高電壓課程試驗(yàn)部分

高電壓課程試驗(yàn)部分第1頁(yè)，共65頁(yè)，2023年，2月20日，星期四第一節(jié)絕緣電阻測(cè)量一絕緣老化絕緣老化—電場(chǎng)、熱、機(jī)械應(yīng)力和環(huán)境因素等等，使其內(nèi)部發(fā)生復(fù)雜的化學(xué)和物理變化，導(dǎo)致性能逐漸下降。絕緣老化的表現(xiàn)—變色、粉化、發(fā)泡、發(fā)粘等等。絕緣老化的類型—電老化、熱老化、機(jī)械老化和環(huán)境老化等。1電老化電老化—在電場(chǎng)長(zhǎng)期作用下絕緣發(fā)生的老化叫電老化。產(chǎn)生的原因—絕緣表面或者內(nèi)部發(fā)生局部放電造成的。電老化的機(jī)理：1）帶電質(zhì)子轟擊—帶電質(zhì)子撞擊氣隙壁上的時(shí)候，打斷絕緣的化學(xué)鏈，破壞其分子結(jié)構(gòu)。2）熱效應(yīng)—溫度升高會(huì)發(fā)生熱裂解?；虼龠M(jìn)氧化裂解。3）活性生成物（臭氧、氧化物）—這些生成物對(duì)絕緣材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，腐蝕絕緣體。4）輻射效應(yīng)—局部放電可以產(chǎn)生可見(jiàn)光、紫外線等高能輻射，引起高聚物的裂解。5）機(jī)械力的效應(yīng)—放電時(shí)產(chǎn)生的高壓氣體引起絕緣開(kāi)裂。第2頁(yè)，共65頁(yè)，2023年，2月20日，星期四2熱老化熱老化—有機(jī)絕緣材料在的作用下發(fā)生了熱降解。高壓電氣設(shè)備在運(yùn)行中產(chǎn)生的熱量導(dǎo)致絕緣材料的溫度升高，溫度升高影響絕緣材料的壽命。3機(jī)械老化電力設(shè)備中有很多因素產(chǎn)生機(jī)械應(yīng)力，主要有設(shè)備旋轉(zhuǎn)部分的振動(dòng)或絕緣結(jié)構(gòu)中介質(zhì)部分與金屬導(dǎo)體部分熱膨脹系數(shù)不同而引起的周期性應(yīng)力，以及絕緣材料承受的交變電場(chǎng)力等。機(jī)械應(yīng)力的破壞主要表現(xiàn)為絕緣材料疲勞而產(chǎn)生裂紋或氣穴，誘發(fā)電樹(shù)枝的形成和生長(zhǎng)。對(duì)于旋轉(zhuǎn)電機(jī)等設(shè)備，其絕緣同時(shí)遭受電、熱及機(jī)械應(yīng)力的作用且都是占主導(dǎo)地位的應(yīng)力。第三，對(duì)于運(yùn)行在濕度較大的環(huán)境中的設(shè)備，濕度對(duì)絕緣材料尤其是潮氣敏感材料（如聚酯等）老化過(guò)程的影響較大。4環(huán)境老化主要是水分、污染、氧氣和輻射。在這些因素的作用下，絕緣表面發(fā)生腐蝕。第3頁(yè)，共65頁(yè)，2023年，2月20日，星期四二絕緣電阻和吸收比

1吸收現(xiàn)象圖1雙層介質(zhì)的等值電路圖2吸收曲線

許多電氣設(shè)備的絕緣都是多層的，多層介質(zhì)可粗略的使用雙層介質(zhì)來(lái)分析。如圖1所示，當(dāng)合上開(kāi)關(guān)K后將直流電壓加到絕緣上，電流表的讀數(shù)變化如圖2中曲線所示。開(kāi)始的時(shí)候電流很大，以后逐漸縮小，最后等于一個(gè)常數(shù)Ig；當(dāng)試品的電容較大時(shí)，這一逐漸縮小的過(guò)程進(jìn)行的很慢，第4頁(yè)，共65頁(yè)，2023年，2月20日，星期四甚至多達(dá)數(shù)分鐘或更長(zhǎng)，這種逐漸“吸收電荷的現(xiàn)象叫做”吸收現(xiàn)象“，對(duì)應(yīng)的電流ia稱為吸收電流。流過(guò)試品的電流為其中是時(shí)間常數(shù)上式中ia與絕緣的均勻程度有關(guān)：如比較均勻R1C1≈R2C2吸收電流很??；如不均勻R1C1與R2C2差別很大，吸收現(xiàn)象明顯。如果被試品絕緣受潮或者內(nèi)部有集中性的缺陷，則絕緣電阻降低，Ig大大降低，ia迅速衰減。第5頁(yè)，共65頁(yè)，2023年，2月20日，星期四2吸收比其中：i15、R15加壓15s時(shí)電流和相應(yīng)的絕緣電阻值；i60、R60加壓60s時(shí)的電流和相應(yīng)的絕緣電阻值。當(dāng)被試品原始干燥時(shí)，吸收現(xiàn)象明顯。當(dāng)絕緣受潮或有缺陷時(shí)，電流的吸收現(xiàn)象不明顯第6頁(yè)，共65頁(yè)，2023年，2月20日，星期四一般K<1.3可判定絕緣受潮。3絕緣電阻和吸收比的試驗(yàn)1）兆歐表簡(jiǎn)介

