電力電纜試驗 吳洪昌 劉浩遠

電力電纜試驗一、電力電纜導(dǎo)體直流電阻試驗1.試驗方法從被試電纜上取不小于1m的試樣，或以成盤(圈)的電纜作為試樣，去除試樣導(dǎo)體外表面的絕緣、護套或其他覆蓋物，也可以只去除試樣兩端與測量系統(tǒng)相連接部位的覆蓋物露出導(dǎo)體。大截面鋁導(dǎo)體試樣推薦長度：截面積95—185mm2。取3m，截面積240mm2。及以上取5m,有爭議時，截面積185mm2及以下取5m，截面積240mm2及以上取10m。導(dǎo)體的測量電流大小規(guī)定為：鋁導(dǎo)體應(yīng)不大于0.5A/mm2，銅導(dǎo)體應(yīng)不大于1A/mm2?？捎帽壤秊?:1.14的兩個測量電流，分別測出試樣的電阻值，如兩者之差不超過0.5％，則認為用比例為1的電流測量時，試樣導(dǎo)體未發(fā)生溫升變化。導(dǎo)體直流電阻試驗項目的標準要求不適用于測量已安裝電纜的直流電阻。2．基本試驗原理電纜導(dǎo)體直流電阻試驗測量方法為電橋法。(1)單臂電橋法。原理電路如圖6—1所示。圖中，R1、R2為標準電阻，R3為可變電阻，調(diào)節(jié)R3使電橋平衡，流過檢流計PA的電流Ig=O，即VA=VB，此時有Rx=R1R2R3QUOTER1實際上，由于存在Rx的連線電阻，因此單臂電橋不能用于小電阻測量，且規(guī)程中規(guī)定連線電阻不得超過被測電阻值的0.2％．若超過則要進行校正。(2)雙臂電橋法。單臂電橋只適合用于測量大于1Ω直流電阻，對于小于1Ω的直流電阻測量，采用雙臂電橋，其原理電路如圖6—2所示。圖中，被測電阻Rx及標準電阻RN分別用四端鈕接法，其中C1、C2、C3、C4為電流端鈕，P1、P2、P3、P4為電壓端鈕。當電橋平衡時有Ig=0，I1=I2，I3=I4,此時則有RX=R3．試驗注意事項(1)型式試驗和抽樣試驗時，測量應(yīng)在環(huán)境溫度為15～35℃和空氣濕度不大于85％的室內(nèi)進行。(2)去除電纜試樣導(dǎo)體覆蓋物時應(yīng)小心進行，防止損傷導(dǎo)體。(3)如果需要將電纜試樣拉直，不允許有任何引起電纜試樣導(dǎo)體截面面積發(fā)生變化的扭曲。(4)電纜試樣在接人測量系統(tǒng)前，應(yīng)預(yù)先清潔其連接部位的導(dǎo)體表面，去除附著物、污穢和油垢。連接處表面的氧化層盡可能應(yīng)除盡。(5)電纜試樣應(yīng)在試驗環(huán)境中放置足夠長的時間，使之達到溫度平衡，在電纜試樣放置和試驗過程中，環(huán)境溫度的變化應(yīng)不大于±l℃。測量環(huán)境溫度時，溫度計應(yīng)離地面至少1m．離電纜試樣應(yīng)不超過lm，且二者應(yīng)大致在同一高度。4．溫度20℃時每千米長度電阻值溫度20℃時每千米長度電阻值按式(6—3)計算，即R20=R式中R20——20℃時電纜每千米長度電阻值，Ω／km；L——測量電纜試樣的長度，m；t——測量時的環(huán)境溫度，℃；α20——導(dǎo)體材料20℃時的電阻溫度系數(shù)，1／℃部分XLPE電力電纜芯線(20℃)最大直流電阻值見表6—7。導(dǎo)體標稱截面積（mm2）銅導(dǎo)體（Ω/km）鋁導(dǎo)體（Ω/km）導(dǎo)體標稱截面積（mm2）銅導(dǎo)體（Ω/km）鋁導(dǎo)體（Ω/km）2.57.4112.1161.151.9144.617.41250.7271.20063.084.61350.5240.868101.833.02500.3870.641700.2680.4432400.07540.125950.1930.3203000.06010.1001200.1530.2534000.04700.0781500.1240.2065000.03660.06051850.09910.1646300.02830.0469對于橡塑絕緣電力電纜，用雙臂電橋測量在相同溫度下的銅屏蔽層與導(dǎo)體的直流電阻比值。當前者與后者之比與投運前相比增加時，表明銅屏蔽層的直流電阻增大，銅屏蔽層有可能被腐蝕；當該比值與投運前相比減少時，表明附件中的導(dǎo)體連接點的接觸電阻有增大的可能。二、電力電纜泄漏電流及直流耐壓試驗1．泄漏電流及直流耐壓試驗的特點(1)泄漏電流試驗。泄漏電流是指電纜的耐壓試驗中．在直流電壓作用一定時間以后，極化過程結(jié)束，這時流過電纜絕緣介質(zhì)的電流。泄漏電流試驗．是測量電纜線路在加試驗電壓時的泄漏電流值，用以判斷電纜線路絕緣是否完好。試驗時，將試驗電壓逐漸升高，根據(jù)其相應(yīng)的泄漏電流與耐壓試驗前后的泄漏電流的比值，判斷電纜線路的工作狀況。泄漏電流測量與絕緣電阻測量的原理基本相同，不同之處是：直流泄漏試驗的電壓一般比絕緣電阻表電壓高，并可任意調(diào)節(jié)，絕緣電阻表則不然，因而它比絕緣電阻表發(fā)現(xiàn)缺陷的有效性高，能靈敏地反映瓷質(zhì)絕緣的裂紋、夾層絕緣的內(nèi)部受潮及局部松散斷裂、絕緣油劣化、絕緣的沿面炭化等。電纜泄漏電流的測量與直流耐壓試驗在發(fā)現(xiàn)絕緣缺陷的原理上是有區(qū)別的。