电气设备的绝缘设计

目录

一、电气设备的绝缘设计 (2)

二、绝缘电阻测量 (3)

三、介质损失角（tanδ）的测量 (4)

四、局部放电试验 (5)

五、耐压试验 (6)

1、工频交流耐压试验 (6)

2、直流耐压试验 (7)

3、雷电冲击电压试验 (8)

4、操作冲击电压试验 (8)

六、绝缘在线检测 (9)

一、电气设备的绝缘设计

电气设备（Electrical Equipment）是在电力系统中对发电机、变压器、电力线路、断路器等设备的统称。这些电器设备有的是常年运行，有的是短时运行。无论是那种工作制的电器设备，一旦发生事故都会造成很大损失。然而，电气事故按发生灾害的形式，可以分为人身事故、设备事故、电气火灾和爆炸事故等；按发生事故时的电路状况，可以分为短路事故、断线事故、接地事故、漏电事故等；按事故的严重性，可以分为特大性事故、重大事故、一般事故等；按伤害的程度，可以分为死亡、重伤、轻伤三种。

如果按事故的基本原因，电气事故可分为以下几类：

（1）触电事故。人身触及带电体（或过分接近高压带电体）时，由于电流流过人体而造成的人身伤害事故。触电事故是由于电流能量施于人体而造成的。触电又可分为单相触电、两相触电和跨步电压触电三种。

（2）雷电和静电事故。局部范围内暂时失去平衡的正、负电荷，在一定条件下将电荷的能量释放出来，对人体造成的伤害或引发的其他事故。雷击常可摧毁建筑物，伤及人、畜，还可能引起火灾；静电放电的最大威胁是引起火灾或爆炸事故，也可能造成对人体的伤害。

（3）射频伤害。电磁场的能量对人体造成的伤害，亦即电磁场伤害。在高频电磁场的作用下，人体因吸收辐射能量，各器官会受到不同程度的伤害，从而引起各种疾病。除高频电磁场外，超高压的高强度工频电磁场也会对人体造成一定的伤害。

（4）电路故障。电能在传递、分配、转换过程中，由于失去控制而造成的事故。线路和设备故障不但威胁人身安全，而且也会严重损坏电气设备。

以上四种电气事故，以触电事故最为常见。但无论哪种事故，都是由于各种类型的电流、电荷、电磁场的能量不适当释放或转移而造成的。

电气设备必须在长年使用中保持高度的可靠什，为此必须对设备按设计的规格进行各种试验。在制造厂有：对所用的原材料的试验，制造过程的中间试验，产品的定型及出厂试验；在使用场合有：安装后的交接试验，使用中为维护运行安全而进行的绝缘预防性试验等。通过试验，掌握电气设备绝缘的情况，可保证产品质量或及早发现其缺陷，从而进行相应的维护与检修，以保证设备的正常运行。

电气设备的绝缘缺陷有一些是制造时潜伏下的，另一些则是运行中在外界作用的影响下发展起来的。外界作用有工作电压、过电压、大气影响(如潮湿等)、机械力、热、化学等，当然这些外界作用的影响程度还和制造质量有关。目前，还不能做到使电气设备的绝缘在运行中不发生明显的劣化，所以在电力系统中经常进行预防性试验，及时发现缺陷，进行维修．可减少许多事故的发生。

然而，绝缘的缺陷通常可以分成两大类：第一类是集中性的缺陷，例如悬式绝缘子的瓷质开裂；发电机绝缘局部磨损；电缆由于局部有气隙在工作电压作用下发生局部放电而损坏；以及其他的机械损伤、开裂等等。第二类是分布性的缺陷，指电气设备整体绝缘性能下降，例如电机、变压器、套管等绝缘中的有机材料的受潮、劣化、变质等等：绝缘内部有了上述这两类缺陷后，它的特性就往往安发生一定的变化，这样，就可以通过一些试验把隐蔽的缺陷检查出来。

绝缘试验可分为如下表所示的绝缘特性试验和绝缘耐压试验两大类；第一类绝缘特性

试验也称非破坏性试验，是指在较低的电压下或是用其他不会损伤绝缘的办法来测量绝缘的各种特性，从而判断绝缘内部有无缺陷。。第二类是绝缘耐耐压验也称破坏性试验，这类试映对绝缘的考验是严格的，特别是能揭露那些危险件较大的集中性缺陷。它能保证绝缘有一定的水平或裕度，缺点是可能会在耐压试验时给绝缘造成一定的损伤。耐压试验是在非破坏性试验之后才进行，如果非破坏性试验己表明绝缘存在不正常情况，则必须在查明原因并加以消除后再进行耐压试验，以避免不应有的击穿。

