高电技术总结PPT课件

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1、高电压技术高电压技术第第3 3章章 电介质的电气性能电介质的电气性能2l电介质电介质的的电气性能电气性能n电介质电介质电气性能电气性能的划分的划分极化特性：极化特性：介电常数介电常数损耗特性：损耗特性：介损介损tg电电气气传传导导特特性性：载载流流子子移移动动、高高场场强强下下的的电气传导机理等，电导电气传导机理等，电导G 或电阻或电阻 R电电气气击击穿穿特特性性：包包括括击击穿穿机机理理、劣劣化化、电电压压-时时间间特特性性曲曲线线（Vt ）等等，击击穿穿电电压压UC 或或击穿击穿场强场强ECl电介质电介质的的极化及介电常数极化及介电常数n电介质物质电介质物质结构结构的基本形式的基本形式n极

2、极 化化 (polarization)与与 电电 介介 质质 (dielectrics) n电介质电介质极化极化的基本的基本类型类型n电介质的电介质的介电常数介电常数n讨论讨论极化的意义极化的意义电介质电介质的的结构结构n电电介介质质的的分分类类（根根据据化化学学结结构构）：分分子子及及各各聚聚集集态态（气气、液液、固固态）的性质和它的态）的性质和它的键的形式键的形式密切有关密切有关离子键：离子键：强极性键，强极性键，离子结构电介质离子结构电介质 玻璃、陶瓷玻璃、陶瓷共价键：共价键：非极性非极性共价键共价键（电负性电负性相同），非极性分子相同），非极性分子非极性电介质非极性电介质 聚四氟乙烯、

3、氮气聚四氟乙烯、氮气 极性极性共价键（共价键（电负性电负性不同），不同），极性极性分子分子 极性电介质极性电介质 环氧树脂、环氧树脂、三氯联苯三氯联苯弱极性电介质弱极性电介质 聚苯乙烯聚苯乙烯l电介质极化电介质极化基本基本类型类型电电介介质质的的极极化化有有五五种种基基本本形形式式电子电子位移位移极化极化离子离子位移位移极化极化转向转向极化极化空间空间电荷极化电荷极化 夹夹层层介介质质界界面面极极化化（归归到到空空间间电电荷荷极极化化）建建立立时时间间：极极短短，10-14 10-15s ; ;弹弹性性极极化化、无无损损; ;影影响响因因素素： 电电场场强强度度（有有关关）；电电源源频频 率率

4、（无关）；（无关）；温度温度（无关）（无关）n电子位移极化电子位移极化建建立立时时间间：极极短短，10-1210-13 s；弹弹性性极极化化、无无损损 ( (极极微微量量无无损损) )；影影响响因因素素：电电场场强强度度（有有关关）；电电源源频频率率（无无关关）；温度温度（随温度升高而增加）（随温度升高而增加）n离子位移极化离子位移极化n转向极化转向极化（偶极（偶极弛豫极化弛豫极化）需需时时较较长长，10-6 10-2 s；非非弹弹性性极极化化、有有损损；影影响响因因素素：电电场场强强度度（有有关关）；电电源源频频率率（有有关关）；温温度度（温温度度较较高高时时降降低低，低低温温段段随温度增加

5、）随温度增加）带带电电质质点点移移动动；不不均均匀匀夹夹层层介介质质中中；需需时时很很长长；非非弹弹性性极极化化、有有损损；影影响响因因素素：场场强强（有有关关）; ; 电电源源频频率率（低低频频下下存存在在）; ; 温温度度（有有关关）；介质的介质的等值电容增大等值电容增大。n夹层介质界面极化（空间电荷极化）夹层介质界面极化（空间电荷极化）9气气体体分分子子间间的的距距离离很很大大，密密度度很很小小，气气体体的的极极化化率率很很小小，一一切切气气体的相对介电常数都接近体的相对介电常数都接近1 1气气体体的的介介电电常常数数随随温温度度的的升升高高略略有有减减小小，随随压压力力的的增增大大略略

6、有有增增加加，但但变化很小变化很小n气体气体电介质的介电常数电介质的介电常数l电介质的介电常数电介质的介电常数10非极性和弱极性电介质非极性和弱极性电介质 如如石石油油、苯苯、四四氯氯化化碳碳、硅硅油油等等， r 数值不大，数值不大，在在1.8 2.5范围范围内内 r 和和温温度度的的关关系系相相似似单单位位体体积积中中的的分分子数与温度的关系（密度与温度）子数与温度的关系（密度与温度）n液体液体电介质的电介质的介介电电常常数数极性电介质极性电介质 如如蓖蓖麻麻油油、氯氯化化联联苯苯等等， r数数值值在在2 6范围范围内。还能用作绝缘介质内。还能用作绝缘介质11强极性电介质强极性电介质 如如酒

7、酒精精、水水等等, , r10，其其电电导导也也很很大大，不不能能用用做做绝绝缘缘材材料料。用用作作电电容容器器浸浸渍渍剂剂时时，可可使使电电容容器器的的比电容比电容增大，但通常增大，但通常损耗都较大损耗都较大电场的电场的频率频率对对极性液体极性液体电介质电介质介电介电常数常数 r的的影响很大！影响很大！12非极性和弱极性固体电介质非极性和弱极性固体电介质 如如聚聚乙乙烯烯、聚聚丙丙烯烯、聚聚四四氟氟乙乙烯烯、聚聚苯乙烯、石蜡、石棉、无机玻璃等苯乙烯、石蜡、石棉、无机玻璃等 电电介介质质只只有有电电子子式式极极化化和和离离子子式式极极化化， r 在在2.0 2.7范围范围 r与与温温度度的的关

8、关系系相相似似单单位位体体积积内内的的分分子数与温度子数与温度的关系的关系( (密度与温度密度与温度) )n固体固体电介质的电介质的介介电电常常数数极性固体电介质极性固体电介质 树树脂脂、纤纤维维、橡橡胶胶、虫虫胶胶、有有机机玻玻璃璃、聚氯乙烯和涤纶等聚氯乙烯和涤纶等 r 较较大大，一一般般为为36， r和和T及及f 的的关关系和系和极性液体极性液体的相似的相似离子性电介质离子性电介质 如如陶陶瓷瓷，云云母母等等，相相对对介介电电常常数数 r 一般在一般在58左右左右n介介电电常常数数 直直接接关关系系到到多多层层介介质质的的合理合理配合配合l电介质电介质的的电导电导特性特性n电介质中的电介质

9、中的传导传导电流电流n电介质中的电介质中的电导电导特性特性n电介质电介质传导电流传导电流的测量的测量n电介质的电介质的电导电导n讨论讨论电介质电导电介质电导的意义的意义电介质中电介质中的（的（传导）电流传导）电流n导线中的（传导）电流的组成导线中的（传导）电流的组成 电电介介质质中中的的电电流流含含漏漏导导电电流流和和位位移移电电流流两个分量两个分量漏漏导导电电流流：由由介介质质中中自自由由的的或或联联系系弱弱的的带带电电质质点点在在电电场场作作用用下下运运动动造造成成的的，又称又称泄漏电流泄漏电流位移电流：位移电流：由电介质由电介质极化极化造成的电流造成的电流i ic c：快速极化造成的快速

10、极化造成的充电充电电流电流i ia a：空空间间电电荷荷极极化化等等缓缓慢慢极极化化形形成的，又称成的，又称吸收电流吸收电流i ig g：趋趋向向稳稳定定值值的的漏漏导导电电流流，又又称称泄漏电流泄漏电流介质中介质中的的电流与时间电流与时间的的关系关系介质介质的的体积电导体积电导和和表面电导表面电导气体中无气体中无吸收电流吸收电流n气体气体电介质的电介质的电导电导气体气体离子的浓度离子的浓度约为约为5001000对对/cm3气体气体电介质电介质中中的的电流密度电流密度场强（三个区域）场强（三个区域）液体中液体中极化发展快极化发展快，吸收电流，吸收电流衰减快衰减快电导构成：电导构成：离子电导、电

11、泳电导离子电导、电泳电导 离离子子电电导导：由由液液体体本本身身的的分分子子和和杂杂质质的的分分子子解解离离为离子为离子 电电泳泳电电导导：液液体体中中的的胶胶体体质质点点（如如变变压压器器油油中中悬悬浮的小水滴浮的小水滴）吸附电荷吸附电荷后，形成后，形成带电质点带电质点构成构成n液体液体电介质的电介质的电导电导非极性非极性电介质电介质电导率：电导率： 10-18/cm弱极性弱极性电介质电介质电导率：电导率： 10-15/cm极性极性电介质的电介质的电导率：电导率：10-1010-12/cm 如如水水、乙乙醇醇等等实实际际上上已已是是离离子子性性导导电电液液，由于损耗太大，不能用作绝缘材料由于

12、损耗太大，不能用作绝缘材料纯净程度纯净程度相对介电常数相对介电常数电导率电导率 (S/m)未净化的未净化的2.20.5 10-10净化净化2.12 10-13两次净化的两次净化的2.10.5 10-13高度净化高度净化2.110-16变压器油变压器油在温度为在温度为8080o o时的相对介电常数、电导率时的相对介电常数、电导率极极纯纯净净液液体体电电介介质质中中, ,离离子子性性电电导导与与电电场场强强度度的的关关系系( (分分成成三三个个区域区域) )工工程程用用纯纯净净液液体体电电介介质质中中, ,离离子子性性电电导导与与电电场场强强度度的的关关系系( (分分成成两两个个区域区域) )离子

13、离子性性电导电导随随温温度的度的升升高而高而增增加加中中性性分分子子电电介介质质的的电电导导主主要要是是杂杂质质离离子子引引起起的的，高高温温时时，中中性性分分子子可可能能发发生生分解产生自由离子分解产生自由离子，形成电导，形成电导 纯纯净净介介质质的的电电导导率率可可达达10-1710-19 /cm极极性性电电介介质质，因因本本身身能能解解离离，此此外外还还有有杂杂质质离离子子共共同同决决定定电电导导，故故电电导导较较大，较大的可达大，较大的可达10-1510-16 /cmn固体固体电介质的电导电介质的电导离离子子式式电电介介质质的的电电导导主主要要是是由由离离子子脱脱离离晶晶格格而而移移动

14、动，电电导导的的大大小小和和离离子子本本身的性质有关，也与身的性质有关，也与杂质离子杂质离子有关有关固固体体电电介介质质的的电电导导与与材材料料的的宏宏观观结结构构有有关关，如如纤纤维维性性材材料料或或多多孔孔性性材材料料因因易吸水易吸水，一般，一般电阻率较小电阻率较小固体介质中固体介质中电流的吸收现象电流的吸收现象比较明显比较明显固固体体电电介介质质的的电电压压电电流流特特性性，与与液液体体、气气体体不不同同，固固体体中中的的电电压压电电流流特特性性没没有有饱饱和和状状态态（欧欧姆姆段段，非非线线性性段、快速增加段（击穿）段、快速增加段（击穿）主主要要由由表表面面吸吸附附的的水水分分和和污污

15、物物引引起起，干干燥燥清清洁洁的的固固体体介介质质的的表表面面电电导导很很小小；介介质质吸吸附附水水分分的的能能力力与与自自身身结结构构有有关关，所所以以介介质质表表面面电电导导也也是是介介质质本本身身固固有的性质有的性质 n固体介质的固体介质的表面电导表面电导n绝绝缘缘预预防防性性试试验验的的理理论论依依据据，预预防防性性试试验验时时，利利用用绝绝缘缘电电阻阻、泄泄漏漏电电流流及及吸吸收收比比判断设备的判断设备的绝缘绝缘状况状况n直直流流电电压压下下分分层层绝绝缘缘时时，各各层层电电压压分分布布与与电电阻阻成成正正比比，选选择择合合适适的的电电阻阻率率，实实现各层之间的现各层之间的合理分压合

