电气绝缘测试技术课件-第2课 电气诊断概论
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电气因素 机械因素 温度和热稳定性 受潮 化学稳定性和抗生物特性
1. 电气影响 百度文库 长期工作电压 ▪ 短时的过电压
图1 有机绝缘的伏秒特性及运行 中各种电压下的场强
1 油纸电气强度； 2 胶纸电气强度； 3 运行中各种电压下的场强； E0 长期工作场强
2.机械影响 ▪ 机械负荷 ▪ 长时间振动 ▪ 短路应力
气体放电的基本过程
火花放电 (Sparkover) 击穿 ( Breakdown )
放电（Discharge )
电弧 (Arc)
闪络 ( Flashover )
汤逊放电理论
外界电离因子
阴极表面电离 气体空间电离
在电场中加速 气体中的自由电子
碰撞电离
阳极表面二次发射 （γ过程）
正离子
电子崩（α过程）
3. 温度影响
▪ 季节变化 ▪ 长期过负荷 ▪ 热老化
图2 不同耐热等级的绝缘材料在 各种运行温度下长期运行的寿命
耐热等级
表1 电介质的耐热等级
工作温度 (℃)
电介质
O
90
木材、纸、纸板、棉纤维、天然丝；聚乙烯；聚氯乙烯；天然橡胶
A
105
油性树脂漆及其漆包线；矿物油及浸入其中的纤维材料
E
120
酚醛树脂塑料；胶纸板、胶布板；聚酯薄膜；聚乙烯醇缩甲醛漆
输电线和变电站所用的绝缘子大多 在户外运行，因此还要考虑湿闪及污闪 的情况，这时的放电电压远低于乾闪。
(cm)
图7 不同材料的工频下沿面闪络 电压（峰值）
1—纯气隙；2—石蜡； 3—胶纸筒；4—电瓷
当电压不太高时，接地法兰边缘先出现电晕而形成光圈，随 着电压的升高，电晕延伸成火花细线，电流密度仍很小；
电气诊断概论
Electrical Fault Diagnosis
电气故障的主要原因
制造工艺存在缺陷 恶劣的环境和苛刻的运行条件 材料的劣化 缺乏良好的管理及维护
金属材料 电力设备
绝缘材料
现代电气设备的造价及运行可靠性在很大程度上取决于设 备的绝缘结构。
绝缘结构的作用
▪ 绝缘介质 ▪ 紧固支撑 ▪ 冷却媒介
u
2
3
4 1
5
t
图5 50%伏秒特性
1. 0%伏秒特性；2. 100%伏秒特性； 3. 50%伏秒特性；
u
s1 s2
0 t
图6 伏秒特性间的配合
气体中的沿面放电
沿着固体介质表面的闪络电压不但 远低于固体介质的击穿电压，而且也比 相同极间距离的纯气隙的击穿电压低。
如果表面潮湿、脏污时，沿面闪络 电压更低。这是选择输电线路和变电所 外绝缘时的关键因素。
当外施电压超过某临界值时，很
亮、带紫色的火花紧贴介质表面
此起彼伏，这时电流密度已较大，
电压再增不多常就形成表面闪络。
根据电源容量大小，放电转变为
（a）
（b）
（c）
（d）
火花放电或电弧放电。
图8 沿套管表面放电示意图 (a) 电晕；(b) 辉光；(c) 滑闪；
(d) 套管表面等值电容 1—导杆；2—法兰
U
或工频电压下的击穿电压不同。当
外施电压快速升高，于时t1虽已达
Us
在持续作用电压下的击穿电压Us，
但击穿过程并不立即开始，要过ts （统计时延）才出现第一个有效电
子；再经过碰撞电离、电子崩到完
0 t1 ts
tf tlag
tf
t
成击穿，还须tf（放电形成时延）。
图4 放电时间的组成
因为ts和tf都带有统计性，所以冲击下击穿电压与放电时间 的关系——伏秒特性具有较大的分散性，工程上常用50%伏秒 特性来表征。以避雷器保护变压器为例，就必须根据伏秒特性 进行绝缘（强度）配合，如在图2中S2就能较好地保护S1。
防污措施
在有污秽的地区，污闪所造成的损失 很大，因它可在工作电压下发生，且引 起大面积停电。常用的防污措施：
▪ 增大泄漏距离。
▪ 定期或不定期的清扫。
▪ 使用憎水性涂料。
▪ 改用防污性能好的绝缘子。
图9 盘形绝缘子串在雨下 的可能闪络路径
液体及固体介质的电气特性
绝缘介质的电气特性
可以将不同电场强度下，电介质中所呈现的电气现象分为 两类： 1. 在强电场下（当外施场强大于该介质的击穿强度时），将出 现放电、闪络、击穿等现象，这在气体中表现最为明显。 2. 在弱电场下（当外施场强比该介质的击穿场强小得多时）， 主要是介质中的极化、电导、介质损耗等。 以下将分析气体放电及液、固体介质的电气性能。
