61电气设备绝缘预防性试验

或Z x Z 4
Z3ZN
Cx
R4 R3
CN
tg C4R4
R4
10000
tg C4
高电压工程基础
（2）外界磁场的干扰
电桥工作时处在交变磁场中，桥路内将感应出一干扰 电势，也会造成测量结果的不准确。
U
D
R3 A
R4 G
C4 B
Cx，Rx
CN C
3.4.3影响tgδ测量结果的因素
❖被试电气设备的温度 ❖试验电压的大小 ❖被试电气设备绝缘的电容（试品电容） ❖被试电气设备外绝缘表面的泄漏影响
Ig
Ig
吸收曲线
t
t
0：U1
U
C2 C1 C2
U2
U
C1 C1 C2
t
：U1
U
R1 R1 R2
(C1
C2 )
R1R2 R1 R2
U2
U
R2 R1 R2
3.2.2 绝缘电阻和吸收比测量
❖绝缘电阻
➢在设备绝缘上施加确定的直流电压，经过一 定时间（通常为60秒）后呈现的电阻值
❖吸收比
➢K=R60“／R15” ➢当绝缘良好时， K常高于某一定值（1.3） ➢绝缘普遍受潮时， K接近1
容易实现 • 破坏性试验和非破坏性试验各有其持点
3.2 绝缘电阻的测量
❖测量绝缘电阻是检查电气设备绝缘状态 最简便的辅助方法
❖在现场，普遍采用兆欧表测量绝缘电阻
何谓绝缘电阻？＝等效电路中的电阻？
3.2.1 多层介质的吸收现象
这些电荷被 介质吸收了！
双层介质的等值电路
吸收曲线
❖当在绝缘上施加直流电压时，流经绝缘的电流会随着时 间逐渐下降，最终达到一个稳定值，这就是不均匀介质的 吸收现象
H
C
' 1
F
C
' 2
Gx
CN
~
Cx
A u
G
R4
B
R3
D C4
C13
C14
外界电场干扰源
高电压工程基础
1. 西林电桥的基本原理
Zx
Rx
1 jCx
IX
CX
~U A
Z3 R3
R3
C
RX
IN CN
ZN
1
jCN
G
B
C4
R4
D
Z4
1
R4
1
jC4
•
•
U U • CA
CB •
U U AD
BD
Zx Z3
ZN Z4
（5）测试时必须记录温度。
3.2.3 测量结果的影响因素
❖被试设备绝缘上可能存留残余电荷
➢造成吸收现象不明显 ➢试验前应对设备充分放电
❖固体绝缘表面状况 ❖绝缘电阻随温度呈指数规律下降
➢测量时必须记录设备温度
实例：同步电机干燥前后绝缘电阻的变化
运行3天，冷却后 27ºC 干燥完毕，73.5ºC
本图说明：
• 电气设备绝缘缺陷的产生
• 制造时潜伏下来的 • 运行中逐步发展起来的
• 绝缘缺陷的分类
• 集中性缺陷
• 瓷质开裂；发电机绝缘局部磨损、挤压破裂；电缆 在局部放电作用下绝缘逐渐损坏
• 分布性缺陷
• 整体绝缘性能下降，如绝缘中的有机材料的受潮、 老化、变质等
• 预防性试验方法分类
• 破坏性试验(耐压试验)：严格，但产生损伤 • 非破坏性试验：电压较低，不会损伤绝缘：
局部放电伴随发生许多现象
➢ 电现象：电脉冲，介质损耗的增大和电磁波
➢ 非电现象：光、热、噪音、气体压力变化和化学变化
❖ 局部放电检测方法
➢ 电：电脉冲、介质损耗，可定量 ➢ 非电：灵敏度不够，只能定性
电脉冲法检测的参数
➢ 视在放电量Δq ➢ 放电能量W ➢ 放电的重复率(放电频度)等
q
U
C
m
CbCg Cb Cg
➢吸收现象 （温度不变）
➢绝缘电阻与 温度的关系
干燥前（受潮），15ºC
3.3 直流泄漏电流的测量
❖绝缘电阻和吸收比
✓测量简单易行，有时很有效：整体受潮等 试验电压相对较低，灵敏度和准确性较低 5000/（110×1000）
❖提高试验电压》》直流泄漏电流试验
➢直接测量泄漏电流 ➢因试验电压提高，试验灵敏度和准确性较高
试验设备要求提高
❖两者试验原理相同
直流泄漏电流试验原理接线
Time?
