絕緣電阻及漏電流測試原理

絕緣電阻及漏電流測試原理第1頁，共29頁，2023年，2月20日，星期二第一節(jié)測量絕緣電阻和吸收比的原理

電力設備中的絕緣材料（電介質(zhì)）是不導電的物質(zhì)，但并不是絕對的不導電。在直流電壓作用下，電介質(zhì)中有微弱的電流流過。根據(jù)電介質(zhì)材料的性質(zhì)、構成及結構等的不同，這部分電流可視為由三部分電流構成第2頁，共29頁，2023年，2月20日，星期二

i1為電容電流。直流電壓作用到絕緣材料上，加壓瞬間相當于給電容充電。這部分隨時間較快衰減的電容電流與絕緣材料的電容量的外加電壓有關，它對時間的變化曲線如圖2-1（c）i1

曲線所示。其電流回路在等值電路見圖2-1（b)中用一個純電容C1表示。

i2為吸收電流。不均勻介質(zhì)中吸收電流由緩慢極化和夾層式極化產(chǎn)生，即在直流電壓加上的瞬間，介質(zhì)上的電壓按電容分布，而電壓穩(wěn)定后介質(zhì)上的電壓按電阻公布；由于不同介質(zhì)的電容與電阻不成比例，因此在加上直流電壓瞬間到穩(wěn)定這一過程中，介質(zhì)上電荷要重新分配，重新分配的電荷在回路中形成電流。其電流回路在等值電路中用一個電容C和電阻r串聯(lián)表示。吸收電流隨時間衰減的快慢與介質(zhì)電容量大小有很大的關系，如圖2－1（C）i2

曲線所示。

i3為泄漏電流。電介質(zhì)中有極少數(shù)束縛很弱的或自由的離子，當介質(zhì)在直流電壓作用下，正負離子就分別向兩極移動而形成電流，稱為泄漏電流或傳導電流。這部分電流是由介質(zhì)的電導引起的，是一個恒定的電流，如圖2－1（C）i3曲線所示。當電流回路在等值電路2-1（b)中用一個純電阻R表示。第3頁，共29頁，2023年，2月20日，星期二(a)試驗接線圖(b)不均勻介質(zhì)值電路圖(c)吸收電流示意圖第4頁，共29頁，2023年，2月20日，星期二三個電流加起來，即i=i1+i2+i3，可得到在直流電壓作用下流過絕緣介質(zhì)的總電流i

隨時間變化的曲線，通常稱為吸收曲線，如圖2－1（C）i曲線所示。從吸收曲線可以看出，電容電流i1和吸收電流i2

經(jīng)過一段時間后趨近于零，因此

i趨近于i3

。所謂絕緣電阻就是指加于試品上的直流電壓與流過試品的泄漏電流之比，即R＝U/i3式中U――加于試品兩端的電壓，V;

i3――對應于電壓U，試品中的泄漏電流，A;R――試品的絕緣電阻，MΩ;第5頁，共29頁，2023年，2月20日，星期二

由于電容電流和吸收電流經(jīng)過一段時間后趨于零，因此在用絕緣電阻表（又稱兆歐表、搖表）進行絕緣電阻測量時，必須等到絕緣電阻表指示穩(wěn)定后才能讀數(shù)。對電容量較小的一般試品，通常認為搖1min后，泄漏電流趨于穩(wěn)定（即電容電流、吸收電流趨于零）。第6頁，共29頁，2023年，2月20日，星期二

由于i3

的大小取決于絕緣材料的狀況，當介質(zhì)受潮、老化、表面臟污或有其他缺陷（如有裂縫、灰化、氣泡等）時，R降低，i3

會增大。因此測量絕緣電阻是了解電力設備絕緣的最簡便常用的手段之一第7頁，共29頁，2023年，2月20日，星期二由于流過絕緣介質(zhì)的電流有表面電流和體積電流之分，所以絕緣電阻也有體積絕緣電阻和表面絕緣電阻之分。我們真正關心的是體積絕緣電阻。當絕緣受潮或有其他貫通性缺陷時，體積絕緣電阻降低。因此體積絕緣電阻的大小標志著絕緣介質(zhì)內(nèi)部絕緣的優(yōu)劣。在現(xiàn)場測量中，當測量得到的試品絕緣電阻低時，應采取屏蔽措施，排除表面絕緣電阻的影響，以便測得真實準確的體積絕緣電阻值。對大容量試品（如變壓器、發(fā)電機、電纜），《規(guī)程》除要求測量其絕緣電阻外，還要求測量吸收比或/和極化指數(shù)。大容量試品的吸收曲線隨時間衰減較慢，其中尤其是吸收電流隨時間衰減較慢，有的可達數(shù)十分鐘。常把60s的絕緣電阻與15s的絕緣電阻之比稱為吸收比K，即