一般來說，直流耐壓試驗對于暴露介質(zhì)中的氣泡和機械損傷等局部缺陷等比較靈敏，而泄漏電流能夠反映介質(zhì)整體受潮與整體劣化情況。兩者在試驗中又密不可分，泄漏電流實際上是在直流耐壓試驗中測得的。測量泄漏電流的微安表在實驗回路中位置不同、實驗的高壓引線是否采用屏蔽線等因素都會影響泄漏電流的數(shù)值，所以在測量泄漏電流的過程中．判據(jù)的不是電流具體數(shù)值而是泄漏電流的變化趨勢。依據(jù)泄漏電流判斷絕緣狀況時，應(yīng)注意以下幾點：1)電壓升高的每一階段都必須注意觀察電流隨時間變化的趨勢。一條絕緣良好的電纜，在電壓上升的每一階段，電容電流和吸收電流先疊加在泄漏電流上，表觀電流必定劇增，后隨時間延長下降。電壓穩(wěn)定1min后的穩(wěn)態(tài)電流值只及電壓初上升時的10％—20％，這就是泄漏電流。如電纜整體受潮，則電流在電壓上升的每一階段幾乎不隨時間延長下降，嚴重時反而上升，這種電纜不能輕易投運。2)泄漏電流值隨時間的延長有上升現(xiàn)象是電纜絕緣缺陷發(fā)展的跡象。良好的絕緣在試驗電壓下的穩(wěn)態(tài)泄漏電流值隨著時間的延長應(yīng)保持不變．有的略有下降。(2)直流耐壓試驗。直流耐壓試驗，指以高于電纜額定電壓數(shù)倍的直流電壓對電纜進行耐壓強度的試驗。直流耐壓試驗的目的在于檢驗電纜的耐壓強度，它對發(fā)現(xiàn)絕緣介質(zhì)中的氣泡、機械損傷等局部缺陷比較有利。因為在直流電壓下，絕緣介質(zhì)中的電位將按電阻分布．所以當介質(zhì)有缺陷時，電壓主要被與缺陷部分串聯(lián)的未損壞介質(zhì)的電阻承受，較有利于發(fā)現(xiàn)介質(zhì)缺陷。電纜絕緣在直流電壓下的擊穿強度約為交流電壓下的2倍，所以可以施加更高的直流電壓對絕緣介質(zhì)進行耐壓強度的考驗。很多情況下，用絕緣電阻表檢測電纜絕緣良好．而在直流耐壓試驗中發(fā)生絕緣擊穿，因此直流耐壓試驗是檢測高壓電纜絕緣缺陷的有效手段。但是，工程實際資料表明，直流耐壓試驗不僅不能有效地發(fā)現(xiàn)交聯(lián)聚乙烯絕緣中的水樹枝等絕緣缺陷，而且由于空間電荷的作用，還容易造成高壓電纜在交流電壓作用下某些不應(yīng)發(fā)生問題的地方投運不久就發(fā)生擊穿。此外，電纜的某些部分，如電纜頭。在交流情況下存在某些缺陷，在直流耐壓試驗時卻不會擊穿。XLPE電力電纜在直流電場作用下，空間電荷的附加電場效應(yīng)加強了水樹枝尖端處的電場而引發(fā)介質(zhì)局部放電，釋放大量高能帶電粒子，不斷地轟擊水樹枝端部和水樹枝通道壁的介質(zhì)分子鏈段，使得介質(zhì)分子鏈段斷鏈、降解，水樹枝快速轉(zhuǎn)變成為電樹枝，加速了XLPE電力電纜絕緣性能早期劣化，大大縮短了電纜的運行壽命。所以在XLPE電力電纜的預(yù)防性試驗中均取消了直流耐壓試驗，相繼推出振蕩波電壓試驗、0.1Hz超低頻電壓試驗和工頻電壓試驗方法。(3)泄漏電流試驗與直流耐壓試驗不同點。泄漏電流試驗與直流耐壓試驗的接線及原理相同，多同步進行。直流耐壓試驗與泄漏電流的測量雖然方法一致，但是作用不同，前者是考驗絕緣的耐壓強度，其試驗電壓較高；后者是用于檢查絕緣狀況．其試驗電壓相對較低．因此，直流耐壓試驗對于發(fā)現(xiàn)某些局部缺陷更有特殊意義，目前在高壓電機、電纜、電容的預(yù)防性試驗中被廣泛采用。2．試驗方法(1)半波整流試驗。半波整流試驗回路一般是由自耦調(diào)壓器、試驗變壓器、高壓二極管和測量表計組成半渡整流試驗接線。根據(jù)微安表在試驗回路中所處的位置不同，半波整流試驗可分為兩種基本接線方式。1)微安表接在高壓側(cè)。微安表接在高壓側(cè)的試驗原理接線如圖6—3所示。試驗變壓器T1的高壓端接至高壓二極管VD(硅堆)的負極．由于空氣中負極性電壓下?lián)舸﹫鰪娸^高，為防止外絕緣閃絡(luò)，因此直流耐壓試驗常用負極性輸出。由于二極管的單向?qū)щ娦?，在其正極就有負極性的直流高壓輸出。選擇硅堆的反峰電壓時應(yīng)有20％的裕度。如用多個硅堆串聯(lián)時．應(yīng)并聯(lián)均壓電阻，電阻值可選約1000MΩ。為減小直流電壓的脈動，在被試品Cx上并聯(lián)濾波電容C，電容值一般不小于0.1μF。對于電容量較大的被試品，如電纜等可以不加穩(wěn)壓電容。半波整流時，試驗回路產(chǎn)生的直流電壓為Ud=2U2－（Id/2Cf）式中Ud——直流電壓(平均值)，V；C——濾波電容，F(xiàn)；F——電源頻率，Hz；Id——整流回路輸出直流電流，A。當回路不接負載時，直流輸出電壓即為變壓器二次輸出電壓的峰值。因此，現(xiàn)場試驗選擇試驗變壓器的電壓時，應(yīng)考慮到負載壓降，并給高壓試驗變壓器輸出電壓留一定裕度。這種接線的特點是微安表處于高壓端，不受高壓對地雜散電流的影響，測量的泄漏電流較準確。但微安表及從微安表至被試品的引線應(yīng)加屏蔽。由于微安表處于高壓，故給讀數(shù)及切換量程帶來不便。2)微安表接在低壓側(cè)。微安表接在低壓側(cè)的接線圖如圖6—4所示。這種接線微安表處于低電位，具有讀數(shù)安全、切換量程方便的優(yōu)點。當被試品的接地端能與地分開時，宜采用圖6—4(a)的接線。