絕緣電阻的測(cè)試最常用的儀表是絕緣電阻測(cè)試儀（兆歐表）。兆歐表通常有100V、250V、500V、1000V、2500V和5000V等類型。兆歐表是一種高值電阻測(cè)量?jī)x表。用途非常廣泛，我們一般常利用它檢驗(yàn)一切電氣設(shè)備和器材的電氣絕緣程度。兆歐表的容量即最大輸出電流值(輸出端經(jīng)毫安表短路測(cè)得)對(duì)吸收比和極化指數(shù)測(cè)量有一定的影響。測(cè)量吸收比和極化指數(shù)時(shí)應(yīng)盡量采用大容量的兆歐表，即選用最大輸出電流1mA及以上的兆歐表，以期得到較準(zhǔn)確的測(cè)量結(jié)果。2）、兆歐表接線第7頁(yè)，共65頁(yè)，2023年，2月20日，星期四圖3兆歐表實(shí)圖圖4測(cè)試接線圖如圖3、圖4所示。被測(cè)絕緣電阻接到L和E接線柱之間時(shí)，指針的停留位置由電流線圈電流和電壓線圈電流的比值決定。流過(guò)電壓線圈的電流大小由分壓電阻RV確定，而電流線圈的電流由被測(cè)絕緣電阻的大小確定。保護(hù)環(huán)G裝在L接線柱的外圈，它與L接線柱絕緣，并接至手搖發(fā)電機(jī)的負(fù)極。保護(hù)環(huán)G的作用是排除由于導(dǎo)線絕緣層表面漏電電流和L，E接線柱間漏電電流第8頁(yè)，共65頁(yè)，2023年，2月20日，星期四所引起的誤差。當(dāng)天氣潮濕時(shí)測(cè)量其他電氣設(shè)備時(shí)（電氣設(shè)備引出線瓷套表面會(huì)凝結(jié)一層極薄的水膜

），使用保護(hù)環(huán)G以避免被測(cè)設(shè)備表面漏電影響測(cè)量結(jié)果。4）試驗(yàn)步驟試驗(yàn)前要選擇合適電壓等級(jí)的絕緣電阻兆歐表，然后檢查兆歐表是否正常。方法是：將兆歐表放在水平位置，將表的L端子與E端子開(kāi)路，搖動(dòng)把手到額定轉(zhuǎn)速(一般120r／min)此時(shí)指針應(yīng)指向“∞”；用線短接L端子與E端子，輕搖把手，指針應(yīng)指“0”(注意輕搖以免打壞表針)。以恒定速度轉(zhuǎn)動(dòng)搖表把手(平均120r／min)，搖表指針漸逐上升，在搖表達(dá)額定轉(zhuǎn)速后，分別讀取15s和60s的電阻值并記錄于試驗(yàn)數(shù)據(jù)表格表1中。試驗(yàn)名稱及型品搖表電壓電阻值(MΩ)絕緣電阻R60吸收比R60／R1515＂60＂表1試驗(yàn)數(shù)據(jù)表第9頁(yè)，共65頁(yè)，2023年，2月20日，星期四5）測(cè)量時(shí)的影響因素溫度的影響：因?yàn)榻^緣電阻隨著溫度的上升而減小，所以測(cè)量時(shí)必須記錄溫度，以便比較。避免殘余電荷：殘余電荷會(huì)對(duì)測(cè)驗(yàn)造成誤差，試驗(yàn)前一定要充分放電。保證被試品表面清潔。6）測(cè)試的有效性對(duì)整體受潮、貫穿性的缺陷有效。第10頁(yè)，共65頁(yè)，2023年，2月20日，星期四一序言直流耐壓試驗(yàn)電壓較高，對(duì)發(fā)現(xiàn)絕緣某些局部缺陷具有特殊的作用，例如測(cè)量泄漏電流。一些大容量的交流設(shè)備，如電力電纜、也常常使用直流耐壓試驗(yàn)代替交流耐壓試驗(yàn)，至于高壓直流輸電設(shè)備更要進(jìn)行直流高壓試驗(yàn)。1直流高壓產(chǎn)生回路應(yīng)用最廣泛的產(chǎn)生直流高壓的方法是將交流電壓通過(guò)整流元件整流而獲得。其常用的半波整流電路如圖1所示。從試驗(yàn)變壓器T輸出工頻高壓，經(jīng)過(guò)高壓硅堆D（整流器）的整流在濾波C電容器上就能得到直流高壓Uc。Uc略等于試驗(yàn)變壓器輸出的工頻電壓Um。圖1半波整流電路第二節(jié)泄漏電流測(cè)量第11頁(yè)，共65頁(yè)，2023年，2月20日，星期四R為保護(hù)電阻，主要作用是為了限制試品（或電容器C）擊穿或閃絡(luò)時(shí)以及當(dāng)電源向電容器C突然充電時(shí)通過(guò)高壓硅堆和變壓器的電流，以免損壞。除了半波整流，其余的如全波和倍壓整流這里不再介紹。2試驗(yàn)電壓的要求直流電壓是指單極性(正或負(fù))的持續(xù)電壓，它的幅值用算術(shù)平均值表示。由高電壓整流裝置產(chǎn)生的電壓包含有脈動(dòng)電壓的成分，因此，高壓絕緣試驗(yàn)中使用的直流電壓，是由極性、平均值和脈動(dòng)因數(shù)來(lái)表示。

根據(jù)不同試品的要求，試驗(yàn)電壓應(yīng)能滿足試驗(yàn)的極性和電壓值，還必須具有充分的電源容量。GB311.3規(guī)定，在輸出工作電流下直流電壓的脈動(dòng)因數(shù)S應(yīng)按下式計(jì)算，且S＜3%(見(jiàn)圖2)，即

圖2脈動(dòng)電壓波形第12頁(yè)，共65頁(yè)，2023年，2月20日，星期四式中Umax——直流電壓的最大值；

Umin——直流電壓的最小值：

Ud——直流電壓的平均值。3直流高壓的測(cè)量

直流高壓的測(cè)量，有一些與工頻交流相同，如可以用靜電電壓表和球隙直接測(cè)量試品兩端的電壓。雖然靜電電壓表測(cè)的是有效值，球隙是峰值，但只要直流電壓脈動(dòng)系數(shù)不大，他們與直流下的平均值都基本相同。具體的方法詳見(jiàn)工頻交流耐壓試驗(yàn)部分。二泄漏電流的測(cè)量