4. 受潮
水分被吸收到电介质内部或吸附到电介质的表面以后， 它能溶解离子类杂质或使强极性的物质解离，严重影响介 质内部或沿面的电气性能：在外施电压下，或者在电极间 构成通路，或者在高温下汽化形成“汽桥”而使击穿电压 显著降低。
水带
局部电弧
绝缘介质
5. 化学稳定性及抗生物特性
在户外工作的绝缘应能长期耐受日照、风沙、雨雾冰雪 等大气因素的侵蚀。在含有化学腐蚀气体等环境中工作时， 选用的材料应具有更强的化学稳定性，如耐油性等。工作 在湿热带和亚湿热带地区的绝缘还要注意材料的抗生物 （霉菌、昆虫）特性，如有的在电缆护层材料中加入合适 的防霉剂和除虫涂料等。
B
130
沥青油漆制成的云母带、玻璃漆布、玻璃胶布板；聚酯漆；环氧树脂
F
155
聚酰亚胺漆及其漆包线；改性硅有机漆及其云母制品及玻璃漆布
H
180
聚酰胺聚酰亚胺漆及其漆包线；硅有机漆及制品；硅橡胶及玻璃漆布
C
>180
聚酰亚胺漆及薄膜；云母；陶瓷；玻璃及其纤维；聚四氟乙烯
热老化规律 —— 6 度规则
试验表明，对于常用的A级绝缘，如油纸绝缘，则温 度每超过6℃，则寿命约缩短一半。而对于 B、H级绝缘 则分别约为10℃及12℃。
巴申曲线
图3 棒-棒及棒-板空气间隙的工频击穿电压
Ub与间距d的关系的试验曲线 （1,2,4为棒-棒；3,5为棒-板）
气隙击穿的三个必要条件
▪ 足够高的电压。 ▪ 在气隙中存在能引起电子崩并导致击穿的有效电子。 ▪ 需要一定的时间让放电得以逐步发展直至击穿。
冲击击穿电压及过电压保护
u
冲击电压下的击穿电压与直流
绝缘材料
固体绝缘：绝缘纸、电瓷 、云母 交联聚乙烯等
液体绝缘: 绝缘油
气体绝缘: 空气、SF6
真空绝缘
实际绝缘结构通常是由几种电介质联合构成的组 合绝缘。
固-液绝缘
固-气绝缘
绝缘劣化及其影响因素
为了使设备的外形尺寸保持在可以接受的水平，现代变压器 相对于以往的设计采用了更为紧凑的绝缘方式，因此在运行中 其内部各组件间的绝缘所需承受的热和电应力水平显著提高。
1. 电气影响 百度文库 长期工作电压 ▪ 短时的过电压
图1 有机绝缘的伏秒特性及运行 中各种电压下的场强
1 油纸电气强度； 2 胶纸电气强度； 3 运行中各种电压下的场强； E0 长期工作场强
2.机械影响 ▪ 机械负荷 ▪ 长时间振动 ▪ 短路应力
气体放电的基本过程
火花放电 (Sparkover) 击穿 ( Breakdown )
放电（Discharge )
电弧 (Arc)
闪络 ( Flashover )
汤逊放电理论
外界电离因子
阴极表面电离 气体空间电离
在电场中加速 气体中的自由电子
碰撞电离
阳极表面二次发射 （γ过程）
正离子
电子崩（α过程）
3. 温度影响
▪ 季节变化 ▪ 长期过负荷 ▪ 热老化
图2 不同耐热等级的绝缘材料在 各种运行温度下长期运行的寿命
耐热等级
表1 电介质的耐热等级
工作温度 (℃)
电介质
O
90
木材、纸、纸板、棉纤维、天然丝；聚乙烯；聚氯乙烯；天然橡胶
A
105
油性树脂漆及其漆包线；矿物油及浸入其中的纤维材料
E
120
酚醛树脂塑料；胶纸板、胶布板；聚酯薄膜；聚乙烯醇缩甲醛漆
输电线和变电站所用的绝缘子大多 在户外运行，因此还要考虑湿闪及污闪 的情况，这时的放电电压远低于乾闪。
(cm)
图7 不同材料的工频下沿面闪络 电压（峰值）
1—纯气隙；2—石蜡； 3—胶纸筒；4—电瓷
当电压不太高时，接地法兰边缘先出现电晕而形成光圈，随 着电压的升高，电晕延伸成火花细线，电流密度仍很小；
电气诊断概论
Electrical Fault Diagnosis
电气故障的主要原因
制造工艺存在缺陷 恶劣的环境和苛刻的运行条件 材料的劣化 缺乏良好的管理及维护
金属材料 电力设备
绝缘材料
现代电气设备的造价及运行可靠性在很大程度上取决于设 备的绝缘结构。
绝缘结构的作用
▪ 绝缘介质 ▪ 紧固支撑 ▪ 冷却媒介
u
2
3
4 1
5
t
图5 50%伏秒特性
