电气绝缘测试技术(考研必看)

第一章 绝缘电阻（率）的测量§1―1 概述一、定义：绝缘电阻R=U/I体积绝缘电阻 Rv=U/Iv 表面绝缘电阻 Rs= U/IsRv ∥RsRv=【d （厚度）/A （面积）】ρv （体积电阻率） ρv 单位：Ω．m ρv=E/j —电流密度（A/m 2） ρv=1/ν—电导率，用来表征材料 ρs= E/j 单位：Ω性能：用绝缘电阻表征绝缘结构性能 二、影响绝缘电阻率ρv 的因素1. 温度 ：T →R （ρv ） （离子电导为主体） 2. 湿度：δ（%） →R （ρv ）3. 电场E ，一般R （ρv ）与E 无关（线性材料） 高场强是 E →R （ρv ） （非线性材料）4. 辐射：剂量 →R （ρv ）5. 交联：无影响 ，高温下交联击穿强度高 标准测试条件： T ：23+2℃ δ（湿度）：50+5% 测试前预处理（正常化） T ：23+2℃ δ（湿度）：50+5% t ：24小时消除辐照、湿度影响、机械应力预处理的目的：消除试品经历的历史条件不同对测试结果的影响§1―2试样与电极系统 一、试样固体（绝缘电阻） 片状 管状一般采用片状，大于电极7mm 以上，厚度不大于4mm （最好在0.5~2mm ） 二、电极系统 ㈠ 三电极系统大电阻测量的本质是微电 流测量。

㈡ 二电极系统 常用于薄膜测量㈢ 三电极的优点① Iv 、Is 分开，实现体积电流测量（Rv ）② 消除电极边缘效应，可使被测部分近似为均化电场 ㈣ 电极尺寸测量极直径：50mm特定环境下用25mm 高压极直径：74mm 特定环境下用54mm保护间隙：2mm 保护极尺寸：10mm C=ε0εrh A R=ρv Ah（A 电极面积） 已知：A 、h 、Rv 、D1，g ，求ρvρv= Rv h4g D 2π）（+三、电极材料选择材料的原则： 1. 导电性好2. 与被测材料紧密接触3. 化学性能稳定，不和被测才来哦发生化学反应4. 经济、操作方便 可用电极材料： 1. 银漆、银膏 2. 蒸镀（铝、铜、金） 3. 铝箔 4. 导电橡胶§1—3 直接法测量绝缘电阻 Rx=U/Ix →U 已知，测Ix 求Rx一、兆欧表：直流电源+流比计（P13 图1-12） а=f （2I 1I ）=f （R1Rx 2R +） 流比计的特点：а与电压大小无关，使用于现场施工 二、检流法（P14 图1-13）① 校正检流计 ② 读出偏转角 R=аK Un n=IxIg— 分流比，K —仪表常数，а—检流计偏转角 U=1000V Imin=10-10 A R=1013Ω 适用于工厂产品测试三、高阻计法（P15 图1-15） Rx=IpSRnU，Rn 最大1012Ω，放大器输入阻抗>1014Ω。

高阻计负反馈放大电路，可测范围可达1017Ω，测试误差为10% 适用于绝缘材料性能的测试。

（图见书上）§1―4 比较法测绝缘电阻 一、电桥法（P17 图1-17） 测试原理：电桥平衡RxR A =R N R B →Rx=R NRARB电桥灵敏度：在平衡条件下，被测电阻的变化引起电流的变化，二者之比为灵敏度。

灵敏度：）（ааR Rx R B U Rx Umn2B +=最大相对误差：R BU UmnRxRx Rx 1△△△-=，由电桥灵敏度决定 可测最高电阻值为1014，测试精度最高，但操作不方便。

二、电流比较法（P18 图1-18） （()R N 2n 2K Rn Rx 1n 1K аа=+，得到Rx=R N 12n 11n 2）аа（- 设备与检流法相同，测试过程、原理、公式不同，精度高。