K=R60/R50=(U/i60s)/(U/i15s)=i15s/i60s第8頁，共29頁，2023年，2月20日，星期二絕緣受潮劣化時，泄漏電流i3比15s時的電容電流和吸收電流之和（i1+i2

）15s增加得快，趨近于1；絕緣良好時，i3

很小，i2相對較大，則>1。這就是說，吸收比的數(shù)據(jù)與絕緣狀況有很大關系。而且K是一個比值，與絕緣結構的幾何尺寸無關，易于比較

.為便于分析理解，我們分析極端情況。時間t＝15s，與t＝∞時的絕緣電阻之比，即

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由于無法測量R∞，只能根據(jù)經(jīng)驗測量吸收比K，一般認為當K=R60S/R15S≥1.3～1.5時絕緣是良好的。這一數(shù)據(jù)對分析35~110KV變壓器，大中型容量發(fā)電機是有效的。近年來，隨著電力設備電壓等級的提高，發(fā)現(xiàn)用吸收比K判斷大容量變壓器有很多的誤判斷現(xiàn)象。如西北某供電局90000KVA以上的15臺變壓器，在132次吸收比測量結果中，有76次小于1.3，占58%。上述變壓器油的試驗及其他試驗均未發(fā)現(xiàn)異常，且運行一直正常。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因很多，其中一條是由大容量的吸收電流衰減時間長，吸收比K反映不了絕緣吸收現(xiàn)象的整體，僅反映吸收現(xiàn)象的局部，而且與絕緣結構、油質(zhì)、溫度等有很大關系第10頁，共29頁，2023年，2月20日，星期二

為克服這種測量吸收比可能產(chǎn)生的誤判斷，常采用對吸收比小于1.3的試品測量其10min與1min的絕緣電阻之比，即用測量極化指數(shù)P的方法來判斷絕緣優(yōu)劣。如《規(guī)程》要求，電力變壓器極化指數(shù)不低于1.5第11頁，共29頁，2023年，2月20日，星期二常見的絕緣電阻表根據(jù)電壓等級有：500、1000、2500、5000V等幾種；從使用形式上分：手搖式、電動式常用的絕緣電阻表是:1000、2500、5000V第12頁，共29頁，2023年，2月20日，星期二兆歐表（搖表）的工作原理

主要結構：比率型磁電系測量機構、手搖直流發(fā)電機。

測量原理：當U一定時，繞組L1、L2中分別流過電流I1與I2，產(chǎn)生兩個不同方向的轉動力矩M1、M2。

當兩力矩平衡時，表針指示被測電阻值。被測電阻

UG+-R1RUI2I1L1L2LRXI3G0∞第13頁，共29頁，2023年，2月20日，星期二絕緣電阻的測量

測量方法：1.將兆歐表平穩(wěn)放置。

2.

將被測電阻接入。

3.

均勻（額定轉速）搖動發(fā)電機。

4.

指針穩(wěn)定后，讀取數(shù)值即為被測絕緣電阻值。

注意事項：1.測量前要進行指針“0”、“”位調(diào)整。

2.

要切斷被測設備的電源，并接地放電。

3.測量時，表應遠離大電流導體及磁場。

4.

手搖發(fā)電機在額定轉速下一分鐘后讀數(shù)。第14頁，共29頁，2023年，2月20日，星期二

由于沒有彈簧游絲，所以指針沒有反作用力矩，當繞組中沒有電流時，指針可停留在任一偏轉角α位置。第15頁，共29頁，2023年，2月20日，星期二影響絕緣電阻的因素溫度的影響濕度和設備表明臟污的影響殘余電荷的影響感應電壓的影響第16頁，共29頁，2023年，2月20日，星期二溫度的影響