16、理分压n注注意意环环境境湿湿度度对对固固体体介介质质表表面面电电阻阻的的影影响，注意响，注意亲水性材料亲水性材料的表面防水处理的表面防水处理 讨论电导的意义讨论电导的意义l电介质电介质能量损耗及能量损耗及介介质质损损失角失角正切正切n介介质质损损耗和介质损失角正切耗和介质损失角正切 n工程工程介质的介质的介介质质损损耗耗n讨论介讨论介质损质损耗的意义耗的意义介质损失角正切介质损失角正切 n介介质的能量质的能量损损耗：耗： 电导电导引起的引起的损耗损耗 周期性极化周期性极化引起的引起的损耗损耗 直流直流 电导损耗电导损耗R、G 交流交流 电导电导和和极化极化损耗损耗介介质质损损耗耗 n介介质损质

17、损耗耗定义定义 介质介质在在交流交流电压电压下下的的有功功率损耗有功功率损耗Ig：真空极化真空极化和和无损极化无损极化引起的电流，引起的电流，纯电纯电容性的，容性的，CgIp：有损极化有损极化引起的电流，引起的电流，有功有功和和无功无功分量，分量，Rp、CpIlk：漏导引漏导引起的电流，起的电流，纯纯电电阻阻性，性，Rlk电介质的等效电路电介质的等效电路 电介质中的电流和电压矢量电介质中的电流和电压矢量 介介质质损损失失角角正正切切值值tg ，如如同同 r r一一样样，取取决决于于材材料料的的特特性性，而而与与材材料料尺尺寸寸无无关关，可可以以方方便便地地表表示示介介质质的品质的品质工程电介质

18、工程电介质的的介质损耗介质损耗当当电电场场强强度度小小于于使使气气体体分分子子电电离离所所需需的的值值时时，气气体体介介质质中中的的损损耗耗极极小小（tg 252530kV/cm30kV/cmn上行雷、上行雷、下行雷下行雷n9090是负极性雷是负极性雷，即雷云流入大地电荷为负，即雷云流入大地电荷为负n下行下行负负极性极性雷雷分分三个阶段三个阶段：先导先导放电放电、主放电、余光放电、主放电、余光放电n雷电放电有雷电放电有后续分量后续分量，几个到十几个，几个到十几个雷电的先导过程雷电的先导过程n下下 行行 负负 先先 导导 ， 逐逐 级级 发发 展展 ， 平平 均均 速速 度度 约约 为为（18）

19、 105m/s，延续约几毫秒延续约几毫秒n接接地地的的建建筑筑物物上上可可产产生生向向上上的的迎迎面面先先导导，影影响响到到下行先导的发展路线及雷击点。下行先导的发展路线及雷击点。n高高电电导导、高高温温、具具极极高高电电位位的的先先导导通通道道路路将将雷雷云云到到大大地地之之间间的的气气隙隙击击穿穿，通通道道中中有有大大量量的的与与雷雷云云同极性同极性的电荷的电荷雷电的主放电过程雷电的主放电过程n先先导导头头部部对对地地极极大大的的电电位位差差作作用用在在剩剩余余短短间间隙隙（流注）上，（流注）上，强烈的电离：强烈的电离： 电子电子迅速流入大地，形成雷电流的波前部分迅速流入大地，形成雷电流的

20、波前部分 正离子正离子与先导通道中的负电荷与先导通道中的负电荷中和中和n主主放放电电通通道道温温度度达达(23) 104K，压压力力初初期期达达几几十个大气压，十个大气压，发展速度发展速度约为约为(0.050.5)cn主主放放电电过过程程中中通通道道明明亮亮，发发出出巨巨大大的的雷雷声声，产产生生幅幅值值很很大大（几几十十至至几几百百千千安安）、近近百百微微秒秒（不不超超过过50100 s）的冲击电流的冲击电流雷电的后续分量雷电的后续分量n雷云中存在雷云中存在多个电荷多个电荷聚集聚集中心中心n主主放放电电后后，临临近近的的电电荷荷中中心心对对第第一一电电荷荷中中心心放放电，并沿电，并沿老通道老

21、通道继续向地发展，形成继续向地发展，形成后续分量后续分量n电电流流幅幅值值为为第第一一分分量量的的1/21/3，2100KA；电电流流波波前前时时间间平平均均为为0.51 s（陡陡度度上上升升），电电流波尾平均约为流波尾平均约为40 s（较短较短）n分分量量数数多多达达1030个个，平平均均34个个，间间隔隔时时间间约约为为几十毫秒几十毫秒，平均约为，平均约为4065ms第第2 2章章 气隙的电气强度（击穿特性）气隙的电气强度（击穿特性）l影响空气间隙放电电压影响空气间隙放电电压的的主要因素主要因素电场形式电场形式对对空气间隙放电电压空气间隙放电电压的的影响影响n电场情况：均电场情况：均匀、匀

22、、稍不均稍不均匀、匀、极不均极不均匀匀n电电压压形形式式：直直流流、交交流流、雷雷电电冲冲击击 、操作操作冲击冲击n大气条件：大气条件：气压、温度、湿度气压、温度、湿度 l主要内容主要内容n气隙的气隙的击穿时间击穿时间n气气隙隙的的伏伏秒秒特特性性和和击击穿穿电电压压的的概概率分布率分布n大气大气条件条件对气隙击穿对气隙击穿电压的影响电压的影响n较均匀较均匀电场气隙的电场气隙的击穿电压击穿电压n不均匀不均匀电场气隙的电场气隙的击穿电击穿电压压n提高提高气体间隙气体间隙击穿电压击穿电压的的措施措施气隙的击穿时间气隙的击穿时间 气隙气隙的的伏秒特性伏秒特性和和击穿电压击穿电压的的概率分布概率分布n

23、持续持续作用电压作用电压直流电压直流电压 工频电压工频电压用击穿电压用击穿电压或或击穿场强击穿场强来来表达气隙表达气隙的的耐电特性耐电特性n非持续非持续作用电压作用电压雷电冲击过电压、操作冲击过电压雷电冲击过电压、操作冲击过电压用用伏秒特性伏秒特性来来表达气隙表达气隙的的击穿特性击穿特性伏秒特性用实验方法求取伏秒特性用实验方法求取伏秒特性用实验方法求取伏秒特性用实验方法求取 放放放放电电电电时时时时间间间间具具具具有有有有分分分分散散散散性性性性，实实实实际际际际上上上上伏伏伏伏秒秒秒秒特特特特性性性性是是是是以以以以上上上上、下下下下包包包包线为界线为界线为界线为界的一个的一个的一个的一个带

24、状区域带状区域带状区域带状区域 n n伏秒特性伏秒特性的应用的应用对对对对1 1 起保护作用起保护作用起保护作用起保护作用 在在在在高高高高幅幅幅幅值值值值冲冲冲冲击击击击电电电电压压压压作作作作用用用用下下下下，不起保护作用不起保护作用不起保护作用不起保护作用n气隙击穿电压的气隙击穿电压的概率分布概率分布无无论论何何种种作作用用电电压压，气气隙隙的的击击穿穿电电压压都都有有分散性分散性，但分散程度不同，但分散程度不同接接近近正正态态分分布布：用用50%击击穿穿电电压压U50和和相对标准偏差相对标准偏差 来表示来表示，表，表3-2-1耐耐受受电电压压：工工程程中中将将很很高高耐耐受受概概率率（

25、99%以上）的以上）的电压电压作为耐受电压作为耐受电压 U50(1-3 ) 耐受耐受概率概率99.86%大气大气条件条件对气隙击穿电压对气隙击穿电压的的影响影响n大气条件：大气条件：气气温温、气、气压压、湿度湿度等等较均匀电场较均匀电场气隙气隙的的击穿电压击穿电压n均匀电场均匀电场中的击穿电压中的击穿电压 击穿电压与电压击穿电压与电压极性无关极性无关 直直流流、工工频频击击穿穿电电压压（峰峰值值）以以及及5050冲冲击击击穿电压击穿电压都相同，分散性很小都相同，分散性很小较均匀较均匀电场气隙的电场气隙的击穿电压击穿电压n稍不均匀电场中的击穿电压稍不均匀电场中的击穿电压 球球球间隙球间隙 球球板

26、间隙板间隙 圆柱圆柱 板板 同轴圆柱间隙同轴圆柱间隙 电场不对称时，电场不对称时，有极性有极性效应，不很明显效应，不很明显 直直流流、工工频频下下的的击击穿穿电电压压( (幅幅值值) )以以及及5050冲冲击击击击穿穿电压相同，电压相同，分散性不大分散性不大击击穿穿电电压压和和电电场场均均匀匀程程度度关关系系极极大大，电电场场越越均均匀匀，同样间隙距离下的同样间隙距离下的击穿电压就越高击穿电压就越高 直接测量高电压峰值直接测量高电压峰值的的最简单又有最简单又有一定准确度一定准确度的手段的手段球球球间隙的球间隙的极性效应：电场最强极性效应：电场最强的的电极为电极为负极性负极性时的时的击穿电压略低

27、于正极性击穿电压略低于正极性时的时的数值数值击穿电压的估算的经验公式击穿电压的估算的经验公式 不均匀不均匀电场气隙的电场气隙的击穿电压击穿电压n直流电压下的击穿电压直流电压下的击穿电压极极性性效效应应：棒棒棒棒电电极极间间的的击击穿穿电电压压介介于于极极性性不不同同的的棒棒板板电电极极之之间间，击击穿穿电电压压与与间间隙隙距距离离接近正比，平均击穿场强：接近正比，平均击穿场强：正正棒棒负负板板：4.5kV/cm，负负棒棒正正板板：l0kV/cm，棒棒棒：棒：.85.0kV/cm n工频电压工频电压下的下的击穿电压击穿电压 击穿在棒击穿在棒-板的棒板的棒极性为正、电压达到幅值时发生极性为正、电压

28、达到幅值时发生雷电冲击雷电冲击5050击穿电压击穿电压 在在多多次次施施加加电电压压（波波形形1.2/50 s）中中，其其中中半半数数导导致致击击穿穿的的电电压压，工工程程上上以以此此来来反反映映间间隙隙的的耐耐受冲击电压的特性受冲击电压的特性n雷电冲击雷电冲击电压下空气的电压下空气的击穿电压击穿电压棒棒板板间间隙隙有有明明显显的的极极性性效效应应，棒棒棒棒间间隙隙也也有有不大的极性不大的极性效应效应n操作冲击电压操作冲击电压下空气的击穿电压下空气的击穿电压 极不均匀极不均匀电场中的操作冲击电场中的操作冲击50击穿有许多特点击穿有许多特点极极性性效效应应，电电场场分分布布的的影影响响（ 邻邻近

29、近效效应应” ）， “饱和饱和”现象现象，分散性大。，分散性大。波形波形的的影响影响 波波前前时时间间在在一一定定的的范范围围内内，U50 具具有有最最小小值值，即即临临界界击击穿穿电电压压（对对应应临临界界波波前前时时间间）。呈现出呈现出 “形曲线形曲线” 对对应应极极小小值值的的波波前前时时间间随随着着间间隙隙距距离离加加大大而而增增加加，对对7m以以下下的的间间隙隙，在，在50 200 s之间之间工工频频击击穿穿电电压压比比临临界界波波前前操操作作冲冲击击击击穿穿电电压压（操操作作冲冲击击系数小于系数小于1 1）高高P60 P60 图图3-5-83-5-850击穿电压击穿电压极小值极小值

