第三章电气设备绝缘预防性试验

• 特点 • 极化所需的时间极短，约10-15s； • 具有弹性，当外电场去掉后，依靠正、负电 荷间的吸引力，作用中心又马上重合，整体 呈现非极性，没有损耗；
• 温度的影响不大，温度升高时，εr略为下降。
绝缘
- 绝缘 +
2、离子式极化
• 发生在离子式结构，如云母、陶瓷材料。 • 正、负离子的作用中心发生偏移。 • 特点：
2、液体电介质的电导 • 离子电导：
• 电介质分子或杂质分子离解而成的离子。
• 电泳电导：
• 较大的胶体吸附电荷后，变成带电质点。
• 中性和弱极性的液体电介质电导率小。 • 极性和强极性液体电介质电导率大，故不
宜作为绝缘材料（水）。 • 电导率γ与温度间具有指数关系：
3、固体介质的电导 • 离子电导：
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 ❖ 测量仪器
➢阴极射线示波器 ➢指示型电压表 ➢脉冲计数器
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
三、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，可 在运行及耐压试验时使用。
有
偶极子的定 向排列
夹层极化
多层介质的 交界面
10-1 s～数小时
有
自由电荷的 移动
电介质极化的本质：
在外加电场作用下，极化介质内部形成反电场，通 过向电极补充电荷以抵消反电场的作用，从而增加 了电容量，并可能消耗能量！
材料类别
气体介质
(1.0132×105 Pa
）
弱极性
液
体
介
极性
质
强极性
中性或弱
❖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。
如何掌握绝缘状况？
• 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； • 分布性缺陷。
• 预防性试验方法分类： • 破坏性试验(耐压试验)； • 非破坏性试验。
第一节 电介质的极化、电导与损耗
对于平行平板电容器，极间为真空时： 放置固体介质时,电容量将增大为:
平板电容器中的电荷和电场分布 (a)真空 (b)充以介质
• 相对介电常数：
• 极化现象：造成电容量增加 ！ • 极化的原因
• 在外加电场的作用下，介质中原来彼此中和 的正、负电荷产生了位移，形成电矩，使介 质表面出现了束缚电荷，极板上电荷增多， 并造成电容量增大。
• 杂质离子起主要作用。 • 电子电导： • 电导与外施场强E关系密切。
固体介质电导电流密度与 外加场强的关系
表面电导： • 主要决定于表面吸附导电杂质的能力及其分布状
态 • 亲水性电介质：云母，玻璃，纤维材料； • 憎水性电介质：石蜡，聚苯乙烯。 • 预防性试验时要注意绝缘表面的影响！
水滴在两类介质上的分布状态 (a)亲水介质 (b)疏水介质
吸收Baidu Nhomakorabea象
❖本质：夹层介质的界面极化
二、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
❖ 极化指数 ➢（10min/1min）
绝缘内部气隙局部放电的等值电路
一、局部放电的检测回路
CX一端接地
CX两端绝缘
平衡电路
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
U—电压源 M—测量仪器 A—放大器
二、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
•所需的时间也很短，约10-13s； •弹性极化，几乎没有损耗。 • 温度对极化存在一定影响，εr一般具有 正的温度系数。
离子式极化示意图
3、偶极子转向极化
• 存在于极性电介质中（具有永久性偶极矩 ）； • 无外电场时，分子无序排列，不呈现极性； • 在电场作用下，顺电场方向定向排列，示出极性。
❖ 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； ➢将交变压力波转换为电气量，由此可测量局 部放电。
第六节 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：
S L
μA
C’
❖其它因素 V ➢外加直流电压的稳定性
➢测量微安表的保护和接入位置 微安表保护回路
➢高压引线引起的杂散电流带来的测量误差
第四节 介质损失角正切值tgδ的测量
Rx
CX
• 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， 流过绝缘的有功电流分量IRx将增大，tgδ也增大。
• 介质内的正、负自由离子改变分布状况 ，在电极附近形成空间电荷。
• 特点： •缓慢进行； •消耗能量。
极化种类 产生场合
所需时间 能量损耗 产生原因
电子式极化 任何电介质
10-15 s
无
束缚电子运 行轨道偏移
离子式极化
离子式结构 电介质
10-13 s
几乎没有
离子的相对 偏移
偶极子极化 极性电介质 10-10～10-2 s
A
G
B
R3
R4
C4
D
二、外界电磁场对电桥的干扰
1）外界电场的干扰 • 试验用高压电源和试验
现场高压带电体(例如变 电所内仍在运行的高压 母线等)所引起的电场干 扰。 2）外界磁场的干扰 • 电桥处于交变磁场中
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）
• 特点： • 极化所需的时间也较长，约10-10～10-2s； • 非弹性，消耗能量。
• 温度对极性介质的εr有很大的影响。 • 低-、适当范围+、高-
4、夹层介质界面极化 • 存在于夹层电介质（不均匀电介质）中。
特点 •过程特别缓慢，一般在10-1s以上，甚至数小时； •伴有介质损耗。
5、空间电荷极化
• 极性：电导和极化损耗。 • 损耗与温度的关系比较复杂。
液体介质损耗与温度的关系
• 固体介质的损耗 • 分子式 • 离子式 • 不均匀结构 • 强极性
• 损耗情况比较复杂 • 损耗与温度密切相关
干纸的损耗与温度的关系 1－1kHz 2－10kHz 3－100kHz
四、电介质的一般等值电路
绝缘
C/ C0
西林电桥接线原理图
西林电桥反接线原理图
三、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。
tgδ与试验电压的典型关系曲 线 1良好的绝缘 2绝缘中存在气隙 3受潮绝缘
第五节 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。
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％ ➢脉动系数＝[（最高值－最低值） /2]×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
R1
➢绝缘表面状况
➢设备温度
• 电介质的电导一般是指离子性电导。
1、电介质的电导率、电阻率
Is
?
