放電過(guò)程所致。若擺動(dòng)不大,又不十分影響讀數(shù),則可取其平均值;若擺動(dòng)很大,影響讀數(shù),則可增大主回路和保護(hù)回路中的濾波電容的電容量。必要時(shí)可改變?yōu)V波方式。(2指針周期性擺動(dòng)。這可能是由于回路存在反充電所致,或者是被試設(shè)備絕緣不良產(chǎn)生周期性放電造成的。(3指針突然沖擊。若向小沖擊,可能是電源回路引起的;若向大沖擊,可能是試驗(yàn)回路或被試設(shè)備出現(xiàn)閃絡(luò)或產(chǎn)生間歇性放

34、電引起的。(4指針指示數(shù)值隨測(cè)量時(shí)間而發(fā)生變化。若逐漸下降,則可能是由于充電電流減小或被試設(shè)備表面絕緣電阻上升所致;若逐漸上升,往往是被試設(shè)備絕緣老化引起的。(5測(cè)壓用微安表不規(guī)則擺動(dòng)。這可能是由于測(cè)壓電阻斷線或接觸不良所致。(6指針?lè)粗?。這可能是由于被試設(shè)備經(jīng)測(cè)壓電阻放電所致。(7接好線后,未加壓時(shí),微安表有指示。這可能是外界干擾太強(qiáng)或地電位抬高引起的。遇到(3、(4兩種情況時(shí),一般應(yīng)立即降低電壓,停止測(cè)量,否則可能導(dǎo)致被試設(shè)備擊穿。二、從泄漏電流數(shù)值上反映出來(lái)的情況(1泄漏電流過(guò)大。這可能是由于測(cè)量回路中各設(shè)備的絕緣狀況不佳或屏蔽不好所致,遇到這種情況時(shí),應(yīng)首先對(duì)試驗(yàn)設(shè)備和屏蔽進(jìn)行認(rèn)真檢查

35、,例如電纜電流偏大應(yīng)先檢查屏蔽。若確認(rèn)無(wú)上述問(wèn)題,則說(shuō)明被試設(shè)備絕緣不良。(2泄漏電流過(guò)小。這可能是由于線路接錯(cuò),屏蔽線處理不好,微安表保護(hù)部分分流或有斷脫現(xiàn)象所致。(3當(dāng)采用微安表在低壓側(cè)讀數(shù),且用差值法消除誤差時(shí),可能會(huì)出現(xiàn)負(fù)值。這可能是由于高壓引線過(guò)長(zhǎng)、空載時(shí)電暈電流大所致。因此高壓引線應(yīng)當(dāng)盡量粗、短,無(wú)毛刺。三、硅堆的異常情況在泄漏電流測(cè)量中,有時(shí)發(fā)生硅堆擊穿現(xiàn)象,這是由于硅堆選擇不當(dāng)、均壓不良或質(zhì)量不佳所致。為防止硅堆擊穿,首先應(yīng)正確選擇硅堆,使硅堆不致在反向電壓下?lián)舸?其次應(yīng)采用并聯(lián)電阻的方法對(duì)硅堆串進(jìn)行均壓,若每個(gè)硅堆工作電壓為5kV時(shí),每個(gè)并聯(lián)電阻常取為2M 。第七節(jié)測(cè)量結(jié)果的

36、分析判斷對(duì)某一電氣設(shè)備進(jìn)行泄漏電流測(cè)量后,應(yīng)對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行認(rèn)真、全面地分析,以判斷設(shè)備的絕緣狀況。對(duì)泄漏電流測(cè)量結(jié)果進(jìn)行分析、判斷可從下述幾方面著手:一、與規(guī)定值比較泄漏電流的規(guī)定值就是其允許的標(biāo)準(zhǔn),它是在生產(chǎn)實(shí)踐中根據(jù)積累多年的經(jīng)驗(yàn)制訂出來(lái)的,一般能說(shuō)明絕緣狀況。對(duì)于一定的設(shè)備,具有一定的規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)。這是最簡(jiǎn)便的判斷方法。二、比較法這與測(cè)量絕緣電阻一章中提出的判斷方法相類似。但是,在分析泄漏電流測(cè)量結(jié)果時(shí),還常采用不對(duì)稱系數(shù)(即三相之中的最大值和最小值的比進(jìn)行分析、判斷。一般說(shuō)來(lái)不對(duì)稱系數(shù)不大于2。三、(u=曲線法fiL利用泄漏電流和外加電壓的關(guān)系曲線即(uf=曲線可以說(shuō)明絕緣在高壓下的狀況。