30、的经验公式的经验公式 对对于于1 1 20m20m的的长长间间隙隙计计算算结结果果和和试试验验结结果果很很好好地符合地符合提高提高气体间隙气体间隙击穿电压击穿电压的的措施措施改善电场改善电场分布分布，使之使之尽量均匀尽量均匀 改进改进电极形状电极形状 利用利用空间电荷畸变空间电荷畸变电场的作用电场的作用 利用其它方法利用其它方法来来削弱削弱气体中的气体中的电离电离过程过程 利用利用空间电荷畸变空间电荷畸变电场的作用电场的作用 n极极不不均均匀匀电电场场中中击击穿穿前前发发生生电电晕晕放放电电，利利用用放放电电产生的产生的空间电荷改善电场分布空间电荷改善电场分布，提高击穿电压，提高击穿电压 极不

31、均匀电场中极不均匀电场中屏障屏障的采用的采用 原理原理是是屏障积聚空间电荷，改善电场屏障积聚空间电荷，改善电场分布。分布。n在在电电场场极极不不均均匀匀的的气气隙隙中中，放放入入薄薄片片固固体体绝绝缘缘材材料料（例例如如纸纸或或纸纸板板），在在一一定定条条件件下下，可可以以显显著著提提高高气气隙的击穿电压隙的击穿电压高气压高气压的采用的采用 n减减小小电电子子的的平平均均自自由由行行程程，削削弱弱电电离离过过程程，例例如，高压空气断路器、高压标准电容器等如，高压空气断路器、高压标准电容器等n不均匀不均匀电场中的击穿电压电场中的击穿电压提提高高气气压压后后（在在一一定定范范围围内内），间间隙隙的

32、的击击穿穿电电压压将将高高于大气压力于大气压力下的数值，但其提高下的数值，但其提高程度不如均匀电场程度不如均匀电场电电场场均均匀匀程程度度对对击击穿穿电电压压的的影影响响比比在在常常压压下下要要显显著著得得多多，电场均匀程度下降，电场均匀程度下降，击穿电压击穿电压将将剧烈降低剧烈降低在设计充有高气压气体在设计充有高气压气体的的电气设备，电气设备，应应尽量提高尽量提高其其电场电场的的均匀度均匀度高真空高真空的采用的采用n采采用用高高度度真真空空可可以以提提高高气气隙隙的的击击穿穿电电压压，变变化化规规律如图律如图原原因因：削削弱弱间间隙隙中中的的碰碰撞撞电电离离过过程程，从从而而显显著著增增高高

33、间隙的间隙的击穿电压击穿电压n含含卤卤族族元元素素的的气气体体化化合合物物，如如六六氟氟化化硫硫（SF6）、氟氟利利昂昂（CCl2F2）等等，其其电电气气强强度度比比空空气气的的要要高高很多。称为很多。称为高电气强度气体高电气强度气体 高电气高电气强度强度气体气体的采用的采用n对高电气强度气体的要求对高电气强度气体的要求液液化化温温度度要要低低，具具有有良良好好的的化化学学稳稳定定性性，无无毒毒，不不会会爆爆炸炸，不不易易燃燃烧烧，即即使使在在放放电电过过程程中中也也不不易易分分解解等；等；经济上应当合理经济上应当合理，价格便宜，能大量供应，价格便宜，能大量供应 n工工程程上上已已得得到到采采

34、用用的的是是六六氟氟化化硫硫（SF6）。SF6除除了了其其电电气气强强度度很很高高以以外外，还还具具有有优优良良的的灭灭弧弧性性能能。发发展展成成了了各各种种组组合合设设备备，即即将将整整套套送送变变电电设设备备组组成成一一体体，密密封封后后充充以以SF6气气体体，如如全全封封闭闭组组合合电电器器、气体绝缘变电所、充气输电管道气体绝缘变电所、充气输电管道等。等。第第4 4章章固体、液体固体、液体和和组合绝缘组合绝缘的的电气强度电气强度主要内容主要内容n固体电介质固体电介质的的击穿过程击穿过程n有机有机绝缘材料的绝缘材料的电树电树老化老化n影影响响固固体体电电介介质质击击穿穿电电压压的的主要因素

35、主要因素n电介质电介质的的其它其它性能性能n气气、固固、液液三三种种电电介介质质中中，固固体体密度最大密度最大，耐电耐电强度强度最高最高n固固体体电电介介质质的的击击穿穿过过程程最最复复杂杂，且且击穿后击穿后是是唯一不可恢复唯一不可恢复的绝缘的绝缘空气空气的的耐电耐电强度强度一般一般在在3 4 kV/mm左右左右液体液体的的耐电耐电强度在强度在10 20 kV/mm固体固体的的耐电耐电强度在强度在十几至十几至 几百几百kV/mmn普普遍遍规规律律：介介质质的的击击穿穿总总是是从从电电气气性性能能最最薄薄弱弱的的缺缺陷陷处处发发展展起起来来的的，这这里里的的缺缺陷陷可可指指电电场场的的集集中中，

36、也可指也可指介质介质的的不均匀性不均匀性电电击穿击穿热热击穿击穿电化学电化学击穿击穿 （电老化）（电老化）l固体固体电介质的电介质的击穿过程击穿过程电击穿电击穿由由于于电电场场的的作作用用，使使电电介介质质中中的的某某些些带带电电质质点点积积累累的的数数量量和和能能量量达达到到一一定定的的程程度度，使使电电介介质质由由绝绝缘缘状状态态突突变变为为良导电良导电状态的过程，称为状态的过程，称为电击穿电击穿 。电电击穿理论有击穿理论有两种两种解释解释固有击穿理论（电子崩）固有击穿理论（电子崩）冷发射冷发射原理（原理（隧道隧道效应）效应）作用时间作用时间 电压作用电压作用时间短时间短，击穿电压高击穿电

37、压高介介质质特特性性 介介质质内内含含气气孔孔或或其其它它缺缺陷陷，对对电电场场造造成成畸畸 变，导致介质击穿电压降低变，导致介质击穿电压降低 电场均匀：电场均匀：电场的电场的均匀程度均匀程度影响极大影响极大 累累积积效效应应 在在极极不不均均匀匀电电场场中中、冲冲击击电电压压作作用用下下，介介质质有有明明显显的的不不完完全全击击穿穿现现象象，导导致致绝绝缘缘性性能能逐逐渐渐下下降降，称称为为累累积积效效应应。介介质质击击穿穿电电压压会会随随冲冲击击电电压压施施加加次次数数的的增增多多而下降而下降无无关关因因素素：击击穿穿电电压压和和介介质质温温度度、散散热热条条件件、介介质质厚度厚度、频率频

38、率等因素都等因素都无关无关n电击穿电击穿的特点的特点 电电介介质质不不断断发发热热升升温温过过程程：介介质质损损耗耗-介介质质逐逐渐渐发发热热升升温温-介介质质电电阻阻的的下下降降，使使电电流流进进一步增大一步增大-损耗发热损耗发热也随之增大也随之增大 同同一一时时间间内内发发热热超超过过散散热热，则则介介质质温温度度会会不不断断上上升升，以以致致引引起起电电介介质质分分解解炭炭化化，最最终终击击穿穿，这这一一过程称电介质的过程称电介质的热击穿热击穿过程过程 热击穿热击穿 ：散热系数散热系数 ：导热系数：导热系数热击热击穿电压穿电压Ub与各种与各种发、散热发、散热因素的关系因素的关系Ub =

39、0.342在在发发生生热热击击穿穿时时，采采取取加加厚厚绝绝缘缘的的办办法法并并不不一一定定能能起起到到提提高高电电介介质质击击穿电压穿电压的作用，因而是的作用，因而是不经济的不经济的l临界温度临界温度固固体体的的最最低低击击穿穿电电压压与与试试品品的的温温度度有有显显著著的的关关系系，固固体体的的击击穿穿电电压压存存在在一一个个临临界界温温度度，温温度度超超过过某某临临界界值值后后，击击穿穿电电压压随随介介质质温温度度的的增增加加而而下下降降，表明表明击穿已涉及击穿已涉及到到明显明显的的热过程热过程概概念念：在在电电场场的的长长时时间间作作用用下下逐逐渐渐使使介介质质的的物物理理、化化学学性

40、性能能发发生生不不可可逆逆的的劣劣化化，最最终终导导致致击击穿穿，这这过程称过程称电老化电老化电化学击穿电化学击穿 （电电老化）（老化）（* *）电电老老化化的的类类型型：电电离离性性老老化化、电电导导性性老老化化和和电电解解性性老老化化。前前两两种种主主要要在在交交流流电电压压下下产产生生，后后一一种种主要在主要在直流直流电压下产生电压下产生在在电电场场、温温度度等等要要素素作作用用下下，固固体体电电介介质质因因缓缓慢慢地地化化学学变变化化，而而引引起起其其电电气气性性能能逐逐渐渐劣劣化化，最最终终导导致致绝缘击穿。绝缘击穿。 电电化化学学击击穿穿阅阅经经历历两两个个进进程程，首首先先是是电

41、电介介质质老老化化，即即 固固体体电电介介质质因因发发生生化化学学变变化化而而引引起起地地电电气气绝绝缘缘性能性能劣化劣化；与；与老化老化相关地相关地击穿击穿。直直流流电电压压下下，固固体体电电介介质质因因离离子子电电导导而而发发生生电电解解过过程程，结结果果在在电电极极附附近近形形成成导导电电的的金金属属树树枝枝状状物物 ；交交流流下下，固固体体电电介介质质内内部部地地气气泡泡中中，或或不不同同固固体电介质之间地体电介质之间地气体或油隙气体或油隙中，会发生局放。中，会发生局放。对对有有机机固固体体电电介介质质，在在电电极极尖尖端端处处或或微微小小气气隙隙处处，会会发发生生树树枝枝状状放放电电

42、，并并留留下下炭炭化化踪踪迹迹。 电电场场越越强强，温温度度越越高高，电电压压作作用用时时间间越越长长，则则固固体体电电介介质质化学化学变化越强烈，其性能变化越强烈，其性能劣化劣化也越严重。也越严重。 固固体体电电介介质质化化学学变变化化通通常常导导致致电电导导增增大大，使使其其温温度上升，因而度上升，因而电化学击穿电化学击穿最终形式最终形式常常是是热击穿热击穿。有机绝缘有机绝缘材料的材料的树老化树老化树老化树老化类型类型电树电树老化和老化和水树水树老化老化电树老化电树老化的的原因原因电电离离性性老老化化：介介质质夹夹层层或或介介质质内内部部存存在在气气隙隙或或气气泡泡，发发生生电电离离，造造

43、成成邻邻近近绝绝缘缘物物的的分分解解、破破坏坏，表表现现为为变变酥酥、炭炭化化等等形形式式，并并沿沿电电场场方方向向逐逐渐渐向向绝绝缘缘层层深深处处发发展展，在在有有机机绝绝缘缘材材料料中中会会呈呈树树枝枝状状发展，称作发展，称作“电树枝电树枝”电电导导性性老老化化：介介质质中中存存在在液液态态导导电电物物质质（例例如如水水），当当该该处处场场强强超超过过某某定定值值时时，该该液液体体会会沿沿电电场场方方向向逐逐渐渐深深入入到到绝绝缘缘层层中中，形形成成近近似似树树枝枝状状的的痕痕迹迹，称称作作“水树枝水树枝”Tree-like树枝状树枝状Bush-like灌木丛状灌木丛状chestnut-l

