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1、第七章 绝缘试验,第一节 概述 第二节 绝缘电阻试验 第三节 介电强度试验,7.1 概述,绝缘的作用： 就是将电器中电位不等的导体分隔开，如带电导体与地之间，不同电位的导体之间等，以保持电气设备的安全运行。 设计高、低压电器时，应综合考虑所运行的系统中可能出现的各种作用电压和线路保护装置及其特性，以确定电器的绝缘要求。,7.2 绝缘电阻试验,低压电器的绝缘试验可用来评估电器的绝缘水平。 7.2.1 直测法测量绝缘电阻 直测法就是直接测量施加于试样的直流电压U和流过试样的电流I，通过欧姆定律计算出电阻。或者使流过试样的电流通过一个已知的标准电阻RS，测量RS两端的电压而求得通过的电流I。根据采用
2、的测量仪器类型，可分为以下几种： （1）欧姆表法 （2）检流计法 （3）高阻计法,7.2.2 比较法测量绝缘电阻,比较法是与已知标准电阻相比较来测定绝缘电阻值的方法。常用的比较法有电桥法和电流比较法两种。 （1）电桥法 如图7-1所示，由试样和另外两个已知标准电阻和一个可调电阻组成惠斯登电桥，其特点是标准电阻RN阻值很高，平衡指示器的灵敏度也较高，因此能够测量较高的电阻。当电桥平衡时 （7-1） 目前电桥法可测的最高电阻值约为1014，量程很广，准确度也较其他方法高。其缺点是平衡电桥较麻烦，且只能在通过试样的电流稳定时才能平衡，因此不能测量变化较快的电阻。,图7-1 电桥法测量绝缘电阻线路,（
3、2）电流比较法 电流比较法是在同一电压作用下，通过比较流过试样和流过标准电阻的电流，来测得绝缘电阻的一种测量方法。其基本线路如图7-2 所示，图中RN 为标准电阻，R 为分流电阻。此法无需从电压表读取电压值，它只是用以监视电压有无变化。 测量时，先将S2打开，接入试样测一次，读下分流比n 1和检流计的偏转a1，然后将S2闭合，将试样短路，再测得n2、a2。若在两次测量中电压保持不变，则 (7-2),图7-2 电流比较法测量绝缘电阻线路,7.2.3 充、放电法测量绝缘电阻,1）充电法 充电法测量的原理（见图7-3）：先使通过试样的泄漏电流对与试样串联的标准电容器 C0 充电，测出充电时间 t 后
4、C0两端的电压U0，即可求得电容器上的电荷Q。该值大小一方面决定于通过试样的电流Ix和充电时间 t ( Q x=Ix t ) ，另一方面，由于测试回路上施加的电压U 是一定的，当C0上的电压上升U0时，试样上电压必然要下降U0，而试样本身也是一个电容量为C x的电容器。因此放出电荷 C xU0，这部分电荷也充到 C0上但极性与Q x相反。于是 C0两端的电荷为,图7-3 充电法测量绝缘电阻线路,（7-3）,（2）自放电法 自放电法测量绝缘电阻的线路简单，除高压直流电源外，只需绝缘电阻很高的一个静电电压表和两个开关，如图7-4所示。测量时，先闭合S1、S2，对试样充电，测得这时试样两端的电压U1
5、；然后将S l、S 2打开，并开始计时，让试样通过它自身的电阻放电。经过时间t之后，再闭合S2，测得此时试样上的电压U2。试样可以用一个并联等效电路来表示，即将试样视为由其自身电阻和电容并联的一个组件。于是试样上电压的衰减服从指数规律，即,图7-4 自放电法测量绝缘电阻线路,（7-4）,式中 Rx试样的绝缘电阻，单位为； C试样的电容，单位为F； U1、U2分别为放电前后试样上的电压，单位为V； t放电时间，单位为s。,7.3 介电强度试验,7.3.1 介电强度的影响因素 在电场作用下，绝缘材料或结构瞬间失去绝缘特性，造成电极间短路，称为电气击穿。发生击穿时的电压，称为击穿电压；击穿点的场强称