37、如iL果在試驗(yàn)電壓下,泄漏電流與電壓的關(guān)系曲線是一近似直線,那就說(shuō)明絕緣沒(méi)有嚴(yán)重缺陷,如果是曲線,而且形狀陡峭,則說(shuō)明絕緣有缺陷。第三章測(cè)量介質(zhì)損耗因數(shù)第一節(jié)介質(zhì)損失的一般概念電介質(zhì)就是絕緣材料。當(dāng)研究絕緣物質(zhì)在電場(chǎng)作用下所發(fā)生的物理現(xiàn)象時(shí),把絕緣物質(zhì)稱為電介質(zhì);而從材料的使用觀點(diǎn)出發(fā),在工程上把絕緣物質(zhì)稱為絕緣材料。既然絕緣材料不導(dǎo)電,怎么會(huì)有損失呢?我們確實(shí)總希望絕緣材料的絕緣電阻愈高愈好,即泄漏電流愈小愈好。但是,世界上絕對(duì)不導(dǎo)電的物質(zhì)是沒(méi)有的。任何絕緣材料在電壓作用下,總會(huì)流過(guò)一定的電流,所以都有能量損耗。把在電壓作用下電介質(zhì)中產(chǎn)生的一切損耗稱為介質(zhì)損耗或介質(zhì)損失。如果電介質(zhì)損耗很大,

38、會(huì)使電介質(zhì)溫度升高,促使材料發(fā)生老化(發(fā)脆、分解等,如果介質(zhì)溫度不斷上升,甚至?xí)央娊橘|(zhì)熔化、燒焦,喪失絕緣能力,導(dǎo)致熱擊穿,因此電介質(zhì)損耗的大小是衡量絕緣介質(zhì)電性能的一項(xiàng)重要指標(biāo)。電介質(zhì)損耗,按其物理性質(zhì)可分為下列三種基本形式。一、漏導(dǎo)引起的損耗電介質(zhì)總是有一定電導(dǎo)的,在電場(chǎng)作用下會(huì)產(chǎn)生泄漏電流,電介質(zhì)中流過(guò)泄漏電流時(shí)會(huì)發(fā)熱,造成能量損耗。這種損耗在直流電壓和交流電壓下都存在,然而在一般情況下,它相對(duì)下面介紹的兩種損耗而言是很小的。二、電介質(zhì)極化引起的損耗電介質(zhì)在極化過(guò)程中要消耗能量。在直流電壓作用下,帶電質(zhì)點(diǎn)(主要是離子沿直流電場(chǎng)方向作一次有限位移,沒(méi)有周期性的極化,消耗能量是很小的。因此

39、,其損耗只是由電導(dǎo)引起的。但在交流電壓作用下,由于存在周期性的極化過(guò)程,電介質(zhì)中帶電質(zhì)點(diǎn)要沿交變電場(chǎng)的方向作往復(fù)的有限位移和重新排列,而質(zhì)點(diǎn)來(lái)回移動(dòng)需要克服質(zhì)點(diǎn)間的相互作用力,也即分子間的內(nèi)摩擦力,這樣就造成很大的能量損耗(相對(duì)于漏導(dǎo)損耗而言。因此,極化損耗只在交流電壓下才呈現(xiàn)出來(lái),而且隨著電源頻率的增加,質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)更頻繁,極化損失就越大。不均勻介質(zhì)夾層極化所引起的電荷重新分配過(guò)程(吸收電流,在交流電壓下也反復(fù)進(jìn)行,從而也消耗能量。三、局部放電引起的損耗常用的固體絕緣中往往不可避免地會(huì)有些氣隙或油隙,由于在交流電壓下,各層的電場(chǎng)分布與該材料的介電常數(shù)成反比,而氣體的介電常數(shù)比固體絕緣材料的要低得