44、ike栗子状栗子状树枝老化树枝老化的一般的一般形状形状电介质电介质中的中的树枝老化树枝老化影响固体影响固体介质介质击穿电压主要因素击穿电压主要因素电压电压作用时间作用时间温温度度电场电场均匀均匀程度程度电压电压种类种类累积累积效应效应受潮受潮机械机械负荷负荷二次效应如二次效应如空间电荷空间电荷等等场场均匀均匀程度程度均均匀匀电电场场：击击穿穿电电压压较较高高，且且与与介介质质厚厚度度的的增加近似增加近似成成直线直线关系关系不不均均匀匀电电场场：厚厚度度增增加加，电电场场更更不不均均匀匀，且且散散热热困难，击穿电压困难，击穿电压不随厚度不随厚度的增加而的增加而成直线上升成直线上升常常用用的的固固

45、体体电电介介质质出出现现局局部部的的高高场场强强区区，产产生生局局部放部放电，对介质的完全击穿有电，对介质的完全击穿有累积效应累积效应电压电压种类种类交流交流电压作用电压作用直流直流电压作用电压作用冲击冲击电压作用电压作用施施加加高高频频电电压压，局局部部放放电电更更强强，介介损损更更大大，引引起起发发热热严严重重，更更易易发发生生热热击击穿穿或或者者导导致致电电化化学学击击穿穿提前到来提前到来累积累积效应效应不不均均匀匀电电场场下下，随随着着施施加加冲冲击击或或工工频频电电压压次次数数增增多，介质多，介质的的击穿电压下降击穿电压下降多多次次冲冲击击或或工工频频试试验验电电压压电电压压作作用用

46、下下，一一系系列列的的不完全不完全击穿击穿导致导致介质的介质的完全击穿完全击穿较较高高电电压压下下已已发发生生较较强强烈烈的的局局部部放放电电，由由于于加加压压时间短，对介质时间短，对介质仅仅形成形成局部损伤局部损伤或或不完全击穿不完全击穿受受潮潮受受潮潮后后介介质质的的击击穿穿电电压压下下降降。下下降降程程度度与与材材料料的的性能有关性能有关易易吸吸潮潮材材料料：吸吸潮潮后后击击穿穿电电压压最最低低时时可可能能仅仅为干为干燥时的燥时的数百分之一数百分之一不不易易受受潮潮材材料料：吸吸潮潮后后击击穿穿电电压压下下降降一一半半左左右右。聚乙烯、聚四氟乙烯等聚乙烯、聚四氟乙烯等非极性非极性介质介质

47、机机械负械负荷荷污污秽、秽、受受潮潮加剧加剧击穿电压的击穿电压的下降下降材料出现材料出现开裂开裂或或微微观观裂缝裂缝，击穿电压将，击穿电压将显著下降显著下降电电介质击穿介质击穿过程的过程的空间电荷效应空间电荷效应n电电介介质质中中空空间间电电荷荷：由由于于外外加加电电场场的的作作用用等等原原因因，在介质内部在介质内部积聚了电荷积聚了电荷，称作，称作空间电荷空间电荷n空空间间电电荷荷效效应应：由由于于空空间间电电荷荷的的作作用用引引起起的的一一系系列列变变化化。在在电电介介质质中中，空空间间电电荷荷的的直直接接作作用用是是改改变变了了介介质质中中的的电电场场分分布布。这这种种电电场场畸畸变变的的

48、结结果果导导致了致了介质击穿电压介质击穿电压的变化的变化耐耐热热性性：指指保保证证电电介介质质可可靠靠安安全全运运行行的的最最高高允允许许温度温度热热劣劣化化：电电介介质质在在稍稍高高的的温温度度下下，长长时时间间后后发发生生绝缘绝缘性能的性能的不可逆不可逆变化变化寿寿命命：在在一一定定温温度度下下，电电介介质质不不产产生生热热损损坏坏的的时时间称为寿命间称为寿命短时耐热性：短时耐热性：长长期期耐耐热热性性：给给定定寿寿命命下下，电电介介质质不不产产生生热热损损坏坏的的最高允许温度最高允许温度热性能热性能电介质电介质的的其它性能其它性能热热性能性能机机械性能械性能吸潮吸潮性能性能化学化学性能及

49、性能及抗生抗生物性物性电介质电介质的的耐寒性耐寒性耐耐寒寒性性是是绝绝缘缘材材料料在在低低温温下下保保证证安安全全运运行行的的最最低低许许可可温温度度，否否则则，固固体体可可能能变变脆脆、开开裂裂，液液体体可可能能凝凝固固。如如10、25、40号号变变压压器器油油分分别别表表示示其其凝凝固温度固温度为为-10、-25、-40机械性能机械性能 有有脆脆性、性、塑塑性和性和弹弹性三种性三种吸潮性能吸潮性能在在潮潮湿湿地地区区要要选选用用吸吸湿湿性性小小、憎憎水水性性强强的的材材料料。一一般般而而言言，非非极极性性电电介介质质吸吸湿湿性性低低，极极性性电电介介质质吸湿吸湿性较性较强强 化学性能化学性

50、能及及抗生物性抗生物性化化学学性性能能指指材材料料的的化化学学稳稳定定性性如如耐腐蚀性耐腐蚀性气体、气体、液体溶剂液体溶剂等等抗抗生生物物性性指指材材料料抗抗霉霉菌菌、昆昆虫虫的的性能，在性能，在湿热地区湿热地区尤为重要尤为重要改进绝缘改进绝缘设计设计改进改进制造制造工艺工艺改善改善运行运行条件条件提高提高电电介质击穿电压介质击穿电压的的方法方法主要内容主要内容n液体液体电介质的电介质的击穿理击穿理论论n影响影响液体液体电介质电介质击穿电压击穿电压的因素的因素n提高液体提高液体电介质电介质击穿击穿电压的电压的方法方法l液体电介质液体电介质的的击穿击穿 液体液体电介质电介质 ：纯净纯净的的液体液

51、体电介质电介质 工程工程用用液体液体电介质电介质纯净程度纯净程度相对介电常数相对介电常数电导率电导率 (S/m)未净化的未净化的2.20.5 10-10净化净化2.12 10-13两次净化的两次净化的2.10.5 10-13高度净化高度净化2.110-16击穿击穿机理不同：机理不同：电击穿电击穿理论理论 气泡气泡击穿理论击穿理论 小桥小桥击穿理论击穿理论/22强强场场发发射射等等原原因因产产生生的的初初始始电电子子，在在电电场场中中被被加加速，与液体分子发生速，与液体分子发生碰撞电离碰撞电离在在极极不不均均匀匀电电场场中中变变压压器器油油的的击击穿穿过过程程，首首先先在在尖尖电电极极附附近近开

52、开始始电电离离，有有一一个个电电离离开开始始阶阶段段，然然后后是是流流注注发发展展阶阶段段，流流注注是是分分级级地地向向另另一一电电极极发发展展，后后一一级级在在前前一一级级通通道道的的基基础础上上发发展展，放放电电通通道道会会出出现现分分枝枝，最最后后流流注注通通道道贯贯通通整整个个间间隙隙，即即贯通间隙贯通间隙的的阶段阶段 与长空气间隙与长空气间隙的的放电过程很相似放电过程很相似 各种原因产生气泡：各种原因产生气泡： 电子电流电子电流加热液体，分解出气体加热液体，分解出气体电子碰撞电子碰撞液体分子，使之解离产出气体液体分子，使之解离产出气体静静电电斥斥力力，电电极极表表面面吸吸附附的的气气

53、泡泡表表面面积积累累电电荷荷，当当静静电电斥斥力力大大于于液液体体表表面面张张力力时时，气气泡泡体体积积变变大大 电极凸起处的电晕电极凸起处的电晕引起液体气化引起液体气化/22n 纯净液体纯净液体电介质的电介质的气泡击穿气泡击穿理论理论机机理理：串串联联介介质质中中，场场强强的的分分布布与与介介质质的的介介电电常常数数成成反反比比。气气泡泡 r r=1=1，小小于于液液体体的的 r r ，承承担担比比液液体体更更高高的的场场强强，而而气气体体耐耐电电强强度度却却低低，因因此此，气气泡泡先先行行电电离离。当当电电离离的的气气泡泡在在电电场场中中堆堆积积成成气体通道，击穿在气体通道，击穿在此此通道

54、内发生通道内发生/22n非纯净液体非纯净液体电介质的电介质的小桥击穿小桥击穿理论理论液液体体中中的的杂杂质质在在电电场场力力的的作作用用下下，在在电电场场方方向向定定向向，并逐渐，并逐渐沿电力线沿电力线方向排列成方向排列成杂质的杂质的“小桥小桥水水分分及及纤纤维维等等的的电电导导大大，引引起起泄泄漏漏电电流流增增大大、发发热增多，促使水分汽化、气泡扩大热增多，促使水分汽化、气泡扩大液体电介质最后在液体电介质最后在气体气体通道中发生击穿通道中发生击穿 与热过程密切相关与热过程密切相关-热击穿热击穿l影响液体影响液体电介质电介质击穿电压击穿电压的的因素因素 n液体介质本身品质的影响液体介质本身品质

55、的影响含水量含水量含含0.01%的的水水分分，油油的的击击穿穿电电压压降降到到干干燥燥时时的的15%30% /22含纤维量含纤维量在在电电场场的的作作用用下下，纤纤维维形形成成“小小桥桥”，使使油油的的击击穿电压穿电压降低降低有有很很强强的的吸吸附附水水分分的的能能力力，联联合合作作用用使使击击穿穿电电压压降低降低更更为为严重严重含碳量含碳量碳粒的产生：碳粒的产生：电弧电弧碳粒对油碳粒对油耐电强度耐电强度作用的作用的两两个方面：个方面： 碳碳粒粒具具有有较较好好的的导导电电，局局部部场场强强增增加加，击击穿穿电电压降低压降低 活性碳粒有活性碳粒有很强的吸附水分和气体的能力很强的吸附水分和气体的

56、能力含气量含气量油中气体析出后，油中气体析出后，危害：危害：成成为为气气泡泡，导导致致局局部部放放电电，使使油油老老化化，降降低低击击穿穿电电压压 ，氧氧气气与与油油分分子子发发生生化化学学结结合合，使使油油氧氧化，化，加速老化加速老化n电压电压作用作用时间时间作用时间小于毫秒级：作用时间小于毫秒级： 电击穿性质，规律与气体的伏秒特性相似电击穿性质，规律与气体的伏秒特性相似作用时间超过临界值：作用时间超过临界值： 热击穿性质，显著下降后，几分钟后达到稳定值热击穿性质，显著下降后，几分钟后达到稳定值油的冲击系数大，特别在均匀场油的冲击系数大，特别在均匀场n油油中中杂杂质质聚聚集集到到电电极极间间

57、及及介介质质的的发发热热都都需需要要时时间间，所所以以油油间间隙隙击击穿穿电电压压会会随随加加压压时时间间的的增加增加而而下降下降n油油不不太太脏脏时时，1分分钟钟下下的的电电气气强强度度和和较较长长时时间间的的电电气气强强度度相相差差不不大大。耐耐压压试试验验通通常常只只加加电电压压1分钟分钟n电场均匀程度电场均匀程度电电场场较较均均匀匀时时 油油的的品品质质对对工工频频或或直直流流电电压压下下的击穿电压的击穿电压影响较大影响较大电电场场极极不不均均匀匀时时，油油的的品品质质对对工工频频或或直直流流电电压压下下的的击击穿穿电电压压影影响响很很小小，强强烈烈的的电电离离使使油油扰动，杂质扰动，

