高电压课程1（试验部分）

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1、第五章 电气设备绝缘的试验,第一节 绝缘电阻测量,一 绝缘老化,绝缘老化电场、热、机械应力和环境因素等等，使其内部发生复杂的化学和物理变化，导致性能逐渐下降。 绝缘老化的表现变色、粉化、发泡、发粘等等。 绝缘老化的类型电老化、热老化、机械老化和环境老化等。 1 电老化 电老化在电场长期作用下绝缘发生的老化叫电老化。 产生的原因绝缘表面或者内部发生局部放电造成的。 电老化的机理： 1）带电质子轰击带电质子撞击气隙壁上的时候，打断绝缘的化学链，破 坏其分子结构。 2）热效应温度升高会发生热裂解。或促进氧化裂解。 3）活性生成物（臭氧、氧化物）这些生成物对绝缘材料发生化学反应，腐蚀绝缘体。 4）辐射

2、效应局部放电可以产生可见光、紫外线等高能辐射，引起高聚物的裂解。 5）机械力的效应放电时产生的高压气体引起绝缘开裂。,2 热老化 热老化有机绝缘材料在的作用下发生了热降解。高压电气设备在运行中产生的热量导致绝缘材料的温度升高，温度升高影响绝缘材料 的寿命。 3 机械老化 电力设备中有很多因素产生机械应力，主要有设备旋转部分的振动或绝缘结构中介质 部分与金属导体部分热膨胀系数不同而引起的周期性应力，以及绝缘材料承受的交变电场力等。机械应力的破坏主要表现为绝缘材料疲劳而产生裂纹或气穴，诱发电树枝的形成和生长 。对于旋转电机等设备，其绝缘同时遭受电、热及机械应力的作用且都是占主导地位的应力。第三，对

3、于运行在湿度较大的环境中的设备，湿度对绝缘材料尤其是潮气敏感材料（如聚 酯等）老化过程的影响较大。 4 环境老化 主要是水分、污染、氧气和辐射。在这些因素的作用下，绝缘表面发生腐蚀。,二 绝缘电阻和吸收比 1 吸收现象,图1 双层介质的等值电路,图2 吸收曲线,许多电气设备的绝缘都是多层的，多层介质可粗略的使用双层介质来分析。如图1所示，当合上开关K后将直流电压加到绝缘上，电流表的读数变化如图2中曲线所示。开始的时候电流很大，以后逐渐缩小，最后等于一个常数Ig；当试品的电容较大时，这一逐渐缩小的过程进行的很慢，,甚至多达数分钟或更长，这种逐渐“吸收电荷的现象叫做”吸收现象“，对应的电流ia称为

4、吸收电流。 流过试品的电流为,其中 是时间常数,上式中ia与绝缘的均匀程度有关： 如比较均匀 R1C1R2C2 吸收电流很小； 如不均匀 R1C1与R2C2差别很大，吸收现象明显。 如果被试品绝缘受潮或者内部有集中性的缺陷，则绝缘电阻降低，Ig大大降低，ia迅速衰减。,2 吸收比,其中：i15、R15加压15s时电流和相应的绝缘电阻值； i60、R60加压60s时的电流和相应的绝缘电阻值。 当被试品原始干燥时，吸收现象明显。,当绝缘受潮或有缺陷时，电流的吸收现象不明显,一般K1.3可判定绝缘受潮。 3 绝缘电阻和吸收比的试验 1）兆欧表简介 绝缘电阻的测试最常用的仪表是绝缘电阻测试仪（兆欧表）

5、。兆欧表通常有100V、250V、500V、1000V、2500V和5000V等类型。 兆欧表是一种高值电阻测量仪表。用途非常广泛，我们一般常利用它检验一切电气设备和器材的电气绝缘程度。 兆欧表的容量即最大输出电流值(输出端经毫安表短路测得)对吸收比和极化指数测量有一定的影响。测量吸收比和极化指数时应尽量采用大容量的兆欧表，即选用最大输出电流1mA及以上的兆欧表，以期得到较准确的测量结果。 2）、兆欧表接线,图3 兆欧表实图 图4 测试接线图 如图3、图4所示。被测绝缘电阻接到L和E接线柱之间时，指针的停留位置由电流线圈电流和电压线圈电流的比值决定。流过电压线圈的电流大小由分压电阻RV确定，而