40、多,所以分擔(dān)到的電場(chǎng)強(qiáng)度就大;但氣體的耐電強(qiáng)度又遠(yuǎn)低于固體絕緣材料,因此,當(dāng)外施電壓足夠高時(shí),氣隙中首先發(fā)生局部放電。此氣隙中放電形成的電荷在外施電場(chǎng)E0作用下移動(dòng)到氣隙壁上,如圖3-1 (b所示。這些電荷又形成反電場(chǎng)E,它就削弱了氣隙中的電場(chǎng),很可能使氣隙中放電就不再繼續(xù)下去。但是如外施的電壓為交流電壓,半周后外施電場(chǎng)E0就反向了,正好與前半周氣隙中電荷形成的反電場(chǎng)E同向,加強(qiáng)了氣隙中電場(chǎng)強(qiáng)度,使氣隙中放電提前發(fā)生。所以交流電壓下絕緣體里的局部放電及介質(zhì)損耗都遠(yuǎn)比直流下強(qiáng)烈。在油紙電容器、電纜、套管等的設(shè)計(jì)制造及運(yùn)行過(guò)程中都必須注意到這一點(diǎn)。一般油浸紙交流電容器或電纜用于直流電路時(shí),長(zhǎng)期工作

41、電壓能提高到原銘牌值的四五倍,而不是峰值與有效值之比的2倍,原因也就在于此。 圖3.1 固體中氣隙放電前后的電場(chǎng)示意圖(a氣隙未放電前;(b氣隙放電后E0外施電場(chǎng);E氣隙放電后電荷形成的電場(chǎng)既然直流下電介質(zhì)中的損耗主要是漏導(dǎo)損耗(因沒(méi)有周期性極化,局部損耗也不嚴(yán)重,用絕緣電阻或漏導(dǎo)電流就足以充分表示了,所以直流下不需要引入電介質(zhì)損耗這個(gè)概念。在交流電壓下,電介質(zhì)損耗常以介質(zhì)損耗因數(shù)(tg來(lái)表示。由上述可知,電介質(zhì)在直流電壓作用下可以用圖1-10所示的等值電路來(lái)表示,這個(gè)電路同樣也適用于交流電源作用的情況。 為了說(shuō)明介質(zhì)損耗因數(shù)這個(gè)概念,這里做出圖1-10的相量圖,如圖3-2所示。由圖3-2可見(jiàn)

42、,總電流與電壓之間的夾角為,角的余角為,我們稱為介質(zhì)損失角,而稱的正切則為介質(zhì)損耗因數(shù),記為tg ,并用它來(lái)反映電介質(zhì)損耗的大小。 為分析方便,我們根據(jù)相量圖3-2可以把圖1-10所示的等值電路進(jìn)一步簡(jiǎn)化為由R 和C P 表示的并聯(lián)等值電路,如圖3-3所示。根據(jù)圖3-3可得RC C U R UI I tg P P CR 1=(3-1tg C U RUP P 22=(3-2由此可見(jiàn),當(dāng)電介質(zhì)一定,外加電壓及其頻率一定時(shí),介質(zhì)損耗P 與tg 成正比。換言之,可以用tg 來(lái)表征介質(zhì)損耗的大小。通常tg 值較小,可以認(rèn)為tg sin ,所以介質(zhì)損耗因數(shù)測(cè)量又稱為介質(zhì)損失角測(cè)量。有時(shí)為了處理問(wèn)題方便,也

43、可以將圖1-10變換成一個(gè)由r 和C S 相串聯(lián)的等值電路,如圖3-4所示。根據(jù)圖3-4可得 rC C II U U tg S Sr Cr =(3-3(22222222211tg tg C U Cr CI rU CI r r U r I P S SS S +=+ = += (3-4由此可見(jiàn),P 也和tg 有關(guān)。既然兩種等值電路都表示電介質(zhì)的特性,那么,兩種等值電路在表示電介質(zhì)能量損耗方面應(yīng)當(dāng)也是等值的。基于這一點(diǎn),式(3-1與式(3-3應(yīng)當(dāng)相等,式(3-2與式(3-4也應(yīng)當(dāng)相等。這樣可以求得兩種等值電路中各參數(shù)之間的關(guān)系為rC RC S P =12221tg tg C U tg C U S P

