電氣設(shè)備絕緣預(yù)防性試驗(yàn)

第三章電氣設(shè)備絕緣預(yù)防性試驗(yàn)第三章電氣設(shè)備絕緣預(yù)防性試驗(yàn)電介質(zhì)的極化、電導(dǎo)與損耗及其等效電路預(yù)防性試驗(yàn)的常規(guī)項(xiàng)目絕緣電阻直流泄漏電流介質(zhì)損耗因數(shù)局部放電絕緣油中溶解氣體分析高壓耐壓試驗(yàn)電氣設(shè)備絕緣預(yù)防性試驗(yàn)意義：是保證電氣設(shè)備安全運(yùn)行的重要措施和制度。

目的：掌握電氣設(shè)備的絕緣狀況，及早發(fā)現(xiàn)其缺陷，以進(jìn)行相應(yīng)的維護(hù)與檢修。如何掌握絕緣狀況？電氣設(shè)備絕緣缺陷的產(chǎn)生：制造時(shí)潛伏下來的；運(yùn)行中逐步發(fā)展起來的。絕緣缺陷的分類：集中性缺陷；分布性缺陷。預(yù)防性試驗(yàn)方法分類：破壞性試驗(yàn)(耐壓試驗(yàn))；非破壞性試驗(yàn)。第一節(jié)電介質(zhì)的極化、電導(dǎo)與損耗放置固體介質(zhì)時(shí),電容量將增大為:對(duì)于平行平板電容器，極間為真空時(shí)：平板電容器中的電荷和電場(chǎng)分布(a)真空(b)充以介質(zhì)極化現(xiàn)象：造成電容量增加！極化的原因在外加電場(chǎng)的作用下，介質(zhì)中原來彼此中和的正、負(fù)電荷產(chǎn)生了位移，形成電矩，使介質(zhì)表面出現(xiàn)了束縛電荷，極板上電荷增多，并造成電容量增大。極化的影響因素：形態(tài)（氣液固）、溫度、電場(chǎng)頻率等。極化的基本形式：電子式、離子式、偶極子轉(zhuǎn)向、夾層介質(zhì)界面、空間電荷極化。相對(duì)介電常數(shù)：1、電子式極化電子軌道受到外電場(chǎng)的作用時(shí)，相對(duì)于原子核產(chǎn)生位移，原子中正、負(fù)電荷的作用中心不再重合.極化強(qiáng)度與正、負(fù)電荷作用中心間的距離成正比，且隨外電場(chǎng)的增強(qiáng)而增大。特點(diǎn)極化所需的時(shí)間極短，約10-15s；具有彈性，當(dāng)外電場(chǎng)去掉后，依靠正、負(fù)電荷間的吸引力，作用中心又馬上重合，整體呈現(xiàn)非極性，沒有損耗；溫度的影響不大，溫度升高時(shí)，εr略為下降。

絕緣-+絕緣2、離子式極化發(fā)生在離子式結(jié)構(gòu)，如云母、陶瓷材料。正、負(fù)離子的作用中心發(fā)生偏移。特點(diǎn)：所需的時(shí)間也很短，約10-13s；彈性極化，幾乎沒有損耗。

