煤礦6kV電纜對(duì)地絕緣參數(shù)檢測(cè)技術(shù)的研究畢業(yè)論文

煤礦6kV電纜對(duì)地絕緣參數(shù)檢測(cè)技術(shù)的研究畢業(yè)論文目錄TOC\o"1-4"\h\z\u摘要 IABSTRACT III目錄 IV第1章緒論 11.1電力電纜絕緣診斷意義 11.2課題研究背景及意義 11.3論文主要工作及研究容 21.3.1論文的主要容 2第2章電力電纜的特性 32.1電力電纜的使用概述及分類 32.1.1電力電纜的使用概述 32.1.2電力電纜的分類 32.1.2.1油浸紙絕緣統(tǒng)包電纜[6] 32.1.2.2分相鉛包電纜 42.1.2.3自容式充油電纜 42.1.2.4橡皮電纜 52.1.2.5聚氯乙烯電纜 52.1.2.6交聯(lián)聚乙烯電纜 52.2電力電纜故障分類 52.2.1電力電纜故障產(chǎn)生的原因及分類 52.2.2電力電纜故障原因 62.2.3故障的性質(zhì)與分類 62.3絕緣老化的原因及類型 72.3.1熱老化 82.3.2機(jī)械老化 92.3.3電老化 92.3.4其它類型 102.4絕緣介質(zhì)在電場(chǎng)作用下的特性 102.4.1極化 102.4.2電導(dǎo) 102.4.3損耗 102.5絕緣介質(zhì)的吸收現(xiàn)象 12第3章電纜絕緣診斷技術(shù) 163.1概況 163.2電纜絕緣停止運(yùn)行診斷法 173.2.1絕緣電阻的測(cè)量 173.2.2泄露電流的測(cè)量 183.2.3介質(zhì)損耗角正切值的測(cè)量 193.2.4逆吸收電流法 203.2.5殘余電荷法 203.2.6電位衰減法 203.3電纜絕緣在線診斷法 213.3.1直流分量法 213.3.2局部放電法 223.3.3差頻法 223.3.4交流疊加法 233.3.5諧波分量法 24第4章附加直流電源絕緣檢測(cè)法 254.1直流高壓發(fā)生器概述 254.2直流高壓發(fā)生器的設(shè)計(jì) 254.2.1直流高壓發(fā)生器的幾種產(chǎn)生方式 254.2.1.1半波整流 254.2.1.2工頻倍壓整流 254.2.1.3中頻倍壓整流 264.2.2倍壓電路的工作特性 264.2.2.1倍壓整流電路基本原理 264.2.2.2其他形式的倍加電路結(jié)構(gòu)的工作特性 274.3倍壓電路參數(shù)選擇 324.3.1電纜的實(shí)驗(yàn)特性 324.3.2參數(shù)選擇 354.3.2.1電容值選擇 354.3.2.2二極管選擇 404.4實(shí)驗(yàn) 404.5小結(jié) 42第5章論文總結(jié) 435.1論文工作總結(jié) 435.2后續(xù)工作 43致謝 44參考文獻(xiàn) 45第1章緒論1.1電力電纜絕緣診斷意義隨著工業(yè)的發(fā)展、城市的擴(kuò)大，輸電、配電系統(tǒng)中電力電纜的比重在不斷提高。目前所用的電力電纜大多采用有機(jī)絕緣材料，如油紙、橡膠、交聯(lián)聚乙烯等。如果電纜的制作質(zhì)量好、運(yùn)行條件合適，而且不受外力等破壞，則電纜絕緣的壽命相當(dāng)長。國外的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)也證明了這一點(diǎn)：制造敷設(shè)良好的電纜，如有事故則大多是由于外力破壞或地下污水的腐蝕等所引起的。隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，現(xiàn)代企業(yè)的生產(chǎn)也要求電力電纜的運(yùn)行是長期、連續(xù)和安全穩(wěn)定的。然而由于電力負(fù)荷的不斷增加，電力電纜由絕緣缺陷所導(dǎo)致的事故隱患也在不斷增加，因此如何保證電力電纜安全穩(wěn)定的運(yùn)行已成為了電力系統(tǒng)中一個(gè)多因素、非常復(fù)雜的課題。1.2課題研究背景及意義目前煤礦電氣設(shè)備檢修，大多采用常規(guī)性的試驗(yàn)方法，即定期停電對(duì)設(shè)備進(jìn)行絕緣特性試驗(yàn)。這種測(cè)試方法不足之處：其一，需要設(shè)備退出運(yùn)行，進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)還必須設(shè)置臨時(shí)試驗(yàn)線路，費(fèi)工費(fèi)時(shí)，受人為因素影響，甚至使測(cè)量發(fā)生錯(cuò)誤，且試驗(yàn)電壓不是實(shí)際運(yùn)行電壓，所測(cè)結(jié)果也不是系統(tǒng)正常運(yùn)行情況下的絕緣情況;其二，每次試驗(yàn)時(shí)間間隔過長，難以及時(shí)掌握電器設(shè)備絕緣特性的發(fā)展情況。這就使得絕緣事故常有發(fā)生，而事故之前的停電試驗(yàn)結(jié)果往往又是正常的。而電氣設(shè)備的可靠運(yùn)行，在很大程度上取決于長期工作電壓下設(shè)備絕緣的可靠性。雖然耐壓試驗(yàn)仍然是一種有效的發(fā)現(xiàn)故障的方法，但為了保障電力電纜的安全運(yùn)行，電力電纜絕緣在線監(jiān)測(cè)技術(shù)得到了長足的發(fā)展。目前，XLPE電力電纜的在線監(jiān)測(cè)技術(shù)主要有直流分量法、直流疊加法、tgα法、局部放電法及低頻疊加法等。國外，特別是歐美和日本等發(fā)達(dá)國家，這些方法己經(jīng)得到較廣泛的應(yīng)用，積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，在監(jiān)測(cè)方法和技術(shù)上處于領(lǐng)先地位，其研究開發(fā)的絕緣監(jiān)測(cè)及檢測(cè)裝置已有較好的應(yīng)用效果；更重要的是，長期的在線運(yùn)行提供了大量的監(jiān)測(cè)結(jié)果，豐富了對(duì)電纜缺陷和老化的判據(jù)。值得一提的是，日本在交聯(lián)電纜的在線監(jiān)測(cè)技術(shù)和方法上投入了大量人力和物力，開發(fā)了一些診斷設(shè)備，并提出了電纜老化程度的判據(jù)。而我國在線監(jiān)測(cè)技術(shù)目前尚處于起步階段，不少學(xué)者和研究單位對(duì)國外的監(jiān)測(cè)技術(shù)和方法進(jìn)行跟蹤研究。[1][2]在電力電纜在線監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，國也有大量相關(guān)論文和研究成果，但是目前投入實(shí)際運(yùn)行的在線監(jiān)測(cè)產(chǎn)品并不多見。煤礦生產(chǎn)以井下巷道作業(yè)為主，隨著煤礦井下用電設(shè)備的日益增多和電壓等級(jí)的升高，用電安全問題亦日益突出，其中漏電事故占有很大比重，成為礦井安全的一大隱患.由于漏電的廣布性、隱密性、連續(xù)性、多發(fā)性和突發(fā)性，因此，危害性也就很大。[3]我國煤礦井下多采用變壓器中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)供電，電力的傳輸主要靠電纜。電纜在運(yùn)行過程中，因機(jī)械損傷、操作過電壓和水分的逐漸滲入，在電場(chǎng)長期作用下部會(huì)出現(xiàn)局部放電，引起老化和絕緣電阻下降。電纜絕緣電阻的下降會(huì)導(dǎo)致漏電流，不但可能導(dǎo)致人身觸電事故，還會(huì)形成單相接地，進(jìn)而發(fā)展成為相間短路。對(duì)于絕緣水平比較薄弱的煤礦井下電網(wǎng)，如不及時(shí)斷開故障饋線，會(huì)引起系統(tǒng)的連鎖反應(yīng)，嚴(yán)重時(shí)會(huì)引發(fā)電弧造成瓦斯和煤塵爆炸。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在供電事故中，電纜事故占2/3左右，故預(yù)防及減少電纜事故至關(guān)重要。根據(jù)我國煤礦6KV電網(wǎng)對(duì)地絕緣電阻的測(cè)量現(xiàn)狀，對(duì)對(duì)地絕緣參數(shù)檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行研究。