44、 +=聯(lián)立可解得21tg C C S P +=(3-5+=211tg r R (3-6 對(duì)于品質(zhì)優(yōu)良的電介質(zhì),2tg << 1,所以可以認(rèn)為C P C S C ,而R 則比r 大很多倍。因此對(duì)兩種等值電路可用一個(gè)共同的表達(dá)式來(lái)表示,即C t g U P 2= (3-7 所以在一定試驗(yàn)條件下,完全可以用tg 來(lái)表征P 。圖3.4 具有損耗的電介質(zhì)的串聯(lián)等值電路與相量圖(a 等值電路;(b 相量圖最后指出,用tg 表示介質(zhì)損耗便于不同被試設(shè)備之間進(jìn)行比較。下面以平板電容器為例進(jìn)行說(shuō)明。 平板電容器的絕緣電阻可以寫成Sd R =,平板電容器的電容可以寫成dS K C =將R 、C代人式(

45、3-1 得K Sd dS K RC tg P 111=可見(jiàn)tg 是只與材料特性有關(guān),而與材料尺寸、體積無(wú)關(guān)的物理量,這就如同用表示材料的極化性能一樣,是很方便的。第二節(jié) 測(cè)量介質(zhì)損耗因數(shù)能發(fā)現(xiàn)的缺陷測(cè)量介質(zhì)損耗因數(shù)是一項(xiàng)靈敏度很高的試驗(yàn)項(xiàng)目,它可以發(fā)現(xiàn)電力設(shè)備絕緣整體受潮、劣化變質(zhì)以及小體積被試設(shè)備貫通和未貫通的局部缺陷。例如對(duì)絕緣油而言,一般在耐壓試驗(yàn)時(shí),好油的耐電強(qiáng)度可達(dá)250kV/cm ,壞油為25kV/cm ,好油和壞油的耐電強(qiáng)度在數(shù)值上的差別是1:10.但是,測(cè)量其介質(zhì)損耗因數(shù)時(shí),好油很小,其tg =0.0001,而壞油則大到tg =0.1,二者之間的差別是1:10000也就是說(shuō),后

46、一試驗(yàn)的靈敏度較前者提高了100倍。又如某變電所35kV 電流互感器,測(cè)得的tg 值顯著增大,而交流耐壓試驗(yàn)卻仍然通過(guò)。然而投人運(yùn)行不久就發(fā)生了絕緣擊穿事故。再如某臺(tái)變壓器的套管,正常的tg 值為0.5%,當(dāng)受潮后,測(cè)得其tg 值變?yōu)?.5%,而用測(cè)量絕緣電阻及油耐壓的方法進(jìn)行檢測(cè),則受潮前后的測(cè)量值差別不大。 圖3.5 測(cè)量變壓器介質(zhì)損耗因數(shù)時(shí)對(duì)發(fā)現(xiàn)套管缺陷的有效性分析用圖(a 變壓器;(b 絕緣示意圖;(c 等值電路由于測(cè)量介質(zhì)損耗因數(shù)對(duì)反映上述缺陷具有較高的靈敏度,所以在電工制造及電力設(shè)備交接和預(yù)防性試驗(yàn)中都得到廣泛的應(yīng)用。但是,當(dāng)被試設(shè)備體積較大,而缺陷所占的體積較小時(shí),用這種方法就難