6、为击穿场强。 介电强度试验分为击穿试验和耐电压试验两种。前者是在一定试验条件下，升高电压直到试样发生击穿时测量击穿场强或击穿电压，是一种破坏性试验；后者是在一定试验条件下，对试样施加一定电压，经历一定时间后试样不发生击穿，即认为试样合格。 影响介电强度的因素有： ( l ) 电压波形 ( 2 ) 电压作用时间 ( 3 ) 电场的均匀性及电压的极性 ( 4 ) 试样的厚度与不均匀性 ( 5 ) 环境条件,7.3.2 工频耐压试验 工频电源应用最广，材料在工频下的击穿场强比直流和冲击电压下的都低，因此对于绝缘材料，通常都是做工频击穿试验；绝缘材料的介电强度，一般是指在工频下的介电强度。对于电工设备
7、的例行试验，一般做工频耐压试验。 升压方式 升压速度和升压方式有以下几种： ( 1 )快速升压 ( 2 ) 20s 逐级升压 ( 3 )慢速升压 ( 4 ) 60s逐级升压 ( 5 ) 极慢速升压,2. 试验设备与装置 进行工频电压下的介电强度试验，应有如下一套高压试验装置： （1）高压试验变压器 工频高电压可通过试验变压器升压获得。试验变压器应具有足够的额定电压和容量，且输出电压的波形无畸变。 （2）调压器 试验电压要求从零开始，以一定方式和速度上升，用来调节电压的调压器有自耦调压器和移圈调压器两种。 (3) 保护和接地 高电压试验中，人身及设备的安全极为重要，因此，在控制线路中应 采用过载
8、释放器、安全门开关、调压器限位开关，在试验回路的低压部分有可能出现高电压的各点，都要接上放电间隙。一旦出现高电压，放电间隙放电，强迫该点接地。,3. 工频高电压的测量 工频耐压试验是一项高低压交流电器均适用的绝缘性能验证试验。它是用电器额定工作电压若干倍的交流工频电压短时间（如1min）施加于电器绝缘两端，验证被试电器的绝缘有无击穿或表面闪络现象。 工频高电压的测量方法：直接测量试样两端的电压，如用静电电压表、球隙放电测量法等；将高电压转换为低电压测量，如分压器、电压互感器等；通过测量变压器低压绕组的电压，或测量特别绕制的测量绕组的电压，再换算成高压端的电压。各种测量方法的误差应小于等于3 %
9、 ，测量用的仪表为0.5 级。,（1）静电电压表法 静电电压表的内阻很 大，在测量时几乎不会改变 被试电器上的电压，其电压 量程范围一般自几千伏至 200kV。对于电压等级不太 高的试验，使用这种方法很 方便。图中V2为静电电压表,图75 用静电电压表测量工频耐,（2）球隙测量法 对于更高等级的电压，采用钢球球隙装置测量。这种测量方法也有足够的准确度（误差不超过土3）。图中G为球隙。,图7-6 球隙法测量工频耐压,(3)互感器测量法 电压互感器将高电压转换为低电压进行测量，它是一种电压比和角差都很精确的降压变压器。若电压互感器的电压比k已知，则在二次侧测得的电压乘以k就得到一次侧的高电压值。这
10、种方法测量方便、可靠，因而在电网上普遍采用，但造价较高。 (4)分压器法 分压器由一个高阻抗与低阻抗串接而成。被测的高电压绝大部分降落在高阻抗上，从低阻抗两端测得的电压后，通过分压比换算后即得被测的高电压。对于工频交流电压，在电压较低时，如小于100kV时，可以用最简单的电阻分压器。当电压很高时，电阻分压器的功率损耗大，发热严重，体积大、分布电容的影响严重，故采用电容分压器更为合适。,（5）变比法 在交流高压试验变压器中，一般设有测量线圈（如图所示）, 其引出端P1，P2接上相应量程的电压表V1 按其读出的U1值乘以电压变比，确定高压侧的输出电压U2。如把低压电压表的刻度直接用kV表示，则使用
11、更为方便。这种方法在较低电压等级（例如50kV）试验设备中应用很普遍。 由于这种测量方法只按固定的电压变比换算，实际使用中有时会有较大误差，一般在试验前应对高压与低压的电压变比U2U1予以校验。,图7-7变比法测量工频耐压,7.3.3 冲击电压耐压试验 1. 耐受雷电冲击电压试验,耐受雷电冲击电压试验的标准雷电冲击全波为： 波头时间:T1为1.2us 半波峰值时间:T2为50us， 标准冲击波与实际冲击波之间允许的偏差为：峰值土3 波头时间为土3o 半峰值时间为土20。,图7-8 雷电冲击全波,冲击电压发生原理图,步骤： 1.对C充电至球隙击穿； 2.C对Ca充电，形成冲击电流波头，上升速度由