若不能分開，則采用圖6—4(b)的接線，由于這種接線的高壓引線對地的雜散電流將流經(jīng)微安表，從而使測量結(jié)果偏大，其誤差隨周圍環(huán)境、氣候和試驗變壓器的絕緣狀況而異。所以，一般情況下應(yīng)盡可能采用圖6—4(a)的接線。(2)直流高壓電源的獲得。1)倍壓整流直流電源。此處不再贅述。更為常用的二倍壓整流電路如圖6—5所示，這種電路不僅可輸出對地為2Umax的直流電壓，而且可采用一端接地的變壓器。2)多級串接整流電流。當需要較高的直流電壓，而倍壓整流電路又不能滿足要求時，可采用多級串接整流電路．圖6—6所示是一臺三級串接整流線路。3)中頻串接直流發(fā)生器。由于串接整流接線太多．因而現(xiàn)場一般采用成套的中頻電源直流發(fā)生器。成套直流發(fā)生器采用脈沖寬度調(diào)制方式調(diào)節(jié)直流高壓，這是目前較新的直流電壓調(diào)節(jié)方式。它的主要優(yōu)點是：節(jié)能；電壓調(diào)節(jié)線性度好，調(diào)節(jié)方便、穩(wěn)定；輸出直流電壓紋波非常小。由于采用了高頻率開關(guān)脈沖寬度調(diào)制．可選用較小數(shù)值的電感、電容進行濾波．濾波回路時間常數(shù)減小，這有利于自動調(diào)節(jié)回路的品質(zhì)和輸出波形的改善以及減小體積。中頻串接直流發(fā)生器工作原理框圖如圖6—7所示。成套直流高壓發(fā)生器能直接顯示直流高壓的電壓值及泄漏電流值，常由多節(jié)構(gòu)成，有60～600kv等多種電壓等級．適合于現(xiàn)場進行各種高壓設(shè)備的直流試驗。(3)直流電壓和泄漏電流的測量。1)直流電壓的波形和脈動電壓的測量。采用半波整流加穩(wěn)壓電容的接線時，被試品上Rx的電壓波形如圖6—8(b)所示。如果被試品及承受直流高壓的各部分都不產(chǎn)生泄漏．則被試品將被充電到電源電壓的峰值UTm。事實上，泄漏電流總是存在的。因此，存在著充放電的過程，在t1這段時間內(nèi)．變壓器通過高壓二極管V向電容C(包括被試品電容和穩(wěn)壓電容)充電；在t2這段時間內(nèi)．電容C向被試品Rx放電，使電容C上的電壓達不到試驗變壓器電壓的峰值，也不能保持恒定，而只能達到充電與放電相平衡的穩(wěn)定狀態(tài)，此時的直流電壓在平均值Uav的上下波動。為了表示直流電壓波動的大小，引入了電壓脈動系數(shù)kδkδ=δUUav=Umax-U式中δU——脈動直流電壓的最大與最小值之差的一半，V；Uav——脈動直流電壓的平均值，V；Umax——脈動直流電壓的最大值，V；Umin——脈動直流電壓的最小值，V。泄漏電流通常是很小的，所以放電時間常數(shù)RC很大，遠大于電源電壓的周期T。對于圖6—5的倍壓整流電路，輸出電壓的脈動系數(shù)可近似的由式(6—6)算出：Kδ=IR2fc2式中IR——流過被試品的有功電流；f——試驗電源的頻率。由式(6—6)可知，負載電阻越小(即泄漏電流越大)，輸出電壓的脈動系數(shù)越大，而增大電容C2，或提高電源頻率，可以使脈動減小。一般要求直流電壓的脈動率不大于2％，也有要求更高的。2)直流高壓的測量。測量直流高壓必須用不低于1.5級的表計和2.5級的分壓器。用高電阻串聯(lián)微安表測量接線如圖6—9所示，被測直流電壓加在高值電阻R上，則R中便有電流產(chǎn)生，與R串聯(lián)的微安表的指示即為在該電壓下流過R的平均值電流。因此，可根據(jù)微安表指示的電流值來表示被測直流電壓的數(shù)值。這種測量電壓的方法．是將微安表的電流刻度直接換成相應(yīng)的電壓刻度，或事先校驗出直流電壓與微安數(shù)的關(guān)系曲線，使用時根據(jù)微安表的數(shù)值在這條曲線上查出相應(yīng)的電壓值，也可以用另一電阻構(gòu)成低壓臂．用低壓直流電壓表來測量。被測直流電壓的平均值為Uav=RIav(6—7)式中R——高值電阻，MΩ；Iav——微安表讀數(shù)，μA。高值電阻R的數(shù)值可根據(jù)被測電壓Uav的大小和電流Iav決定。電流Iav取100～500μA。當被測電壓較高時，電流宜適當選大些，以減小雜散電流帶來的誤差。一般R取2～10MΩ/kV，微安表選0—100μA(或0～500μA)。電阻R可用金屬膜電阻、碳膜電阻(或與閥型避雷器的火花間隙并聯(lián)的非線性電阻)串聯(lián)組成，其數(shù)值要求穩(wěn)定，誤差不大于3％。每單個電阻的容量不小于1w。常將該電阻裝在絕緣筒內(nèi)，并充油密封，以提高穩(wěn)定性和減少電阻本體及電阻支持架表面的泄漏電流。為了防止電暈，電阻上端需裝防暈罩，連接微安表的導(dǎo)線應(yīng)用屏蔽線。用電阻分壓器與低壓電壓表測量接線如圖6—10所示，是電阻分壓器與低壓電壓表組成的測量系統(tǒng)的原理接線圖。圖上的電壓表可以是低壓靜電電壓表，也可以是數(shù)字式電壓表。由低壓電壓表PV的指示值U2得到被測電壓U1=U2(R1+R2)/R2。R1和R2分別為電阻分壓器的高壓臂電阻和低壓臂電阻，低壓臂電阻R2中包含低壓電壓表的輸入電阻。如果低壓電壓表是靜電電壓表或者是高輸入電阻的數(shù)字式電壓表，則其輸入電阻的影響可以忽略。