47、以發(fā)現(xiàn)了。因?yàn)槿毕莸膿p耗占整個(gè)被試設(shè)備的損耗太小了。圖3-5示出了測(cè)量變壓器介質(zhì)損耗因數(shù)對(duì)發(fā)現(xiàn)套管缺陷的有效性分析用圖。可把同一變壓器上的套管對(duì)地絕緣和繞組對(duì)地絕緣看成是并聯(lián)的,圖3-5(b 為絕緣示意圖,其等值電路如圖3-5 (c所示。由介質(zhì)損失的基本概念可知,一個(gè)由兩部分并聯(lián)組成的絕緣,其整體的損失功率為兩部分損失功率之和,即2221212tg U C tg U C tg CU += 所以 212211C C tg C tg C tg += (3-8若整體絕緣中僅有一小部分絕緣(如套管C 2有缺陷,則2tg 應(yīng)增加。設(shè)有缺陷部分體積為V 2,良好部分的體積為V 1。因?yàn)閂 2<<

48、; V l ,則C 2<< C l ,于是式(3-8可簡(jiǎn)化為 2121tg C C tg tg += (3-9由式(3-9可見(jiàn),當(dāng)絕緣良好時(shí),tg 應(yīng)等于tg 1,當(dāng)部分絕緣受潮或老化使得整體的tg 增加。顯然增加的部分就是212tg C C 項(xiàng)。絕緣有缺陷的部分越大,缺陷的程度越嚴(yán)重(即tg 2大,其測(cè)得的整體的tg 才會(huì)反映得越明顯。假如有缺陷部分的體積為總體積的101,則1.012=C C ,由于有部分缺陷而使介質(zhì)損失增加五倍,即125tg tg =,而整體的1115.151.0tg tg tg tg =+=,即只比正常清況增大50%,變化并不大。例如有一支110kV的套管,

49、tg =3.4%,裝到120MVA 的變壓器上后,測(cè)得總的tg =0.4%,與一般產(chǎn)品差別不大,所以對(duì)大型變壓器,測(cè)量總體的tg 往往不易發(fā)現(xiàn)套管的絕緣缺陷。由上述分析可知,絕緣老化的體積愈大,測(cè)量tg 的方法就越靈敏。換言之,tg 測(cè)量的靈敏度高是對(duì)絕緣整體劣化而言的。上述分析,還給我們這樣的啟示,即對(duì)大容量的變壓器、整個(gè)發(fā)電機(jī)繞組以及較長(zhǎng)的電纜進(jìn)行tg 試驗(yàn),只能檢查出它們普遍的絕緣狀況,而不容易發(fā)現(xiàn)可能存在的局部缺陷;對(duì)電容量較小的設(shè)備以及可以分解成部件進(jìn)行分解試驗(yàn)的設(shè)備進(jìn)行tg 測(cè)量時(shí),易于發(fā)現(xiàn)局部缺陷。因此,對(duì)大型電力設(shè)備,在有可能的情況應(yīng)進(jìn)行分解試驗(yàn),以便準(zhǔn)確檢出缺陷。第四章 交、

50、直流耐壓試驗(yàn)在電力系統(tǒng)預(yù)防性試驗(yàn)中,雖然對(duì)電力設(shè)備進(jìn)行了一系列非破壞性試驗(yàn),能發(fā)現(xiàn)很多絕緣缺陷。但因其試驗(yàn)電壓一般較低,往往對(duì)某些缺陷,特別是局部缺陷還不能檢出,這對(duì)保證安全運(yùn)行是不夠的。為了進(jìn)一步暴露電力設(shè)備的絕緣缺陷,檢查設(shè)備絕緣水平(稱電力設(shè)備絕緣耐受電壓能力的大小為絕緣水平,通常用試驗(yàn)電壓表示和確定能否投入運(yùn)行,有必要進(jìn)行破壞性試驗(yàn)即耐壓試驗(yàn)。根據(jù)規(guī)程規(guī)定,現(xiàn)場(chǎng)電力設(shè)備絕緣預(yù)防性試驗(yàn)中的破壞性試驗(yàn)有交流耐壓試驗(yàn)和直流耐壓試驗(yàn)兩種。交流耐壓試驗(yàn)是鑒定電力設(shè)備絕緣強(qiáng)度的最嚴(yán)格、最有效和最直接的試驗(yàn)方法,它對(duì)判斷電力設(shè)備能否繼續(xù)參加運(yùn)行具有決定性的意義,也是保證設(shè)備絕緣水平,避免發(fā)生絕緣事故