12、CaRf 定； 3.C与Ca共同对Rt放电，形成冲击电压波尾，下降速度由CRt定。,2. 耐受操作冲击电压的试验 对于363800kV超高压系统，操作时出现的冲击电压值较高，故需作耐受操作冲击电压试验。表7-6为额定电压363kV、550kV和800kV的输变电设备额定绝缘水平要求。 标准操作冲击波：,波头时间Ter 250us 半峰值时间Ta2500us 峰值电压时间Td90 波形容许偏差： 波峰值土3 波头时间土20 半峰时间土60,图7-10 操作冲击电压全波,3. 冲击电压的测量 目前广泛采用的冲击电压的测量方法有两类，一类是球隙50%放电法，这只能测量冲击电压的峰值；另一类是分压法，
13、包括电阻分压、电容分压、阻容分压等方法。 （1）球隙测量法 球隙测量法与测量工频电压相似，所不同的是冲击电压作用在球隙上的时间很短，球隙放电电压有较明显的分散性，因此要用50%放电法来测量，即球隙放电的次数占施加于球隙的冲击电压次数的50%。测量方法：将已固定的冲击电压连续施加到测量球隙上，逐渐调小测量球隙的距离，直到发生器产生10次冲击电压时，球隙上出现46次放电。记下此时球隙的距离，就可在国标GB3111964中查得冲击电压的峰值。 （2）电阻分压法 电阻分压器的电阻值约为104，要求无感电阻，其温度系数小，而且体积小。将电阻浸在变压器油中，可提高局部放电的起始电压，提高散热性能。 （3）
14、电容分压法 电容分压器耗能极少，无温升引起的测量误差，它还可以用来调节冲击电压的波形，但由于其电容量C比电阻分压器的杂散电容大得多，高压引线易引起振荡，故应在高压引线末端接入阻尼电阻RD，高压引线造成的响应时间常数为 T=RDC 。此时间常数比带有屏蔽的电阻分压器大得多，因此，对于测量很陡的截波，电容分压器的响应特性不如屏蔽电阻分压器。电容分压器适于测量雷电全波和操作波。,（4）阻容分压法 为了克服电阻分压器和电容分压器各自的缺点，近年来发展了电阻和电容混合的阻容分压器，阻容分压器又可分为串联和并联两种。 并联阻容分压器 上述电阻分压器采用了屏蔽罩后，改善了分压器上的电压分布。为使分压器上的电
15、压分布更均匀，要在高压臂纵向并接电容，这些电容与对地电容一起，使分压器上的电压分布均匀。在高压臂的低端，对地电容比高端大，因此在高端接的纵向电容应比低端大。 图7-11a 为并联阻容分压器的等效线路图,2) 串联阻容分压器（见图7-11b） 在分布式电容分压器中， 除了高压引线的电感之外，还有电容器本身存在的残余电感及电容器之间的接线电感，这些电感与分压器的电容及对地电容组成的回路必然会产生频率较低的振荡。另一种振荡是高压引线及分压器内部的波反射引起的频率较高的振荡。 为了消除这些振荡，可以用一个阻尼电阻集中接在高压引线的末端，但其效果不如把阻尼电阻分散接到高压臂的各电容器之间。没有串接电阻时
16、，电容分压器本身的波阻抗约为200，而高压引线的波阻抗约为300。因此可以用串接电阻来调节分压器本身的波阻抗，使之与高压引线的波阻抗匹配。同时串接在分压器内部的电阻，对分压器内部的波过程有衰减作用。由此可见，这种串联阻容分压器对消除振荡更有效。,4. 分压器测量系统的性能及校验方法 分压器测量系统的性能主要取决于分压比的正确性及响应特性的好坏。 分压器的分压比误差应稳定地保持在1%以内。测定分压比的方法有两种：一种是测量分压系统部件的阻抗来计算出分压比，通常用精密电桥来测量电阻或电容，测量电阻的误差范围为0.2%，测量电容的误差范围为0.5 %；另一种是在输入端施加1kHz 以下的电压，直接测量输入和输出电压之比，电压峰值的测量误差范围为0.5%。 分压器的响应特性有频率响应和方波响应两种。前者是在分压器的