适用于产品绝缘的检测。

§1—5充放电法测绝缘电阻一、充电法（P18 图1-19）① S1合，S2合 ② S1合，S2开，t=0Ix 为稳态电流C Ixt=V （静电计读数） →Ix=t0VC Rx=Ix U =VC0Ut充电法是目前测量绝缘电阻最灵敏的方法，可达1019Ω 二、自放电法（P19 图1-20） 1. S1合；S2开，即极化过程2. S1开；S2合，t1时刻对应的点位U1，读取U1后S2开，此时被测试样是个理想的电容。

U （t ）=U0e t τ-，τ=RxCx=dAr 0A d εε•=ρx ε0εr 所以τ=ρx ε0εr 可用于复杂结构单一介质电阻率的测量；即在t0时读U1，t1时读U2。

小结：对绝缘电阻的测试可以分为三大类： 1. 直接发：检流计、高阻计 2. 比较法：电桥比较、电流比较 3. 充放电法：充电、自放电 原理及测量范围绝缘材料测试常用高阻计法 工程上较少用充放电法要求精确测试用电桥比较法，但量程到1015Ω。

静电电压表与静电计的异同： 相同之处：都是静电系不同：静电计用于充放电法测采样电容，故测得小树值电压，静电压表测大数值电压。

§1—6 绝缘电阻测试技术 一、误差的来源 1. 仪器的误差电桥法：Rx=R NRARB检流计法：Rx=аK Un2. 漏电流及其消除方法 漏电流有两种：① 由高压泄露到测量极 I H →M ，Rx 产生负误差（把合格判为不合格产品） ② 由测量极泄露到保护极I M →G ，Rx 产生正误差（把不合格产品判为合格产品）减小误差的措施: I H 在漏路径中放置接地金属物I M 高阻计采用负反馈电路，等效输入阻抗为Rf （Rf 比R小2～3个数量级3. 外来电势：标准条件下使用仪器，良好屏蔽及接地4. 剩余电荷（退极化电流）先测R v ，后测Rs 时；测Rv 后要充分放电，一般不小于5分钟 §1—7 泄露电流的测量对运行的电气设备的绝缘诊断测泄露电流。

（P24 图1-25） 最常见的测泄露电流与时间的关系（P25 图1-26） 吸收比：I6015I ，15秒所对应的电流与60秒对应的电流比值；吸收比越大，绝缘性能越好。