51、的重要手段。所以規(guī)程規(guī)定,對(duì)HOW 以下的電力設(shè)備應(yīng)進(jìn)行耐壓試驗(yàn)(有特殊規(guī)定者除外。110kV 及以上的電力設(shè)備,在必要時(shí)應(yīng)進(jìn)行耐壓試驗(yàn)。直流耐壓試驗(yàn)是考驗(yàn)電力設(shè)備的電氣強(qiáng)度的,它在反映電力設(shè)備受潮、劣化和局部缺陷等方面有重要實(shí)際意義。目前在發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)、電纜、電容器等電力設(shè)備預(yù)防性詞試驗(yàn)中得到廣泛應(yīng)用。本章主要介紹交流耐壓試驗(yàn)的試驗(yàn)接線、試驗(yàn)設(shè)備、電壓測(cè)量及試驗(yàn)中異?，F(xiàn)象分析,對(duì)直流耐壓試驗(yàn),只在第二章的基礎(chǔ)上,說(shuō)明其特點(diǎn)。第一節(jié) 交流耐壓試驗(yàn)的目的和意義電力設(shè)備的絕緣結(jié)構(gòu)在運(yùn)行中可能受到以下四種電壓作用:(1工頻工作電壓。絕緣結(jié)構(gòu)在其整個(gè)運(yùn)行過(guò)程中,必須能夠長(zhǎng)期連續(xù)地承受工頻最高工作電壓

52、,通常稱之為系統(tǒng)最高運(yùn)行相電壓Uxg 。,數(shù)值為 (2310.115.1=nxg U U (kV ,峰值式中 Un 額定線電壓(kV ;1.151.10系數(shù),由系統(tǒng)電壓等級(jí)確定。220kV 及以下取1.15,330kV 及以上取1.10。 (2暫時(shí)過(guò)電壓。它包括習(xí)慣上所指的工頻電壓升高和諧振過(guò)電壓。工頻電壓升高起因于空載線路的電容效應(yīng)、甩負(fù)載和不對(duì)稱接地。當(dāng)突然甩負(fù)載后,由于電源只帶一條空載的輸電線路,而輸電線路的對(duì)地容抗可用一個(gè)Xc表示,這樣流過(guò)電源內(nèi)阻的電流就突變?yōu)槿菪噪娏?這個(gè)電流流過(guò)系統(tǒng)中的感抗就造成了電壓升高。因?yàn)檫@個(gè)升高了的電壓仍接近于50Hz交流電壓,故稱為工頻電壓升高。在近代的

53、繼電保護(hù)條件下,作用時(shí)間約為十分之幾秒至1s。與長(zhǎng)期施加的交流電壓一樣,對(duì)電力設(shè)備內(nèi)絕緣老化及電力系統(tǒng)的絕緣結(jié)構(gòu)影響很大。諧振過(guò)電壓起因于含鐵芯的非線性電感元件所引起的鐵磁效應(yīng)或諧振,其幅值較高,持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng),其頻率可以是工頻基波,也可以是高次或分次諧波。(3操作過(guò)電壓。它是由于電力系統(tǒng)中的斷路器動(dòng)作(如切、合空載長(zhǎng)線,切空載變壓器等產(chǎn)生的。這種過(guò)電壓的波形很不規(guī)則,情況不同時(shí)變化甚大,可以是衰減振蕩波,或是非周期性電壓的沖擊波,作用時(shí)間約為210-s,一般在lms之內(nèi)電壓達(dá)最大值。我國(guó)電力系統(tǒng)中操作過(guò)電壓的大致倍數(shù)如下:35kV為4.0倍;110220kV為3.0倍;330kV為2.75倍;