58、杂质的的聚集聚集和和排列很困难排列很困难 无无论论电电场场均均匀匀与与否否，油油的的品品质质对对冲冲击击击击穿穿电电压均无显著影响压均无显著影响液液体体电电介介质质击击穿穿电电压压的的分分散散性性和和电电场场的的均均匀匀程程度度有关有关 工工频频击击穿穿电电压压的的分分散散性性在在极极不不均均匀匀电电场场中中不不超超过过5，而在而在均匀均匀电电场场中中可达可达30 40/22n温度温度较均匀较均匀电电场：水的状态与温度有关，击穿电压变化复杂场：水的状态与温度有关，击穿电压变化复杂 固态：介电常数与油接近固态：介电常数与油接近 液态：悬浮状、溶解状气态液态：悬浮状、溶解状气态极极不不均均匀匀电电

59、场场：电电离离及及扰扰动动使使“电电桥桥”不不易易形形成成，影影响响很很小小工频工频电压作用电压作用下下冲击冲击电压作用下电压作用下电场、品质：击穿电场、品质：击穿电压电压受温度影响很小受温度影响很小n压力压力变压器油变压器油（工程电介质），（工程电介质），工频工频击穿电压与压力击穿电压与压力的关系的关系 /22n工频电压提高的原因：工频电压提高的原因： 油油中中气气体体的的状状态态与与压压力力有有关关，压压力力增增大大，气气体体在油中的在油中的溶解量增大溶解量增大 气泡气泡的放电的放电起始起始电压电压也提高也提高n升高程度不及气体间隙升高程度不及气体间隙提高液体提高液体电介质电介质击穿电压击

60、穿电压的的方法方法n提高提高以及保持以及保持油油的的品质品质n覆盖覆盖层层n绝缘绝缘层层n屏障屏障n沿面沿面放电时放电时改善改善电电场分布场分布n提高提高以及以及保持油保持油的的品质品质过滤过滤：除去：除去纤纤维、维、水水分、分、有机酸有机酸防潮防潮：制造、检修：制造、检修祛气祛气：除去：除去水水分和分和气体气体防尘防尘：n覆盖层覆盖层材材料料：1mm的的固固体体绝绝缘缘薄薄层层。漆漆膜膜、胶胶纸纸带带、漆漆布带布带作用机理：作用机理：阻碍阻碍杂质杂质小桥中小桥中热击穿热击穿的发展的发展适适用用情情况况：油油品品质质越越差差，电电场场越越均均匀匀，电电压压作作用用 时间越长时间越长，则，则覆盖

61、覆盖层的层的效果越显著效果越显著n绝缘层绝缘层材料：材料： 厚厚可达可达几十毫米几十毫米的的固体固体绝缘层绝缘层作作用用机机理理：覆覆在在曲曲率率半半径径较较小小的的电电极极上上，降降低低这这部部分分空空间间的的场场强强，且且固固体体绝绝缘缘层层的的耐耐电电强强度也较高，度也较高，不易不易造成造成局局部部放放电电适适用用情情况况：不不均均匀匀电电场场中中（变变压压器器高高压压引引线线和和屏屏蔽蔽环环、充油套管充油套管的导电杆包有的导电杆包有绝缘绝缘层）层）n极间障极间障屏障屏障或或隔板隔板材材料料：厚厚度度为为27mm的的固固体体绝绝缘缘 板板， 纸板纸板、胶、胶 纸、胶布层压板纸、胶布层压板

62、作作用用机机理理：能能机机械械地地阻阻隔隔杂杂质质小小桥桥 ，改善改善电电场分布场分布适用适用情况情况：不均匀：不均匀电电场场中效果中效果显著显著 较均匀较均匀电电场场中中也有效也有效果果第第5 5章章 电气设备绝缘试验（一）电气设备绝缘试验（一）n绝缘绝缘监测监测和和诊断诊断的的基本概念基本概念n绝缘电阻绝缘电阻和和泄漏泄漏电流的测量电流的测量n介介质损质损耗耗角正切的测量角正切的测量n局局部部放放电的测量电的测量n耐压耐压试验试验n预防性预防性试验方法的特点总结试验方法的特点总结n绝缘绝缘的的在线监测在线监测绝缘监测绝缘监测和和诊断诊断的的基本概念基本概念 n绝缘绝缘的的监测监测和和诊断技

63、术概念诊断技术概念n绝缘绝缘的的监测监测和和诊断技术分类诊断技术分类n绝绝缘缘监监测测和和诊诊断断技技术术的的三三个个基本环节基本环节n绝缘诊断规则绝缘诊断规则n绝缘绝缘的的监测监测和和诊断技术概念诊断技术概念电电力力设设备备绝绝缘缘在在运运行行中中受受到到电电、热热、机机械械、不不良良环环境境等等各各种种因因素素的的作作用用，其其性性能能将将逐逐渐渐劣劣化化，以以致致出出现现缺缺陷陷，造造成成故故障障，引引起起供供电电中中断断。通通过过对对绝绝缘缘的的试试验验和和各各种种特特性性的的测测量量，了了解解并并评评估估绝绝缘缘在在运运行行过过程程中中的的状状态态，从从而而能能早早期期发发现现故故障

64、障的的技技术称为术称为绝缘绝缘的的监测监测和和诊断诊断技术技术n绝缘绝缘的的监测和诊断监测和诊断技术技术分类分类按照对设备按照对设备造成造成的的影响程度影响程度分类（分类（两两类）类）破坏性破坏性试验试验，即即耐压试验耐压试验检查性检查性试验试验( (非破坏性非破坏性试验试验) )，亦称亦称绝缘特性试验。绝缘特性试验。以以高高于于设设备备的的正正常常运运行行电电压压来来考考核核设设备备的的电电压压耐耐受受能能力力和和绝绝缘缘水水平平。耐耐压压试试验验对对绝绝缘缘的的考考验验严严格格，能能保保证证绝绝缘缘具具有有一一定定的的绝绝缘缘水水平平或或裕裕度度；缺缺点点可可能在试验时能在试验时给绝缘给绝

65、缘造成造成一定的损伤一定的损伤交交流、流、直直流、流、雷电冲击雷电冲击及及操作冲击操作冲击耐压试验耐压试验破坏性破坏性试验试验，即即耐压试验耐压试验包含的种类包含的种类在在较较低低电电压压下下或或用用其其它它不不会会损损伤伤绝绝缘缘的的方方法法测测量量绝缘的各种情况，从而绝缘的各种情况，从而判断绝缘判断绝缘内部的缺陷内部的缺陷检查性检查性试验试验( (非破坏性非破坏性试验试验) )，亦称亦称绝缘特性试验：绝缘特性试验：绝绝缘缘电电阻阻试试验验、介介质质损损耗耗角角正正切切试试验验、局局部部放放电电试验、绝缘试验、绝缘油油的的气相色谱分析气相色谱分析等等包含的种类：包含的种类：绝缘的监测绝缘的监

66、测和和诊断技术分类诊断技术分类分分 类类优优 势势不不 足足耐压试验耐压试验有效有效、可信可信可可能能导导致致绝绝缘缘破破坏坏绝绝缘缘缺缺陷陷已已较较严严重重不不能能揭揭示示缺陷缺陷的的性质性质和和根源根源检查性试验检查性试验可可采采用用多多种种试试验验揭揭示示揭揭示示绝绝缘缘缺缺陷陷的的不同不同性质性质和和根源根源不不能能直直接接得得出出设设备备绝绝缘缘的的耐电强度耐电强度互为补充、不能相互代替互为补充、不能相互代替, ,应先做应先做检查性检查性试验，且试验，且据此据此确定耐压试验确定耐压试验的时间和条件的时间和条件按照设备按照设备是否带电是否带电的方式分类（的方式分类（两类两类）离离线线：

67、要要求求被被试试设设备备退退出出运运行行状状态态，通通常常是是周周期期性性间间断断地地施施行行，试试验验周周期期由由电电力力设设备备预预防防性性试试验验规程（规程（DL/T 596DL/T 596）规定）规定特特点点：可可采采用用破破坏坏性性试试验验和和非非破破坏坏性性试试验验两两种种方方式式，两两种种方方式式是是相相辅辅相相成成的的。耐耐压压试试验验往往往往是是在在非非破破坏坏性性试试验验之之后后才才进进行行。缺缺点点是是对对绝绝缘缘耐耐压压水水平平的的判判断断比比较较间间接接，尤尤其其对对于于周周期期性性的的离离线线试试验验更更不不易易判判断断准确准确在在线线：在在被被试试设设备备处处于于

68、带带电电运运行行的的条条件件下下，对对设设备备的的绝绝缘缘状状况况进进行行连连续续或或定定时时的的监监测测，通通常是自动进行的常是自动进行的特特点点：只只能能采采用用非非破破坏坏性性试试验验方方式式。由由于于可可连连续续监监测测，除除测测定定绝绝缘缘特特性性的的数数值值外外，还还可可分分析析特特性性随随时时间间的的变变化化趋趋势势，从从而而显显著著提提高高了了其其判断判断的的准确性准确性绝绝缘缘预预防防性性试试验验概概念念：为为了了对对绝绝缘缘状状态态作作出出判判断断，需需对对绝绝缘缘进进行行各各种种试试验验和和监监测测，通称为通称为绝缘预防性试验绝缘预防性试验绝缘监测绝缘监测和和诊断技术诊断

69、技术的的三个三个基本基本环节环节正正确确选选用用各各种种传传感感器器及及测测量量手手段段，检检测测或或监监测测被被试试对对象象的的种种种种特特性性，采采集集各各种种特特性性参数参数对对原原始始的的杂杂乱乱信信息息加加以以分分析析处处理理( (数数据据处处理理) )，去去除除干干扰扰，提提取取反反映映被被试试对对象象运运行行状状态态最最敏感、有效敏感、有效的的特征参数特征参数传感器与测量方法：传感器与测量方法：数据处理：数据处理：绝缘诊断：绝缘诊断：根根根根据据据据提提提提取取取取的的的的特特特特征征征征参参参参数数数数，参参参参照照照照有有有有关关关关规规规规程程程程对对对对绝绝绝绝缘缘缘缘运

70、运运运行行行行状状状状态态态态进进进进行行行行识识识识别别别别、判判判判断断断断，即即即即完完完完成成成成诊诊诊诊断断断断过过过过程程程程。并并并并对对对对绝绝绝绝缘缘缘缘的的的的发发发发展展展展趋趋趋趋势势势势进进进进行行行行预预预预测测测测，从从从从而而而而对对对对故故故故障障障障提提提提供供供供预预预预警警警警，并并并并能能能能为为为为下一步的维修下一步的维修下一步的维修下一步的维修决策决策决策决策提供技术提供技术提供技术提供技术根据根据根据根据绝缘电阻绝缘电阻和和泄漏电流泄漏电流的的测量测量n n测测测测量量量量绝缘电阻绝缘电阻绝缘电阻绝缘电阻与与与与吸收比吸收比吸收比吸收比的的的的工

71、作原理工作原理工作原理工作原理n n测测测测量量量量绝缘电阻绝缘电阻绝缘电阻绝缘电阻与与与与吸收比吸收比吸收比吸收比的的的的方法方法方法方法n n泄漏电流泄漏电流泄漏电流泄漏电流的的的的测量测量测量测量n测量绝缘电阻测量绝缘电阻与与吸收比吸收比的的工作原理工作原理双层双层介质介质模型模型的电流时间特性的电流时间特性双层双层介质介质等值等值电路图电路图 吸收吸收和和泄漏泄漏电流及电流及绝缘电阻的变化曲线绝缘电阻的变化曲线在在工工程程应应用用上上的的表表达达方方便便，把把介介质质处处在在吸吸收收过过程程时时的的U/i也称呼为也称呼为绝缘电阻绝缘电阻R 吸收吸收和和泄漏电流及泄漏电流及绝缘电阻绝缘电