對(duì)電纜絕緣參數(shù)檢測(cè)的研究，不僅可以有效的減少井下供電故障，更可以保障煤礦的安全運(yùn)行。1.3論文主要工作及研究容本論文主要是針對(duì)煤礦電力電纜絕緣檢測(cè)技術(shù)的研究，首先統(tǒng)計(jì)電力電纜絕緣故障的類型及原因，明確故障發(fā)生發(fā)展的機(jī)理，并進(jìn)一步了解電力電纜絕緣檢測(cè)技術(shù)的各種方法，選擇一種方法對(duì)其進(jìn)行深入研究。1.3.1論文的主要容（1）電力電纜的分類，電纜絕緣故障的原因及特性分析，絕緣診斷技術(shù)的研究通過查閱大量文獻(xiàn)，總結(jié)找出電纜發(fā)生故障的原因及故障類型，工作量大，并對(duì)上述進(jìn)行研究；（2）對(duì)采用附加直流電源絕緣檢測(cè)法的直流電源進(jìn)行細(xì)致研究通過采用EWB仿真軟件，對(duì)直流高壓發(fā)生器的參數(shù)選擇進(jìn)行仿真，選出參數(shù)。這是本課題的關(guān)鍵所在；（3）根據(jù)所選參數(shù)，制作實(shí)物，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。第2章電力電纜的特性2.1電力電纜的使用概述及分類2.1.1電力電纜的使用概述電線和電纜是電力系統(tǒng)中使用最為廣泛的設(shè)備，在各類電氣事故波及的設(shè)備中，與電線電纜有關(guān)的占了幾乎50%，其中大部分又是因?yàn)榻^緣損壞所致。高壓電力電纜在區(qū)域間傳輸大量電能的重要作用，是國民經(jīng)濟(jì)的動(dòng)脈，人們對(duì)的它的絕緣檢測(cè)非常重視，已經(jīng)做了很多研究。在我國，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們生活水平的提高，居民、廠礦用電量近幾年在飛速的增加，但是對(duì)人們對(duì)低壓配電網(wǎng)絕緣狀況的監(jiān)測(cè)卻還沒得到足夠的重視，并因此造成了相當(dāng)?shù)娜藛T傷亡和財(cái)產(chǎn)損失，給人民群眾的生產(chǎn)、生活帶來了很大的負(fù)面影響。因此，為了更加準(zhǔn)確、可靠、方便的測(cè)量到反映電纜絕緣系統(tǒng)劣化程度的特征量，及早發(fā)現(xiàn)絕緣隱患，避免事故的發(fā)生，不斷研究先進(jìn)的絕緣檢測(cè)技術(shù)和開發(fā)出合適的絕緣檢測(cè)裝置是十分必要和迫切的。2.1.2電力電纜的分類現(xiàn)在使用的35KV以下的電力電纜主要有橡皮絕緣電纜、聚氯乙烯絕緣電力電纜、油浸紙絕緣電力電纜、交聯(lián)聚乙烯絕緣電力電纜:35KV以上電力電纜主要有高壓充油電力電纜、交聯(lián)聚乙烯絕緣電力電纜、SF6氣體絕緣電力電纜等。電力電纜按其絕緣層的結(jié)構(gòu)不同又可以分為油浸絕緣統(tǒng)包電纜、鉛包電纜、自容式充油電纜、橡皮絕緣電纜、聚氯乙烯絕緣電纜和交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜等幾種類型。[4][5]2.1.2.1油浸紙絕緣統(tǒng)包電纜[6]油浸紙絕緣電纜是將電纜線芯先分相包纏上油浸絕緣紙，在線芯之間的空隙填充油浸麻繩或紙帶，然后再用油浸絕緣紙將幾個(gè)線芯統(tǒng)包起來。統(tǒng)包紙不但滿足了線芯與外防護(hù)層的絕緣要求，而且還起到纏緊各個(gè)線芯的作用。電纜線芯統(tǒng)包后，外部再包上防腐蝕和防外力損傷的護(hù)套層。統(tǒng)包型電纜結(jié)構(gòu)簡單，節(jié)省材料，價(jià)格也比較便宜，因此得到廣泛使用。統(tǒng)包電纜具有如下缺點(diǎn)：（1）統(tǒng)包電纜線芯之間的空隙有大量的電纜油存在，當(dāng)使用溫度發(fā)生變化時(shí)，電纜油和其他填充物就會(huì)出現(xiàn)一定的空間。在強(qiáng)電場(chǎng)的作用下，電纜芯空間的氣體就要發(fā)生游離現(xiàn)象，使電纜絕緣遭到破壞（2）散熱能力差，絕緣容易老化，因此載流量受到一定的限制。（3）由于電纜部有大量的電纜油存在，當(dāng)電纜垂直安裝或安裝地帶兩端有地面高差時(shí)，電纜油就很容易流向低洼的部位，使該部位護(hù)套部壓力增大，導(dǎo)致低端電纜漏油或外護(hù)套脹裂，使電纜受到損壞。（4）由于電纜芯都統(tǒng)包在一起，線芯無分相接地屏蔽，而是共用一個(gè)外護(hù)套接地，所以易引起短路故障。為避免電纜油流動(dòng)引起損傷，電纜浸漬劑應(yīng)選用電纜工作的正常溫度下不會(huì)發(fā)生流動(dòng)的浸漬劑，我們稱此種類型的電纜為不滴流統(tǒng)包電纜。2.1.2.2分相鉛包電纜分相鉛包電纜又稱為單芯電纜。在線芯的外部包纏有兩層半導(dǎo)體紙，用以消除線芯表面平整而引起的電場(chǎng)畸變。半導(dǎo)體層外部包纏絕緣紙，絕緣紙外部纏一層半導(dǎo)體紙，然后包上鉛包護(hù)套和防腐層。分相式單芯電纜采用圓形線芯，分相屏蔽絕緣性能好，部無油浸漬填充料存在，不會(huì)發(fā)生電纜油外漏現(xiàn)象。分相式電纜散熱性能好，可以增加線芯的載流量。在安裝修理時(shí)易于操作，彎曲時(shí)變形較小，因此它不但適應(yīng)于10KV及以下的電纜制作，同時(shí)也適應(yīng)于35KV電壓等級(jí)的電纜制作。2.1.2.3自容式充油電纜自容式充油電纜在導(dǎo)線芯的中心留有一個(gè)油道，油道與外部的供油箱相連接。當(dāng)電纜溫度升高時(shí)，部的浸漬劑受熱脹，多余的浸漬劑通過油道流到供油箱。當(dāng)電纜溫度下降時(shí)，浸漬劑收縮，供油箱的油回流到電纜芯油道，保持電纜線芯部始終無間隙，不會(huì)發(fā)生游離現(xiàn)象使絕緣層遭到破壞，同時(shí)也避免了電纜溫度上升發(fā)生熱膨脹時(shí)使部壓力增大，損傷絕緣層和外護(hù)套。自容式充油電纜制造工藝復(fù)雜，一般在高電壓電纜制造時(shí)才采用。自容式充油電纜具有以下特點(diǎn)：（1）電場(chǎng)分布與單相電纜相同，使絕緣層在最佳狀態(tài)下工作。（2）運(yùn)行時(shí)不受溫度變化影響，保持壓在穩(wěn)定狀態(tài)，不會(huì)造成護(hù)套層損傷故障。（3）電纜部無間隙存在，使絕緣強(qiáng)度大為增強(qiáng)。（4）散熱條件好，允許工作溫度高，載流量大。2.1.2.4橡皮電纜橡皮電纜是在導(dǎo)線線芯外擠壓一層橡皮作為絕緣層，用麻作填料，在線芯外部包纏橡膠布帶或玻璃纖維帶以防止線芯松散。再擠壓一層鉛包層，最外層包上防腐用的鋼帶作為外護(hù)套。橡皮電纜也可以采用聚氯乙烯或氯丁橡皮作為密封層。橡皮電纜的特點(diǎn)：（1）橡皮電纜耐電暈，耐腐蝕性能較差，不能制成高電壓電纜。（2）橡皮電纜柔軟易彎曲且耐低溫性能好，適用于較低溫度下和變動(dòng)頻繁的場(chǎng)合。（3）橡皮電纜電氣性能和化學(xué)性能穩(wěn)定，防水、防腐性能好。2.1.2.5聚氯乙烯電纜聚氯乙烯電纜構(gòu)造與油浸絕緣紙電纜基本相同，它的絕緣層是采用聚氯乙烯材料，填充也是采用不吸潮的麻繩等材料，外面再包纏襯層將線芯固定，最后再擠壓上外護(hù)套層。此種電纜的外護(hù)套有三種形式：無鎧裝、鋼帶或鋼絲鎧裝、裸鋼絲鎧裝。聚氯乙烯電纜有如下特點(diǎn)：（1）具有良好的電氣性能，耐油、耐燃，價(jià)格便宜。（2）化學(xué)性能穩(wěn)定，安裝維護(hù)方便。（3）介質(zhì)損失大，且溫度升高時(shí)其電氣性能和機(jī)械性能明顯下降，因此限制其使用電壓在6KV及以下電壓等級(jí)，且運(yùn)行溫度不得超過65KV。2.1.2.6交聯(lián)聚乙烯電纜交聯(lián)聚乙烯電纜的結(jié)構(gòu)與聚乙烯電纜基本相同，它是在電纜線芯上先擠包一層1mm厚的半導(dǎo)體交聯(lián)聚乙烯，在絕緣層外面也要包一層半導(dǎo)體丁基橡膠或擠包一層半導(dǎo)體層，半導(dǎo)體層外再包一層0.11交聯(lián)聚乙烯電纜具有如下特點(diǎn)：（1）耐熱性能和絕緣性能好，載流量大。（2）重量輕，結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便。（3）線芯分相屏蔽，不容易發(fā)生相間短路事故。但其價(jià)格較貴，成本較高。