測(cè)量設(shè)備的泄漏電流和絕緣電阻本質(zhì)上沒(méi)有多大區(qū)別，但是泄漏電流的測(cè)量有如下特點(diǎn)：

（1）試驗(yàn)電壓比兆歐表高得多，絕緣本身的缺陷容易暴露，能發(fā)現(xiàn)一些尚未貫通的集中性缺陷。

（2）通過(guò)測(cè)量泄漏電流和外加電壓的關(guān)系有助于分析絕緣的缺陷類型。

（3）泄漏電流測(cè)量用的微安表要比兆歐表精度高。第13頁(yè)，共65頁(yè)，2023年，2月20日，星期四1泄漏電流測(cè)試原理圖3泄露電流試驗(yàn)接線圖

圖3中C為穩(wěn)壓電容，為了減小直流高壓的脈動(dòng)幅度，C值一般約為0.01-0.1μF，對(duì)于大電容量被試品，不用穩(wěn)壓電容。R為保護(hù)電阻，為了限制試品放電時(shí)的放電電流，保護(hù)硅堆、微安表及試驗(yàn)變壓器，高壓側(cè)保護(hù)電阻器的電阻值可?。菏街蠻d和Id分別為直流試驗(yàn)電壓值和試品電流

（a）微安表接在高壓側(cè)（b）被試品對(duì)地絕緣（c）被試品直接接地第14頁(yè)，共65頁(yè)，2023年，2月20日，星期四現(xiàn)場(chǎng)電氣設(shè)備的絕緣有一端直接接地的，也有不直接接地的，微安表（μA）的接線位置視具體情況可有圖3的數(shù)種接線。

圖3中（a）和（b）接線圖測(cè)量準(zhǔn)確度較高，宜盡量采用。（c）測(cè)量誤差較大，宜盡量不采用，只有在測(cè)量條件受到限制時(shí)才采用。

為了防止在試驗(yàn)過(guò)程中損壞微安表，微安表應(yīng)加裝保護(hù)（圖4）。圖4中L、Cm和C用來(lái)延緩試品擊穿放電的電流陡度，防止微安表活動(dòng)線圈匝間短路或?qū)Υ艠O放電。如果采用外接短路開(kāi)關(guān)，一般只在讀表時(shí)方才斷開(kāi)開(kāi)關(guān)。

短路開(kāi)關(guān)和微安表的接線必須正確，泄漏電流的引線必須先接到短路開(kāi)關(guān)上，然后再用導(dǎo)線從短路開(kāi)關(guān)上引到微安表，以避免試品擊穿時(shí)，燒壞微安表。圖4微安表的保護(hù)接線圖

第15頁(yè)，共65頁(yè)，2023年，2月20日，星期四2測(cè)量結(jié)果分析測(cè)試時(shí)逐漸升高電壓，并同時(shí)讀取微安表（mA）數(shù)值和毫安表（μA）的數(shù)值，并將其繪制成曲線進(jìn)行分析。這里被測(cè)的直流試驗(yàn)電壓由直流微安表的指示值和高阻器的電阻值Rv得到。

圖5是發(fā)電機(jī)泄漏電流變化曲線，圖中：1—絕緣性能良好2—整體受潮3—存在集中性缺陷4—在0.5Us附近泄漏電流迅速上升，表明在運(yùn)行電壓下有擊穿的危險(xiǎn)。圖5發(fā)電機(jī)泄露電流變化曲線3測(cè)試的有效性

比兆歐表更有效的發(fā)現(xiàn)一些尚未完全貫通的集中性缺陷（如局部開(kāi)裂、內(nèi)部受潮、絕緣油劣化、絕緣紙沿面碳化等）。第16頁(yè)，共65頁(yè)，2023年，2月20日，星期四一介質(zhì)的極化、電導(dǎo)和介質(zhì)損耗1介質(zhì)的極化平行板電容器在真空中的電容量為第三節(jié)介質(zhì)損耗正切值（）的測(cè)量當(dāng)板間插入固體介質(zhì)后,電容增加為第17頁(yè)，共65頁(yè)，2023年，2月20日，星期四所以造成電容量增加的原因是由于介質(zhì)的極化現(xiàn)象。最基本的極化形式有電子式極化、離子式極化和偶極子極化等三種，此外還有夾層極化和空間極化等。第18頁(yè)，共65頁(yè)，2023年，2月20日，星期四1）電子式極化當(dāng)物質(zhì)原子里的電子軌道受到外電場(chǎng)作用時(shí)，它將相對(duì)于原子核產(chǎn)生位移，這就是電子式極化。當(dāng)外電場(chǎng)撤掉后，依靠正負(fù)電子間的吸引力，作用中心又馬上重合，整體呈現(xiàn)非極性，所以這種極化沒(méi)有損耗。2）離子式極化固體無(wú)機(jī)化合物多屬離子式結(jié)構(gòu)，如云母、陶瓷材料等。無(wú)外電場(chǎng)作用時(shí)，每個(gè)分子正負(fù)離子的作用中心是重合的，故不呈現(xiàn)極性。離子式極化也屬于彈性極化，幾乎沒(méi)有損耗。3）偶極子極化偶極子是一種特殊的分子，它的正負(fù)電荷的中心不相重合，好像分子的一端帶有正電荷、另一端帶有負(fù)電荷一樣，因而形成一個(gè)永久性的偶極矩。例如、蓖麻油、橡膠、膠木等都是常用的極性絕緣材料。第19頁(yè)，共65頁(yè)，2023年，2月20日，星期四如圖1所示，當(dāng)不存在電場(chǎng)時(shí)，這些偶極子雜亂無(wú)章地排序著，宏觀電矩等于零，整個(gè)電介質(zhì)對(duì)外不表現(xiàn)極性。當(dāng)出現(xiàn)電場(chǎng)后偶極子沿電場(chǎng)方向轉(zhuǎn)動(dòng)，因而出現(xiàn)極性，這種極化稱為偶極化和轉(zhuǎn)向極化。

