絕緣試驗基礎培訓教學文稿VIP

絕緣試驗基礎培訓華北電力科學研究院有限責任公司高壓所呂明2010年8月主要內容一、電氣設備絕緣基本知識二、電介質基本知識

一、電氣設備絕緣基本知識1.絕緣的作用？絕緣是電氣設備結構的重要組成部分，其作用是將不同電位的導體分開，使各自保持應有的電位。3.運行中起絕緣作用的電介質

需要承受以下幾方面的作用：（1）電壓的作用。（2）溫度的作用。（3）機械力的作用。（4）化學的作用。（5）大自然的作用。4.絕緣缺陷來源及分類來源：

制造過程遺留。運行中外界作用。絕緣缺陷一般分兩大類：集中性缺陷。分布性缺陷。5.幾個電氣設備故障實例介紹（1）陡河電廠7號發(fā)電機定子繞組相間短路（1）陡河電廠7號發(fā)電機定子繞組相間短路機組型號：QFSN-200-2發(fā)生時間：1987年故障原因：定子繞組手包絕緣缺陷，機組漏油嚴重，發(fā)電機內氫氣濕度大（2）大港電廠2號發(fā)電機轉子接地（2）大港電廠2號發(fā)電機轉子接地機組型號：THAR-2-376470-3000-20000型，意大利產發(fā)生時間：2006年8月故障原因：護環(huán)下，六包、七包線圈間短路，絕緣塊炭化。制造質量問題。（3）張家口電廠2號高廠變繞組變形（3）張家口電廠2號高廠變繞組變形發(fā)現時間：2007年11月故障原因：變壓器抗短路能力差，運行中曾發(fā)生出口短路（4）北京超高壓公司城北站220kV避雷器運行中折斷（4）北京超高壓公司城北站220kV避雷器運行中折斷發(fā)生時間：2006年7月故障原因：避雷器結構設計不合理，導致避雷器進水受潮，造成避雷器內部絕緣擊穿。(5)大同超高壓供電公司渾源開閉站500kV斷路器內部放電故障(5)大同超高壓供電公司渾源開閉站500kV斷路器內部放電故障型號：LW56-550發(fā)生時間：2007年6月故障原因：拉桿連接件缺損；密封環(huán)部分碎片掉到絕緣筒里，使絕緣筒內部電場分布發(fā)生畸變，也影響其絕緣性能。（6）北京超高壓公司姜家營站2號主變跳閘故障

（6）北京超高壓公司姜家營站2號主變跳閘故障

（6）北京超高壓公司姜家營站2號主變跳閘故障

型號：ODFPSZ-250000/500，重慶ABB變壓器廠發(fā)生時間：2007年11月故障原因：導線質量較差

，變壓器長期滿載運行6.絕緣試驗的分類

試驗可分為兩類；

非破壞性試驗破壞性試驗非破壞性試驗：

即絕緣特性試驗，特點是電壓較低方法簡單。如絕緣電阻、直流泄漏、介質損耗、色譜分析、水分含量等。

破壞性試驗：

模擬絕緣在運行中承受的過電壓而施加與之等價的高電壓來考核絕緣的電氣強度。二、電介質基本知識1.電介質的極化1.1電介質極化的物理特征電介質的極化----電介質中的荷電質點在電場作用下相應于電場方向產生有限位移的現象。1.2介質極化現象介質極化現象示意圖a）極間為真空b）極間為介質1.3介電常數極化的強弱可以用相對介電常數來表示，物理上通常用εr表示。相對介電常數：由電介質材料所決定，是綜合反映電介質極化行為的物理量。其物理意義是金屬極板間放入電介質后的極間電容（或極板間電荷）與真空時金屬極板的極間電容（或極板間電荷）之比。1.4常用介質相對介電常數空氣1.00059中性變壓器油2.2～2.5弱極性蓖麻油4.5極性純水81強極性聚乙烯2.25～2.35弱極性油浸紙3.3～3.8極性電瓷5.5～6.5離子性云母5～7離子性1.2幾種主要的極化形式

電介質的極化是電介質在電場中的固有現象，不同電介質的分子結構不同，荷電質點也不同，因此電介質的極化可以分為以下4類：1.2.1電子式極化電子式極化----對原子或離子外施電場。電子式極化存在于一切氣體、液體和固體介質中。特點1：完成極化的時間極短（因電子質量極?。?，約10-15—10-13S，在各種頻率下均能產生。特點2：極化具有彈性，即當外界電場消失后，電子有返回原來軌道。特點3：不消耗能量，不發(fā)熱。

電子式極化的特點2.2離子式極化離子式極化----固體無機化合物多數屬于離子式結構，如云母、陶瓷材料等。離子式極化示意圖a）無外電場時b）有外電場時離子式極化的特點