• 电导性能常用电导率γ或电
阻率ρ表示。
IV
• 固体电介质的电阻率
（1）体积电阻率：单位长度 的正方体的电介质中，所测 得的其两相对面上的电阻。
d
IS
µA
（2）表面电阻率：单位长度的正 方形表面积上，相对两边之间 测得的电阻。
体积电阻测量图
• 极化的影响因素：形态（气液固）、温度、电 场频率等。
• 极化的基本形式：电子式、离子式、偶极子转 向、夹层介质界面、空间电荷极化。
1、电子式极化
• 电子轨道受到外电场的作用时，相对于原子核产 生位移，原子中正、负电荷的作用中心不再重合 .
• 极化强度与正、负电荷作用中心间的距离成正比 ，且随外电场的增强而增大。
极性
固
体
介
质
极性
名称
空气
变压器油 硅有机液体
蓖麻油 氯化联苯
丙酮 酒精
水 石蜡 聚苯乙烯 聚四氟乙烯 松香
纤维素 胶木
聚氯乙烯
相对介电常数， εr(工频，20℃)
1.00058
2.2～2.5 2.2～2.8
4.5 4.6～5.2
22 33 81 2.0～2.5 2.5～2.6 2.0～2.2 2.5～2.6
手摇式兆欧表的工作原理
绝缘电阻的测量接线
❖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
三、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 干燥前（受潮），15ºC
第三节 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）
工程意义： 1）选择绝缘材料 2）多层介质合理配合 3）判断绝缘状态
6.5
4.5 3.0～3.5
离子性
云母 电瓷
5～7 5.5～6.5
二、电介质的电导 • 离子电导：
• 以离子为载流子。 • 在电场或外界因素影响下，离解成正负离子。
• 电子电导：
• 以自由电子为载流子。 • 出现电子电导电流时，表明电介质已被击穿。
❖直流泄漏电流试验--提高试验电压
➢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
发电机的泄漏电流变化曲线 曲线1：绝缘良好的发电机； 曲线2：绝缘受潮； 曲线3：绝缘中已有集中性缺陷； 曲线4：有危险的集中性缺陷。
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。
• 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）， 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。
一、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：
三、电介质的能量损耗 • 介质损耗：电导损耗、有损极化
W=P+jQ=U(Ir+jIC)=UIr+j UIC
介质损失角的正切tgδ：衡量介质的损耗特性
• 气体介质的损耗
• 无碰撞电离时，损耗由电导引起，损耗极小； • 发生放电时，损耗剧增（如电线上的电晕损耗 ）
。
• 液体介质的损耗
• 中性或弱极性介质： • 损耗主要起因于电导，较小。
• 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
C
Rx CX
CN
A
G
B
R3
R4
C4
D
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？
❖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，C4的数值直接以tgδ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。
C
Rx
CX
CN
R r
ICx
IRx
Cx
Rx
（a）
（b）
（c）
➢C中0对反应映的电电子容式）和离子式无损极化（含真空
➢C，、r支路反映有损极化 ➢R反映电导损耗
第二节 绝缘电阻的测量
一、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
第三章电气设备绝缘预 防性试验
2020年7月25日星期六
第三章 电气设备绝缘预防性试验
电介质的极化、电导与损耗及其等效电路 预防性试验的常规项目
➢绝缘电阻 ➢直流泄漏电流 ➢介质损耗因数 ➢局部放电 ➢绝缘油中溶解气体分析 ➢高压耐压试验
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。