它是非彈性的,極化過(guò)程中需要消耗一定的能量。圖1偶極子極化第20頁(yè)，共65頁(yè)，2023年，2月20日，星期四4）夾層極化由于介電常數(shù)和電導(dǎo)率的多種電解質(zhì)組成的結(jié)緣結(jié)構(gòu)，在加上外電場(chǎng)后各層電壓將從開(kāi)始是按介電常數(shù)分布逐漸過(guò)渡到穩(wěn)定時(shí)按電導(dǎo)率分布。在電壓重新分布過(guò)程中，夾層截面上會(huì)聚集起一些電荷，使整個(gè)介質(zhì)等值電容增大，這種極化稱為夾層極化。各種極化見(jiàn)表1。表1各種極化極化種類產(chǎn)生場(chǎng)合所需時(shí)間能量損耗產(chǎn)生原因電子式極化任何電介質(zhì)10-15s無(wú)束縛電子運(yùn)行軌道偏移離子式極化離子結(jié)構(gòu)電介質(zhì)10-13s幾乎沒(méi)有離子的相對(duì)偏移偶極子極化極性電介質(zhì)10-10s~10-2s有偶極子的定向排列夾層極化多層介質(zhì)交界面10-1s~數(shù)小時(shí)有自由電子移動(dòng)第21頁(yè)，共65頁(yè)，2023年，2月20日，星期四2電介質(zhì)的電導(dǎo)

任何電介質(zhì)都不同程度地具有一定的電導(dǎo)性，只不過(guò)其電導(dǎo)率很小而以，表征電介質(zhì)電導(dǎo)電性能的主要物理量即為電導(dǎo)率γ或其倒數(shù)—電阻率ρ。按照載流子的不同，電介質(zhì)的導(dǎo)電可分為離子電導(dǎo)和電子電導(dǎo)兩種，前者以離子為載流子，后者以自由電子為載流子。在正常情況下，電解質(zhì)電導(dǎo)主要是離子電導(dǎo)，這同金屬導(dǎo)體的主要電導(dǎo)依靠自由電子有本質(zhì)的區(qū)別。

固體和液體介質(zhì)的電導(dǎo)率γ和溫度T的關(guān)系均可近似的用下式表示

式中A、B為常數(shù)，均與介質(zhì)特性有關(guān)，但固體介質(zhì)的常數(shù)B通常比液體介質(zhì)B值大得多；T為絕對(duì)溫度。上式表明，電介質(zhì)的電導(dǎo)率隨溫度按指數(shù)規(guī)律上升，所以測(cè)量電解質(zhì)和絕緣電阻時(shí)，必須注意溫度問(wèn)題。第22頁(yè)，共65頁(yè)，2023年，2月20日，星期四3電介質(zhì)損耗

圖2介質(zhì)在交流電壓作用下的電流向量圖及功率三角形在直流作用下——介質(zhì)中損耗僅由電導(dǎo)引起，無(wú)須引入介質(zhì)損耗的概念。電介質(zhì)能量損耗——介質(zhì)在電壓作用下有能量損耗第23頁(yè)，共65頁(yè)，2023年，2月20日，星期四從圖2中可以看出,此時(shí)的介質(zhì)損耗功率：式中，—電源角頻率；

—介質(zhì)損耗角；介質(zhì)損耗角為功率因數(shù)角的余角，其正切又可稱為介質(zhì)損耗因數(shù)，常用百分?jǐn)?shù)（％）來(lái)表示。通常均采用介質(zhì)損耗角正切作為綜合反映電介質(zhì)損耗特性優(yōu)劣的一個(gè)指標(biāo)，測(cè)量和監(jiān)控各種電力設(shè)備絕緣的值已成為電力系統(tǒng)中絕緣預(yù)防性試驗(yàn)最重要的項(xiàng)目之一。

如果介質(zhì)損耗主要由極化所引起，則常采用串聯(lián)等值電路；若介質(zhì)損耗由電導(dǎo)引起，常采用并聯(lián)等值電路。第24頁(yè)，共65頁(yè)，2023年，2月20日，星期四用兩種等值電路所得出的和P理應(yīng)相同。若U、Cp、ω已知，P最后取決于，即可以用大小表示P。二介質(zhì)損耗正切角的測(cè)量1西林電橋原理

的測(cè)量常采用高壓交流平衡電橋（西林電橋），不平衡電橋，或低功率因素瓦特表來(lái)測(cè)量、這里主要介紹西林電橋。西林電橋的接線如圖3所示，被試品以并聯(lián)等值電路表示。

圖3西林電橋原理接線圖第25頁(yè)，共65頁(yè)，2023年，2月20日，星期四圖3中，被試品以并聯(lián)等值電路表示，其等值電容和電阻分別為和；為可調(diào)的無(wú)感電阻；為高壓標(biāo)準(zhǔn)電容器的電容；為可調(diào)電容；為定值無(wú)感電阻；P為交流檢流計(jì)。調(diào)節(jié)和，使電橋達(dá)到平衡，即通過(guò)檢流計(jì)P的電流為零,此時(shí)有由于通過(guò)橋臂CA和AD，CB和BD的電流分別均為和，所以各橋臂電壓之比即相應(yīng)的橋臂阻抗之比，即：式中第26頁(yè)，共65頁(yè)，2023年，2月20日，星期四可以求得試品電容和等值電阻介質(zhì)并聯(lián)等值電路的介質(zhì)損耗角正切因?yàn)閳D3中，A,B兩處接有放電管V，目的是防止、上出現(xiàn)高電壓。第27頁(yè)，共65頁(yè)，2023年，2月20日，星期四2測(cè)量的影響因數(shù)1）外界電磁場(chǎng)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(chǎng)感應(yīng)出干擾磁場(chǎng)。消除方法：將電橋的低壓臂和檢流計(jì)用金屬網(wǎng)和屏蔽電纜線加以屏蔽。2）溫度的影響：一般隨溫度的增高而增大。3）試驗(yàn)電壓的影響（圖4）：曲線1—良好絕緣在額定電壓下，值幾乎不變。曲線2—若絕緣存在空隙或氣泡時(shí)，當(dāng)所加電壓尚不足以使氣泡電離時(shí)，其與良好絕緣時(shí)無(wú)差別，但若所加電壓能引起氣泡電離或發(fā)生局部放電時(shí)，隨U的升高而迅速增大，電壓回落時(shí)電離要比電壓上升時(shí)要更強(qiáng)一些，因而會(huì)出現(xiàn)閉環(huán)曲線。