72、阻的的变化曲线变化曲线定定义义极极化化指指数数P：为为加加压压10分分钟钟时时的的绝绝缘缘电电阻阻与与1分分钟钟时电阻之比值时电阻之比值定定义义吸吸收收比比K：加加压压6060秒秒时时的的绝绝缘缘电电阻阻与与1515秒秒时时电电阻之比值阻之比值若绝缘内部若绝缘内部有集中性有集中性导电通道导电通道，或，或绝缘严重受潮绝缘严重受潮绝缘状态绝缘状态的的判定判定电电阻阻R1 、R2显显著著降降低低、泄泄漏漏电电流流大大大大增增加加，时时间间常常数数 大为减小大为减小吸收电流吸收电流迅速衰减迅速衰减若若绝绝缘缘内内部部部部分分受受潮潮 R1与与R2中中的的一一个个数数值值降降低低时时间间常常数数 也也会

73、会大大为为减减小小吸吸收收电电流流仍仍会会迅速衰减迅速衰减某变压器的某变压器的绝缘电阻绝缘电阻与时间关系曲线与时间关系曲线1受潮时；受潮时；2 经干燥后经干燥后电电力力变变压压器器及及大大型型发发电电机机凡凡采采用用沥沥青青浸浸胶胶及及烘烘卷卷云云母母绝绝缘缘者者：K值值应应不不小小于于1.3，P 值值应应不不小小于于1.5；大大型型发发电电机机采采用用环环氧氧粉粉云云母母者者：K值值应应不不小小于于1.6，P 应应不不小小于于2.0；发电机容量在；发电机容量在200MW及以上，推荐测量及以上，推荐测量 。吸收比吸收比K（及（及极化指数极化指数P，下同）的下降。当，下同）的下降。当K=1或或接

74、近于接近于1，则设备基本，则设备基本丧失绝缘能力丧失绝缘能力电力设备电力设备预防性试验规程预防性试验规程等等规定：规定：n测量绝缘电阻测量绝缘电阻与与吸收比吸收比的的方法方法测测量量仪仪表表：为为了了测测准准吸吸收收比比，需需用用灵灵敏敏度度足足够够高高的的兆兆欧欧表表。现现场场仍仍较较多多采采用用带带有有手手摇摇直直流流发发电电机机的的兆兆欧表，俗称欧表，俗称摇表摇表晶晶体体管管兆兆欧欧表表：采采用用电电池池供供电电，晶晶体体管管振振荡荡器器产产生生交交变电压，经变压器变电压，经变压器升压升压及及倍压整流后倍压整流后输出输出直流电压。直流电压。兆兆欧欧表表选选择择：根根据据设设备备电电压压等

75、等级级的的不不同同，选选用用不不同同电电压压的的兆兆欧欧表表。例例：额额定定电电压压1kV及及以以下下者者使使用用1000V兆欧表；兆欧表；1kV以上以上者使用者使用2500V兆欧表兆欧表 兆欧表的电压：兆欧表的电压：500、1000、2500、5000V等等试品试品接于接于L、E两端之间，设试品绝缘电阻为两端之间，设试品绝缘电阻为Rx，一般有，一般有兆欧表的原理结构图兆欧表的原理结构图 电电压压线线圈圈LV、电电流流线线圈圈LA相相互互垂垂直直在在同同一一转转轴轴上上，处处于一于一永久磁场永久磁场中中RV分分压压电电阻阻、RV0电电压压线线圈圈固有电阻固有电阻RA限限流流电电阻阻、RA0电电

76、流流线线圈圈固有电阻固有电阻 屏蔽端子的作用屏蔽端子的作用屏屏蔽蔽试试品品的的表表面面漏漏导导电电流流，测测量量值值为为体体积积绝绝缘缘电电阻阻，反映反映绝缘体的绝缘体的内在品质内在品质例例：用用兆兆欧欧表表测测量量电电缆缆绝缘电阻绝缘电阻用兆欧表测电缆绝缘电阻用兆欧表测电缆绝缘电阻的的接线图，接线图，1 1铅铠外皮铅铠外皮 2 2绝缘绝缘 3 3导芯导芯 测量绝缘电阻测量绝缘电阻能有效能有效发现下列缺陷发现下列缺陷n总总体绝缘体绝缘质量质量欠佳欠佳n绝缘绝缘受潮受潮n两极间有两极间有贯穿性贯穿性的的导电导电通道通道n绝绝缘缘表表面面情情况况不不良良（比比较较有有或或无无屏屏蔽蔽极极时时所测得

77、的值即可知）所测得的值即可知）测量绝缘电阻测量绝缘电阻不能发现不能发现下列缺陷下列缺陷n绝绝缘缘中中的的局局部部缺缺陷陷（如如非非贯贯穿穿性性的的局局部部损损伤、含有伤、含有气泡气泡、分层脱开分层脱开等）等）n绝缘的绝缘的老化老化n泄漏电流的测量泄漏电流的测量T.O. 被试品被试品H 高电位电极高电位电极L 低电位电极低电位电极PA 直流微安表直流微安表R 保护电阻保护电阻P 放电管放电管C 缓冲电容缓冲电容K 旁路开关旁路开关S 屏蔽系统屏蔽系统微安表直读法（微安表直读法（两种接法两种接法）n泄漏电流泄漏电流的的测量测量测量测量电力变压器电力变压器主绝缘泄漏电流主绝缘泄漏电流的的接线接线 T

78、1：调压器；：调压器； T2：高压试验变压器；：高压试验变压器； D：高压硅堆：高压硅堆 R：保护电阻；：保护电阻； C：滤波电容；：滤波电容； T：被试变压器：被试变压器 泄漏电流泄漏电流测量试验测量试验特点特点n所所加加直直流流电电压压较较高高，能能揭揭示示兆兆欧欧表表不不能能发发现现的的某些缺陷某些缺陷n在在升升压压过过程程中中，从从所所测测得得电电流流与与电电压压关关系系的的线性线性度，可以指示度，可以指示绝缘情况绝缘情况n泄漏电流泄漏电流的的测量测量n介介质质损损耗角耗角正切正切的的测量测量电桥电桥的基本原理的基本原理存在存在外界外界电磁场电磁场干扰干扰时的测量时的测量电流比较式电流

79、比较式电桥电桥测测试试无无线线电电材材料料：常常采采用用高高频频施施压压法法，所所加加的的电电压压不不高高；在在电电工工界界：测测量量tg的的仪仪器器和和方方法法有有多多种种，西西林林电电桥桥测测法法和和电电流流比比较较式式电电桥桥测测法法；在在线线监监测测：采采用用微微计算机对计算机对tg的测量的测量电桥的平衡条件：电桥的平衡条件：电桥原理图电桥原理图 令令Z2为纯电容为纯电容Z3为纯电阻为纯电阻Z1为被测绝缘的等效阻抗为被测绝缘的等效阻抗Z4为阻容并联为阻容并联西林电桥的基本回路西林电桥的基本回路 西林电桥西林电桥的的基本原理基本原理高高压压臂臂：代代表表试试品品( Cx 、Rx ）的的Z

80、1；无无损损耗耗的的标标准准电电容容CN，它以阻抗，它以阻抗Z2作为代表作为代表低低压压臂臂：处处在在桥桥箱箱体体内内的的可可调调无无感感电电阻阻R3，以以Z3来来代代表表；无无感感电电阻阻R4和和可可调调电电容容C4的的并并联，以联，以Z4来代表来代表 保护：保护：放电管放电管 P电桥平衡：电桥平衡：检流计检流计G 检零检零屏蔽：屏蔽：消除消除杂散电容杂散电容的影响的影响西林电桥的基本回路西林电桥的基本回路 串联等值回路串联等值回路西林电桥的基本回路西林电桥的基本回路 并联等值回路并联等值回路 tg2 极小，两种等值极小，两种等值电路的电路的Cx 相等相等 取取如如C4以以 F计，则在数值上

81、计，则在数值上高高压压电电源源对对桥桥体体杂杂散散电电容的影响容的影响高高压压引引线线与与低低压压臂臂之之间间有有电电场场的的影影响响，可可以以看看作其间有杂散电容作其间有杂散电容CsCx和和CN值值很很小小，如如CN一一般般只只有有50 100pF，杂杂散散电电容容Cs的的引引入入，会会产产生生测量误差测量误差西林电桥的基本回路西林电桥的基本回路 影响电桥准确度影响电桥准确度的因素的因素外界电场的干扰外界电场的干扰 其其间间的的杂杂散散电电容容C Ci i会会引引入入干干扰扰电电流流，造造成测量误差成测量误差外界磁场干扰外界磁场干扰 电电桥桥处处在在交交变变磁磁场场中中，将将在在桥桥体体感感

82、应应出出一一干扰电势干扰电势屏屏蔽蔽：将将电电桥桥的的低低压压部部分分，包包括括被被试试品品和和标标准准电电容容器器的的低低压压电电极极在在内内，用用接接地地的的金金属属网网屏蔽起来屏蔽起来存在外界存在外界电磁场电磁场干扰时干扰时的的测量测量现现场场的的试试品品：难难以以实实现现屏屏蔽蔽，故故干扰较严重干扰较严重两两次次测测量量法法：倒倒换换试试验验变变压压器器原边原边电源线的电源线的两头两头 第一次测得第一次测得tg 1和和Cx 第二次测得第二次测得tg 2和和Cx 准确的准确的tg 和和Cx值计算公式：值计算公式：西林电桥的基本回路西林电桥的基本回路 检流计正反接检流计正反接抗抗磁磁场场干

83、扰：干扰：设设无无磁磁干干扰扰时时，两两个个测测量量臂臂的的数数值值分分别别为为R3和和C4；设设存存在在磁磁干干扰扰时时，两两个个测测量量臂臂的的数数值值分分别别为为(R3+ R3)和和(C4+ C4)；把把检检流流计计和和电电桥桥两两臂臂相相接接的的两两端端倒倒换换一一下下，两个测量臂两个测量臂的数值将分别为的数值将分别为 (R3- R3)和和(C4- C4)当当检流计正接时检流计正接时测得：测得：当当检流计反接时检流计反接时测得：测得：故可得：故可得：因因无磁场干扰无磁场干扰时：时：n耐压试验耐压试验交交流耐压流耐压直直流耐压流耐压雷雷电电冲击冲击耐压耐压操操作作冲击冲击耐压耐压交流耐压

84、交流耐压交交流流耐耐压压：是是交交流流设设备备的的基基本本耐耐压压方方式式。以以变变压器为例如图所示压器为例如图所示交交流流耐耐压压试试验验实实施施办办法法：电电力力设设备备预预防防性性试试验验规规程程（DL/T 596）已已对对各各类类设设备备的的耐耐压压值值作作出出了了规规定定。以以电电力力变变压压器器为为例例，当当大大修修而而全全部部更更换换绕绕组组后后，按按出出厂厂试试验验电电压压值值进进行行试试验验。在在其其它它情情况况下下，它它们们的的耐耐压压值值取取出出厂厂试试验验电电压压的的8585。规规程程给给出出了电力变压器的交流工频了电力变压器的交流工频耐压值如表耐压值如表所示所示电力变