[4][5][7]2.2電力電纜故障分類2.2.1電力電纜故障產(chǎn)生的原因及分類電力電纜經(jīng)過敷設(shè)和長時(shí)間的運(yùn)行使用，可能會(huì)發(fā)生故障，影響電力網(wǎng)的安全運(yùn)行。必須及時(shí)分清故障原因，準(zhǔn)確判斷故障點(diǎn)，從而消除故障。了解電纜的故障原因及故障類型，對(duì)于快速的定出故障點(diǎn)十分重要。2.2.2電力電纜故障原因電力電纜故障的原因是多方面的，大致可分為以下幾種：[8](1)機(jī)械損傷。機(jī)械損傷引起的電纜故障占電纜故障事故的比例較大。例如在安裝過程中，不小心碰傷電纜；機(jī)械牽引力過大而拉傷電纜；或電纜過度彎曲而損傷電纜，經(jīng)過長時(shí)間運(yùn)行后就有可能發(fā)展成故障。(2)電纜絕緣的破壞。電纜絕緣的破壞是故障產(chǎn)生的主要原因，特別是塑料絕緣的電力電纜，絕緣在長期電場(chǎng)的作用下，就會(huì)發(fā)生樹枝化放電，使絕緣降解破壞，造成貫穿擊穿。電纜密封不嚴(yán)，絕緣層進(jìn)入水分而受潮，使電纜絕緣性能下降，甚至造成樹枝狀放電或直接貫穿性擊穿，導(dǎo)致電纜出現(xiàn)故障。另外，在大氣過電壓和電力系統(tǒng)部過電壓的作用下，使電纜絕緣層擊穿，形成故障，這種情形下?lián)舸c(diǎn)一般是由于存在材料缺陷。(3)護(hù)層的腐蝕。由于地下酸堿腐蝕、雜散電流的影響，使電纜鉛包外皮受到腐蝕出現(xiàn)麻點(diǎn)、開裂或穿孔，致使水分進(jìn)入電纜也可以造成故障。2.2.3故障的性質(zhì)與分類電力電纜故障的分類方法比較多，通常有以下幾種方法：(1)從故障形式上可分為串聯(lián)與并聯(lián)故障。串聯(lián)故障是指電纜一個(gè)或多個(gè)導(dǎo)體(包括鉛、鋁外皮)斷開；并聯(lián)故障是指導(dǎo)體對(duì)外皮或?qū)w之間的絕緣下降，而不能承受正常運(yùn)行電壓。導(dǎo)體斷路往往是電纜故障電流過大而燒斷的，這種故障一般伴有并聯(lián)接地或相間絕緣下降的情況。實(shí)際發(fā)生的故障絕大部分是單相對(duì)地絕緣下降故障。電纜故障點(diǎn)可用圖2-1所示的電路來等效。Rf代表故障點(diǎn)處絕緣電阻，G是擊穿電壓為Ug的擊穿間隙，Cf代表局部分布電容，上述3個(gè)數(shù)值隨不同的故障情況變化很大，并且相互之問并沒有必然的聯(lián)系。間隙擊穿電壓Ug的大小取決于放電通道的距離，電阻R的大小取決于電纜介質(zhì)的碳化程度，電容C的大小取決于電纜絕緣材料的性質(zhì)和故障點(diǎn)受潮的程度，數(shù)值很小，一般可忽略。圖2-1電纜故障等效電路圖[8](2)根據(jù)故障電阻與擊穿間隙情況，電纜故障可分為開路、低阻、高阻與閃絡(luò)性故障。①開路(斷路)故障：電纜的各線芯絕緣良好，但有一芯或數(shù)芯導(dǎo)體斷開。具體表現(xiàn)為電纜相間或相對(duì)地絕緣電阻達(dá)到所要求的圍值，但工作電壓不能傳送到終端，或終端有電壓，但負(fù)載能力很差(低壓脈沖測(cè)試時(shí)，故障有反射且反射波與發(fā)射波同相)。②低阻絕緣故障：按照過去工程慣例，凡是電纜故障點(diǎn)的殘余絕緣電阻小于10倍電纜特性阻抗的電纜絕緣故障稱為低阻絕緣故障。有時(shí)把故障點(diǎn)殘余絕緣電阻接近零的故障稱為短路故障(低壓脈沖測(cè)試時(shí)，故障有反射且反射波與發(fā)射波反相)。③高阻故障：按照過去工程慣例，把電纜故障點(diǎn)的殘余絕緣電阻大于10倍電纜特性阻抗的故障均稱為高阻故障(低壓脈沖測(cè)試時(shí)反射不明顯)。④閃絡(luò)性故障：試驗(yàn)電壓升至某值時(shí)，泄漏電流突然升高，監(jiān)視泄漏電流的表針間歇性擺動(dòng)。電壓稍下降時(shí)，此現(xiàn)象消失，但電纜絕緣仍有極高的阻值。閃絡(luò)性故障多是在進(jìn)行預(yù)防性試驗(yàn)時(shí)發(fā)生，并多出現(xiàn)于電纜中間接頭或終端頭。2.3絕緣老化的原因及類型對(duì)于固體絕緣材料在使用一定的年限以后，絕緣性能都會(huì)呈現(xiàn)一定程度的劣化，這被稱為“絕緣老化”。這些損壞和劣化主要是由于機(jī)械力的作用、熱的作用、電場(chǎng)的作用、化學(xué)腐蝕等因素綜合作用產(chǎn)生的。由于絕緣層的介質(zhì)損耗，可能造成電纜過熱，進(jìn)而加速了絕緣層老化。電纜過負(fù)荷或散熱不良，安裝于電纜密集區(qū)、電纜溝及電纜隧道等通風(fēng)不良處的電纜，穿在干燥管中的電纜以及與熱力管道接近的電纜，都會(huì)因過熱而使絕緣加速老化。絕緣材料老化的表現(xiàn)主要有絕緣電阻下降、介質(zhì)損耗增大等，對(duì)老化了的絕緣材料進(jìn)行顯微觀察，可以發(fā)現(xiàn)樹枝狀結(jié)構(gòu)存在。絕緣材料的老化原因是多樣的、復(fù)雜的，最具代表性的主要有:熱老化、機(jī)械老化、電壓老化等。[9]2.3.1熱老化熱老化指的是絕緣介質(zhì)的化學(xué)結(jié)構(gòu)在熱量的作用下發(fā)生變化，使得絕緣性能下降的現(xiàn)象。熱老化的本質(zhì)是絕緣材料在熱量的影響下發(fā)生了化學(xué)變化，所以熱老化也被稱為化學(xué)老化。一般情況下，化學(xué)反應(yīng)的速度隨著環(huán)境溫度的升高而加快。用于絕緣的高分子有機(jī)材料會(huì)在熱的長期作用下發(fā)生熱降解，主要是氧化反應(yīng)，這種反應(yīng)也被稱為自氧化游離基連鎖反應(yīng)，如聚乙烯的氧化反應(yīng)就是從C-H鍵中H的脫離開始的。熱老化使得絕緣材料的電氣和機(jī)械性能同時(shí)產(chǎn)生劣化，絕緣壽命減少，但是最顯著的表現(xiàn)還是材料的伸長率、拉伸強(qiáng)度等機(jī)械特性的變化。例如,XLPE材料被認(rèn)為當(dāng)拉伸率從初始的400%～600%降低到100%時(shí)壽命終止。[9]一般地區(qū)，大氣的溫度對(duì)熱老化的作用不明顯，炎熱高溫的地區(qū)作用相對(duì)大些，但不是主要因素，熱老化主要是電力設(shè)備自身產(chǎn)生的比較大的熱量所致，如電能損耗、局部放電等引起的較大的溫升。為了防止絕緣材料被氧化，減緩連鎖反應(yīng)的速度，一般都是采用添加抗氧化劑的方法。聚乙烯的抗氧化劑常使用苯酚系化合物，其主要作用是提供H，與氧化老化連鎖反應(yīng)中產(chǎn)生的ROO結(jié)合，以阻止連鎖反應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行。大量實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的積累表明絕緣材料的熱老化壽命與溫度的關(guān)系服從Arrhenius定律，即式2.1:（2.1）f(T):表示老化狀態(tài)的物理量；EA:引起老化所必須的能量；T:熱力學(xué)溫度；fC,k:常數(shù)，式中,fC,k和k由材料的特性決定。由上式可以看出T越高，對(duì)材料的絕緣要求也越高，相同絕緣材料的使用壽命成指數(shù)下降。熱氧化老化是熱和空氣中氧長期聯(lián)合作用所引起的一種老化形式。由于應(yīng)用中的絕緣材料大部分都是要和空氣接觸(空氣中氧對(duì)氧化機(jī)理有很大影響)，熱氧化老化是有機(jī)絕緣材料老化的一種主要形式，習(xí)慣上又稱為熱老化。2.3.2機(jī)械老化機(jī)械老化是固體絕緣系統(tǒng)在生產(chǎn)、安裝、運(yùn)行過程中受到各種機(jī)械應(yīng)力的作用發(fā)生的老化。這種老化主要是絕緣材料在機(jī)械應(yīng)力作用下產(chǎn)生微觀的缺陷，這些微小的缺陷隨著時(shí)間的流逝和機(jī)械應(yīng)力的持續(xù)作用慢慢惡化，形成微小裂縫并逐漸擴(kuò)大，直至引起局部放電等破壞絕緣的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象也被稱為“電-機(jī)械擊穿”。它對(duì)絕緣老化的速度有很大的影響。2.3.3電老化電老化指的是在電場(chǎng)長期作用下，電力設(shè)備絕緣系統(tǒng)中發(fā)生的老化。