6、电流线圈的电流由被测绝缘电阻的大小确定。 保护环G装在L接线柱的外圈，它与L接线柱绝缘，并接至手摇发电机的负极。保护环G的作用是排除由于导线绝缘层表面漏电电流和L，E接线柱间漏电电流,所引起的误差。当天气潮湿时测量其他电气设备时（电气设备引出线瓷套表面会凝结一层极薄的水膜 ），使用保护环G以避免被测设备表面漏电影响测量结果。 4）试验步骤 试验前要选择合适电压等级的绝缘电阻兆欧表，然后检查兆欧表是否正常。方法是：将兆欧表放在水平位置，将表的L端子与E端子开路，摇动把手到额定转速(一般120rmin)此时指针应指向“”；用线短接L端子与E端子，轻摇把手，指针应指“0”(注意轻摇以免打坏表针)。

7、以恒定速度转动摇表把手(平均120rmin)，摇表指针渐逐上升，在摇表达额定转速后，分别读取15s和60s的电阻值并记录于试验数据表格表1中。,表1 试验数据表,5 ）测量时的影响因素 温度的影响：因为绝缘电阻随着温度的上升而减小，所以测量时必须记录温度，以便比较。 避免残余电荷：残余电荷会对测验造成误差，试验前一定要充分放电。 保证被试品表面清洁。 6 ）测试的有效性 对整体受潮、贯穿性的缺陷有效。,一 序言 直流耐压试验电压较高，对发现绝缘某些局部缺陷具有特殊的作用，例如测量泄漏电流。一些大容量的交流设备，如电力电缆、也常常使用直流耐压试验代替交流耐压试验，至于高压直流输电设备更要进行直流

8、高压试验。 1 直流高压产生回路 应用最广泛的产生直流高压的方法 是将交流电压通过整流元件整流而获得。 其常用的半波整流电路如图1所示。 从试验变压器T输出工频高压，经过高 压硅堆D（整流器）的整流在滤波C 电容器上 就能得到直流高压Uc。 Uc略等于试验变压 器输出的工频电压Um。,图1 半波整流电路,第二节 泄漏电流测量,R为保护电阻，主要作用是为了限制试品（或电容器C）击穿或闪络时以及当电源向电容器C突然充电时通过高压硅堆和变压器的电流，以免损坏。 除了半波整流，其余的如全波和倍压整流这里不再介绍。 2 试验电压的要求 直流电压是指单极性(正或负)的持续电压，它的幅值用算术平均值表示。由

9、高 电压整流装置产生的电压包含有脉动电压的成分，因此，高压绝缘试验中使用的直 流电压，是由极性、平均值和脉动因数来表示。 根据不同试品的要求，试验电压应能满 足试验的极性和电压值，还必须具有充 分 的电源容量。GB311.3规定，在输出工作 电流下直流电压的 脉动因数S应按下式计 算，且S3%(见图2)，即 ,图2 脉动电压波形,式中 Umax直流电压的最大值； Umin直流电压的最小值： Ud直流电压的平均值。 3 直流高压的测量 直流高压的测量，有一些与工频交流相同，如可以用静电电压表和球隙直接测量试品两端的电压。虽然静电电压表测的是有效值，球隙是峰值，但只要直流电压脉动系数不大，他们与直

10、流下的平均值都基本相同。 具体的方法详见工频交流耐压试验部分。 二 泄漏电流的测量 测量设备的泄漏电流和绝缘电阻本质上没有多大区别，但是泄漏电流的测量有如下特点： （1）试验电压比兆欧表高得多，绝缘本身的缺陷容易暴露，能发现一些尚未贯通的集中性缺陷。 （2）通过测量泄漏电流和外加电压的关系有助于分析绝缘的缺陷类型。 （3）泄漏电流测量用的微安表要比兆欧表精度高。,1 泄漏电流测试原理,图3 泄露电流试验接线图,图3中C为稳压电容，为了减小直流高压的脉动幅度，C值一般约为0.01-0.1F，对于大电容量被试品，不用稳压电容。 R为保护电阻，为了限制试品放电时的放电电流，保护硅堆、微安表及试验变压

11、器，高压侧保护电阻器的电阻值可取 ： 式中Ud和Id分别为直流试验电压值和试品电流,（a）微安表接在高压侧,（b）被试品对地绝缘,（c）被试品直接接地,现场电气设备的绝缘有一端直接接地的，也有不直接接地的，微安表 （A） 的接线位置视具体情况可有图3的数种接线。 图3中（a）和（b）接线图测量准确度较高，宜尽量采用。（c）测量误差较大，宜尽量不采用，只有在测量条件受到限制时才采用。 为了防止在试验过程中损坏微安表，微安表应加装保护（图4）。图4 中L、Cm和C用来延缓试品击穿放电的电流陡度，防止微安表活动线圈匝间短路或对磁极放电。 如果采用外接短路开关，一般只在读表时 方才断开开关。 短路开关