二、绝缘电阻测量

通常均用兆欧表进行测量。规定以加电压60s 后测得的数值为该试品的绝缘电阻。

当被试品绝缘中存在贯通的集中性缺陷时，反映g I 的绝缘电阻往往明显下降，于是用兆欧表检查时便可以发现。但对于许多电气设备，反映

g I 的绝缘电阻往往变动甚大，因为它总和被试品的体积尺寸有关系，往往难以给出一定的绝缘电阻判断标准。通常把处于同样运行条件下的不同相的绝缘电阻进行比较，或是把这一次测得的绝缘电阻和过去对它测出的绝缘电阻进行比较来发现问题。

需要注意的是，有时，虽然某些集中性缺陷已发展得很严重，以致在耐压试验中被击穿，但耐压试验前测出的绝缘电阻值和吸收比却都很高，这是因为这些缺陷虽然严亏，但还没有贯通的缘故。因此，只凭绝缘电阻的测量来判断绝缘是不可靠的，但它毕竟是一种简单而有一定效果的方法，故使用十分普遍。

兆欧去有手动的及电动的。手动兆欧表内装有直流电源与流比计，直流电源一般为手摇发电机。直流电压为2500v 的兆欧表，用于对额定屯压为1000v 以上的电气设备进行试验；对1000V 及以下设备常用1000v 兆欧表。兆欧表有二个接线端子：线路端子（L ），接地端于(E)和保护端于(G)，被试绝缘接在L 和E 之间,如下图所示。

图一 兆姆表的原理结构图

流比计的电流线圈I 和电流线圈2绕向相反，固定在同一转子上，并可带功指针旋转。

由于没有弹簧游，所以实际上没有反作用力矩，当线圈中没有电流时，指针可停在任一偏转角α位置。

当电流I 1沉过电流线圈1时，使有力距M l 作用在线圈1上。同样，I 2流过电流线圈2时便有力矩M 2作用在线圈2上，M l 、M 2，分别为

M l ＝I 1F 1(α)， M 2＝I 2F 2(α)

其中F l (α)、F 2(α)随指针转动角度α而变，与气隙中磁通密度的分布有关。 平衡时）（）或（）

（）（211221f I I F F F I I ===αααα。 由x 2211,R R U I R U I +==

（Rx 为试品绝缘电阻），可得 ）（）（）（x 1

x 221f f f R R R R I I

'=+==α 即指针读数反映R x 的大小。

三、介质损失角（tan δ）的测量

通过测量tan δ，可以反映出绝缘的一系列缺陷：如绝缘受潮，油或浸渍剂脏污或劣化变质，绝缘中有气隙发生放电等。这时，流过绝缘的电流中有功电流分量I R 增大了，tan δ也加大。绝缘中存在气隙这种缺陷，最好通过作tan δ与外加电压的关系曲线tan δ＝f(u)来发现。

Tan δ是反映绝缘功率损耗大小的特性参数，与绝缘的体积大小无关。如果绝缘内的缺陷不是分布性而是集中性的，则tan δ有时反映就不灵敏。被试绝缘的体积越大，或集中性缺陷所占的体积越小，那么集中性缺陷处的介质损耗占被试绝缘全部介质中的比重就越小，而I c 一般几乎是不变的，总体的tan δ增加得也越少，这样，测tan δ法就越不灵敏。对于像电机、电缆这类电气设备，出于运行小故障多数为集中性缺陷发展所致，而且被试绝缘的体积较大，tan δ法效果就差，而套管的体积小，tan δ法不仅可以反映套管绝缘的全面情况，而且有时可以检查出其中的集中性缺陷。

图二中被试品用C x 、R x 表示．C N 为标准电容器(tan δ≈0)，G 为检流计,R 3和C 4、R 4为电桥的低压臂。当被试品两端均不接地时，用图二(a)所示的正接法。在正接法中电桥D 点直接接地，操作时比较安全。由于通常运行中的设备一端都是接地的，因而不得不用图二(b)所示的反接法，这时电桥调节部分是处于高电位之下，应放入法拉第笼内并对地绝缘。如电桥上作电压仅为10kv ，可不用法拉第笼，为了保证人身安全，R 3、C 4的调节手柄用的是绝缘柄，耐压15KV 以上，同时，电桥的带高电位部分都放在接地的屏蔽箱内。需注意的是这时从电桥接到被试品和标准电容器的引线都是带高压的，这是因为电桥调节部分两端的电压通常只有几伏，电源高压实际上加在C X 、C N 上面，上述引线的对地电传与电源电压基本相同。

下图二是测量tan δ用的西林电桥：