電老化機(jī)理很復(fù)雜，它包含因?yàn)榻^緣擊穿產(chǎn)生的放電引起的一系列物理和化學(xué)效應(yīng)。一般可以用絕緣材料的本征擊穿場(chǎng)強(qiáng)表示絕緣材料耐強(qiáng)電場(chǎng)的性能。各種高分子材料的本征擊穿場(chǎng)強(qiáng)都在MV/cm的數(shù)量級(jí)。但是，實(shí)際中絕緣材料的絕緣擊穿強(qiáng)度比本征擊穿強(qiáng)度要小很多。這其中的原因是多種的，比如厚度效應(yīng)、雜質(zhì)的混入、制造時(shí)產(chǎn)生的氣孔、材料的不均勻形成的凸起產(chǎn)生的電極效應(yīng)等等。總之，本征擊穿強(qiáng)度表征的是理想情況下材料的擊穿場(chǎng)強(qiáng)。[9]固體絕緣材料的絕緣擊穿機(jī)理主要有以下兩種理論:(1).達(dá)到一定電場(chǎng)時(shí)，電子數(shù)量急劇增加，使得絕緣材料遭到擊穿破壞，由于擊穿破壞的主要原因是電子，因而稱為“電擊穿”；(2).在絕緣體上加上電壓后，有微電流通過，由這一電流產(chǎn)生的焦耳熱導(dǎo)致材料擊穿破壞，這被稱為“熱擊穿”。此外，還有上文提到的“電—機(jī)械擊穿”，也是原因之一。和熱老化壽命類似，絕緣材料的電老化壽命t與電場(chǎng)強(qiáng)度E的關(guān)系滿足“n次方法則”，如式2.2所示：（2.2）前已提及，介質(zhì)電老化的主要原因是介質(zhì)中的局部放電。固體介質(zhì)耐受局部放電的性能是有差別的，例如有機(jī)高分子聚合材料的短時(shí)擊穿場(chǎng)強(qiáng)很高，但因耐受局部放電的性能差，因此長時(shí)間擊穿場(chǎng)強(qiáng)并不高。在絕緣設(shè)計(jì)時(shí)必須將工作場(chǎng)強(qiáng)選得比局部放電起始場(chǎng)強(qiáng)低，以保證電氣設(shè)備有足夠長的壽命。2.3.4其它類型其它類型還包括光氧化，臭氧氧化，生物氧化，高能輻射氧化等。當(dāng)然絕緣老化是電場(chǎng)、熱、機(jī)械力、環(huán)境(水分、陽光等)等眾多因素綜合作用的結(jié)果，是一個(gè)非常復(fù)雜的過程，在推算絕緣材料使用壽命時(shí)應(yīng)該盡量綜合以上因素考慮。2.4絕緣介質(zhì)在電場(chǎng)作用下的特性絕緣介質(zhì)在電場(chǎng)作用下，會(huì)呈現(xiàn)出極化、電導(dǎo)、損耗等其它重要特性。2.4.1極化任何不同的絕緣材料，都可以認(rèn)為是置于電極之間的電介質(zhì)，并呈現(xiàn)電介質(zhì)的特性，極化現(xiàn)象就是其一。極化是指置于電場(chǎng)中的電介質(zhì)，沿著電場(chǎng)方向產(chǎn)生偶極矩、在電介質(zhì)表面產(chǎn)生束縛電荷的現(xiàn)象。根據(jù)形成極化機(jī)理的不同，介質(zhì)極化可以分為以下四種:（1）電子和離子的位移極化；（2）熱離子位移極化；（3）偶極子極化；（4）夾層極化。2.4.2電導(dǎo)對(duì)于理想絕緣介質(zhì)而言，不含任何自由的帶電粒子，電導(dǎo)率σ等于0，介質(zhì)是不導(dǎo)電的。但是實(shí)際上，σ總會(huì)呈現(xiàn)一個(gè)很小的值，就是說，介質(zhì)中有少量自由的帶電粒子存在。帶電粒子在電場(chǎng)的作用下會(huì)定向運(yùn)動(dòng)，形成微弱的電流，這就是平時(shí)所說的絕緣漏電流。介質(zhì)中的載流子一般是自由離子，它們來源于介質(zhì)本身，也有的來自外部雜質(zhì)。外部溫度越高，分子熱運(yùn)動(dòng)就越劇烈，對(duì)自由離子的約束也越小，形成的電導(dǎo)電流越大，這一點(diǎn)和金屬的導(dǎo)電特性是完全相反的。此外，介質(zhì)在外加高壓電場(chǎng)的作用下，會(huì)形成一定程度的電離，使得載流子數(shù)目增多，σ下降。當(dāng)然，介質(zhì)受潮后σ也會(huì)下降。表征電導(dǎo)的參數(shù)是電導(dǎo)率γ，在高電壓工程中一般常用電阻率ρ（ρ=1/γ）來表征介質(zhì)的絕緣電阻。電介質(zhì)電導(dǎo)主要是離子電導(dǎo)，其電導(dǎo)隨溫度的變化規(guī)律與屬于電子電導(dǎo)的金屬材料是相反的。2.4.3損耗絕緣介質(zhì)在電場(chǎng)的作用下會(huì)產(chǎn)生電能的損耗，這些損耗主要來自以下三個(gè)方面：（1）電導(dǎo)損耗；（2）極化損耗；（3）游離損耗。[9]如圖2-2所示，介質(zhì)兩端施加交流電壓U時(shí)，由于介質(zhì)中有損耗，所以電流I不是電容電流，而是包含有有功和無功兩個(gè)分量Ir和Ic。圖2-2介質(zhì)在交流電壓作用下的電流相量圖由圖2-3所示，介質(zhì)在交流電壓作用下的功率三角形可見，介質(zhì)損耗P=Qtanδ=U2ωCtanδ（2.3）圖2-3介質(zhì)在交流電壓作用下的功率三角形用介質(zhì)損耗P表示介質(zhì)品質(zhì)好壞是不便的，因此P值和試驗(yàn)電壓、試品電容量等因素有關(guān)，不同試品間難以相互比較，所以改用介質(zhì)損失角的正切tanδ（介質(zhì)損失角δ是功率因數(shù)角φ的余角）來判斷介質(zhì)的品質(zhì)。tanδ同εr一樣，是僅取決于材料的特性而與材料的尺寸無關(guān)的物理量。有損介質(zhì)可用電阻、電容的串聯(lián)或并聯(lián)等效電路來表示。如果損耗主要是電導(dǎo)引起的，則常用并聯(lián)等效電路；如果損耗主要由介質(zhì)極化及連接導(dǎo)線的電阻等引起，則常用串聯(lián)等效電路。2.5絕緣介質(zhì)的吸收現(xiàn)象許多電氣設(shè)備的絕緣都是多層的，多層介質(zhì)的特性可以粗略地用雙層介質(zhì)來分析，如下圖2-4所示。圖2-4（a）雙層介質(zhì)的等效電路圖2-4(b)吸收曲線C1、C2-介質(zhì)1、2的等效電容R1、R2-介質(zhì)1、2的絕緣電阻當(dāng)開關(guān)Q合上，直流電壓加到絕緣介質(zhì)上后，電流表A的讀數(shù)變化如圖2-4(b)中曲線所示。直流電壓加上瞬間，電流很大，回路電流主要由電容電流分量組成。而加壓時(shí)間很久之后，電容C1和C2相當(dāng)于開路，回路電流為泄露電流Ig，此時(shí)Ig取決于絕緣電阻R1與R2之和，這就出現(xiàn)了由最初的電容電流到最終的泄露電流之間的過渡過程。當(dāng)試品電容量較大時(shí)，這一過渡過程進(jìn)行得很慢，甚至達(dá)數(shù)分鐘或更長。圖2-4(b)中陰影部分的面積為絕緣在充電過程中逐漸“吸收”的電荷Qa。這種逐漸“吸收”電荷的現(xiàn)象叫作“吸收現(xiàn)象”，對(duì)應(yīng)的電流Ia稱為吸收電流。它是由于介質(zhì)中偶極子逐漸轉(zhuǎn)向，并沿電場(chǎng)方向排列而產(chǎn)生的。[9]當(dāng)開關(guān)合上時(shí)，絕緣兩端突然有一個(gè)很大的電壓變化，在極短的時(shí)間（t=0+）介質(zhì)上的電壓按電容分壓，此時(shí)（2.4）（2.5）當(dāng)達(dá)到穩(wěn)態(tài)后，介質(zhì)上的電壓將按電阻分壓，此時(shí)回路電流（2.6）而（2.7）（2.8）由t=0+至電壓達(dá)到穩(wěn)態(tài)一般有一個(gè)過渡過程，例如，當(dāng)式（2.7）中U1比式（2.4）中的U1小時(shí)，在過渡過程中C1要放電，同時(shí)C2要進(jìn)一步充電。這個(gè)過渡過程的快慢取決于時(shí)間常數(shù)τ（2.9）由以上分析可見，加上試驗(yàn)電壓后，流過試品的電流由兩部分組成。第一部分為傳導(dǎo)電流Ig，其大小與試品總的絕緣電阻（R1+R2）成反比；第二部分為吸收電流Ia，其大小與試品絕緣的均勻程度密切相關(guān)，如試品為均勻介質(zhì)，或R1C1≈R2C2,則吸收電流很小，吸收現(xiàn)象便不明顯。如果試品很不均勻，或者R1C1與R在相同的電壓下，不同設(shè)備的絕緣其總電流隨時(shí)間下降的曲線不同。即使同一設(shè)備，絕緣受潮或有缺陷時(shí)，其總電流也要發(fā)生變化。當(dāng)絕緣受潮或有缺陷時(shí)，電流的吸收現(xiàn)象不明顯，總電流隨時(shí)間下降較緩慢，而試品的絕緣電阻與電流成反比。