用高壓靜電電壓表測量：采用適當量程的高壓靜電電壓表，直接測量輸出電壓的有效值，對于脈動系數(shù)不大2％的直流電壓，可近似地認為有效值U等于平均值Uav。合格的高壓靜電電壓表能滿足對電壓平均值測量準確度的要求。在試驗變壓器低壓側(cè)測量：當試驗電源為正弦波時，可根據(jù)試驗變壓器的變比，將低壓側(cè)電壓的有效值折算成高壓側(cè)的有效值。這種計算方法只有當被試品的泄漏電流很小，在保護電阻上產(chǎn)生的壓降可以忽略不計時．才可以認為被試品上所加的電壓Ux就是試驗變壓器高壓側(cè)輸出電壓的峰值Umax即Ux=Umax=2KU(6—8)式中Umax——被試品上所加的直流電壓，V；U——試驗變壓器低壓側(cè)的有效值電壓，V；K—一試驗變壓器的變比。當直流電壓的脈動值很小時，可以認為Umax≈UAV。3)泄漏電流的測量。用直流微安表測量被試品的泄漏電流時，要使測量安全可靠，除需要對微安表進行保護外，還應(yīng)消除雜散電流的影響。微安表的保護：嚴格說來試驗電壓總是脈動的．脈動成分加在被試品上，就有交流分量通過微安表，因而使微安表指針擺動，難于讀數(shù)．甚至使微安表過熱燒壞(因它只反映直流數(shù)值，實際上交流數(shù)值也流經(jīng)線圈)。試驗過程中，被試品放電或擊穿都有不能容許的脈沖電流流經(jīng)微安表，因此需對微安表加以保護。常用的保護電路，如圖6—11所示。電容C用以旁路交流分量，特別是高頻沖擊電流；SB是短路微安表的開關(guān)，讀數(shù)時斷開；放電管F用以保證在回路中出現(xiàn)不容許的大電流時，迅速放電來保護微安表，當大電流流經(jīng)與微安表串聯(lián)的增壓電阻R1時，其壓降足以使放電管動作，電阻R1的數(shù)值可按式(6—9)計算：R1=UFIμA式中UF——放電管實際的放電電壓，V：IμA——微安表的滿刻度電流值，μA限流電感線圈L的作用是當被試品擊穿時，限制沖擊電流并加速放電管的動作。通常取L值為幾十毫亨至1H。消除雜散電流對測量的影響：在試驗中除被試品的體積泄漏電流之外，還有其他電流流過微安表而造成測量誤差．這些電流統(tǒng)稱為雜散電流。消除雜散電流是提高試驗準確度的關(guān)鍵。根據(jù)被試品的情況，應(yīng)盡量選擇能反映被試品本身泄漏電流的試驗接線。(4)注意事項。1)試驗前應(yīng)嚴格按要求接線，并由專人認真檢查接線、儀器儀表以及操作部分外殼是否可靠接地。2)升壓應(yīng)均勻分級進行。3)升壓中若出現(xiàn)擊穿、閃絡(luò)等異?，F(xiàn)象，應(yīng)馬上降壓斷開電源，并查明原因。4)高壓回路限流電阻的選擇原則。應(yīng)將短路電流限制在二極管短時容許電流的范圍內(nèi)，又不致造成過大的壓降，并能保證過流繼電器可靠動作。當被試品擊穿時．過流繼電器應(yīng)在0.02s內(nèi)切斷電源。一般可按每100kv選0.5～1MΩ電阻。5)二極管工作電壓的選擇。在上述半波整流線路中，最高試驗電壓不得超過其額定值的一半。6)微安表接于高壓側(cè)時，絕緣支柱應(yīng)牢固可靠、防止搖擺傾倒。7)試驗設(shè)備的布置要緊湊、連接線要短．宜用屏蔽導(dǎo)線．既要安全又便于操作；對地要有足夠的距離，接地線應(yīng)牢固可靠。8)應(yīng)將被試品表面擦拭干凈，并加屏蔽，以消除被試品表面臟污帶來的測量誤差。9)能分相試的被試品應(yīng)分相試驗，非試驗相應(yīng)短路接地。10)試驗電容量小的被試品應(yīng)加穩(wěn)壓電容。試驗結(jié)束，降壓、斷開電源后，應(yīng)對被試品進行充分放電。對電力電纜、電容器、發(fā)電機、變壓器等大電容被試品，必須先經(jīng)適當?shù)姆烹婋娮鑼υ嚻愤M行放電．如果直接對地放電，可能產(chǎn)生頻率極高的振蕩過電壓，對試品的絕緣有危害。放電電阻視試驗電壓高低和試品的電容而定，必須有足夠的電阻值和熱容量。通常采用水電阻器，電阻值大致上可選用每千伏200～5000Ω。放電棒的絕緣部分(自握手護環(huán)到放電電阻器下端接地線連接端)的長度l，應(yīng)符合安全規(guī)程的規(guī)定，并不小于放電電阻器的有效長度，如圖6—12所示。放電電阻器R兩極間的有效長度l，參見表6—8。(5)異常情況的分析。1)從微安表反映出來的現(xiàn)象。①指針來回擺動?？赡苡薪涣鞣至客ㄟ^微安表，宜讀取平均值；若無法讀數(shù)，則應(yīng)檢查微安表保護回路是否良好，或加大濾波電容C，必要時可改變?yōu)V波方式。②指針周期性的擺動?？赡苁潜辉嚻方^緣不良．從而產(chǎn)生瑚期性放電，這時應(yīng)查明原因，并加以消除。③指針突然擺動。如向減小方向，可能是電源回路引起；如向增大方向，可能是試驗回路或試品出現(xiàn)閃絡(luò)，或內(nèi)部斷續(xù)性放電引起。④指針所指數(shù)值隨時間變化，若逐漸下降，可能是充電電流減小或被試品表面絕緣電阻上升引起；若逐漸上升，可能是被試品絕緣老化引起。2)從泄漏電流數(shù)值上反映出來的現(xiàn)象。泄漏電流過大，應(yīng)先檢查試驗回路各設(shè)備狀況和屏蔽是否良好，在排除外因之后，才能對被試品作出正確的結(jié)論。