54、 500kV為2.0倍。目前,對(duì)于操作過(guò)電壓的試驗(yàn)電壓波形,GB311.1-83規(guī)定采用非周期電壓沖擊波,標(biāo)準(zhǔn)波形為250/2500s。(4雷電過(guò)電壓(或外部過(guò)電壓、大氣過(guò)電壓。它是由于雷云放電產(chǎn)生的,幅值很高,作用時(shí)間約幾到幾十微秒。目前,我國(guó)對(duì)于雷電過(guò)電壓的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)電壓波規(guī)定為1.2/50s的全波。雷電過(guò)電壓往往造成電力設(shè)備的絕緣破壞,為保證電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行,對(duì)雷電過(guò)電壓必須采取積極的預(yù)防措施。為了保證絕緣結(jié)構(gòu)能夠耐受上述四種電壓的作用,絕緣結(jié)構(gòu)必須經(jīng)受沖擊波耐壓試驗(yàn)以及工頻耐壓試驗(yàn)的考驗(yàn),并要求有足夠的裕度。大量的試驗(yàn)研究表明,電壓等級(jí)在220kV以下的電力設(shè)備,其沖擊電壓、操作波電壓

55、和工頻電壓之間有一定的等效關(guān)系,一般直接用工頻電壓去試驗(yàn)電力設(shè)備承受電力系統(tǒng)工頻運(yùn)行電壓、工頻電壓升高的能力,并且習(xí)慣上用等效的工頻電壓試驗(yàn)其絕緣耐受操作波電壓的能力。但對(duì)電壓等級(jí)為300kV及以上的電力設(shè)備和絕緣結(jié)構(gòu),則趨向于直接用沖擊電壓、操作波電壓和工頻電壓分別試驗(yàn)電力設(shè)備的絕緣結(jié)構(gòu)特性,不再用等效的工頻電壓代替操作波電壓對(duì)絕緣進(jìn)行試驗(yàn)。三、交流高壓的測(cè)量在試驗(yàn)中,試驗(yàn)電壓的測(cè)量是一個(gè)關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。測(cè)量交流高壓的方法很多,概括起來(lái)分為兩類,一類是在低壓側(cè)間接測(cè)量;另一類是在高壓側(cè)直接測(cè)量。對(duì)一般的設(shè)備(如瓷絕緣、開(kāi)關(guān)設(shè)備和絕緣工具等可在低壓側(cè)測(cè)量;而對(duì)重要的設(shè)備,特別是對(duì)容量較大的設(shè)備進(jìn)行

56、耐壓試驗(yàn)時(shí),必須在高壓側(cè)直接進(jìn)行電壓測(cè)量,否則會(huì)引起很大誤差。 (一在低壓側(cè)測(cè)量這種方法是在試驗(yàn)變壓器的低壓繞組或測(cè)量線圈(儀表線圈的端子P 1P 2上,用電壓表進(jìn)行測(cè)量,然后,通過(guò)換算來(lái)確定高壓側(cè)的電壓,見(jiàn)圖4-1。由圖4-1可見(jiàn),若電壓表的讀數(shù)為U 1,那么高壓側(cè)的電壓U 2應(yīng)為12KU U = (4-4式中 K 高壓繞組與測(cè)量線圈的匝數(shù)比,一般為1000:1;或者是高壓繞組與低壓繞組的匝數(shù)比,其數(shù)值可從銘牌查出。(二在高壓側(cè)測(cè)量首先說(shuō)明為什么要強(qiáng)調(diào)在高壓側(cè)測(cè)量。表4-3 大型電力變壓器的實(shí)測(cè)結(jié)果 注 序號(hào)2的誤差較小,是因?yàn)樗娮栉窗?.5V /配制,當(dāng)時(shí)水阻值達(dá)130k ,抑制了被試口上的電壓升高。表4-3列出了三臺(tái)大型電力變壓器交流耐壓試驗(yàn)各側(cè)電壓的測(cè)量結(jié)果,由表中數(shù)據(jù)可見(jiàn): (1空載時(shí),低壓側(cè)電壓乘以變比,與高壓側(cè)電壓的實(shí)測(cè)結(jié)果一致。 (2負(fù)載時(shí),低壓側(cè)電壓乘以變比,低于高壓側(cè)電壓的實(shí)測(cè)值。 圖4.12 工頻耐壓試驗(yàn)時(shí)的等值電路及相量圖(a 等值電路;(b 相量圖XK 試驗(yàn)變壓器漏抗;CX 被試設(shè)備電容;U 試驗(yàn)變壓器高