因此，根據(jù)I15/I60的變化，就可以初步判斷絕緣的狀況。通常用吸收比Ka來表示（2.10）式中，I15,R15為加壓15s時(shí)的電流和對(duì)應(yīng)的絕緣電阻；I60,R60為加壓60s時(shí)的電流和對(duì)應(yīng)的絕緣電阻。極化指數(shù)用PI來表示（2.11）即試品在加壓后10分鐘時(shí)的視在電阻值和1分鐘時(shí)的視在電阻值之比。顯然，對(duì)于不均勻試品的絕緣，如果絕緣狀況良好，則吸收現(xiàn)象明顯，Ka值遠(yuǎn)大于1，PI值也較大。如果絕緣嚴(yán)重受潮，松弛極化變得不明顯，由于Ig大增，Ia迅速衰減，Ka值接近于1，PI也較小。推薦的K,PI與絕緣狀況的關(guān)系見下表所示：表2-1K,PI與絕緣狀況的關(guān)系狀態(tài)KPI危險(xiǎn)<1.1<1.0不良1.1～2.51.0～1.1可疑1.1～1.25較好1.25～1.41.25～2.0良好>1.4>2.0吸收比、極化指數(shù)與絕緣吸收系數(shù)G和吸收時(shí)間常數(shù)的關(guān)系式如下:(2.12)(2.13)絕緣吸收系數(shù)G主要取決于介質(zhì)的不均勻程度。當(dāng)絕緣材料絕緣良好或者很差時(shí)，G都會(huì)表現(xiàn)出較小的值，使得試品吸收比K偏小，這導(dǎo)致用吸收比K來判別絕緣狀況的優(yōu)劣變得不確定。與吸收比K相比,用極化指數(shù)PI來衡量絕緣狀況的優(yōu)劣有其優(yōu)越性。通常,T≈100～200s,于是Ge-600/T≈0，所以，式(2.13)可以簡化為式(2.14):（2.14）因此可以看出，PI與吸收時(shí)間常數(shù)T成單調(diào)變化的關(guān)系，而且，因?yàn)槭窃跍y(cè)試電壓施加比較長的時(shí)間后測(cè)量的，受幾何電容充電電流的影響較小，所以現(xiàn)在有學(xué)者提出用PI代替K作為絕緣性能判別指標(biāo)要更科學(xué)的觀點(diǎn)。但是，我們應(yīng)該看到受到G值與材料絕緣優(yōu)劣關(guān)系的不確定性的影響，單純靠K或者PI來衡量材料絕緣性能好壞都是片面的，應(yīng)該結(jié)合絕緣電阻Rc的值等參數(shù)來綜合判斷。而且，僅依據(jù)一次測(cè)量數(shù)據(jù)來判斷絕緣狀況的劣化也是不充分的，重要的是對(duì)各參數(shù)進(jìn)行的長期觀察和對(duì)比，分析各參數(shù)的變化趨勢(shì)，并以此為依據(jù)，判斷絕緣老化情況和剩余絕緣壽命。第3章電纜絕緣診斷技術(shù)3.1概況對(duì)運(yùn)行電纜實(shí)施絕緣檢測(cè)的目的是了解電纜及其附件的老化情況，以其判斷是否能繼續(xù)可靠工作，進(jìn)而評(píng)估其殘余壽命。檢測(cè)方式分為破壞性實(shí)驗(yàn)與非破壞性實(shí)驗(yàn)2種。破壞性試驗(yàn)又稱絕緣耐壓試驗(yàn)，是指在高于設(shè)備工作電壓下進(jìn)行的試驗(yàn)，它是在特定波形電壓下使缺陷部位擊穿，以篩選出能繼續(xù)可靠運(yùn)行的直接方法。它主要有交流耐壓和直流耐壓兩種試驗(yàn)，旨在揭露危險(xiǎn)性大的集中性絕緣缺陷，保證絕緣有一定的裕度。需要指出的是，耐壓試驗(yàn)可能會(huì)對(duì)試品產(chǎn)生某些損壞，從而影響絕緣壽命。其波形和電壓值的差別有不同篩選效果，顯然，對(duì)運(yùn)行電纜絕緣老化檢出與竣工交接試驗(yàn)有不盡相同的考慮。[10]非破壞性試驗(yàn)又稱為絕緣特性試驗(yàn)，是指在較低電壓下用其它不會(huì)損傷絕緣的方法來測(cè)量絕緣的各種特性，從而判斷絕緣部有無缺陷。目前國外對(duì)高壓XLPE電纜絕緣老化檢測(cè)技術(shù)的研究近年來才見有少量報(bào)導(dǎo)，只查閱到日本、荷蘭2個(gè)國家的有關(guān)情況。（1）日本：日本用基于高壓XLPE電纜線路運(yùn)行實(shí)際性能的評(píng)估來考慮實(shí)施必要的絕緣檢測(cè)，主要有：①電纜本體。66kV電纜少數(shù)出現(xiàn)PD老化導(dǎo)致絕緣故障是由EVT引起的，故需有能檢出EVT的檢測(cè)方法。東京電力公司近年來開發(fā)出了損失電流法來用于對(duì)長約1000km、無徑向防水層的66kV電纜水樹檢測(cè)。由于110kV以上XLPE電纜迄今未發(fā)生過因絕緣老化而導(dǎo)致的故障，又因其具有金屬套防水，絕緣層厚度足以適應(yīng)水樹生長，故對(duì)其檢測(cè)的必要性目前還不迫切。②電纜附件。66kV預(yù)制應(yīng)力錐式終端在長期運(yùn)行后曾因硅脂脫失導(dǎo)致?lián)舸?75kV擠出模塑式接頭運(yùn)行后曾發(fā)生絕緣擊穿，原因是有纖維狀雜質(zhì)混入了終端與接頭，通過對(duì)擠出安裝工藝進(jìn)行改進(jìn)完善后將可避免此類缺陷，但預(yù)制式附件的絕緣界面弱點(diǎn)難以杜絕，故宜實(shí)施PD檢出，且需運(yùn)用適應(yīng)有多種干擾源的現(xiàn)場(chǎng)PD檢測(cè)儀。如今，對(duì)66～500kVXLPE電纜線路主要實(shí)施的是PD檢測(cè)。

（2）荷蘭：荷蘭在150kVXLPE電纜線路運(yùn)行多年突然發(fā)生終端擊穿的情況后，針對(duì)預(yù)應(yīng)力錐硅脂流失等絕緣界面缺陷的檢出，明確了需采取PD檢測(cè)法。為此，他們開發(fā)出了適合現(xiàn)場(chǎng)用的高頻PD（HFPD）或超高頻PD（VHFFD）新型檢測(cè)儀。英國、澳大利亞、瑞士等歐洲國家也有同類應(yīng)用。3.2電纜絕緣停止運(yùn)行診斷法3.2.1絕緣電阻的測(cè)量絕緣電阻是反應(yīng)絕緣性能的最基本指標(biāo)之一，通常用兆歐表進(jìn)行測(cè)量。規(guī)定所加電壓60s后測(cè)得的數(shù)值為該試品的絕緣電阻。兆歐表的接線柱有三個(gè)(見圖3-1):“線路”(L)、“接地”(E)、“保護(hù)環(huán)”(G)。電力線路或照明線路測(cè)量絕緣電阻時(shí)L接電線,E接大地,所測(cè)的是電線與大地間的絕緣電阻。對(duì)于電纜線路,除了E接纜殼L接纜芯外,還需將電纜殼芯之間的層絕緣接于G端鈕上,以消除因表面漏電而引起的誤差。對(duì)于測(cè)量不同芯線芯數(shù)的電纜的絕緣電阻時(shí),不需被測(cè)試部分也應(yīng)短路接地。圖3-1兆歐表的使用對(duì)于使用兆歐表的注意事項(xiàng)有以下：（1）.測(cè)量前須將被測(cè)試對(duì)象之額定電壓了解清楚，相應(yīng)地選擇搖表之電壓等級(jí)，使二者額定電壓相適應(yīng)。一般應(yīng)用的搖表有500V，1000V，2500V，5000V之分，原則上測(cè)量低壓電氣設(shè)備的絕緣電阻應(yīng)使用低電壓的搖表，測(cè)量高壓電氣設(shè)備的絕緣電阻應(yīng)使用高電壓搖表，否則，搖表電壓大于被測(cè)試設(shè)備電壓，其測(cè)量值會(huì)偏小，反之則偏大，達(dá)不到應(yīng)有的要求。與此同時(shí)，搖表的選擇還要考慮儀表的測(cè)量圍(儀表的量程)是否合適，即搖表的測(cè)量圍不應(yīng)過多的超過被測(cè)試設(shè)備的絕緣電阻值，不然的話讀數(shù)誤差較大。另外，有的搖表儀表盤刻度(標(biāo)尺)不是從零開始，而是從1兆歐或2兆歐開始，這種表不適宜測(cè)潮濕場(chǎng)所低壓電氣設(shè)備或低阻值電氣設(shè)備的絕緣電阻值，因?yàn)榈陀?兆歐儀表不能顯示準(zhǔn)確數(shù)值。（2）.測(cè)量前檢查搖表是否完好。為此，先將搖表的端鈕“L”與“E”端開路(不接被測(cè)品)搖動(dòng)手柄達(dá)到其額定轉(zhuǎn)速，此時(shí)觀察搖表指針是否指“∞”位置;然后將端鈕“L”與“E”端短封，再慢速搖動(dòng)手柄，此時(shí)觀察搖表指針是否指“0”位置。若開路指“∞”，短路指“0”說明搖表處在完好狀態(tài)。反之，則說明搖表有問題。（3）.被測(cè)試對(duì)象若是運(yùn)行中的電纜，應(yīng)先停電，實(shí)行安全技術(shù)措施，經(jīng)過充分的放電后才可進(jìn)行測(cè)試工作，以保證表和人身安全。