圖4與試驗(yàn)電壓的典型關(guān)系曲線第28頁(yè)，共65頁(yè)，2023年，2月20日，星期四如果絕緣受潮，則電壓較低時(shí)，就已經(jīng)相當(dāng)大，電壓升高時(shí)，更將急劇增大；電壓回落時(shí)，也要比電壓上升時(shí)更大一些，因而形成了不閉合的分叉曲線。4）試品電容量的影響：對(duì)于電容量較小的試品，測(cè)量能有效的發(fā)現(xiàn)局部集中性缺陷和整體分布性缺陷。但對(duì)電容量較大的試品，測(cè)量只能發(fā)現(xiàn)整體分布性缺陷，此時(shí)要把它分解成幾個(gè)彼此絕緣部分的被試品，分別測(cè)量各部分的值，能有效的發(fā)現(xiàn)缺陷。5）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相并聯(lián)，所以會(huì)影響值。為了排除或減小這種影響，在測(cè)試前應(yīng)先清楚絕緣表面的積污和水分，必要時(shí)還可以在絕緣表面上裝設(shè)屏蔽極。

第29頁(yè)，共65頁(yè)，2023年，2月20日，星期四一序言電器絕緣內(nèi)部存在缺陷是難免的，例如固體絕緣中的空隙、雜質(zhì)，液體絕緣中的氣泡等。這些空隙及氣泡中或局部固體絕緣表面上的場(chǎng)強(qiáng)達(dá)到一定值時(shí)，就會(huì)發(fā)生局部放電。這種放電只存在于絕緣的局部位置，而不會(huì)立即形成貫穿性通道，稱為局部放電。

局部放電試驗(yàn)的目的是發(fā)現(xiàn)設(shè)備結(jié)構(gòu)和制造工藝的缺陷。例如：絕緣內(nèi)部局部電場(chǎng)強(qiáng)度過(guò)高；金屬部件有尖角；絕緣混入雜質(zhì)或局部帶有缺陷產(chǎn)品內(nèi)部金屬接地部件之間、導(dǎo)電體之間電氣連接不良等，以便消除這些缺陷，防止局部放電對(duì)絕緣造成破壞。測(cè)量局部放電試驗(yàn)的內(nèi)容包括測(cè)量視在放電量、放電重復(fù)律、局部放電起始電壓和熄滅電壓，甚至大致確定放電的具體位置。第四節(jié)局部放電測(cè)量第30頁(yè)，共65頁(yè)，2023年，2月20日，星期四圖固體電介質(zhì)樹(shù)枝化擊穿電樹(shù)枝—由于局部放電引起的樹(shù)枝稱為電樹(shù)枝。水樹(shù)枝—在制造過(guò)程中殘留了水分，或者運(yùn)行過(guò)程中侵入了水分形成的。第31頁(yè)，共65頁(yè)，2023年，2月20日，星期四二局部放電的基本概念圖1絕緣內(nèi)部氣隙局部放電的等值電路圖1中，代表氣隙的電容，代表與氣隙串聯(lián)的那部分介質(zhì)的電容，代表其余完好部分的介質(zhì)電容，Z代表對(duì)應(yīng)于氣隙放電脈沖頻率的電源阻抗。整個(gè)系統(tǒng)的總電容為：第32頁(yè)，共65頁(yè)，2023年，2月20日，星期四在電源電壓的作用下，上分到的電壓為當(dāng)達(dá)到該氣隙的放電電壓時(shí)，氣隙內(nèi)發(fā)生火花放電；當(dāng)上的電壓從迅速下降到熄滅電壓（也稱剩余電壓）時(shí)，火花熄滅，完成一次局部放電。在此期間出現(xiàn)一個(gè)對(duì)應(yīng)的局部放電電流脈沖。這一放電過(guò)程的時(shí)間很短，可認(rèn)為瞬時(shí)完成。氣隙每次放電所釋放出的電荷量為由于Ca>>Cb,所以為真實(shí)放電量；但因、、、無(wú)法測(cè)的，也無(wú)法通過(guò)測(cè)量求得。第33頁(yè)，共65頁(yè)，2023年，2月20日，星期四在局部放電測(cè)量時(shí)候、通常測(cè)量視在放電量q。即根據(jù)氣隙放電時(shí)試品上的電壓變化和試品電容來(lái)確定放電電荷量。氣隙放電引起的壓降為，則上的電壓變動(dòng)為：視在放電量由于>>，所以視在放電量和真實(shí)放電量的關(guān)系為：可見(jiàn)qr>>q第34頁(yè)，共65頁(yè)，2023年，2月20日，星期四表征局部放電的參數(shù):1)放電重復(fù)率(N):也稱脈沖重復(fù)率,是在選定的時(shí)間間隔內(nèi)測(cè)得的每秒發(fā)生放電脈沖的平均次數(shù)，表示局部放電的出現(xiàn)頻率。與外加電壓的大小有關(guān)，外加電壓增大時(shí)，放電次數(shù)也隨之增多。2)放電能量（W）：通常指一次局部放電所消耗的能量。

設(shè)氣隙中開(kāi)始局部放電時(shí)的外加電壓瞬時(shí)值為，則設(shè)，則

第35頁(yè)，共65頁(yè)，2023年，2月20日，星期四3）其他參數(shù)：平均放電電流、放電的均方率、放電功率、局部放電起始電壓（即）和局部放電熄滅電壓。三局部放電的測(cè)量1脈沖電流法