泄漏電流過小，應(yīng)檢查接線是否正確，微安表保護部分有無分流與斷線。3．影響因素和試驗結(jié)果的分析(1)高壓引線的影響。因為高壓引線及高壓輸出端均暴露在空氣中，其對地、對絕緣支撐物和鄰近設(shè)備等均有一定的雜散電流、泄漏電流流過。電流流過試樣內(nèi)部的體積電流、高壓硅堆及硅堆至微安表高壓引出線對地雜散電流．高壓引出線及高壓端通過空氣對地雜散電流，它們的作用都將影響其試驗結(jié)果的準確性。(2)空氣濕度對表面泄漏電流的影響。當空氣濕度大時，表面泄漏電流遠大于體積泄漏電流．被試品表面臟污易于吸潮，使表面泄漏電流增加，所以必須擦凈表面，并應(yīng)用屏蔽電極。(3)溫度的影響。不同溫度影響下的泄漏電流值，可參考《電力設(shè)備預(yù)防性試驗規(guī)程》。溫度對高壓直流試驗結(jié)果的影響是極為顯著的，因此，對所測得的電流值均需換算至相同溫度，才能進行分析比較。最好在被試品溫度為30一80℃時做試驗，因為在這樣的溫度范圍內(nèi)泄漏電流變化較明顯，而低溫時變化較小。(4)殘余電荷的影響。主要表現(xiàn)在殘余電荷與直流輸出電壓同極性時．泄漏電流試驗有偏小誤差；極性相反時，有偏大誤差。(5)電源電壓的非正弦波形對測量結(jié)果的影響。為了克服其影響，可考慮：用波形畸變小的自耦變壓器調(diào)壓；選擇電源時最好用波形不易畸變的線電壓；直接在高壓側(cè)測量直流高壓。(6)加壓速度對泄漏電流測量結(jié)果的影響。為了得到較為準確的數(shù)據(jù)，應(yīng)采取逐級加壓的方式并規(guī)定相應(yīng)的升壓速度和電壓穩(wěn)定時間。為了克服吸收現(xiàn)象造成的測量誤差，對電纜直流耐壓試驗及泄漏電流測試規(guī)定的電壓穩(wěn)定時間為5min。(7)直流輸出電壓極性對泄漏電流測量結(jié)果的影響。電纜絕緣受潮．電纜線芯加正極性試驗電壓時，由于絕緣中的水分帶正電，在電場作用下，水分被排斥移向鉛包，造成絕緣中水分相對減少，泄漏電流偏??；電纜線芯加負極性高時，在電場作用下，水分由鉛包滲過絕緣向電纜芯集中，使絕緣中的水增加，泄漏電流增大。由此可見，一般加負極性直流輸出電壓，能更嚴格地判斷受潮程度。(8)測量結(jié)果的判斷。將測量的泄漏電流值換算到同一溫度下與歷次試驗進行比較，以及同一設(shè)備的相間比較、同類設(shè)備的互相比較。(9)泄漏電流測量與絕緣電阻測量相比的優(yōu)點。試驗電壓較高，并能隨意調(diào)節(jié)；用微安表監(jiān)測泄漏電流，靈敏度高，可多次重復(fù)比較；可將泄漏電流測量值換算為絕緣電阻值。由于絕緣電阻表的負載特性，其輸出的端電壓與被試驗品絕緣電阻值大小有關(guān)，不一定是絕緣電阻表銘牌標準電壓。因此，絕緣電阻表測量出的絕緣電阻。一般不能換算出泄漏電流值；泄漏電流試驗時可以作出泄漏電流與加壓時間關(guān)系曲線和泄漏電流與所加電壓的關(guān)系曲線，通過該曲線可以判斷絕緣狀況。泄漏電流隨加壓時間變化的過程，實際上就是吸收電流的變化過程。泄漏電流與加壓時間關(guān)系曲線如圖6—13所示。因此，泄漏電流試驗，實質(zhì)上是觀察每階段電壓下電流隨時間的下降情況，以及電流隨電壓逐漸升高的增長情況。電纜出廠時多進行交流耐壓試驗，而電纜線路的預(yù)防試驗和交接驗收試驗，目前普遍采用直流耐壓試驗。直流耐壓試驗與交流耐壓試驗比較主要有以下一些特點：①對于長電纜線路，所需試驗設(shè)備容量??；②在直流電壓作用下，介質(zhì)損耗小，高壓下對是好絕緣的損傷應(yīng)??；③在直流耐壓試驗的同時監(jiān)測泄漏電流及其變化曲線，采用微安表測量靈敏度高，反應(yīng)絕緣老化、受潮比較靈敏；④直流耐壓試驗不僅對檢查絕緣中的氣泡、機械損傷等局部缺陷是比較有效的方法．而且能發(fā)現(xiàn)交流耐壓試驗不易發(fā)現(xiàn)的一些缺陷。與交流耐壓試驗相比，直流耐壓試驗的缺點是：由于交、直流下絕緣內(nèi)部的電壓分布不同．直流耐壓試驗對絕緣的考驗不如交流耐壓接近實際。因此，對于交聯(lián)聚乙烯電纜，也不主張用直流耐壓試驗。三、電力電纜的交流耐壓試驗交流耐壓試驗是考驗被試品絕緣承受各種過電壓能力的有效方法，對保證設(shè)備安全運行具有重要意義。交流耐壓試驗的電壓、波形、頻率和在被試品絕緣內(nèi)部電壓的分布，均符合在交流電壓下運行時的實際情況，因此，能真實有效地發(fā)現(xiàn)絕緣缺陷。交流耐壓試驗應(yīng)在被試品的絕緣電阻及吸收比測量、直流泄漏電流測量及介質(zhì)損失角正切值tanδ交流耐壓試驗對于固體有機絕緣來說屬于破壞性試驗，它會使原來存在的絕緣弱點進一步發(fā)展，使絕緣強度逐漸降低，形成絕緣內(nèi)部劣化的累積效應(yīng)，甚至擊穿被試品。因此，必須正確地選擇試驗電壓的標準和耐壓時間。試驗電壓越高、發(fā)現(xiàn)絕緣缺陷的有效性越高，但被試品被擊穿的可能性越大，累積效應(yīng)也越嚴重。反之，試驗電壓低，又使設(shè)備在運行中擊穿的可能性增加。實際上，根據(jù)各種設(shè)備的絕緣材質(zhì)和可能遭受的過電壓倍數(shù)，國家規(guī)定了相應(yīng)的出廠試驗電壓標準。