1. 0%伏秒特性；2. 100%伏秒特性； 3. 50%伏秒特性；
u
s1 s2
0 t
图6 伏秒特性间的配合
气体中的沿面放电
沿着固体介质表面的闪络电压不但 远低于固体介质的击穿电压，而且也比 相同极间距离的纯气隙的击穿电压低。
如果表面潮湿、脏污时，沿面闪络 电压更低。这是选择输电线路和变电所 外绝缘时的关键因素。
当外施电压超过某临界值时，很
亮、带紫色的火花紧贴介质表面
此起彼伏，这时电流密度已较大，
电压再增不多常就形成表面闪络。
根据电源容量大小，放电转变为
（a）
（b）
（c）
（d）
火花放电或电弧放电。
图8 沿套管表面放电示意图 (a) 电晕；(b) 辉光；(c) 滑闪；
(d) 套管表面等值电容 1—导杆；2—法兰
U
或工频电压下的击穿电压不同。当
外施电压快速升高，于时t1虽已达
Us
在持续作用电压下的击穿电压Us，
但击穿过程并不立即开始，要过ts （统计时延）才出现第一个有效电
子；再经过碰撞电离、电子崩到完
0 t1 ts
tf tlag
tf
t
成击穿，还须tf（放电形成时延）。
图4 放电时间的组成
因为ts和tf都带有统计性，所以冲击下击穿电压与放电时间 的关系——伏秒特性具有较大的分散性，工程上常用50%伏秒 特性来表征。以避雷器保护变压器为例，就必须根据伏秒特性 进行绝缘（强度）配合，如在图2中S2就能较好地保护S1。
防污措施
在有污秽的地区，污闪所造成的损失 很大，因它可在工作电压下发生，且引 起大面积停电。常用的防污措施：
▪ 增大泄漏距离。
▪ 定期或不定期的清扫。
▪ 使用憎水性涂料。
▪ 改用防污性能好的绝缘子。
图9 盘形绝缘子串在雨下 的可能闪络路径
液体及固体介质的电气特性
绝缘介质的电气特性
可以将不同电场强度下，电介质中所呈现的电气现象分为 两类： 1. 在强电场下（当外施场强大于该介质的击穿强度时），将出 现放电、闪络、击穿等现象，这在气体中表现最为明显。 2. 在弱电场下（当外施场强比该介质的击穿场强小得多时）， 主要是介质中的极化、电导、介质损耗等。 以下将分析气体放电及液、固体介质的电气性能。
4. 受潮
水分被吸收到电介质内部或吸附到电介质的表面以后， 它能溶解离子类杂质或使强极性的物质解离，严重影响介 质内部或沿面的电气性能：在外施电压下，或者在电极间 构成通路，或者在高温下汽化形成“汽桥”而使击穿电压 显著降低。
水带
局部电弧
绝缘介质
5. 化学稳定性及抗生物特性
在户外工作的绝缘应能长期耐受日照、风沙、雨雾冰雪 等大气因素的侵蚀。在含有化学腐蚀气体等环境中工作时， 选用的材料应具有更强的化学稳定性，如耐油性等。工作 在湿热带和亚湿热带地区的绝缘还要注意材料的抗生物 （霉菌、昆虫）特性，如有的在电缆护层材料中加入合适 的防霉剂和除虫涂料等。
B
130
沥青油漆制成的云母带、玻璃漆布、玻璃胶布板；聚酯漆；环氧树脂
F
155
聚酰亚胺漆及其漆包线；改性硅有机漆及其云母制品及玻璃漆布
H
180
聚酰胺聚酰亚胺漆及其漆包线；硅有机漆及制品；硅橡胶及玻璃漆布
C
>180
聚酰亚胺漆及薄膜；云母；陶瓷；玻璃及其纤维；聚四氟乙烯
热老化规律 —— 6 度规则
试验表明，对于常用的A级绝缘，如油纸绝缘，则温 度每超过6℃，则寿命约缩短一半。而对于 B、H级绝缘 则分别约为10℃及12℃。
巴申曲线
图3 棒-棒及棒-板空气间隙的工频击穿电压
Ub与间距d的关系的试验曲线 （1,2,4为棒-棒；3,5为棒-板）
气隙击穿的三个必要条件
▪ 足够高的电压。 ▪ 在气隙中存在能引起电子崩并导致击穿的有效电子。 ▪ 需要一定的时间让放电得以逐步发展直至击穿。
冲击击穿电压及过电压保护
u
冲击电压下的击穿电压与直流
绝缘材料
固体绝缘：绝缘纸、电瓷 、云母 交联聚乙烯等
液体绝缘: 绝缘油
气体绝缘: 空气、SF6
真空绝缘
实际绝缘结构通常是由几种电介质联合构成的组 合绝缘。
固-液绝缘
固-气绝缘
绝缘劣化及其影响因素
为了使设备的外形尺寸保持在可以接受的水平，现代变压器 相对于以往的设计采用了更为紧凑的绝缘方式，因此在运行中 其内部各组件间的绝缘所需承受的热和电应力水平显著提高。