現(xiàn)在國(guó)際上推薦三種測(cè)試局部放電的回路如圖2所示；（a）并聯(lián)測(cè)試回路（b）串聯(lián)測(cè)試回路（c）橋式測(cè)試回路圖2脈沖電流法局部放電測(cè)試回路第36頁(yè)，共65頁(yè)，2023年，2月20日，星期四圖局部放電脈沖電流圖局部放電超聲波波形第37頁(yè)，共65頁(yè)，2023年，2月20日，星期四三種回路的基本目的都是使在一定電壓作用下的被試品Cx中產(chǎn)生的局部放電電流脈沖流過(guò)檢測(cè)阻抗Zm，然后把Zm上的電壓或Zm及Zm上的電壓差加以放大后送到檢測(cè)儀器P上去，所測(cè)得的脈沖電壓峰值與被試品的視在放電量成正比經(jīng)過(guò)校準(zhǔn)就能直接讀出視在放電量的值，如果P為脈沖計(jì)數(shù)器，則測(cè)得的是放電重復(fù)率。Cx：一般試品都可以用一集中電容來(lái)表示Ck：為耦合電容，對(duì)工頻電壓來(lái)說(shuō)，它起隔離作用Z：為阻塞電阻，可以讓工頻高電壓作用到被試品上，但又阻止高壓電源中的高頻分量對(duì)測(cè)試回路產(chǎn)生干擾，也防止局部放電脈沖分流到電源中去。并聯(lián)測(cè)試回路適用于被試品一端接地的情況，優(yōu)點(diǎn)是流過(guò)Cx的工頻電流不流過(guò)Zm。串聯(lián)測(cè)試回路適用于被試品兩端均對(duì)地絕緣的情況，如果試驗(yàn)變壓器的入口電容和高壓引線的雜散電容也足夠大，可以省去電容Ck。以上兩種測(cè)試回路都屬直測(cè)（接）法，而橋式測(cè)試回路屬于平衡法，此時(shí)Cx與Ck的低壓端均對(duì)地絕緣，此時(shí)測(cè)量?jī)x器P測(cè)得的是Zm和Zm上的電壓差。這種測(cè)試回路的優(yōu)點(diǎn)是抗干擾性能好。第38頁(yè)，共65頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

2其余的檢測(cè)方法1）噪聲檢測(cè)法：目前主要用超聲波探測(cè)儀檢測(cè)，特點(diǎn)是抗干擾能力強(qiáng)，使用方便，可以在運(yùn)行中或耐壓試驗(yàn)時(shí)檢測(cè)局部放電，適合預(yù)防性試驗(yàn)的要求。2）光檢測(cè)法：當(dāng)發(fā)生沿面放電和電暈放電時(shí)常用該法。3）化學(xué)分析法：用氣相色譜儀對(duì)絕緣油中溶解的氣體進(jìn)行色譜分析。通過(guò)分析絕緣油中溶解氣體的成分和含量，能夠判斷設(shè)備內(nèi)部隱藏的缺陷類型。優(yōu)點(diǎn)：能發(fā)現(xiàn)充油電氣設(shè)備中一些用其他試驗(yàn)方法不易發(fā)現(xiàn)的局部性缺陷（包括局部放電）。第39頁(yè)，共65頁(yè)，2023年，2月20日，星期四第五節(jié)絕緣油的氣相色譜分析

當(dāng)電氣設(shè)備內(nèi)部出現(xiàn)局部放電和局部過(guò)熱的時(shí)候，缺陷附近就會(huì)分解而產(chǎn)生氣體，并不斷的溶解于絕緣油中。所以分析油中的氣體含量和成分就可以知道隱藏缺陷的性質(zhì)。工作流程：油樣采取—油中脫氣—?dú)庀嗌V分析—判定故障性質(zhì)。1.油樣采取—采取運(yùn)行中的電氣設(shè)備油樣。2.油中脫氣—將油樣經(jīng)過(guò)噴嘴噴入真空罐內(nèi)—使油中溶解的氣體釋放—將脫出的氣體壓縮至常壓—用注射器抽取式樣后進(jìn)行分析。3.氣相色譜分析第40頁(yè)，共65頁(yè)，2023年，2月20日，星期四（1）分析原理按兩相狀態(tài)分類色譜中共有兩相1（相就是體系中的某一均勻部分）即固定相和流動(dòng)相。如果流動(dòng)相是氣體就叫氣相色譜；用液體作流動(dòng)相的稱為液相色譜。同樣固定相也可以有兩種狀態(tài)，即固體吸附劑和載體涂固定液。這樣按兩相狀態(tài)可將色譜分為四類，它們是：氣相色譜，包括氣—固色譜，氣---液色譜；液相色譜，包括液---固色譜，液---液色譜。圖分析流程圖第41頁(yè)，共65頁(yè)，2023年，2月20日，星期四柱Ⅰ柱Ⅱ?yàn)樯V柱，主要用于檢測(cè)氣體的成分。其中柱Ⅰ（碳分子吸附劑）可以分離H2，O2，CO，CH4,CO2。柱Ⅱ（微球硅膠）可以分離CH4，C2H6，C2H4C3H8C2H2C3H6成分采用熱導(dǎo)池鑒別器（H2和O2）及氫焰鑒定測(cè)器(CO,CO2)圖氣相色譜儀的使用流程第42頁(yè)，共65頁(yè)，2023年，2月20日，星期四實(shí)質(zhì)上氣相色譜分離是利用式樣中個(gè)組分在色譜柱中的氣相和固定相間的分配系數(shù)不同，當(dāng)汽化后的試樣被載氣帶入色譜柱中運(yùn)行時(shí)，組分就在其中的兩相間進(jìn)行反復(fù)多次（１０３－１０６）的分配（吸附－脫附－放出）由于固定相對(duì)各種組分的吸附能力不同（即保存作用不同），因此各組份在色譜柱中的運(yùn)行速度就不同，經(jīng)過(guò)一定的柱長(zhǎng)后，便彼此分離，順序離開(kāi)色譜柱進(jìn)入檢測(cè)器，產(chǎn)生的離子流信號(hào)經(jīng)放大后，在記錄器上描繪出各組分的色譜峰，圖芳香烴異構(gòu)色譜圖第43頁(yè)，共65頁(yè)，2023年，2月20日，星期四4利用油中氣體濃度判別故障的方法三比值法：這種方法利用五種特征氣體的三比值進(jìn)行編碼來(lái)判斷變壓器的故障性質(zhì)。注意：只有當(dāng)油中氣體含量和產(chǎn)氣的速率超標(biāo)時(shí)才能使用。特征氣體的比值比值編碼范圍C2H2/C2H4CH4/H2C2H4/C2H6<0.10100.1~11001~3121>3222表IEC三比值的編碼規(guī)則第44頁(yè)，共65頁(yè)，2023年，2月20日，星期四序號(hào)故障性質(zhì)比值編碼范圍C2H2/C2H4CH4/H2C2H4/C2H61無(wú)故障0002低能量密度的局部放電0103高能量密度局部放電1104低能量放電1→201→25高能量放電1026低于150度的熱故障0017150~300度低溫范圍內(nèi)的熱故障0208300~700度低溫范圍內(nèi)的熱故障0219高于700度低溫范圍內(nèi)的熱故障022表判斷故障性質(zhì)的IEC三比值法第45頁(yè)，共65頁(yè)，2023年，2月20日，星期四使用三比值法時(shí)應(yīng)注意：（1）只有根據(jù)各組分含量注意值或產(chǎn)氣速率值判斷有可能存在故障時(shí)，才能進(jìn)一步用三比值法判斷故障的分類，對(duì)于氣體含量正常的設(shè)備比值沒(méi)有意義。（2）表中所列的每一種故障對(duì)應(yīng)的一組比值都是典型的。對(duì)于多種故障聯(lián)合作用，可能找不到對(duì)應(yīng)的比值組合，此時(shí)應(yīng)對(duì)這種不典型的組合作具體分析，從中可以得到故障復(fù)雜性和多重性的啟示，例如121、122都可以解釋為放電兼過(guò)熱，又如在追蹤監(jiān)測(cè)中，發(fā)現(xiàn)比值組合方式由1012-122則可以判定故障可能是先有過(guò)熱后發(fā)展成電弧放電兼過(guò)熱。（3）特征氣體的比值，應(yīng)在故障不斷產(chǎn)氣過(guò)程中監(jiān)測(cè)才有意義，如果故障產(chǎn)氣過(guò)程停止或者設(shè)備已停運(yùn)多時(shí)，將會(huì)使比值發(fā)生變化而帶來(lái)判斷誤差。第46頁(yè)，共65頁(yè)，2023年，2月20日，星期四第六章電氣設(shè)備絕緣的高壓試驗(yàn)