具有夾層絕緣的設(shè)備，在長期運行電壓的作用下，絕緣具有累積效應(yīng)，所以現(xiàn)行有關(guān)標準規(guī)定運行中設(shè)備的試驗電壓，比出廠試驗電壓有所降低。1.交流耐壓試驗方法(1)試驗變壓器耐壓的原理接線。交流耐壓試驗的接線，應(yīng)按被試品的要求(電壓、容量)和現(xiàn)有試驗設(shè)備條件來決定。通常試驗時采用成套設(shè)備(包括控制及調(diào)壓設(shè)備)，現(xiàn)場常對控制回路加以簡化，如圖6一14所示為試驗電路。試驗接線圖中的保護控制回路由熔斷器、電磁開關(guān)和過電流繼電器等組成．都是為保證在試驗回路發(fā)生短路和被試品擊穿時，能迅速可靠地切斷試驗電源。電壓互感器是用來測量被試品上的電壓；毫安表和電壓表用以測量及監(jiān)視試驗過程中的電流和電壓。(2)試驗方法。進行交流耐壓試驗的被試品，一般為容性負荷，當被試品的電容量較大時，電容電流在試驗變壓器T1的漏抗上就會產(chǎn)生較大的壓降。由于被試品上的電壓與試驗變壓器漏抗上的電壓相位相反，有可能因電容電壓升高而使被試品上的電壓比試驗變壓器的輸出電壓還高，因此要求在被試品上直接測量電壓。此外，由于被試品的容抗與試驗變壓器的漏抗是串聯(lián)的，因而當回路的自振頻率與電源基波或其高次諧波頻率相同而產(chǎn)生串聯(lián)諧振時，在被試品上就會產(chǎn)生比電源、電壓高得多的過電壓。通常調(diào)壓器與試驗變壓器的漏抗不大，而被試品的容抗很大，所以一般不會產(chǎn)生串聯(lián)諧振過電壓。但在試驗大容量的被試品時，諧振頻率為50Hz，應(yīng)滿足Cx<3184/XL(μF)，即XC>XL，XL是調(diào)壓器和試驗變壓器的漏抗之和。為避免3次諧波諧振，可在試驗變壓器低壓繞組上并聯(lián)LC串聯(lián)回路或采用線電壓。當被試品閃絡(luò)擊穿時，也會由于試驗變壓器繞組內(nèi)部的電磁振蕩，在試驗變壓器的匝間或?qū)娱g產(chǎn)生過電壓。因此，要求在試驗回路內(nèi)串入保護電阻將過電流限制在試驗變壓器與被試品允許的范圍內(nèi)。但保護電阻不宜選得過大．太大了會由于負載電流而產(chǎn)生較大的壓降和損耗。R1的另一作用是在被試品擊穿時，防止試驗變壓器高壓側(cè)產(chǎn)生過大的電動力。R1按0.1~0.5Ω/V選取。2．交流耐壓試驗設(shè)備(1)高壓試驗變壓器。用于同性試驗的特制變壓器，稱為高壓試驗變壓器。它與電力變壓器比較，具有容量不很大、額定電壓較高、允許持續(xù)工作時間短、多工作在電容性負荷下、經(jīng)常要放電、通常高壓繞組一端接地、不需要附加散熱裝置、體積較小等特點。1)試驗電壓的選擇：試驗時應(yīng)根據(jù)被試設(shè)備的電容量和試驗時的最高電壓來選擇試驗變壓器。其額定電壓不應(yīng)低于被試品所需施加的最高電壓，同時試驗變壓器低壓側(cè)電壓應(yīng)和試驗現(xiàn)場的電源電壓及調(diào)壓器電壓相配套。2)試驗電流的選擇：試驗變壓器的額定電流應(yīng)能滿足流過被試品的電容電流和泄漏電流的要求，一般按試驗時所加的電壓和被試品的電容量來計算所需的試驗電流，其計算式為IC=ωCxUT×106(6—式中IC——試驗時被試品的電容電流，mA;ω——電源角頻率;Cx——被試品的電容量，μF，電力電纜一般取150～400pF/m;UT——試驗電壓，kV。選擇試驗變壓器時，應(yīng)使其高壓繞組的額定電流不低于式(6—10)計算值。試驗所需電源容量，按式(6—11)計算：P=εCxU2×10-3(2)調(diào)壓器。調(diào)壓器應(yīng)能從零開始平滑地調(diào)節(jié)電壓，以滿足試驗所需的任意電壓，并且在調(diào)節(jié)過程電壓波形不發(fā)生畸變。常用的調(diào)壓器有自藕調(diào)壓器、移圈調(diào)壓器和感應(yīng)調(diào)壓器。調(diào)壓器的輸出波形，應(yīng)盡可能地接近正弦波，容量也應(yīng)滿足試驗變壓器的要求，通常與試驗變壓器容量相同。1)自耦調(diào)壓器。采用自耦調(diào)壓器調(diào)壓是現(xiàn)場常用的一種簡單的調(diào)壓方式。自耦調(diào)壓器具有體積小、重量輕、效率高、可以平滑地調(diào)壓、輸出波形好、功耗小等優(yōu)點。由于自耦凋壓器是用移動碳刷接觸調(diào)壓，所以容量受到限制，單臺容量可達30kVA，一般用于電壓50kv以下小容量試驗變壓器的調(diào)壓。2)移圈調(diào)壓器。移圈調(diào)壓器的調(diào)壓范圍寬，目前國內(nèi)生產(chǎn)的容量為25—2250kVA，并與試驗變壓器配套，電壓可達10kV。其主要缺點是效率低、空載電流大，在低電壓和接近額定電壓下使用波形易發(fā)生畸變。3.試驗電壓的測量交流試驗電壓的測量裝置一般可采用由電容(或電阻)分壓器與低壓電壓表、高壓電壓互感器、高壓靜電電壓表等組成的測量系統(tǒng)。交流試驗電壓測量裝置(系統(tǒng))測量誤差不應(yīng)超過±3％。