運行中的電力設備其溫度隨周圍環(huán)境變化，其絕緣電阻也是隨溫度而變化的。一般情況下，絕緣電阻隨溫度升高而降低。原因在于溫度升高時，絕緣介質(zhì)內(nèi)部離子、分子運動加劇，絕緣物內(nèi)的水分及其中含有的雜質(zhì)、鹽分等物質(zhì)也呈擴散趨勢，使電導增加，絕緣電阻降低。這與導體的電阻隨溫度的變化是不一樣的。第17頁，共29頁，2023年，2月20日，星期二溫度和電力設備表面臟污的影響電力設備周圍環(huán)境溫度的變化及空氣污染造成的表面臟污對絕緣電阻影響很大?？諝庀鄬穸仍龃髸r，絕緣物表面吸附許多水分，使表面電導率增加，絕緣電阻降低。當絕緣表面形成連通水膜時，絕緣電阻更低。如雨后測得一組220KV磁吹避雷器的絕緣電阻僅為2000MΩ；當屏蔽掉其表面電流時，絕緣電阻為10000MΩ以上，第二天下午晴天，在表面干燥狀態(tài)下測量其緣電阻也在10000MΩ以上。電力設備的表面臟污也使設備表面電阻大大降低，絕緣電阻顯著下降。根據(jù)以上兩種情況，現(xiàn)場測量絕緣電阻時都必須有屏蔽環(huán)消除表面泄漏電流的影響或烘干、清擦干凈設備表面，以得到真實的測量值。第18頁，共29頁，2023年，2月20日，星期二殘余電荷的影響大容量設備運行中遺留的殘余電荷或試驗中形成的殘余電荷未完成放盡，會造成絕緣電阻偏大或偏小，引起測得的絕緣電阻不真實。殘余電荷的極性與絕緣電阻表的極性相同時，測得的絕緣電阻將比真實增大；殘余電荷的極性與絕緣電阻表的極性相反時，測得的絕緣電阻將比真實值減小。原因在于極性相同時，由于同性相斥，絕緣電阻表輸出較少電荷；極性相反時，絕緣電阻表要輸出更多電荷去中和殘余電荷。為消除殘余電荷的影響，測量絕緣電阻前必須充分接地放電，重復測量中也應充分放電，大容量設備應至少放電5min。如一大容量變壓器，充分放電后第一次測得其一個繞組的絕緣電阻為4000MΩ，第二次再測同一繞組（未充分放電），絕緣電阻為5000MΩ，充分放電10

mim后第三測量，其絕緣電阻為4000MΩ。第19頁，共29頁，2023年，2月20日，星期二現(xiàn)場預防性試驗中，由于帶電設備與停電設備之間的電容耦合，使得停電設備帶有一定電壓等級的感應電壓。感應電壓對絕緣電阻測量有很大影響。感應電壓強烈時可能損壞絕緣電阻表或造成指針亂擺，得不到真實的測量值。如一臺兩節(jié)組成的220KV金屬氧化物避雷器，測量上下節(jié)絕緣電阻為50000MΩ，下節(jié)絕緣電阻為20000MΩ，將上節(jié)端部接地，從中部加壓測量）測量上、下節(jié)并聯(lián)絕緣電阻值），由于感應電壓降低，測得絕緣電阻為100000MΩ。又如一個220KV電流互感器某相，高壓引線感應電壓強烈，測量其一次對末屏絕緣電阻絕緣電阻時，指針在500MΩ左右擺動；將高壓引線接地，用同一絕緣電阻測量末屏對一次及地的絕緣電阻時，絕緣電阻為2000MΩ。由此可見感應電壓對絕緣電阻的影響之大。測絕緣電阻，必要時應采取電場屏蔽等措施克服感應電壓的影響。第20頁，共29頁，2023年，2月20日，星期二絕緣電阻的測試或其注意事項一、測試步驟試驗前先檢查安全措施，被試品電源及一切對外連線應拆除。被試品接地放電，大容量設備至少放電5min。勿用手直接接觸放電導線。根據(jù)表面臟污及潮濕情況決定是否采取表面屏蔽或者需要烘干及清擦干凈表面臟污，以消除表面臟污對絕緣電阻的影響。放穩(wěn)絕緣電阻表，檢驗絕緣電阻表是否指“O”或“∞”。短接“L”、“E”時應是瞬間、低速，以免損壞絕緣電阻表。將被試品測量部分接于“L”與“E”端子之間，“L”端子將高壓測量部分，“E”端子接低壓或外殼接地部分。驅動（搖）絕緣電阻表示額定轉速（120r/min）,讀取1min時的絕緣電阻值。測量吸收比時，先驅動（搖）絕緣電阻表示額定轉速，待指示為“”時，將“L”端子接于被試品，同時開始計算時間，讀取15s和60s時絕緣電阻值，讀數(shù)后先斷開“L”端子與被試品連線（用絕緣柄），再停止搖動，防止反充電損壞絕緣電阻表。試驗完畢或重復試驗時，必須將被試品對地或兩極間充分放電，以保證人身、儀器安全和提高測量準確度。記錄被試品設備銘牌、運行編號、本體溫度、環(huán)境溫度及使用的絕緣電阻表型號。第21頁，共29頁，2023年，2月20日，星期二測試注意事項測試時，“L”與“E”端子引線不要靠在一起，并用絕緣良好的導線?！癓”與“E”端子不能接錯，接錯會影響測量結果。由于絕緣電阻表“L”端子連接的部件有良好的屏蔽作用，絕緣電阻表本身的泄漏電流影響可以排除。測得的絕緣電阻過低時應分析的原因，排除環(huán)境溫度、濕度、表面臟污、感應電壓等的影響。能分解試驗的盡量分解試驗,找出絕緣電阻最低的部分.為了便于比較,每次測量同類設備最好用同型號絕緣電阻表.注意測量大容量設備的絕緣電阻時,應在搖轉