工頻交流耐壓試驗(yàn)對(duì)絕緣的考驗(yàn)非常嚴(yán)格,能有效地發(fā)現(xiàn)較危險(xiǎn)的集中性缺陷。它是鑒定電氣設(shè)備絕緣強(qiáng)度最直接的方法，對(duì)于判斷電氣設(shè)備能否投入運(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)生絕緣事故的重要手段。

交流耐壓試驗(yàn)有時(shí)可能使絕緣中的一些弱點(diǎn)更加發(fā)展，因此在試驗(yàn)前必須對(duì)試品先進(jìn)行絕緣電阻、吸收比、泄漏電流和介質(zhì)損耗等項(xiàng)目的試驗(yàn)，若試驗(yàn)結(jié)果合格方能進(jìn)行交流耐壓試驗(yàn)。否則,應(yīng)及時(shí)處理，待各項(xiàng)指標(biāo)合格后再進(jìn)行交流耐壓試驗(yàn),以免造成不應(yīng)有的絕緣損傷。

國(guó)家根據(jù)各種設(shè)備的絕緣材質(zhì)和可能遭受的過(guò)電壓倍數(shù)，規(guī)定了相應(yīng)的出廠試驗(yàn)電壓標(biāo)準(zhǔn)。具有夾層絕緣的設(shè)備，在長(zhǎng)期運(yùn)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(biāo)準(zhǔn)規(guī)定運(yùn)行中設(shè)備的試驗(yàn)電壓，比出廠試驗(yàn)電壓有所降低，且按不同設(shè)備區(qū)別對(duì)待（主要由設(shè)備的經(jīng)濟(jì)性和安全性來(lái)決定）。但對(duì)純瓷套管、充油套管及支持絕緣子則例外，因?yàn)樗鼈儙缀鯖](méi)有累積效應(yīng)，故對(duì)運(yùn)行中的設(shè)備就取出廠試驗(yàn)電壓標(biāo)準(zhǔn)。第47頁(yè)，共65頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

一試驗(yàn)原理交流耐壓試驗(yàn)的接線，應(yīng)按被試品的要求（電壓、容量）和現(xiàn)有試驗(yàn)設(shè)備條件來(lái)決定。通常試驗(yàn)變壓器是成套設(shè)備（包括控制及調(diào)壓設(shè)備），對(duì)調(diào)壓及控制回路加以簡(jiǎn)化如圖1所示。圖1所示是串級(jí)升壓的試驗(yàn)變壓器，當(dāng)試驗(yàn)變壓器的輸出電壓不能滿足試驗(yàn)所需的電壓時(shí)，可采用串級(jí)升壓的方法。進(jìn)行交流耐壓的被試品，一般為容性負(fù)荷，當(dāng)被試品的電容量較大時(shí)，電容電流在試驗(yàn)變壓器的漏抗上就會(huì)產(chǎn)生較大的壓降。由于被試品上的電壓與試驗(yàn)變壓器漏抗上的電壓相

圖1交流耐壓試驗(yàn)接線原理圖第一節(jié)工頻電壓試驗(yàn)第48頁(yè)，共65頁(yè)，2023年，2月20日，星期四位相反，有可能使被試品上的電壓比試驗(yàn)變壓器的輸出電壓還高，因此要求在被試品上直接測(cè)量電壓。

圖1中的R1、R2是保護(hù)電阻，其目的是為了將過(guò)電流限制在試驗(yàn)變壓器與被試品允許的范圍內(nèi)，但保護(hù)電阻不宜選得過(guò)大，太大了會(huì)由于負(fù)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(shí)，防止試驗(yàn)變壓器高壓側(cè)產(chǎn)生過(guò)大的電動(dòng)力，R1按1Ω/V選取（對(duì)于大容量的被試品可適當(dāng)選小些）。與保護(hù)球隙串聯(lián)的保護(hù)電阻器R2，其電阻值通常取1Ω/V。過(guò)電壓保護(hù)球間隙G，是為了限制試驗(yàn)回路可能出現(xiàn)的過(guò)電壓，其放電電壓調(diào)整為試驗(yàn)電壓的1.1倍左右。C1、C2電容分壓器；V電壓表。