溫度對(duì)極化存在一定影響，εr一般具有正的溫度系數(shù)。離子式極化示意圖3、偶極子轉(zhuǎn)向極化存在于極性電介質(zhì)中（具有永久性偶極矩）；無外電場(chǎng)時(shí)，分子無序排列，不呈現(xiàn)極性；在電場(chǎng)作用下，順電場(chǎng)方向定向排列，示出極性。特點(diǎn)：極化所需的時(shí)間也較長(zhǎng)，約10-10～10-2s；非彈性，消耗能量。溫度對(duì)極性介質(zhì)的εr有很大的影響。低-、適當(dāng)范圍+、高-4、夾層介質(zhì)界面極化存在于夾層電介質(zhì)（不均勻電介質(zhì)）中。特點(diǎn)過程特別緩慢，一般在10-1s以上，甚至數(shù)小時(shí)；伴有介質(zhì)損耗。5、空間電荷極化介質(zhì)內(nèi)的正、負(fù)自由離子改變分布狀況，在電極附近形成空間電荷。特點(diǎn)：緩慢進(jìn)行；消耗能量。極化種類產(chǎn)生場(chǎng)合所需時(shí)間能量損耗產(chǎn)生原因電子式極化任何電介質(zhì)10-15s無束縛電子運(yùn)行軌道偏移離子式極化離子式結(jié)構(gòu)電介質(zhì)10-13s幾乎沒有離子的相對(duì)偏移偶極子極化極性電介質(zhì)10-10～10-2s有偶極子的定向排列夾層極化多層介質(zhì)的交界面10-1s～數(shù)小時(shí)有自由電荷的移動(dòng)電介質(zhì)極化的本質(zhì)：在外加電場(chǎng)作用下，極化介質(zhì)內(nèi)部形成反電場(chǎng)，通過向電極補(bǔ)充電荷以抵消反電場(chǎng)的作用，從而增加了電容量，并可能消耗能量！材料類別名稱相對(duì)介電常數(shù)，εr(工頻，20℃)氣體介質(zhì)(1.0132×105Pa）空氣1.00058

液體介質(zhì)弱極性變壓器油硅有機(jī)液體2.2～2.52.2～2.8極性蓖麻油氯化聯(lián)苯4.54.6～5.2強(qiáng)極性丙酮酒精水223381