85、压器交流试验电压值电力变压器交流试验电压值括号内数值适用于不固定接地或经小电抗接地系统括号内数值适用于不固定接地或经小电抗接地系统 额定额定电压电压kV最高工最高工作电压作电压kV线端交流试验电压值线端交流试验电压值 kV中性点交流试验电压值中性点交流试验电压值 kV全部更换全部更换部分更换绕组部分更换绕组全部更换全部更换部分更换绕组部分更换绕组3540.5857285726672.5140120140120110126.0200170（195）9580220252.036039530633685（200）72（170）330363.046051039143485（230）72（195）500

86、550.06306805365788514072120直流耐压直流耐压直直流流耐耐压压：是是直直流流电电力力设设备备的的基基本本耐耐压压方方式式。对对于于交交流流电电网网中中的的长长电电力力电电缆缆等等，在在现现场场进进行行交交流流耐耐压压试试验验常常出出现现困困难难，因因为为长长电电缆缆的的电电容容量量较较大大。为为了了减减小小试试验验电电源源的的试试验验容容量量，规规程程规规定定采采用用直直流流耐耐压压来来检检查查电电缆缆绝绝缘缘的的质质量量。直直流流耐耐压压基基本本上上不会对绝缘造成残留性损伤不会对绝缘造成残留性损伤直流耐压特点：直流耐压特点： 无无局局部部放放电电损损伤伤：对对于于电电

87、缆缆等等油油纸纸绝绝缘缘，在在交交、直流电压作用下，在油和纸上的电压分布不一样直流电压作用下，在油和纸上的电压分布不一样交交流流时时电电压压按按介介电电常常数数 分分布布：电电压压较较多多作作用用在在油油层层上上；直直流流时时电电压压按按电电阻阻系系数数 分分布布：电电压压较较多多作作用用在在纸纸上上。纸纸的的耐耐压压强强度度较较高高，所所以以电电缆缆能能耐受较高的直流电压耐受较高的直流电压为为了了加加强强绝绝缘缘的的考考验验，电电缆缆的的直直流流耐耐压压值值规规定定得得较较高高。尽尽管管如如此此，对对于于使使用用在在交交流流电电网网中中的的电电缆缆，进进行行直直流流耐耐压压对对绝绝缘缘的的考

88、考验验不不如如交交流流耐耐压压接接近近实实际际对对电电力力电电缆缆的的直直流流耐耐压压持持续续时时间间为为5分分钟钟，可可同同时时进行泄漏电流进行泄漏电流的的测量，加压极性为负测量，加压极性为负对对电电力力变变压压器器绝绝缘缘的的泄泄漏漏电电流流测测试试时时所所施施加加的的直直流电压不很高，可以认为是非破坏性试验流电压不很高，可以认为是非破坏性试验对对电电机机绝绝缘缘进进行行直直流流耐耐压压，也也是是发发现现绝绝缘缘缺缺陷陷的的重要方法重要方法直流耐压直流耐压雷电冲击耐压雷电冲击耐压雷雷电电冲冲击击耐耐压压用用作作为为考考验验电电力力设设备备承承受受雷雷电电过过电电压压的的能能力力。对对电电力

89、力变变压压器器类类试试品品不不仅仅考考验验了了主主绝绝缘缘，而且是考验而且是考验纵绝缘纵绝缘的主要方法的主要方法只只在在制制造造厂厂进进行行本本项项试试验验，因因为为本本项项试试验验会会造造成成绝绝缘缘的的积积累累效效应应，所所以以在在规规定定的的试试验验电电压压下下只只施施加加3 3次次冲击冲击。对小变压器是作为型式试验进行的。对小变压器是作为型式试验进行的国国家家标标准准规规定定额额定定电电压压220kV 220kV ，容容量量120MVA120MVA的的变变压压器器出出厂厂时时应应进进行行本本项项试试验验。电电力力系系统统中中的的绝绝缘缘预预防防性性试试验验，不不进进行行本本项项试试验验

90、。对对主主绝绝缘缘的的耐耐受受雷雷电过电压电过电压的能力，由的能力，由交流耐压试验交流耐压试验等值地承担等值地承担 操作冲击耐压操作冲击耐压高高于于330kV电电力力设设备备的的出出厂厂试试验验应应进进行行本本项项试试验验。对对变变压压器器进进行行出出厂厂试试验验时时，大大多多采采用用在在高高压绕组上压绕组上直接加压法直接加压法IEC 1980年年763刊刊物物对对电电力力变变压压器器内内绝绝缘缘操操作作波波试试验验的的波波形形，作作出出了了下下述述规规定定，第第一一个个半半波波极极性性为为负负，视视在在波波前前时时间间Tf 不不小小于于20s，通通常常小小于于250s；视视在在波波长长时时间

91、间Tz不不小小于于500s，90峰值持续时间峰值持续时间Td 不小于不小于200s IEC76-3IEC76-3和国家标准规定的操作冲击波形和国家标准规定的操作冲击波形 国国家家标标准准GB744987文文件件对对波波形形的的规规定定，明明确确Tf 应应为为20s250s，反极性的峰值，反极性的峰值U2m0.5Um电电力力工工业业部部的的行行业业标标准准DL/T 5961996规规定定的的波波形形，基基本本上上符符合合IEC标标准准，唯唯Tf 规规定定为为不不小小于于20s，未未作作上上限限值值的的规规定定。因因为为感感应应法法产产生生的的操操作作波波，其其Tf常常会会超超过过250s。若若强

92、强行行规规定定Tf不不大大于于250s，波波形形上上所所迭迭加的高频振荡的幅值有可能会较高加的高频振荡的幅值有可能会较高 不不同同电电压压等等级级三三相相变变压压器器（Y/ 接接法法），采采用用感感应应法法产产生生操操作作波波时时的的变变压压器器接接线线图图，两两个图中，被个图中，被试相全励磁试相全励磁，其余，其余两相各半励磁两相各半励磁 IECIEC规定的对规定的对330kV 330kV 对对220kV220kV及以下及以下及以上变压器的试验接线及以上变压器的试验接线 变压器的试验接线变压器的试验接线 左左图图：高高压压绕绕组组中中性性点点接接地地，在在被被试试相相产产生生额额定定试试验验电

93、电压压；在在其其余余两两相相产产生生与与它它极极性性相相反反、幅幅值值为为1/2额额定定试试验验电电压压值值的的操操作作波波。这这样样使使被被试试相相的的对对地地绝绝缘缘受受到到了了考考核核；相相间间绝绝缘在出线处受到了缘在出线处受到了1.5倍额定试验电压的考核倍额定试验电压的考核 IEC规定的对规定的对330kV 对对220kV及以下及以下及以上变压器的试验接线及以上变压器的试验接线 变压器的试验接线变压器的试验接线 右右图图：对对于于220kV的的变变压压器器，其其相相间间试试验验电电压压不不能能高高于于相相对对地地试试验验电电压压，采采用用右右图图接接线线，非非试试相相出出线线端端接接地

94、地，中中性性点点受受到到1/3的的试试验验电电压压，非非试试相相绕绕组组起起着着在在电电位位上上支支撑被试相绕组的作用撑被试相绕组的作用 IEC规定的对规定的对330kV 对对220kV及以下及以下及以上变压器的试验接线及以上变压器的试验接线 变压器的试验接线变压器的试验接线 35500 kV变压器的操作冲击耐受电压变压器的操作冲击耐受电压（DL474.692） 注：注：1. 220500kV有两个数值是因为有两种绝缘水平有两个数值是因为有两种绝缘水平 2. 500kV原原表表列列出出一一个个耐耐受受值值为为1300，根根据据国国家家标标准改列为准改列为 1050及及1175，与，与IEC76

95、3值相符值相符 上上表表的的耐耐受受电电压压值值适适用用于于大大修修全全部部更更换换绕绕组组后后试试验验用用，部分更换绕组及交接试验时应取表中值再乘以部分更换绕组及交接试验时应取表中值再乘以0.85电压等级电压等级kV3563110220330500操作冲击操作冲击耐受电压耐受电压kV16027037568575085095010501175各种预防性各种预防性试验方法的试验方法的特点总结特点总结序号序号试验方法试验方法能发现的缺陷能发现的缺陷1 1测量绝缘电阻及泄漏电流测量绝缘电阻及泄漏电流贯穿性的受潮、脏污和导电通道贯穿性的受潮、脏污和导电通道2 2测量吸收比测量吸收比大面积受潮、贯穿性的

96、集中缺陷大面积受潮、贯穿性的集中缺陷3 3测量测量tgtg 绝缘普遍受潮和劣化绝缘普遍受潮和劣化4 4测量局部放电测量局部放电有气体放电的局部缺陷有气体放电的局部缺陷5 5油的气相色谱分析油的气相色谱分析持续性的局部过热和局部放电持续性的局部过热和局部放电6 6交流或直流耐压试验交流或直流耐压试验使使抗抗电电强强度度下下降降到到一一定定程程度度的的主主绝绝缘缘局局部部缺陷缺陷7 7操操作作波波或或倍倍频频感感应应耐耐压压试试验验( (限于变压器限于变压器) )使使抗抗电电强强度度下下降降到到一一定定程程度度的的主主绝绝缘缘或或纵纵绝缘的局部缺陷绝缘的局部缺陷表中序号表中序号6和和7两项为破坏性

97、试验，其它各项均属于非破坏性试验两项为破坏性试验，其它各项均属于非破坏性试验tgtg 的在线监测的在线监测局部放电局部放电（PD）的在线监测的在线监测绝缘的在线监测绝缘的在线监测离离线线监监测测的的缺缺点点：绝绝缘缘预预防防性性试试验验方方法法，都都是是电电力力设设备处于离线情况下进行的。备处于离线情况下进行的。离线监测的缺点离线监测的缺点是：是：1.需需停停电电进进行行，而而不不少少重重要要的的电电力力设设备备不不能能轻轻易易地地停止运行停止运行2.只只能能周周期期性性进进行行而而不不能能连连续续地地随随时时监监视视，绝绝缘缘有有可能在诊断期间发生故障可能在诊断期间发生故障3.停停电电后后的

98、的设设备备状状态态，如如作作用用电电场场及及温温升升等等和和运运行行中中不不相相符符合合，影影响响诊诊断断的的正正确确性性。如如前前述述的的绝绝缘缘tg 检检测测，采采用用电电桥桥法法时时，由由于于标标准准电电容容器器的的额额定定 电电 压压 的的 限限 制制 ， 一一 般般 只只 加加 到到 10kV， 这这 对对 于于220kV 500kV的电力设备而言，电压很低的电力设备而言，电压很低离离线线监监测测的的缺缺点点：绝绝缘缘预预防防性性试试验验方方法法，都都是是电电力力设设备处于离线情况下进行的。离线监测的缺点是：备处于离线情况下进行的。离线监测的缺点是：1.需需停停电电进进行行，而而不不

99、少少重重要要的的电电力力设设备备不不能能轻轻易易地地停止运行停止运行2.只只能能周周期期性性进进行行而而不不能能连连续续地地随随时时监监视视，绝绝缘缘有有可能在诊断期间发生故障可能在诊断期间发生故障3.停停电电后后的的设设备备状状态态，如如作作用用电电场场及及温温升升等等和和运运行行中中不不相相符符合合，影影响响诊诊断断的的正正确确性性。如如前前述述的的绝绝缘缘tg 检检测测，采采用用电电桥桥法法时时，由由于于标标准准电电容容器器的的额额定定 电电 压压 的的 限限 制制 ， 一一 般般 只只 加加 到到 10kV， 这这 对对 于于220kV 500kV的电力设备而言，电压很低的电力设备而言