測(cè)試前應(yīng)將搖表放在干燥、清潔、平穩(wěn)、安全、離被測(cè)試設(shè)備距離適當(dāng)并遠(yuǎn)離磁場(chǎng)干擾的位置，這是使用搖表應(yīng)具有的必要條件。測(cè)試前應(yīng)記錄周圍環(huán)境的濕度和溫度。應(yīng)該使用專用的測(cè)量導(dǎo)線或者絕緣強(qiáng)度高的多芯軟導(dǎo)線，將搖表端鈕“L”連接至被測(cè)試對(duì)象的“相線”，端鈕“E”連接至被測(cè)試對(duì)象的外殼上。（4）.測(cè)量開始應(yīng)將搖表搖柄轉(zhuǎn)至額定轉(zhuǎn)速后開始計(jì)時(shí)。有的人忽視或做不到這一點(diǎn)，這將導(dǎo)致測(cè)量數(shù)據(jù)的誤差，應(yīng)引起注意。（5）.正確讀取測(cè)量數(shù)據(jù)和對(duì)測(cè)量結(jié)果妥善地分析、處置以及做好測(cè)試記錄是正確使用搖表的注意事項(xiàng)之一。搖表的轉(zhuǎn)動(dòng)，即便到了規(guī)定的測(cè)量時(shí)間1分鐘或更長的時(shí)間后，除觀看指示數(shù)值外，應(yīng)先斷開“L”測(cè)試導(dǎo)線，再停止搖表轉(zhuǎn)動(dòng)，切莫反其道而行之。測(cè)量工作完畢，對(duì)被測(cè)試設(shè)備要先行放電，尤其對(duì)容性的電力電容器、高壓長距離電力電纜等要長時(shí)間的充分放電，確認(rèn)無電壓后，再作收尾工作。3.2.2泄露電流的測(cè)量在直流電壓作用下測(cè)量泄露電流，實(shí)際上也就是測(cè)量絕緣電阻。經(jīng)驗(yàn)表明：當(dāng)所加的直流電壓不高時(shí)，有泄露電流換算得出的絕緣電阻值比兆歐表測(cè)絕緣電阻能獲得更多的信息。但當(dāng)用較高的電壓來測(cè)泄露電流時(shí)，就有可能發(fā)現(xiàn)兆歐表所不能發(fā)現(xiàn)的絕緣損壞或弱點(diǎn)。一個(gè)良好的絕緣，在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的試驗(yàn)電壓作用下，其泄露電流不應(yīng)隨加壓時(shí)間的延長而增大。讀取泄露電流值的時(shí)間，一般規(guī)定為達(dá)到試驗(yàn)電壓后1分鐘。在進(jìn)行泄露電流試驗(yàn)時(shí)，要求整流回路的高壓直流電源必須穩(wěn)定，主要測(cè)量隨時(shí)間變化。與吸收電流相比，絕緣材料受潮后泄露電流會(huì)增加。當(dāng)介質(zhì)上所加電壓去掉后，介質(zhì)放電會(huì)出現(xiàn)吸收過程類似的過程，但沒有泄露電流現(xiàn)象?？筛鶕?jù)下面的極化指數(shù)和泄露指數(shù)來判斷受潮程度。極化指數(shù)=(3.1)泄露指數(shù)=(3.2)式中，I1為加電壓1min后的電流;I10為加電壓10min后的電流；ID10為開始放電10min后的電流。3.2.3介質(zhì)損耗角正切值的測(cè)量圖3-2有損耗介質(zhì)的電壓電流矢量圖如圖3-2所示，當(dāng)絕緣介質(zhì)上施加交流電壓時(shí)，流過的電流包含比施加電壓超前π/2的電容電流IC和與電壓同相位的電流IR，形成全電流I。如果I與IC間的相位角為δ，則絕緣介質(zhì)的損耗W為（3.3）式中，C為絕緣介質(zhì)的電容；ω為交流電壓的角頻率；tgδ被稱為介質(zhì)損失角正切，它是交流電壓作用下電介質(zhì)中電流的有功分量和無功分量的比值，是一個(gè)無量綱的數(shù)，反映的是電介質(zhì)單位體積中能量損耗的大小。在一定的電壓和頻率下，介質(zhì)損失角正切值（tgδ）與絕緣介質(zhì)的形狀、大小無關(guān)，只與介質(zhì)的固有特性有關(guān)。tgδ可以有效地發(fā)現(xiàn)絕緣受潮、穿透性導(dǎo)電通道、絕緣含氣泡的游離、絕緣分層和脫殼以及絕緣有臟污或劣化等缺陷。測(cè)量tgδ值，主要的測(cè)量方法是通過在電纜導(dǎo)體和屏蔽層之間施加一個(gè)理想交流電源，測(cè)量電壓電流相位差來推算tgδ，或者采用西林電橋進(jìn)行測(cè)量。3.2.4逆吸收電流法該方法為在對(duì)電纜施加直流電壓后，檢測(cè)導(dǎo)體對(duì)屏蔽層短路時(shí)的電流。由于也是吸收現(xiàn)象影響了電流的衰減，所以被稱為逆吸收電流。逆吸收電流的衰減情況和吸收電流一樣，也反映了絕緣介質(zhì)局部缺陷、發(fā)生水樹枝等老化現(xiàn)象的程度。因?yàn)槭嵌搪贩烹婋娏鳎院统潆婋娏鞣较蛳喾础?.2.5殘余電荷法殘余電荷法是先對(duì)電纜施加直流電壓一段時(shí)間(一般為10分鐘)，接著線芯接地(5分鐘)后再在線芯和屏蔽層之間施加交流電壓，這時(shí)測(cè)量流過的過渡直流電流Id(t)對(duì)時(shí)間t在1分鐘的積分值Q，Q即為殘留電荷。絕緣判定的依據(jù)為試驗(yàn)和實(shí)踐總結(jié)出來的交流擊穿電壓和殘余電荷的關(guān)系。一般殘余電荷越少表示絕緣性能越優(yōu)良。殘余電荷法對(duì)于局部老化的檢測(cè)精度較高，且不受串聯(lián)阻抗的影響。3.2.6電位衰減法給電纜施加電壓后，斷開電源，由于電纜絕緣體的絕緣電阻作用，導(dǎo)體與屏蔽層之間的電位差將衰減。和電纜加電壓時(shí)的電流響應(yīng)一樣，電位衰減的快慢和絕緣老化狀況有關(guān)，其中，和水樹枝的狀況關(guān)系尤為密切。水樹枝多、貫穿程度大的電纜樣品電位衰減快，反之，則電位衰減較緩慢。如圖3-3圖3.33.3電纜絕緣在線診斷法3.3.1直流分量法直流成分法的原理：交聯(lián)電纜老化的過程中產(chǎn)生的水樹枝通常都是從絕緣層和其他介質(zhì)交界處開始生長。當(dāng)交聯(lián)電纜絕緣層含有水樹枝的時(shí)候，水樹枝和電纜導(dǎo)電線芯(導(dǎo)線)或者銅屏蔽層就構(gòu)成了針和板，兩個(gè)放電電極。水樹枝相當(dāng)于針形電極，電纜導(dǎo)線或者銅屏蔽層相當(dāng)于板形電極(如圖3-4所示)。由于棒板放電的過程中，棒極為正極性和負(fù)極性時(shí)的放電情況是不對(duì)稱的，加上交流電壓時(shí)會(huì)產(chǎn)生整流效應(yīng)，這就是含有水樹枝的電纜在運(yùn)行中產(chǎn)生直流分量的原因。直流分量是水樹導(dǎo)致絕緣能力降低的一個(gè)標(biāo)志，通過測(cè)量直流分量能夠診斷正在運(yùn)行中的交聯(lián)電纜絕緣老化的情況。直流法包括直流成分法和直流疊加法兩種具體方法。直流成分法測(cè)量運(yùn)行中XLPE電力電纜絕緣中的“水樹狀”劣化狀態(tài)，直流疊加法測(cè)量運(yùn)行中XLPE電力電纜直流絕緣電阻。前者以在線檢測(cè)水樹枝在工頻交流電場(chǎng)下因“整流效應(yīng)”所產(chǎn)生的微弱直流電流作為絕緣老化的判據(jù)；后者是采用對(duì)運(yùn)行中的電纜絕緣疊加一個(gè)小直流電勢(shì)，然后在電纜屏蔽層接地回路中測(cè)出所產(chǎn)生的直流電流的方法來獲知電纜的直流絕緣電阻。圖3-4電纜水樹枝原理圖3.3.2局部放電法對(duì)于局部放電法來說，監(jiān)測(cè)主要是在終端頭和附件等處采集局部放電量。經(jīng)過小波理論和信號(hào)處理從干擾信號(hào)中來辨識(shí)XLPE電纜的局部放電量。水樹枝引發(fā)的初期，局部放電量大約為0.1PC。電力電纜局部放電量與電力電纜絕緣狀況密切相關(guān)，局部放電量的變化預(yù)示著電纜絕緣一定存在著可能危及電纜安全運(yùn)行壽命的缺陷。國外專家學(xué)者、IEC、IEEE以及CIGRE等國際電力權(quán)威機(jī)構(gòu)一致推薦局部放電試驗(yàn)是作為XLPE絕緣電力電纜絕緣狀況評(píng)價(jià)的最佳方法。XLPE電力電纜的在線監(jiān)測(cè)場(chǎng)所是一個(gè)包含許多變壓器、發(fā)電機(jī)、電容器等電氣設(shè)備的龐大的電力系統(tǒng)，其中，包含許多信號(hào)較大、波形較復(fù)雜的背景噪音和外界電磁干擾噪聲，例如，其周圍的電氣設(shè)備——發(fā)電機(jī)的局部放電量就高達(dá)幾千個(gè)PC，并且波形復(fù)雜，頻域較寬。