12、和微安表的接线必须正确，泄漏 电流的引线必须先接到短路开关上，然后再 用导线从短路开关上引到微安表，以避免试 品击穿时，烧坏微安表。 图4 微安表的保护接线图,2 测量结果分析 测试时逐渐升高电压，并同时读取微安表（mA）数值和毫安表（A）的数值，并将其绘制成曲线进行分析。这里 被测的直流试验电压由直流微安表的指示值和高阻器的电阻值Rv得到。 图5是发电机泄漏电流变化曲线，图中： 1绝缘性能良好 2整体受潮 3存在集中性缺陷 4在0.5Us附近泄漏电流迅速上升，表明在运行电压下有击穿的危险。,图5 发电机泄露电流变化曲线,3 测试的有效性 比兆欧表更有效的发现一些尚未完全贯通的集中性缺陷（如局

13、部开裂、内部受潮、绝缘油劣化、绝缘纸沿面碳化等）。,一 介质的极化、电导和介质损耗 1 介质的极化 平行板电容器在真空中的电容量为,第三节 介质损耗正切值（ ）的测量,当板间插入固体介质后,电容增加为,所以,造成电容量增加的原因是由于介质的极化现象。,最基本的极化形式有电子式极化、离子式极化和偶极子极化等三种，此 外还有夹层极化和空间极化等。,1）电子式极化 当物质原子里的电子轨道受到外电场作用时，它将相对于原子核产生位移，这就是电子式极化。当外电场撤掉后，依靠正负电子间的吸引力，作用中心又马上重合，整体呈现非极性，所以这种极化没有损耗。 2）离子式极化 固体无机化合物多属离子式结构，如云母、

14、陶瓷材料等。无外电场作用时，每个分子正负离子的作用中心是重合的，故不呈现极性。离子式极化也属于弹性极化，几乎没有损耗。 3）偶极子极化 偶极子是一种特殊的分子，它的正负电荷的中心不相重合，好像分子的一端带有正电荷、另一端带有负电荷一样，因而形成一个永久性的偶极矩。例如、蓖麻油、橡胶、胶木等都是常用的极性绝缘材料。,如图1所示，当不存在电场时，这些偶极子杂乱无章地排序着，宏观电矩等于零，整个电介质对外不表现极性。当出现电场后偶极子沿电场方向转动，因而出现极性，这种极化称为偶极化和转向极化。 它是非弹性的,极化过程中需要消耗一定的能量。,图1 偶极子极化,4）夹层极化 由于介电常数和电导率的多种电

15、解质组成的结缘结构，在加上外电场后各层电压将从开始是按介电常数分布逐渐过渡到稳定时按电导率分布。在电压重新分布过程中，夹层截面上会聚集起一些电荷，使整个介质等值电容增大，这种极化称为夹层极化。 各种极化见表1。 表1 各种极化,2 电介质的电导 任何电介质都不同程度地具有一定的电导性，只不过其电导率很小而以，表征电介质电导电性能的主要物理量即为电导率或其倒数电阻率。 按照载流子的不同，电介质的导电可分为离子电导和电子电导两种，前者以离子为载流子，后者以自由电子为载流子。在正常情况下，电解质电导主要是离子电导，这同金属导体的主要电导依靠自由电子有本质的区别。 固体和液体介质的电导率和温度T的关系

16、均可近似的用下式表示,式中A、B为常数，均与介质特性有关，但固体介质的常数B通常比液体介质B值大得多；T为绝对温度。 上式表明，电介质的电导率随温度按指数规律上升，所以测量电解质和绝缘电阻时，必须注意温度问题。,3 电介质损耗,图2 介质在交流电压作用下的电流向量图及功率三角形,在直流作用下介质中损耗仅由电导引起，无须引入介质损耗的概念。,电介质能量损耗介质在电压作用下有能量损耗,从图2中可以看出,此时的介质损耗功率：,式中， 电源角频率； 介质损耗角；,介质损耗角 为功率因数角 的余角，其正切 又可称为介质损耗因数，常用百分数（）来表示。 通常均采用介质损耗角正切 作为综合反映电介质损耗特性优劣的一个指标，测量和监控各种电力设备绝缘 的值已成为电力系统中绝缘预防性试验最重要的项目之一。 如果介质损耗主要由极化所引起，则常采用串联等值电路 ；若介质损耗由电导引起，常采用并联等值电路。,