100、，电压很低在在线线监监测测和和诊诊断断的的优优缺缺点点：在在线线监监测测和和诊诊断断是是电电力力设设备备在在运运行行状状态态下下进进行行的的，故故可可避避免免离离线线监监测测及及诊诊断断的的上上述述缺缺点点，可可使使判判断断更更加加准准确确。自自7070年年代代以以来来，随随着着传传感感、信信息息处处理理及及电电子子计计算算机机技技术术的的快快速速发发展展，在在线线监监测测和和诊诊断断技技术术也也得得到到迅迅速速的的发发展展。根根据据在在线线监监测测和和诊诊断断的的结结论论，还还可可以以做做到到有有的的放放矢矢地地进进行行维维修修，这这种种维维修修称称为为预预知知性性维维修修。在在线线监监测测

101、和和诊诊断断技技术术的的不不足足是是投投资资费费用用较较大大，只只适适用用于于大大型型和和重重要要设设备及变电所备及变电所 tg 的在线监测的在线监测电电桥桥法法 在在线线监监测测 tg 时时，仍仍可可用用前前述述的的西西林林电电桥桥测测量量方方法法。但但由由于于原原来来应应用用在在电电桥桥中中的的标标准准电电容容器器的的工工作作电电压压大大多多仅仅为为10kV，因因此此对对于于较较高高电电压压的的现现场场电电力力设设备备的的测测量量，需需引引入入一一电电压压互互感感器器PT降降压，以适应标准电容器的额定电压压，以适应标准电容器的额定电压电桥法在线监测电桥法在线监测tg 原理图原理图CX试品试

102、品 Co标准电容器标准电容器 PT电压互感器电压互感器 G指零仪指零仪 计计计计数数数数脉脉脉脉冲冲冲冲测测测测相相相相位位位位差差差差法法法法：直直直直接接接接测测测测量量量量介介介介质质质质损损损损失失失失角角角角 的的的的方方方方法法法法。一一一一般般般般情况下，情况下，情况下，情况下， 角很小，所以可以用测出的角很小，所以可以用测出的角很小，所以可以用测出的角很小，所以可以用测出的 来代表来代表来代表来代表tgtg 脉冲测相位差法原理波形图脉冲测相位差法原理波形图脉冲测相位差法原理波形图脉冲测相位差法原理波形图全数字测量法全数字测量法又又又又称称称称数数数数字字字字积积积积分分分分法法

103、法法。这这这这是是是是一一一一种种种种用用用用A/DA/D转转转转换换换换器器器器分分分分别别别别对对对对电电电电压压压压和和和和电电电电流流流流波波波波形形形形进进进进行行行行数数数数字字字字采采采采集集集集，然然然然后后后后根根根根据据据据付付付付里里里里叶叶叶叶分分分分析析析析法的原理，进行数字运算，最终可求得法的原理，进行数字运算，最终可求得法的原理，进行数字运算，最终可求得法的原理，进行数字运算，最终可求得tgtg 值值值值局部放电（局部放电（PDPD）的在线监测）的在线监测电力变压器电力变压器电力变压器电力变压器PDPD的在线声电联合监测的在线声电联合监测的在线声电联合监测的在线声

104、电联合监测CDCD电流脉冲检测器电流脉冲检测器电流脉冲检测器电流脉冲检测器 MCMC超声压力传感器超声压力传感器超声压力传感器超声压力传感器 RCRC罗戈夫斯基线圈罗戈夫斯基线圈罗戈夫斯基线圈罗戈夫斯基线圈声电信号图形识别声电信号图形识别声电信号图形识别声电信号图形识别电力变压器电力变压器电力变压器电力变压器PDPD在线监测时所获得在线监测时所获得在线监测时所获得在线监测时所获得的电流脉冲及超声信号的电流脉冲及超声信号的电流脉冲及超声信号的电流脉冲及超声信号 现场带电测量的灵敏度现场带电测量的灵敏度实实实实验验验验室室室室：IECIEC要要要要求求求求新新新新生生生生产产产产的的的的300 3

105、00 kVkV变变变变压压压压器器器器在在在在制制制制造造造造厂厂厂厂的的的的实实实实验验验验室里试验时，室里试验时，室里试验时，室里试验时，PDPDPDPD的视在放电量应小于的视在放电量应小于的视在放电量应小于的视在放电量应小于300300500 500 pCpC现现现现场场场场带带带带电电电电：现现现现场场场场大大大大变变变变压压压压器器器器的的的的PDPD量量量量在在在在10000 10000 10000 10000 pCpCpCpC时时时时，即即即即应应应应引引引引起起起起严严严严重重重重关关关关切切切切。所所所所以以以以PDPD的的的的监监监监测测测测灵灵灵灵敏敏敏敏度度度度至至至至

106、少少少少应应应应达达达达到到到到5000 5000 pCpC。然然然然而而而而即即即即使使使使是是是是这这这这样样样样一一一一个个个个要要要要求求求求。在在在在在在在在线线线线测测测测量量量量时时时时，也也也也并并并并非非非非一一一一定定定定能能能能够够够够实实实实现的现的现的现的 l冲冲击击高压试验高压试验n n冲冲冲冲击电压击电压击电压击电压波形波形波形波形n n冲冲冲冲击电压击电压击电压击电压发生器发生器发生器发生器原理原理原理原理n n冲冲冲冲击电压发生器击电压发生器击电压发生器击电压发生器结构结构结构结构n n冲冲冲冲击电压击电压击电压击电压测量测量测量测量a a、雷雷电电冲击冲击电

107、压波电压波冲冲击电击电压压波形波形国标国标规定：规定：b b、操作操作冲击电压波冲击电压波国标规定：国标规定：u2= U1exp（-t/1）- exp（-t/2）波前波前时间时间T Tf由较小的时间常数由较小的时间常数2 2决定；决定；半峰值时间半峰值时间Tt由相对大得多的时间常数由相对大得多的时间常数1决定决定冲击冲击电压的一般表达式：电压的一般表达式：1.2/50s1.2/50s的的雷雷电电波波：1 12 2时间常数：时间常数：1和和2u2由由两个指数分量两个指数分量相加构成相加构成求求Tf f时时，近近似似认认为为exp（t/1）随随时时间间t t几几乎乎不不变变，设设其其值值恒恒定定为

108、为1 1。即即u2U11exp（t/2），其中，其中充电时间常数充电时间常数2=RfC2U1RfC2等值电路等值电路在在t1时：时：u2=0.3U2m在在t2时：时：u2=0.9U2m 0.3U2mU2m1-exp（-t1/2），即，即exp（-t1/2）0.70.9U2mU2m1-exp（-t2/2），即，即exp（-t2/2）0.1可得可得t2t12n7Tf=(t2t1)/(0.90.3) 2n7/0.6 3.242 3.24RfC2U1RfC2等值电路等值电路求求T Tt t时时，仍仍然然考考虑虑1 12 2，到到达达T Tt t时时，双双指指数数分分量量中中的的expexp（t/t/2

109、 2）已已衰衰减减到到接接近近零零值值。考考虑虑到到T Tt tT Tf f，不计及不计及T Tf f的影响的影响u2U1exp（t/1）其中放电时间常数其中放电时间常数1=RtC1U2m/2U2mexp（Tt/1）故故 Tt=1n20.691 0.69RtC1标准波定义 C1U1Rt等值电路等值电路波头的形成：波头的形成：n放放电电电电阻阻Rt，球球隙隙g0放放电后，电压电后，电压u2上升。上升。nTf=3.24RfC1C2/（C1C2）n因因C1C2，Tf3.24RfC2波尾的形成：波尾的形成：l电电压压u u2 2到到达达峰峰值值U U2m2m后后，电电容容C C1 1和和C C2 2一

110、一起起经经过过电电阻阻R Rt t放放电电。因因一一般般C C1 1C C2 2，放放电电快快慢慢主要决定于主要决定于C C1 1lT Tt t0.69R0.69Rt t(C(C1 1C C2 2)0.69R)0.69Rt tC C1 1C2上电压u2的波形波前波前波尾波尾单级冲击单级冲击电压电压发生器发生器回路回路回路回路1 1回路回路2 2由于受到硅堆和由于受到硅堆和电容电容器额定电压的限制，器额定电压的限制，单级单级冲冲击电压击电压发生器发生器的最高电压的最高电压不超过不超过200300kV。正极性冲击电压正极性冲击电压负极性冲击电压负极性冲击电压多级冲击多级冲击电压发生器回路电压发生器

111、回路T T：供电高压变压器；：供电高压变压器； D D：整流用高压硅堆；：整流用高压硅堆；r r：保护电阻；：保护电阻； R R：充电电阻充电电阻； rd:rd:每级的阻尼电阻；每级的阻尼电阻；C C：每级的主电容；：每级的主电容； CsCs：每级相应点的对地杂散电容；：每级相应点的对地杂散电容；g g1 1：点火球隙；：点火球隙； g g2 2g g4 4：中间球隙；：中间球隙； g g0 0：隔离球隙隔离球隙；“电容器并电容器并联联充电，充电，而而后串后串联联放电放电”电电阻阻R R的的连连接接与与隔隔离离作作用用：在在充充电电时时起起电电路路的的连连接接作用作用；放电时则起隔离作用；放电

112、时则起隔离作用电电容容并并联联串串联联转转换换方方法法：诸诸电电容容由由并并联联变变成成串串联联是靠一组球隙分别处于绝缘和放电来达到是靠一组球隙分别处于绝缘和放电来达到杂杂散散电电容容与与同同步步：实实际际上上因因杂杂散散电电容容CsCs是是很很小小的的，所所以以各各中中间间球球隙隙在在放放电电前前所所作作用用到到的的过过电电压压时时间间非非常常短短促促。为为使使诸诸球球隙隙易易于于同同步步放放电电，在在采采用用简简单单球球隙隙的的条条件件下下，它它们们应应排排列列成成相相互互能能够够放放电电（紫外线紫外线）照射照射的状态。的状态。工作特点：工作特点：阻阻尼尼电电阻阻：为为了了防防止止杂杂散散

113、电电感感和和对对地地分分布布的的杂杂散散电电容容引引起起高高频频振振荡荡，电电路路中中分分布布放放置置了了阻阻尼尼电电阻阻r rd d，一一般般每每级级为为525。若若级级数数为为n，阻阻尼尼电电阻阻的的串串联联总总值值nrd称称作作为为Rd。Rd也也起起着着调调节节波波前前时时间间的的作作用用，但但在在放放电电时时它它与与Rt会造成分压，使输出的电压有所降低。会造成分压，使输出的电压有所降低。 C1/（C1C2）Rt/（RdRt）放电时基本回路的等值回路这这意意味味着着输输出出电电压压u2的的峰峰值值U2m低低于于电电容容C1上上的的初初始始充充电电压压U1。它它是是由由于于C1与与C2之之间间的的分分压压和和Rt与与Rd之间的分压造成的之间的分压造成的发生器电压发生器电压效率效率高效冲高效冲击电击电压压发生器回路发生器回路冲击电压发生器冲击电压发生器高效回路接线高效回路接线 rf：每级的：每级的波前波前电阻，一般约几十欧；电阻，一般约几十欧；rt：每级的：每级的放电放电电阻，通常约几百欧；电阻，通常约几百欧；C2：负负荷荷电电容容，其其值值不不仅仅取取决决于于试试品品，而而且且与与调调 波相关。一般处于几百皮法至几个纳法间波相关。一般处于几百皮法至几个纳法间冲击电压发生冲击电压发生器回路接线器回路接线 等值电路等值电路等值电路等值电路冲击冲击电压发生器电压发生器结构结构