二試驗(yàn)設(shè)備1高壓試驗(yàn)變壓器

高壓試驗(yàn)變壓器，具有電壓高、容量小（高壓輸出電流一般為0.1-1安培）、高壓繞組一端接地、持續(xù)工作時(shí)間短的特點(diǎn)，在使用時(shí)應(yīng)考慮這些特點(diǎn)。第49頁(yè)，共65頁(yè)，2023年，2月20日，星期四2調(diào)壓器調(diào)壓器應(yīng)能從零開(kāi)始平滑地調(diào)節(jié)電壓，以滿足試驗(yàn)所需要的任意電壓。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(yàn)變壓器的要求，通常與試驗(yàn)變壓器容量相同。1）設(shè)備電壓的選擇根據(jù)被試設(shè)備對(duì)試驗(yàn)電壓的要求，選用電壓合適的試驗(yàn)變壓器，并應(yīng)考慮試驗(yàn)變壓器低壓側(cè)電壓是否和試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)電源電壓及調(diào)壓器相符。2）試驗(yàn)電流的選擇試驗(yàn)變壓器的額定電流，應(yīng)能滿足過(guò)流被試品的電容電流和泄漏電流的要求。一般按試驗(yàn)時(shí)所加的電壓和被試品的電容量來(lái)所需的試驗(yàn)電源，可按下式計(jì)算：試驗(yàn)所需的電源容量按下式計(jì)算：

第50頁(yè)，共65頁(yè)，2023年，2月20日，星期四1）自耦調(diào)壓器自耦調(diào)壓器的應(yīng)用廣泛，它具有體積小、重量輕、效率高、波形好等優(yōu)點(diǎn)。自耦調(diào)壓器是用移動(dòng)碳刷接觸調(diào)壓，所以容量受到限制，適用于小容量調(diào)壓。2）移卷調(diào)壓器移卷調(diào)壓器是通過(guò)移動(dòng)一個(gè)可活動(dòng)的線圈來(lái)調(diào)壓的，移卷調(diào)壓器的調(diào)壓范圍寬，并與試驗(yàn)變壓器配套，電壓可達(dá)10千伏。主要缺點(diǎn)是效率低、空載電流大，在低電壓和接近額定電壓下使用，波形容易發(fā)生畸變。三試驗(yàn)電壓的測(cè)量1.在試驗(yàn)變壓器低壓側(cè)測(cè)量對(duì)于一般瓷質(zhì)絕緣、斷路器、絕緣工具等，可測(cè)取試驗(yàn)變壓器低壓側(cè)的電壓，再通過(guò)變比換算至高壓側(cè)電壓，適用于負(fù)荷容量比電源容量小得多，測(cè)量準(zhǔn)確度要求不高的情況。2.用電壓互感器測(cè)量將電壓互感器的原邊并接在被試品的兩端在電壓互感器的副邊測(cè)量電壓，根據(jù)測(cè)得的電壓和電壓互感器的變壓比計(jì)算出高壓側(cè)的電壓。為保證

第51頁(yè)，共65頁(yè)，2023年，2月20日，星期四測(cè)量的準(zhǔn)確度，電壓互感器的精度等級(jí)應(yīng)不低于1級(jí)，電壓表不低于0.5級(jí)。3用高壓靜電電壓表測(cè)量用高壓靜電電壓表測(cè)量工頻高壓的有效值，將高壓靜電電壓表接于被試設(shè)備的兩端，可直接讀出加于被試設(shè)備上的高壓。這種方法比較簡(jiǎn)單、準(zhǔn)確，缺點(diǎn)是：測(cè)量時(shí)易受電磁場(chǎng)和風(fēng)的影響，故一般被用于實(shí)驗(yàn)室測(cè)量。4用電容分壓器測(cè)量用電容分壓器測(cè)量高壓的方法是目前現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)常采用的方法，分壓器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，攜帶方便準(zhǔn)確度也比較高?，F(xiàn)場(chǎng)常用的還有阻容分壓器，接入并聯(lián)電阻后使測(cè)量系統(tǒng)有良好的升降特性。5用球隙測(cè)量工頻高壓

球間隙的電場(chǎng)為稍不穩(wěn)定的放電電壓，放電時(shí)延很小，伏秒特性較平，分散性較小，在一定的球隙作用下具有相對(duì)穩(wěn)定的放電電壓。可測(cè)工頻高壓、直流高壓、沖擊高壓分值。

第52頁(yè)，共65頁(yè)，2023年，2月20日，星期四測(cè)試要求先進(jìn)行預(yù)防電試驗(yàn)，然后取三次連續(xù)讀數(shù)的平均值作為測(cè)量值，各次放電時(shí)間間隙不小于1分鐘，每次放電電壓與平均值之間偏差<30%第53頁(yè)，共65頁(yè)，2023年，2月20日，星期四五試驗(yàn)分析對(duì)于絕緣良好的被試品，在交流耐壓中不應(yīng)擊穿，是否擊穿可根據(jù)下述現(xiàn)象來(lái)分析。1）被試品已擊穿。但當(dāng)被試品的容抗Xc與試驗(yàn)變壓器的漏抗XL之比等于2時(shí)，雖然被試品已擊穿。但電流表的指示不變（因?yàn)橘V賂電抗X=∣Xc-XL∣，所以當(dāng)被試品短路Xc=0時(shí)，回路中仍有XL存在，與被試品擊穿前的電抗值是相等的，故電流表的指示不會(huì)發(fā)生變化）；當(dāng)Xc與XL的比值小于2時(shí)，被試品擊穿后，使試驗(yàn)回路的電抗增大，電流表指示反而下降。通常Xc》XL，不會(huì)