1min
❖直流泄漏电流试验和直流耐压试验常利用同一套直流高 压发生装置同时进行
直流高压的产生方式与要求
❖产生
➢利用交流高压经高压硅堆半波整流 ➢采用（多级）串级倍压整流电路 （实验讲义）
❖要求
➢直流试验电压的脉动系数应不大于3％
局部放电测试仪（一）
局部放电测试仪（二）
大型发电机定子绕组绝缘 局部放电测量波形
3.5.3 用超声波探测器测量局部放电
❖ 特点
➢ 与电脉冲法相比，抗干扰能力相对较强
❖ 工作原理
➢ 发生局部放电时，会产生超声波，并向四面传递， 直到电气设备容器的表面
➢ 在设备外壁，放一压电元件，在交变压力波的作用 下，压电晶体便产生交变的弹性变形，晶体沿受力 方向的两端面上便会出现交变的束缚电荷
高电压工程基础
（1）为了避免被试品上可能存留残余电荷而造成误差，试验 前应将试品接地放电一段时间；
（2）试验时，将被试品接于L、E之间，如果被试品表面的 泄漏电流较大，为避免表面泄漏电流的影响，必须加以屏蔽， 屏蔽线应接在兆欧表屏蔽端G上；
（3）驱动兆欧表达到额定转速，并保持恒定；
（4）测量吸收比时，先驱动兆欧表达额定转速，待指针指到 ∞时，用绝缘工具将火线迅速接至试品上，同时记录时间， 分别读取15s和60s的绝缘电阻值；
➢ 将交变压力波产生的束缚电荷转换为电气量，由此 可测量局部放电
局部放电测量小结
❖绝缘中内在的局部缺陷，特别是在程度 尚不严重时，用别的方法往往很难发现
❖用测量局部放电的方法，却能比较灵敏 地检测出来
❖电力部门现已将局部放电列入试验项目 ❖局放测量对发现绝缘早期缺陷，具有很
重要的意义！
电压分布的测量
❖极化指数
➢（10min/1min） 兆欧表测量
兆欧表的原理和接线图（摇表）
高电压工程基础
E
G
R1
S
N
1
G
2
L
R2
R1
M1 I1F1(a)
H M 2 I2F2 (a)
平衡时M1 M 2
I1 F2 (a) F (a)即 f ( I1 )
I2 F1(a)
I2
f ( I1 ) I2
f ( R2 Rx ) R1
W
1 2
qU i
3.5.1 局部放电的检测回路
CX一端接地 Cx—被试品的电容 Ck—耦合电容 Zm、Z’m—测量阻抗 Z—低通滤波器
CX两端绝缘
U—电压源 M—测量仪器 A—放大器
平衡电路
3.5.2 局部放电的测量阻抗和测量仪器
❖ Zm和测量的灵敏度、输出波形及脉冲的分辨率都 有关系
➢ 要消除或减弱输出电压的工频成分 ➢ 要使脉冲分量的持续时间足够小，以保证快速连续脉冲的分辨
率 ➢ 阻抗值应足够高，由它决定输出电压和电流的波形 ➢ 常用测量阻抗:电阻、电感、电阻与电感并联以及电感与电容
并联四种形式。
❖ Zm》》滤波》》放大》》指示记录仪器 ❖ 测量仪器
➢ 阴极射线示波器→数字存储示波器 ➢ 指示型电压表 ➢ 脉冲计数器
❖测量仪器的校正
测量仪器所测得的局部放电脉冲值是与被试品的局部放电视 在放电量q成比例的，要从指示值来算得q是困难的，只能 通过试验来确定，即PD的测量仪器必须进行试验校正。
绝缘表面电压分布的特点： 当表面比较清洁时：电压分布由绝缘电容和杂散电容决定 当表面因污染而电阻下降时：电压分布由表面电导决定
测量电压分布可以发现的绝缘状况： 掌握绝缘子串的污秽状况 绝缘子绝缘状况，特别是可用来判别零值绝缘子 通过测量电机线棒对铁芯的电位，判断线棒与槽壁接触状 况及气隙放电
短路叉测量电压分布的方法： 将短路叉的一端2与被测绝缘子下方紧邻的绝缘子的铁
数字化测量方法
数字化测量tg，不仅可以很容易地调节电桥平衡，而
且可以防止外界干扰。 原理：利用传感器从试品上取得所需的电压信号U和电
流信号I，经前置A/D转换电路数字化后，送至数据处理计
算机或单片机，经数据处理后算出电流电压之间的相位差， 最后得到tg的测量值。
3.5 局部放电的测量
测定局部放电，能预示绝缘状况，也是估计绝缘 电老化速度的重要根据
Ir Ix
Ic
Rx
CX
来自百度文库
tg Ir
Ic
❖当电气设备绝缘整体性能下降，如普遍受潮、
脏污或老化，以及绝缘中有间隙发生局部放
电时，流过绝缘 tgδ也增大
的有功
电流分量
IRx将增
大，
❖通过测量tgδ值可以发现绝缘的分布性缺陷
❖若缺陷部分在整个绝缘中的体积较大，则测 量tg 容易发现绝缘的缺陷。
如果绝缘缺陷是集中性的（非贯穿性的），
3.6 绝缘油中溶解气体分析 （DGA）
❖绝缘油是电气设备绝缘的重要组成部分
➢绝缘 ➢冷却 ➢灭弧
❖绝缘油试验
➢绝缘油的电气试验 ➢绝缘油中溶解气体分析（DGA）
❖试验时电气设备可以不必停电！
➢脉动系数＝[（最高值－最低值）/2倍平均值]×100%
测量泄漏电流的影响因素
❖与绝缘电阻测量相同的影响因素
➢ 残余电荷 ➢绝缘表面状况 ➢设备温度
❖其它因素
➢外加直流电压的稳定性 ➢测量微安表的保护和接入位置 ➢高压引线引起的杂散电流带来的测量误差
泄漏电流测量仪表
H
T.O.