對試驗電壓波形的正弦性有懷疑時，可測量試驗電壓的峰值與有效值之比，此比值應(yīng)在2±0.07的范圍內(nèi)．則可認為試驗結(jié)果不受波形畸變的影響。因此，主波形較好時，可用有效值表計測量即可，而當波形畸變時，則宜采用測峰值的表計進行測量。4.電力電纜串聯(lián)諧振交流耐壓試驗對35kV及以下的電力電纜做交流耐壓試驗，常用的有0.1Hz超低頻耐壓試驗和變頻串聯(lián)諧振耐壓試驗。(1)0.1Hz超低頻耐壓試驗。因被試XLPE電纜的電容量很大，工頻試驗時所需試驗變壓器的容量也要很大，導(dǎo)致試驗設(shè)備笨重而不適用于現(xiàn)場使用。采用0.1Hz作為試驗電源，理論上可以將試驗變壓器的容量降低到1/500。試驗變壓器的重量可大大降低，可以較容易地移動到現(xiàn)場進行試驗。目前，此種方法主要應(yīng)用于中低壓電纜的試驗，由于電壓等級偏低，還不能用于110kv及以上的高壓電纜試驗。(2)變頻串聯(lián)諧振試驗。變頻諧振試驗系統(tǒng)不但能滿足高壓XLPE電纜的耐壓要求，而且具有重量輕、可移動性好的優(yōu)點，適宜現(xiàn)場試驗。變頻串聯(lián)諧振試驗裝置采用固定電抗器作為諧振電抗囂．以調(diào)頻的方式實現(xiàn)諧振，頻率的調(diào)節(jié)范圍為30~300Hz，符合《高壓擠包絕緣電纜竣工試驗建議導(dǎo)則》中推薦使用工頻及近似工頻(30~300Hz)的交流電壓。這種交流電壓可以重現(xiàn)與運行工況下相同的場強，并在實踐中已被證明是最有效的方法。變頻串聯(lián)諧振成套試驗裝置原理圖如圖6—15所示。串聯(lián)諧振電源升壓是目前對于電力系統(tǒng)中大電容性試品進行交流耐壓試驗比較適用的方法，它有如下特點：①所需電源容量減小，因Q遠大于1，試驗所需的電源功率只有試品試驗容量的1/Q；②由于省去大功率調(diào)壓裝置和大功率工頻試驗變壓器，試驗設(shè)備的重量和體積減少；③改善輸出電壓的波形．諧振電源是諧振式濾波電路，因此能獲得很好的正弦波形；④能防止大的短路電流燒傷故障點，在串聯(lián)諧振狀態(tài)，當試品的絕緣弱點被擊穿時，電路立即脫諧，回路電流迅速下降為正常試驗電流；當試品發(fā)生擊穿時。因失去諧振條件，高電壓也立即消失．電弧即刻熄滅，不會出現(xiàn)任何恢復(fù)過電壓。對橡塑電纜要求采用交流耐壓試驗，其中對不具備條件的，額定電壓U0/U為18Kv/30kV及以下電纜。允許用直流耐壓試驗及泄漏電流測量代替交流耐壓試驗。具體要求如下：椽塑電纜優(yōu)先采用20～300Hz交流耐壓試驗，交流耐壓試驗電壓和時間見表6—9。不具備表6—9試驗條件或特殊規(guī)定時，可施加正常系統(tǒng)相對地電壓24h方法代替交流耐壓。近年來，對電纜的交流耐壓現(xiàn)場試驗常采用RLC串聯(lián)諧振回路來進行，對此GB/T3048.8—2007《電線電纜性能試驗方法第8部分：交流電壓試驗》規(guī)定了交流耐壓試驗可采用調(diào)感式串聯(lián)諧振同路產(chǎn)生試驗電壓，如圖6—16所示。其電源的容量顯著降低，設(shè)備重量減輕，便于運輸和使用。RLC串聯(lián)電路的諧振原理：如圖6—17所示RLC。組成的串聯(lián)電路，其交流電壓U與交流電流I，由歐姆定律表示為I=UR2+(ωL-1ωC式中XL=ωL——感抗；XC=1ωC——ω=2πf——角頻率；f——頻率。當諧振時，電感或電容上的電壓UL=UC是電源電壓的Q倍，當R遠較XL(或XC)小時，即Q≥1，則電容兩端的電壓比電源電壓U大很多倍，正是利用這個特點對電纜進行交流耐壓試驗。5．試驗注意事項、結(jié)果及評定(1)注意事項。1)試驗回路應(yīng)有快速保護裝置．以保證當試樣擊穿或試樣端部或終端發(fā)生沿其表面閃絡(luò)放電或內(nèi)部擊穿時能迅速斷開試驗電源；2)試驗設(shè)備、測量系統(tǒng)和試樣的高壓端與周圍接地體之間應(yīng)保持足夠的安全距離，以防止產(chǎn)生空氣放電。試驗區(qū)域周圍應(yīng)有可靠的安全措施，如金屬接地柵欄，信號燈或安全警示標志：3)試驗區(qū)域內(nèi)應(yīng)有接地電極，接地電阻應(yīng)小于4Ω，試驗裝置的接地端和試樣的接地端或附加電極均應(yīng)與接地極可靠連接。(2)結(jié)果及評定。1)試樣在施加所規(guī)定的試驗電壓和持續(xù)時間內(nèi)無任何擊穿現(xiàn)象，則可認為該試樣通過耐受工頻電壓試驗；2)試驗中如發(fā)生異常現(xiàn)象，應(yīng)判斷是否屬于“假擊穿”。假擊穿現(xiàn)象應(yīng)予排除，并重新試驗。只有當試樣不可能再次耐受相同電壓值的試驗時，則應(yīng)認為試樣已擊穿。3)如果試驗過程中，試樣的試驗終端發(fā)生沿其表面閃絡(luò)或內(nèi)部擊穿．允許另做試驗終端，并重復(fù)進行試驗。4)試驗過程中因故停電后繼續(xù)試驗，除產(chǎn)品標準另有規(guī)定外．應(yīng)重新計時。四、電力電纜介質(zhì)損失角正切試驗1．