第二章 工频下εr 、tan δ测试§2-1 基本概念一、定义：㈠ 相对介电常数 0C Cx r =ε Cx —用绝缘填充时电容 C 0—几何电容，dAC 00ε= ㈡ 损耗因数对于并联等效阻抗 PP C wR I I P P 1tan ===无有无功有功δ对于串联等效阻抗 tan δ=wRsCs 对于tan δ两者完全等效，即wRsCs C wR PP =1∴ 得到 δ2tan 1+=Cs C P ，Rs R P ⎪⎭⎫ ⎝⎛+=δ2tan 11 二、影响的因素 ㈠ εr ： 1. 温度:2. 湿度：受潮，εr 升高3. 电压 U →E ，一般εr 不变 但夹介质：E εr （但增加幅度不大）4. 频率： ㈡ tan δ 1. 温度:2. 湿度：受潮，tan δ 3. 电压（或电场）4. 频率：三、试样与电极系统㈠试样：与绝缘电阻（率）测试相同㈡电极系统，工频下采用三电极系统R、C、tanδ→结构ρv、εr、tanδ→材料§2-2 一般工频高压西林电桥Z N Z3=ZxZ4NjwC=NZ1Z3=R344411RjwCZ+=PPxRjwCZ11+=经推导：并＜＜1NxCRR34C=tanδ=wR4C4当w=100π，R4=πΩ1000Tanδx=C4（以μF为单位的读数）灵敏度分析：1.试验电压与灵敏度成正比2.电源频率f ，灵敏度3.C N ，灵敏度4.Zg ，灵敏度下降高压西林电桥的组成：①试验电源工频试验变压器②标准电容器C N空气或SF6绝缘③主桥体：R3、R4、C4、平衡指示器§2-3高精密高压西林电桥一、一般西林电桥存在不足1、C、D平衡对屏不等电位，分布电容及漏导的影响2、R3、R4残余电感及杂散电容二、消除分布电容、漏导1、从用电压跟随器（驱动屏蔽技术）2、构造辅桥（互格纳接地）辅桥：辅助电源构造辅桥①S→M主轿测量调R3,C4调E2大小及相位4ZZN＝21EU②S→G②①②不断反复S →G 、S →M 同时平衡三、减小3R 、4R 残余电感、杂散电容及40C 的影响—“找对称” ZxZ4=ZnZ3ZxZ4= ZnZ3 ψx+ψ4=ψN =ψ3 R1=R2=10000ΩR4=R3=π10000Ω§2-4 大电容西林电桥Cx 大的试品一、采用分流器（P34 图2-9 a ） （Zx+Zoa ）Z4=Z N Zoc Cx=C NRnR R R R N 334+tan δ=wC 4R 4-)(34Rn R R R wC N N- 三、采用精电流互感器§2-5 接地试品tan δ与Cx 的测量一、反接西林电桥 主桥处于高压侧 （一）采用绝缘杆 试验电压20KV 以下 （二）法拉第笼 （P34 图2-10）三、对角线接地西林电桥第一步：S1短路，S2开路，调C2，R2电桥平衡，平衡后固定C2、R2的值 第二步：S1断开，S2接合，调C4，R4平衡N C R R Cx 34=tan δ=wC 4R 4 §2-6 工频低压电桥δ=wC 3R 3N C C C Cx 43=§2-7 工频损耗测试技术一、西林电桥的不正常现象1. Cx 引线断；调R3升高，有平衡趋势 （试样厚度厚）2. C N 引线断；调R3下降，有平衡趋势3. 试验保护极与被保护极出现短路，调R3电桥无反应4. 电桥灵敏度低，R3、C4由高到低调 二、tan δ测试负误差的原因 1. tan δN 不为零，产生负误差 2. “T 型”干扰网络 讨论：① R2=R2临界=)31(1C C w +|△tan δ|max=)31(231C C Cx C C +②R2＜＜)31(1C C w +△ tan δ=-CxR C wC 231 由于三电极系统易构成“T 型”干扰网络，对tan δ测试产生负误差，且误差与频率成正比，因此高频下tan δ的测量只能用二电极系统不采用三电极系统。

③ R2＞＞)31(1C C w +△ tan δ=222)31(C1C3R C C wCx +构成“T 型”干扰网络哦几种可能 ① 三电极系统自身② 屏蔽不良，且有接地的物体 ③ 测试极有气泡三、强电场干扰条件下tan δx 的测量 措施：① 屏蔽 ② 移相法③ 倒相法：正、反两次测量取平均值（精度要求不高） 四、强磁场干扰（主要影响平衡指示器）第三章 高频下εr 、tan δ的测量§3—1 高频西林电桥（1）高频西林电桥为高压工频西林电桥的共 轭结构N x C R R 34C =tan δ=wR 4C 4 （2）只调电容，不调电阻（减小电阻元件的残余电感及分本电容的影响） （3）R3、R4内屏蔽与B 点连接 （4）替代法第一步：接入Cx ：C11、C41 第二步：去掉Cx ：C10、C40Cx+C11=N C R R 34C10=N C R R 34Cx=C10-C11 推导tan δx()4140011C Cx w 1C wR R Rp RpR =⎪⎪⎭⎫⎝⎛++4040101C wR R wC =（5）采用瓦格纳接地§3—2 电压比例臂变压器电桥图见p38 2-15（1）电压比例臂变压器电桥为电流比例臂变压器电桥的共轭结构 电桥平衡I1=Ix⇒++=+G U U jwC U jwC Gp jwCp Ux 01122)(G N N jwC N jwC Gp jwCp Nx 01122)(++=+ G N NxGp 0= 1122C N C N NxCp += G NxN Gp 0=1122C Nx N C Nx N Cp Cx +==tan δ=wCpGpwRpCp =1为了消除绕组对地杂散电容的影响，采用瓦格纳（辅桥）接地。