L
S
R
P
CAK
高电压工程基础
❖ 1）外界电场的干扰 ❖ 2）外界磁场的干扰 ❖ 消除干扰的办法
➢ 将电桥的低压部分全部 屏蔽起来，引线也采用 屏蔽电缆线
➢ 采用抗干扰源 ➢ 移相法 ➢ 倒相法 ➢ 改变接线（正、反接法）
高电压工程基础
2. 外界电磁场对电桥的干扰
（1）外界电场的干扰
包括试验时的高压电源和试验现象其他高压带电体引起 的干扰。
帽相接触，再将另一端l靠近被测绝缘子的铁帽，此时，若 被测绝缘子承受了一定的电压则在短路叉1端与铁帽间产生 火花。被测绝缘子承受的电压越高，则出现火花越早，且 火花的声音亦越大。
短路叉火花放电电压可调 可以定性，但无法定量 要防止放电导致绝缘闪络 缺点：分辨率较低，易受环境影响
音响式测杆：
音响式测杆的测量原理： 高压电容C及放电管等在工作时处于高电位，而右侧所 示的接收器及仪表等处于低电位，两者用空心绝缘杆连 接起来 当被测绝缘子两端电压降低时，放电管的放电频率降 低，发声器中发出的声音频率也变低，于是，仪表读数 较小，反之则较大 与火花放电大小相对应得放电管频率信号可用声音表 达，也可采用光的形式传递 音响式测杆的检出电压范围约为1~20kV
tg R4C4 C4 106 C4 (f )
❖当电桥平衡时，C4的微法数就等于被试品的tgδ值 ❖在 电 桥 的 分 度 盘 上 ， C 4 的 数 值 直 接 以 t g δ 的 百 分 数 （％）来表示 ❖测量被试品的电容Cx对于判断某些绝缘状况也是有价 值的
3.4.2 外界电磁场对电桥的干扰
或缺陷部分在整个绝缘中占很小的体积，则 该方法不很有效
✓套管、电力变压器、互感器和某些电容器
电机、电缆
3.4.1 西林电桥的测量原理
当电桥平衡时，检流计中无电流流过，
各臂阻抗满足关系式：
C
ZX Z4 Zn Z3
Zx
1
1 Rx
jCx
Z4
1
1 R4
jC4
1
Z n jCN
Z3＝R3
Rx CX
CN
A
G
R3
R4
D
1
1 Rx
jC x
1
1 R4
jC4
1
jC N
R3
B C4
1 R4 RxC4Cx 0
R4 RxCN R3 (R4C4 RxCx )
tg
Ir Ic
1
Cx Rx
C4R4
Cx
R4 C N R3
1
tg 2
1
R4 C N R3
问题：
?电容量大了意味着 什么故障
?电容量小了意味着 什么故障
❖本质：夹层介质的界面极化
高电压工程基础
➢ 双层介质的吸收现象
A
i
K
R1 U1
C1
阴影部分的面积为绝缘在充电过 程中逐渐“吸收”的电荷。
这种逐渐“吸收”电荷的现象叫 做“吸收现象”，对应的电流称 为吸收电流。它是由于介质中偶 极子逐渐转向，并沿电场方向排 列而产生的。
R2 U2
C2
U
o
双层介质的等值电路
f
' (Rx )
绝缘电阻的测量接线
What’s this?
❖仪器：兆欧表
❖兆欧表一般有三个接线端子
➢被试品接在端子“E”和 “L”之间
➢保护端子“G”（与L相 连）
有时称为屏蔽端子
❖输出电压为负极性直流 （why?）
❖有500V、1000V、2500V、 5000V等多个等级
试验方法和影响测量结果的因素
电气设备绝缘预防性试验
❖ 意义
➢ 是保证电气设备安全运行的重要措施和制度
❖ 目的
➢ 掌握电气设备的绝缘状况，及早发现其缺陷，以进 行相应的维护与检修
❖ 作用
➢ 对防止设备在工作电压或过电压作用下击穿造成的 停电及严重损坏设备的事故，起着预防作用
如何掌握绝缘状况？
绝缘缺陷的产生 检测反映绝缘状况的相关参数！
测量泄漏电流的电路图
T.O.—被试品；H—高电位电极； L—低电位电极；A—直流电位表；
R—保护电阻；P—放电管；
某设备绝缘的泄漏电流曲线
曲线1：绝缘良好；曲线2：绝缘受潮； 曲线3：绝缘中有未贯通的集中性缺陷；
曲线4：绝缘有击穿的危险
介质损失角正切值tgδ的测量
3.4 介质损失角正切值tgδ的测量