提取的電纜絕緣裂化信號(hào)極易淹沒在周圍的干擾信號(hào)之中。3.3.3差頻法差頻在線監(jiān)測(cè)法的檢測(cè)方式與直流法相似，在工頻交流電下疊加低頻電壓，觀察其對(duì)老化電纜的響應(yīng)程度。針對(duì)目前國外研究的低頻疊加采用不同頻段和波形試探的現(xiàn)狀下，尋求出真正能體現(xiàn)電纜老化程度的低頻加載信號(hào)。近來，有研究發(fā)現(xiàn)在同時(shí)對(duì)含水樹枝XLPE電纜施加兩個(gè)頻率相近或相似呈倍數(shù)關(guān)系的正弦電壓時(shí)，檢測(cè)回路中會(huì)有超低頻水樹劣化特征電流信號(hào)產(chǎn)生，據(jù)此可對(duì)電纜絕緣的水樹枝老化狀態(tài)進(jìn)行在線診斷，這就是差頻監(jiān)測(cè)技術(shù)的理論基礎(chǔ)。如果施加50Hz工頻電壓疊加上去，形成的信號(hào)會(huì)淹沒在工頻供電的系統(tǒng)中，所以采用100Hz左右的低頻低壓電源供電。該方法可以用在不同電壓等級(jí)的電纜線上，根據(jù)電力電網(wǎng)的實(shí)際接線方式，不同的電壓等級(jí)需要在不同的部位疊加低頻信號(hào)。l0kV電纜可以采用類似于直流疊加法，即通過消弧線圈的零序PT疊加；110kV/220kV電纜可以在電網(wǎng)PT二次測(cè)開口三角端注入變頻恒流信號(hào)。差頻技術(shù)的主要難點(diǎn)在于研制一個(gè)有利于研究并且能工作在現(xiàn)場(chǎng)的頻段可調(diào)的變頻電源和尋找有效的變頻信號(hào)疊加位置以及大小。該方法的測(cè)量方式如圖3-5所示。圖3-5基于差頻法的測(cè)量原理圖3.3.4交流疊加法該方法是在電纜屏蔽層上疊加一個(gè)交流電壓(頻率=工頻頻率×2+1)測(cè)檢出1Hz的特征電流信號(hào)，從而判斷電纜的老化程度，交流疊加法檢測(cè)原理見圖3-6所示。圖3-6交流疊加法檢測(cè)原理圖試驗(yàn)表明，在給老化電纜屏蔽層上疊加不同頻率的交流電壓時(shí)，當(dāng)電壓頻率為100Hz時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)比較大的特征電流。進(jìn)一步的研究表明，該特征電流只在老化的電纜上產(chǎn)生，對(duì)于新電纜并不產(chǎn)生特征電流，并且當(dāng)疊加電壓的頻率為101.4Hz時(shí)，特征電流達(dá)到最大值。這樣所得出的關(guān)系式為：檢測(cè)電流頻率=疊加電壓頻率-工頻頻率×2。與直流疊加法相比，交流疊加法所需電源的幅值較小，通常疊加5V的交流電壓就可得到明顯的特征電流，這使得交流疊加法能更容易地檢測(cè)出電纜老化信號(hào)；另外，交流疊加法所測(cè)得的特征電流的線性化程度要比直流疊加法好得多，因而，交流疊加法不失為在線檢測(cè)電纜的一個(gè)新方法。3.3.5諧波分量法由水樹枝引起老化的XLPE電纜會(huì)在損耗電流中產(chǎn)生諧波分量。研究表明，諧波分量能很好地表征電纜的老化程度。諧波分量是由于水樹枝的非線性伏安特性而產(chǎn)生。隨著電纜老化程度的增加，損耗電流波形畸變?cè)酱?，即含有的諧波分量越來越大。這樣，諧波分量本身包含了更多的水樹枝老化信息。由于奇次諧波通常會(huì)給損耗電流測(cè)量帶來誤差，該方法通過對(duì)調(diào)制而產(chǎn)生的偶次諧波的測(cè)量，可避免這一問題，并且在很大程度上不受雜散電流的影響，很值得借鑒。第4章附加直流電源絕緣檢測(cè)法4.1直流高壓發(fā)生器概述由于采用了附加直流電源絕緣檢測(cè)法，所以對(duì)于電源的研究很重要。由于直流高壓發(fā)生器是高壓試驗(yàn)儀器中主要測(cè)試設(shè)備之一，在高壓試驗(yàn)中應(yīng)用廣泛，如避雷器、電力電纜、電力電容器、電動(dòng)機(jī)定子繞組的直流耐壓試驗(yàn)等。所以根據(jù)實(shí)際情況要求，考慮到便攜易用性，直流高壓發(fā)生器要方便易攜，小巧靈活才能適用于煤礦井下電纜的檢測(cè)。4.2直流高壓發(fā)生器的設(shè)計(jì)4.2.1直流高壓發(fā)生器的幾種產(chǎn)生方式4.2.1.1半波整流半波整流是獲得直流高電壓最方便、使用最早的一種方式。當(dāng)直流高壓側(cè)為純電阻負(fù)載時(shí)，輸出直流高壓的脈動(dòng)因數(shù)為157%。因此在進(jìn)行小電容值試品的泄漏試驗(yàn)時(shí)，一般都規(guī)定要在直流高壓側(cè)并聯(lián)大電容，以減小直流高壓的脈動(dòng)分量。這種整流方式由于電網(wǎng)電壓的波動(dòng)，輸出直流高壓也隨之波動(dòng)。特別是在作對(duì)地電容值很大的高壓電纜及發(fā)電機(jī)定子線圈的泄漏電流測(cè)量時(shí)，泄漏電流數(shù)值不穩(wěn)定，難以正確讀數(shù)。50年代此方式曾在國大量采用，為直流高壓試驗(yàn)電源的初級(jí)階段。4.2.1.2工頻倍壓整流60年代初，在便攜式直流高壓發(fā)生器中引入工頻倍壓整流電路。當(dāng)倍壓級(jí)數(shù)為n，高壓變壓器高壓側(cè)電壓峰值為E時(shí)，空載輸出直流電壓U=2nE。電壓降ΔU正比于倍壓級(jí)數(shù)n的3次方，脈動(dòng)電壓δU正比于倍壓級(jí)系數(shù)n的平方。當(dāng)需要一定的輸出電壓時(shí)，就需增加倍壓級(jí)數(shù)n，當(dāng)n增加到一定數(shù)值后，ΔU與δU均將增大到不可容許的地步。當(dāng)在高壓試驗(yàn)室中需要固定式直流高壓發(fā)生器時(shí)，選用工頻倍壓整流設(shè)備的較多。為滿足ΔU與δU不超過一定的數(shù)值，倍壓電容器的電容量就較大，工頻高壓變壓器的體積也較大。此種設(shè)備在現(xiàn)場(chǎng)使用時(shí)很不方便，60年代，我國進(jìn)口英國BICC制造的一套600kV，5mA直流高壓發(fā)生器，重量達(dá)1600kg之多。為減輕工頻倍壓整流式直流高壓試驗(yàn)電源的體積與重量，一些制造廠采用了提高倍壓電容工作場(chǎng)強(qiáng)和高磁密工頻高壓變壓器的措施，這些都將影響設(shè)備的可靠性，尤其是對(duì)200kV及以上的便攜式直流高壓試驗(yàn)電源，工頻倍壓整流方式將難于滿足《ZBF將工頻倍壓整流直流高壓電源引入便攜式直流高壓試驗(yàn)器中，是我國直流高壓試驗(yàn)設(shè)備發(fā)展的第二階段。與初級(jí)階段的半波整流方式相比，無疑是一個(gè)很大的進(jìn)步。但是工頻倍壓整流方式與半波整流方式一樣受電網(wǎng)電壓波動(dòng)的影響較大，輸出直流高壓難以穩(wěn)定，較難滿足《ZBF24003-90》的規(guī)定輸出直流高壓的穩(wěn)定性要達(dá)到1%的要求，尤其是在做高壓電纜的泄漏電流測(cè)量及氧化鋅避雷器lmA直流參考電壓時(shí)，泄漏電流值擺動(dòng)很大，難以正確讀數(shù)。4.2.1.3中頻倍壓整流倍壓整流電路的電壓降ΔU與f、C均成反比例關(guān)系，增加倍壓電容C固然可使電壓降ΔU成比例減小，但必須付出增加設(shè)備重量與體積的代價(jià)，這對(duì)于便攜式直流高壓試驗(yàn)器來講就意味著使用不方便，這是不可取的。因此增加倍壓回路的工作頻率就有很大的吸引力，如將倍壓整流回路供電的頻率由50Hz提高到5000Hz，則在相同電壓降ΔU的條件下，倍壓電容C的電容量就可減小100倍，可使倍壓整流回路的重量與體積大為減小。由此可見，采用中頻供電的倍壓整流電路是目前便攜式直流高壓試驗(yàn)器的發(fā)展方向。70年代初，中頻倍壓整流的JGS型直流高壓試驗(yàn)器(60kV、1mA)投入批量生產(chǎn)，標(biāo)志著我國便攜式直流高壓試驗(yàn)電源發(fā)展到第三階段。4.2.2倍壓電路的工作特性4.2.2.1倍壓整流電路基本原理當(dāng)變壓器副邊電壓為正半周(即U2極性上正下負(fù))時(shí)，二極管D1導(dǎo)通，C1充電至U2，極性如圖4-1所示；同理，負(fù)半周時(shí)D2導(dǎo)通，將C2充電至U2。則負(fù)載上電壓為兩個(gè)電容串聯(lián)相加，輸出電壓為2U2。