概述任何電介質(zhì)(絕緣介質(zhì))在電壓作用下，將產(chǎn)生一定的能量損耗，這部分損耗稱介質(zhì)損耗或介質(zhì)損失。如果介質(zhì)損耗很大．會使介質(zhì)溫度升得很高，促使介質(zhì)老化。產(chǎn)生介質(zhì)損耗的原因主要是漏導(dǎo)、極化和局部放電損耗。(1)漏導(dǎo)損耗：在電場作用下電介質(zhì)電導(dǎo)(又稱漏導(dǎo))產(chǎn)生的泄漏電流會造成能量損耗。這種損耗在交流與直流作用下都存在，且這種損耗與極化、局部放電引起的損耗比較是很小的。(2)極化損耗：在交流電壓作用下．電介質(zhì)由于周期性的極化過程，電介質(zhì)中的帶電質(zhì)點要沿交變電場的方向作往復(fù)的有限位移并重新排列。這時，質(zhì)點需要克服極化分子問的內(nèi)摩擦力而造成能量損耗。極化損耗的大小與電解質(zhì)的性能、結(jié)構(gòu)、溫度、交流電壓頻率等有關(guān)。(3)局部放電損耗：絕緣材料中，不可避免地會有些氣隙或油隙。在交流電壓下，電場分布主要與該材料的介電常數(shù)ε成反比，氣體的介電常數(shù)一般比固體絕緣材料的要低得多，因此承受的電場強度就大，當外加電壓足夠高時，氣隙中首先發(fā)生局部放電。固體中氣隙放電前后電場如圖6—18所示。氣隙放電形成的電荷，在外施電場E0作用下移動到氣隙壁上；這些電荷又形成反電場E，削弱了氣隙中的電場，很可能使氣隙中放電不再繼續(xù)下去，如圖6—18(b)所示。但是如外加的為交流電壓，半周后外施電場E0就反向了，正好與前半周氣隙中電荷形成的反電場E同向．加強了氣隙中電場強度，使氣隙中放電在更低電壓下發(fā)生。所以交流電壓下絕緣體里的局部放電及介質(zhì)損耗比直流電壓下強烈。在油浸紙絕緣電纜或電容套管等的運行中都要注意這一點，要盡量避免內(nèi)部氣隙、毛刺等引起的局部放電。一般油浸紙絕緣電纜或電容套管等用于直流時，長期工作電壓能提高到銘牌電壓的4～5倍，原因就在于此。絕緣介質(zhì)損耗的大小，實際上是絕緣性能優(yōu)劣的一種表示。同一臺設(shè)備，絕緣良好，介質(zhì)損耗就小；絕緣受潮劣化，介質(zhì)損耗就大。在交流電壓u作用下電介質(zhì)中流過電流I。電介質(zhì)的并聯(lián)等值電路及相量圖如圖6—19所示。電壓U與電流I之間的夾角為φ，φ稱為功率因數(shù)角;φ的余角δ,即為介質(zhì)損失角。根據(jù)圖6—19(b)可得介質(zhì)損耗因數(shù)tanδ=IRIC=1ω介質(zhì)損耗P=UIR=UICtanδ=U2ωCPtanδ(6—式中p——介質(zhì)損耗的功率；CP——并聯(lián)等值電容；ω——電源角頻率。由此可見，當電介質(zhì)一定，外加電壓及頻率一定時，介質(zhì)損耗P與tanδ成正比，即可以用tanδ來表示介質(zhì)損耗的大小。同類試品絕緣優(yōu)劣，可直接由tanδ通過測量tanδtanδ是反映絕緣介質(zhì)損耗大小的特性參數(shù)，與絕緣的體積大小無關(guān)。但如果絕緣內(nèi)的缺陷不是分布性而是集中性的，則tan的tanδ就增加得也越少，這樣tan通過測tanδ判斷絕緣狀況時，必須著重于與該設(shè)備歷年的tanδ值相比較，并和處于同樣運行條件下的同類設(shè)備相比較，即使tanδ值未超過標準，但和過去值比較及和同類設(shè)備比較，若2．測量tanδ測量tanδ(％)有平衡電橋法(西林電橋)、不平衡電橋法(M型介質(zhì)試驗器)、瓦特表法、相敏電路法等四種方法。最常用的測tanδ(1)西林電橋法。1)西林電橋的原理接線，如圖6—20所示。不管采用正接線、反接線，調(diào)節(jié)R3、C4使電橋平衡，此時a、b兩點電壓相等，即R3、C4兩端電壓相等。電橋平衡時檢流計PA中的電流I=0。因為交流電路中電容阻抗為1jωC。電路中R4、C411R4+11jωC4按阻抗元件分壓原理，不難得到:Ua=R31jωCx+Rx+R兩邊取倒數(shù)得:1jωR3Cx+RxR3=1+jωR4按復(fù)數(shù)相等實部、虛部分別相等的規(guī)定得到:Rx=C4CnR3Cx=R4R3C按串聯(lián)模型介質(zhì)損耗定義：tanδ=ωRxCx=ωR4C4，由于R4是固定的可以從C4刻度盤上讀出介損，通過R3、R4、Cn?？梢杂嬎鉉x。采用這個原理的儀器有現(xiàn)場用的QS12)QS1電橋的主要部件及參數(shù)。①Q(mào)S1橋的主要部件。主要部件包括橋體及標準電容、試驗變壓器三大部分。②QS1橋的主要技術(shù)參數(shù)。a.高壓50Hz測量時QS1電橋的技術(shù)參數(shù)：tanδ測量范圍為0.0005～0.6;測量電容量范圍為0.3×10-3～0.4μF;tanδ值的測量誤差:當tanδ值為0.0005～0.03時，絕對誤差不大于±0.003，當tanδ值為0.03～0.6時，相對誤差不大于測量值的±10％;電容量測量誤差不大b．低壓50Hz測量時QS1電橋的技術(shù)參數(shù)：tanδ值測量范圍及誤差壓測量相同;電容量測量范圍：標準電容為0.001μF時，測量范圍為0.3×10-3～10μF，標準電容為0.01μF時，測量范圍為3×10-3～