固體介質(zhì)中性或弱極性石蠟聚苯乙烯聚四氟乙烯松香2.0～2.52.5～2.62.0～2.22.5～2.6極性纖維素膠木聚氯乙烯6.54.53.0～3.5離子性云母電瓷5～75.5～6.5工程意義：1）選擇絕緣材料2）多層介質(zhì)合理配合3）判斷絕緣狀態(tài)二、電介質(zhì)的電導(dǎo)離子電導(dǎo)：以離子為載流子。在電場(chǎng)或外界因素影響下，離解成正負(fù)離子。電子電導(dǎo)：以自由電子為載流子。出現(xiàn)電子電導(dǎo)電流時(shí)，表明電介質(zhì)已被擊穿。電介質(zhì)的電導(dǎo)一般是指離子性電導(dǎo)。1、電介質(zhì)的電導(dǎo)率、電阻率電導(dǎo)性能常用電導(dǎo)率γ或電阻率ρ表示。固體電介質(zhì)的電阻率（1）體積電阻率：?jiǎn)挝婚L(zhǎng)度的正方體的電介質(zhì)中，所測(cè)得的其兩相對(duì)面上的電阻。體積電阻測(cè)量圖μAdIsISIV?（2）表面電阻率：?jiǎn)挝婚L(zhǎng)度的正方形表面積上，相對(duì)兩邊之間測(cè)得的電阻。2、液體電介質(zhì)的電導(dǎo)離子電導(dǎo)：電介質(zhì)分子或雜質(zhì)分子離解而成的離子。電泳電導(dǎo)：較大的膠體吸附電荷后，變成帶電質(zhì)點(diǎn)。中性和弱極性的液體電介質(zhì)電導(dǎo)率小。極性和強(qiáng)極性液體電介質(zhì)電導(dǎo)率大，故不宜作為絕緣材料（水）。電導(dǎo)率γ與溫度間具有指數(shù)關(guān)系：3、固體介質(zhì)的電導(dǎo)離子電導(dǎo)：雜質(zhì)離子起主要作用。電子電導(dǎo)：電導(dǎo)與外施場(chǎng)強(qiáng)E關(guān)系密切。固體介質(zhì)電導(dǎo)電流密度與外加場(chǎng)強(qiáng)的關(guān)系表面電導(dǎo)：主要決定于表面吸附導(dǎo)電雜質(zhì)的能力及其分布狀態(tài)親水性電介質(zhì)：云母，玻璃，纖維材料；憎水性電介質(zhì)：石蠟，聚苯乙烯。預(yù)防性試驗(yàn)時(shí)要注意絕緣表面的影響！水滴在兩類介質(zhì)上的分布狀態(tài)(a)親水介質(zhì)(b)疏水介質(zhì)三、電介質(zhì)的能量損耗介質(zhì)損耗：電導(dǎo)損耗、有損極化W=P+jQ=U(Ir+jIC)=UIr+jUIC介質(zhì)損失角的正切tgδ：衡量介質(zhì)的損耗特性液體介質(zhì)損耗與溫度的關(guān)系氣體介質(zhì)的損耗無碰撞電離時(shí)，損耗由電導(dǎo)引起，損耗極小；發(fā)生放電時(shí)，損耗劇增（如電線上的電暈損耗）。液體介質(zhì)的損耗中性或弱極性介質(zhì)：損耗主要起因于電導(dǎo)，較小。極性：電導(dǎo)和極化損耗。損耗與溫度的關(guān)系比較復(fù)雜。固體介質(zhì)的損耗分子式離子式不均勻結(jié)構(gòu)強(qiáng)極性損耗情況比較復(fù)雜損耗與溫度密切相關(guān)干紙的損耗與溫度的關(guān)系1－1kHz2－10kHz3－100kHz四、電介質(zhì)的一般等值電路C0反映電子式和離子式無損極化（含真空中對(duì)應(yīng)的電容）C，、r支路反映有損極化R反映電導(dǎo)損耗絕緣C0C/rRCxRxIRxICx（a）（b）（c）第二節(jié)絕緣電阻的測(cè)量一、多層介質(zhì)的吸收現(xiàn)象雙層介質(zhì)的等值電路吸收曲線當(dāng)在絕緣上施加直流電壓時(shí)，流經(jīng)絕緣的電流會(huì)隨著時(shí)間逐漸下降，最終達(dá)到一個(gè)穩(wěn)定值，這就是不均勻介質(zhì)的吸收現(xiàn)象本質(zhì)：夾層介質(zhì)的界面極化這些電荷被介質(zhì)吸收了！絕緣電阻在設(shè)備絕緣上施加確定的直流電壓，經(jīng)過一定時(shí)間（通常為60秒）后呈現(xiàn)的電阻值。吸收比K=R60“／R15”當(dāng)絕緣良好時(shí)，K常高于某一定值（1.3）絕緣普遍受潮時(shí)，K接近1極化指數(shù)（10min/1min）二、絕緣電阻和吸收比測(cè)量手搖式兆歐表的工作原理絕緣電阻的測(cè)量接線儀器：兆歐表兆歐表一般有三個(gè)接線端子被試品接在端子“E”和“L”之間保護(hù)端子“G”（與L相連）有時(shí)稱為屏蔽端子輸出電壓為負(fù)極性直流（why?）有500V、1000V、2500V、5000V等多個(gè)等級(jí)三、測(cè)量結(jié)果的影響因素被試設(shè)備絕緣上可能存留殘余電荷造成吸收現(xiàn)象不明顯試驗(yàn)前應(yīng)對(duì)設(shè)備充分放電固體絕緣表面狀況絕緣電阻隨溫度呈指數(shù)規(guī)律下降測(cè)量時(shí)必須記錄設(shè)備溫度實(shí)例：同步電機(jī)干燥前后絕緣電阻的變化干燥前（受潮），15oC干燥完畢，73.5oC運(yùn)行3天，冷卻后27oC第三節(jié)直流泄漏電流的測(cè)量絕緣電阻和吸收比測(cè)量簡(jiǎn)單易行，有時(shí)很有效：整體受潮等試驗(yàn)電壓相對(duì)較低，靈敏度和準(zhǔn)確性較低