圖4-1二倍壓整流電路圖4.2.2.2其他形式的倍加電路結(jié)構(gòu)的工作特性圖4-2（a）中的電路結(jié)構(gòu)是基本的，其他三種都是其變形。根據(jù)理論公式:(4.1)式中:u0為輸出電壓；n為倍壓的級(jí)數(shù)；K為變壓器的變比；uin為輸人的正弦電壓。圖4-2(a)電路1圖4-2(b)電路2圖4-2(c)電路3圖4-2(d)電路4圖4-2幾種典型高倍壓整流電路從式(4.1)可以看出，輸出電壓與頻率無關(guān)，但是實(shí)際測(cè)得值與頻率有關(guān)。且高階倍壓整流電路帶載能力很差，輸出很小功率就會(huì)導(dǎo)致大的電壓跌落，其跌落幅度為:（4.2）式中，為倍壓的階數(shù)；f為輸人電壓頻率；C為倍加電容容量。每個(gè)電容電壓值不會(huì)超過變壓器次級(jí)電壓的兩倍，可以選擇耐壓低的電容和二極管就可以。但是輸出電壓的紋波大，其原因是串聯(lián)放電。輸出電壓U=理論值-ΔU，輸出電壓紋波為。倍壓電路的頻率特性與負(fù)載特性如圖4-3所示，輕載時(shí)，不論輸人電壓高低，在低頻段都有兩個(gè)諧振峰，且諧振峰尖銳，在整個(gè)頻段明顯出現(xiàn)高于理論值的附加電壓;當(dāng)重載時(shí)則減為一個(gè)峰，峰勢(shì)趨于平緩，其值隨著RL的減少逐步向理論值靠近。在實(shí)際應(yīng)用時(shí)應(yīng)考慮最佳工作頻段。圖4-3倍壓整流電路工作曲線圖4-2（c）電路3的優(yōu)點(diǎn)是紋波小，但對(duì)電容耐壓要求高，隨著階數(shù)的增加，電容的應(yīng)力也隨之增加。電路4電壓跌落；輸出電壓U=理論值-ΔU，輸出電壓紋波較小，但是電路復(fù)雜。圖4-2（b）電路2這種電路結(jié)構(gòu)常常應(yīng)用在人工核反應(yīng)中，高壓變壓器T裝在倍加器中間，同時(shí)向左右兩側(cè)電容充電同時(shí)倍壓，這種電路比向一側(cè)倍加的電路具有更好的負(fù)載特性。圖4-4(a)只畫出了一個(gè)方向的電路，Vin是逆變器輸出正弦電壓，電容最好選擇CH85型高壓聚笨乙烯電容器，耐壓60kV。二極管最好選擇2CLG100/60型硅堆，耐壓60kV，最大電流100mA。這樣可以保證元器件安全和電源的穩(wěn)定。倍壓整流工作時(shí)，高壓硅堆可以近似看成理想二極管，在輸人負(fù)半周時(shí)，D1、D3、D5、D7導(dǎo)通，D2、D4、D6截止。倍壓整流電路可以等效為如圖4-4(b)所示電路，其充電電路由支路并聯(lián)組成，假設(shè)所有電容值為C，其總的等效電容值C=C1//C3//C5//C7同理，輸人正半周分析方法與負(fù)半周一樣。圖4-4(a)電路圖圖4-4（b）簡化電路圖圖4-4電路2的倍壓整流分析上述頻率特性與理論值偏離很大的原因，是由于產(chǎn)生了隨頻率變化的附加電壓。產(chǎn)生附加電壓的原因是由于變壓器的非線性工作的一些參數(shù)。圖4-5(a)為高頻脈沖變壓器等效電路圖。參數(shù)中包括變壓器原、副邊漏感、分布電容和級(jí)間電容。圖4-5(a)高頻變壓器等效電路圖圖4-5（b）高頻變壓器次級(jí)向量圖圖4-5高頻脈沖變壓器一般為獲得足夠高輸出電壓，不僅倍壓級(jí)數(shù)大,而且變壓器變比也是很大的。這樣變壓器原、副邊繞組多，特別是副邊繞組承受很高的電壓與尖峰電壓，為了絕緣的需要，原、副邊之間有較厚的絕緣層，漏感較大，副邊電壓較高，層間電壓梯度高。這樣漏感Lpo與分布電容Cpo大，等效負(fù)載為容性。串聯(lián)等效電阻為R，且容抗是大于感抗的。從向量圖可以看出分布電容尖峰電壓高出輸出電壓很多。4.3倍壓電路參數(shù)選擇根據(jù)要求，選擇工頻倍壓整流電路。選擇圖4-2（a）倍壓電路類型。由于需要升壓到4000V，所以選擇倍壓級(jí)數(shù)n=4。通過EWB進(jìn)行仿真。圖4-6仿真電路圖4.3.1電纜的實(shí)驗(yàn)特性在一定直流電壓作用下，電力電纜的絕緣電阻可以反映流過它的穩(wěn)定傳導(dǎo)電流的大小。在某一電壓下，電流越大，絕緣電阻越小；電流越小，絕緣電阻越大，表明了電力電纜的絕緣電阻在直流電壓作用下的特性。通過以往實(shí)驗(yàn)得知：（1）.電力電纜絕緣電阻的電容電流C1在剛加電壓瞬間很大，電流維持的時(shí)間比電機(jī)和變壓器等其它高壓電氣設(shè)備長，然后隨著時(shí)間推移較快的下降到零，如圖4-7所示。電容電流i1是短暫的充電電流，電流的數(shù)值對(duì)同一型號(hào)的電力電纜來說，主要取決于電力電纜的長度和截面積的大小。圖4-7電容電流與時(shí)間關(guān)系（2）.電力電纜的絕緣電阻在測(cè)試中存在一個(gè)很小的傳導(dǎo)電流i2，如圖4-8所示，它與時(shí)間無關(guān)。傳導(dǎo)電流交相當(dāng)于直流電壓加在電阻上而產(chǎn)生的穩(wěn)定電流，它的數(shù)值反映了電力電纜絕緣部受潮的程度，或有否局部缺陷。如果電力電纜絕緣部導(dǎo)電粒子增加，可以引起傳導(dǎo)電流急劇增加，絕緣電阻就變小了。圖4-8導(dǎo)電流與時(shí)間關(guān)系（3）.從圖4-9中兩部分電流疊加后的曲線可以看出，i0是總電流，i1是電容電流，i2是傳導(dǎo)電流，它是在直流電壓作用下，流過電力電纜絕緣的總電流i0隨時(shí)間變化的曲線?？傠娏鱥0是電容電流i1與吸收電流i2之和，即i0=i1+i2。經(jīng)過足夠長的一段時(shí)間后，il衰減到接近于零，只剩下i2，反映在電力電纜絕緣電阻上，就是隨著時(shí)間增長絕緣電阻數(shù)值逐漸增加。測(cè)試時(shí)可以清楚地看到這種情況。如果測(cè)試的電力電纜長度和截面積增加，這種現(xiàn)象就更加明顯。圖4-9電容電流及傳導(dǎo)電流與時(shí)間關(guān)系如果抽象地用等值回路來代替電力電纜絕緣電阻，可以綜合成如圖4-10所示的等值回路。圖4-10能夠幫助我們理解在直流電壓作用下電力電纜絕緣中的兩種電流變化情況。圖4-10絕緣電阻的等值回路4.3.2參數(shù)選擇根據(jù)電纜的特性，電纜絕緣電阻可以等效成為電阻與電容并聯(lián)的電路，但對(duì)于理想電纜是不包含電容的，所以根據(jù)以上特性先把電纜絕緣電阻等效為純電阻電路，以此選擇電容參數(shù)。公式：直流高壓發(fā)生器的脈動(dòng)電壓：（4.3）式中，Id為平均輸出電流（A）。輸出電壓的平均值為：（4.4）式中，ΔUa為平均電壓降落，。直流高壓發(fā)生器的脈動(dòng)系數(shù)為：（4.5）從式（4.3）～式（4.5），脈動(dòng)電壓和脈動(dòng)系數(shù)近似地與級(jí)數(shù)的平方成正比，電壓降落近似地與級(jí)數(shù)的三次方成正比。對(duì)于一定的輸出電流，確定的電容量C和電源頻率f并不是串接級(jí)數(shù)越多，平均輸出電壓越高，而且電壓脈動(dòng)系數(shù)卻隨串接級(jí)數(shù)的增加而迅速增加。因此，取合適串接級(jí)數(shù)時(shí)，才能得到所期望的直流電壓。4.3.2.1電容值選擇由于n=4，f=50Hz已知，一般脈動(dòng)系數(shù)要求小于5%，輸出電流要求小于5mA，所以根據(jù)以上公式可以計(jì)算出一個(gè)電容值，但此電容值并不是最合適的，因?yàn)橐紤]直流高壓發(fā)生器小型化，以及電纜絕緣電阻并不是單純的電阻電路，所以要找到一個(gè)最合適的電容值。采用線電壓380V，電容值取1μF，得電壓如下圖4-11：圖4-11（a）C=1μF時(shí)輸出電壓圖4-11（b）電壓值及電容充電時(shí)間如上圖4-11（b）輸出電壓為4.3KV，電容充電時(shí)間（即波形穩(wěn)定時(shí)）為3.56s。當(dāng)電壓平穩(wěn)時(shí)，加入電阻R=200KΩ，為電纜分布電阻?？梢钥吹饺缦聢D4-12的電壓波形：圖4-12（a）加入R后的電路圖4-12（b）加入R后的電壓波形由圖4-12（b）可以看出加入R后，電壓值迅速降落，說明電容迅速放電。不能滿足被測(cè)試品的要求，所以應(yīng)該改變電容的值。通過一點(diǎn)一點(diǎn)的改變電容值，觀察電壓波形，當(dāng)C=200μF時(shí)，電壓波形如下圖4-13：圖4-13C=200μF時(shí)，加入R后及切掉R通過此波形可以看出