5000/（110×1000）直流泄漏電流試驗(yàn)--提高試驗(yàn)電壓直接測(cè)量泄漏電流因試驗(yàn)電壓提高，試驗(yàn)靈敏度和準(zhǔn)確性較高試驗(yàn)設(shè)備要求提高發(fā)電機(jī)的泄漏電流變化曲線曲線1：絕緣良好的發(fā)電機(jī)；曲線2：絕緣受潮；曲線3：絕緣中已有集中性缺陷；曲線4：有危險(xiǎn)的集中性缺陷。直流泄漏電流試驗(yàn)原理接線直流泄漏電流試驗(yàn)和直流耐壓試驗(yàn)常利用同一套直流高壓發(fā)生裝置同時(shí)進(jìn)行。Time?1min直流高壓的產(chǎn)生方式與要求產(chǎn)生利用交流高壓經(jīng)高壓硅堆半波整流采用（多級(jí)）串級(jí)倍壓整流電路（實(shí)驗(yàn)講義）要求直流試驗(yàn)電壓的脈動(dòng)系數(shù)應(yīng)不大于3％脈動(dòng)系數(shù)＝[（最高值－最低值）/2]×100%測(cè)量泄漏電流的影響因素與絕緣電阻測(cè)量相同的影響因素殘余電荷絕緣表面狀況設(shè)備溫度其它因素外加直流電壓的穩(wěn)定性測(cè)量微安表的保護(hù)和接入位置高壓引線引起的雜散電流帶來的測(cè)量誤差R1LSμAC’V微安表保護(hù)回路第四節(jié)介質(zhì)損失角正切值tgδ的測(cè)量CXRx當(dāng)電氣設(shè)備絕緣整體性能下降，如普遍受潮、臟污或老化，以及絕緣中有間隙發(fā)生局部放電時(shí)，流過絕緣的有功電流分量IRx將增大，tgδ也增大。通過測(cè)量tgδ值可以發(fā)現(xiàn)絕緣的分布性缺陷。若缺陷部分在整個(gè)絕緣中的體積較大，則測(cè)量tg

容易發(fā)現(xiàn)絕緣的缺陷。如果絕緣缺陷是集中性的（非貫穿性的），或缺陷部分在整個(gè)絕緣中占很小的體積，則該方法不很有效。套管、電力變壓器、互感器和某些電容器。

電機(jī)、電纜。

一、西林電橋的測(cè)量原理R4C4R3CXCNCDABGRx當(dāng)電橋平衡時(shí)，檢流計(jì)中無電流流過，各臂阻抗?jié)M足關(guān)系式：當(dāng)電橋平衡時(shí)，C4的微法數(shù)就等于被試品的tgδ值。在電橋的分度盤上，C4的數(shù)值直接以tgδ的百分?jǐn)?shù)（％）來表示。測(cè)量被試品的電容Cx對(duì)于判斷某些絕緣狀況也是有價(jià)值的。問題：電容量大了意味著什么故障？(短路)電容量小了意味著什么故障？(介質(zhì)老化)R4C4R3CXCNCDABGRx二、外界電磁場(chǎng)對(duì)電橋的干擾1）外界電場(chǎng)的干擾試驗(yàn)用高壓電源和試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)高壓帶電體(例如變電所內(nèi)仍在運(yùn)行的高壓母線等)所引起的電場(chǎng)干擾。2）外界磁場(chǎng)的干擾電橋處于交變磁場(chǎng)中消除干擾的辦法將電橋的低壓部分全部屏蔽起來，引線也采用屏蔽電纜線采用抗干擾源、移相法、倒相法、改變接線（正、反接法）

西林電橋反接線原理圖西林電橋接線原理圖三、影響tgδ測(cè)量結(jié)果的因素被試電氣設(shè)備的溫度；試驗(yàn)電壓的大?。槐辉囯姎庠O(shè)備絕緣的電容（試品電容）；被試電氣設(shè)備外絕緣表面的泄漏影響。tgδ與試驗(yàn)電壓的典型關(guān)系曲線1良好的絕緣2絕緣中存在氣隙3受潮絕緣第五節(jié)局部放電的測(cè)量測(cè)定局部放電，能預(yù)示絕緣狀況，也是估計(jì)絕緣電老化速度的重要根據(jù)。局部放電伴隨發(fā)生許多現(xiàn)象：電現(xiàn)象：電脈沖，介質(zhì)損耗的增大和電磁波；非電現(xiàn)象：光、熱、噪音、氣體壓力變化和化學(xué)變化。局部放電檢測(cè)方法：電：電脈沖、介質(zhì)損耗，可定量；非電：靈敏度不夠，只能定性。

電脈沖法檢測(cè)的參數(shù)視在放電量Δq放電能量W放電的重復(fù)率(放電頻度)等絕緣內(nèi)部氣隙局部放電的等值電路一、局部放電的檢測(cè)回路Cx—被試品的電容Ck—耦合電容Zm、Z’m—測(cè)量阻抗Z—低通濾波器U—電壓源M—測(cè)量?jī)x器

A—放大器CX一端接地CX兩端絕緣平衡電路二、局部放電的測(cè)量阻抗和測(cè)量?jī)x器Zm和測(cè)量的靈敏度、輸出波形及脈沖的分辨率都有關(guān)系要消除或減弱輸出電壓的工頻成分要使脈沖分量的持續(xù)時(shí)間足夠小，以保證快速連續(xù)脈沖的分辨率阻抗值應(yīng)足夠高，由它決定輸出電壓和電流的波形測(cè)量?jī)x器陰極射線示波器指示型電壓表脈沖計(jì)數(shù)器局部放電測(cè)試儀（一）局部放電測(cè)試儀（二）大型發(fā)電機(jī)定子繞組絕緣局部放電測(cè)量波形三、用超聲波探測(cè)器測(cè)量局部放電特點(diǎn)：與電脈沖法相比，抗干擾能力相對(duì)較強(qiáng)，可在運(yùn)行及耐壓試驗(yàn)時(shí)使用。工作原理：發(fā)生局部放電時(shí)，會(huì)產(chǎn)生超聲波，并向四面?zhèn)鬟f，直到電氣設(shè)備容器的表面；在設(shè)備外壁，放一壓電元件；將交變壓力波轉(zhuǎn)換為電氣量，由此可測(cè)量局部放電。第六節(jié)絕緣油中溶解氣體分析（DGA）絕緣油是電氣設(shè)備絕緣的重要組成部分：絕緣冷卻滅弧絕緣油試驗(yàn)：絕緣油的電氣試驗(yàn)；絕緣油中溶解氣體分析（DGA）。試驗(yàn)時(shí)電氣設(shè)備可以不必停電！一、絕緣油的電氣試驗(yàn)電氣試驗(yàn)的主要內(nèi)容油的閃點(diǎn)酸值水分游離碳電氣強(qiáng)度介質(zhì)損失角正切值tgδ等……帶電取油樣》》化驗(yàn)》》分析》》結(jié)論二、絕緣油中溶解氣體分析（DGA）原理電氣設(shè)備內(nèi)部有局部過熱或局部放電等缺陷時(shí)，就會(huì)分解而產(chǎn)生氣體，并不斷溶解于絕緣油中。不同性質(zhì)的典型故障，產(chǎn)生的溶解氣體的成分及不同成分之間的比例都有所不同。氣相色譜分析：通過分析油中所含氣體的組成和含量來判斷設(shè)備內(nèi)部的潛伏性缺陷。故障類型主要?dú)怏w組分次要?dú)怏w組分油過熱

油和紙過熱

油紙絕緣中局部放電油中火花放電油中電弧油和紙中電弧不同故障類型產(chǎn)生的氣體分析方法：特征氣體法三比值法分析過程取出運(yùn)行中電氣設(shè)備的油樣；油樣真空脫氣；將脫出的氣體壓縮至常壓；用注射器