特點1：完成極化的時間比電子式極化長，但仍然很短，約10-13—10-11S，在各種頻率下均能產生。特點2：極化具有彈性，即當外界電場消失后，電子有返回原來軌道。特點3：幾乎不消耗能量，不發(fā)熱。1.2.3偶極子極化偶極子極化----即使不施加電場，在某些電介質中（極性電介質）具有永久性偶極子，這種電介質稱為極性電介質，如橡膠、膠木、纖維素等。若外施電場，永久性偶極子將沿著電場方向排列而產生偶極子效應。也稱定向極化。偶極子極化示意圖a）無外電場時b）有外電場時偶極子極化的特點特點1；完成極化的時間比電子式極化長，約10-6—10-2S，在某些頻率下，偶極子極化可能來不及完全建立，所以偶極子極化與電場頻率有關。特點2：在交變電場中偶極子反復轉向，電介質內部將發(fā)生摩擦損耗，消耗電場能量。1.2.4夾層介質界面極化界面（夾層）極化----介電常數不同的絕緣材料組成的多層結構，對它外施電場，將在結合面累積電荷而產生極化。夾層介質界面極化直流電壓作用于雙層介質(a)示意圖；(b)等值電路夾層介質界面極化的特點吸收現象兩層電介質有一個電壓再分配過程，也就是C1、C2上的電荷再分配。伴隨著電荷的積累過程形成的電流就是吸收電流，這種現象就是吸收現象。吸收現象與電容、電阻有關，可持續(xù)幾分之一秒、幾十秒、幾分鐘、幾十分鐘甚至更長。夾層介質界面極化時間界面（夾層）極化在外施電場失去后，電介質內部吸收的電荷回緩慢釋放。1.2.5幾種介質極化對比極化種類產生場合所需時間能量損耗產生原因電子式極化任何電介質10-15s無束縛電子運行軌道偏移離子式極化離子式結構電介質10-13s幾乎沒有離子的相對偏移偶極子極化極性電介質10-10～10-2s有偶極子的定向排列夾層極化多層介質的交界面10-1s～數小時有自由電荷的移動1.2.6討論電介質極化的意義

意義1：高電壓設備中常常是幾種絕緣材料組合在一起使用，要注意各種材料εr的配合，不同介質串聯時，各層電場分布不均勻：如交流電場下，分到場強E1/E2=ε2/ε1意義2：界面極化現象在絕緣預防性試驗中可用來判斷絕緣受潮情況。極性介質容易吸潮。

意義3材料的介質損耗與極化類型有關，偶極子、夾層極化會引起tgδ增大，而介質損耗是影響絕緣劣化和熱擊穿的一個重要因素。2.電介質的電導2.1電介質

物質按導電性（電阻率）可分為導體、半導體和電介質三類，電阻率為109—1022Ωm的物質為電介質。電介質的電導-----任何物質或多或少都存在一些帶電質點（載流子），在電場作用下帶電質點（載流子）定向移動而形成電流的現象。2..2固體介質的電導固體電介質的電導分為表面電導和體積電導。表面電導：易受環(huán)境濕度和表面污穢的影響。體積電導：溫度升高時，因解離的離子數增大，電導增大，因此測量絕緣電阻或泄漏電流時，必須注意溫度的影響2.3電介質電導的特性特性1：電介質電導的離子性

電介質電導與導體電導不同，其載流子主要是離子。中性和弱極性電介質的電導主要是由雜質離子構成，其電阻率很高。極性電介質除了雜質離子外，還有本身分子的離解形成的離子電導。極性越強，離解越多。所以極性電介質電阻率較低。特性2．溫度的影響電介質的溫度增加，定向運動的離子數和速度都會增加，所以電導劇增即電阻劇減。特性3：電場強度的影響電場強度較小時，電導率幾乎與電場強度無關。電場強度較大時，隨著電場強度增加，分子離解為離子的數量增加，電導率增加。特性4．濕度的影響暴露在大氣中的液體電介質的電導隨大氣濕度增加而增加。多孔性材料的電導隨大氣濕度增加而劇烈增加。固體電介質的表面電導隨大氣濕度增加而增加。2.3討論電介質電導的意義通過試驗反映電導情況以體現電介質的狀態(tài)。通過不同電導的介質的合理使用，以構造新的電介質材料。設計絕緣結構時要考慮到環(huán)境條件，特別是濕度的影響。并不是所有情況下都希望絕緣電阻高，有時要設法減小絕緣電阻值。3.電介質的損耗3.1電介質損耗的分類電介質的損耗分以下三類:電導損耗極化損耗游離損耗3.2介質的損耗的定義tgδ與幾何尺寸無關P=UIR=ωCU2tgδ氣體的tgδ極性液體介質的tgδ頻率f2（曲線2）>f1（曲線1）3.3固體電介質的損耗結構上分為：分子式、離子式、不均勻結構等。(1)分子式：中性——損耗小，如石蠟、聚乙烯極性——損耗與極性液體類似，如有機玻璃、酚醛樹脂

(2)離子式：結構緊密——損耗小，如云母結構不緊密——損耗與成分有關系，如玻璃、陶瓷(3)不均勻結構：損耗取決于各成分的性能與數量間的比例。如廣泛使用的油浸紙、膠紙絕緣等3.4常用液、固體介質的tgδ（20℃）變壓器油0.0005～0.005油浸紙0.001～0.01油浸pp膜0.0005～0.004聚乙烯0.0001～0.0002電瓷0.01～0.053.5tgδ(電介質損耗)的

影響因素（1）濕度電介質吸潮后，介電常數增大，同時電介質的不均勻性增加，所以tgδ會隨電導損耗、極化損耗和界面極化損耗等損耗的增加而增加。（2）溫度的影響只有在某個溫度才能使極化建立時間與外施電壓變化周期相近時，損耗最大，tgδ出現最大值。（3）頻率的影響只有極化建立時間與外施電壓頻率相近時，損耗最大，tgδ出現最大值。（4）電場強度的影響良好的電介質的tgδ在電場強度增加時幾乎不變。3.6tgδ能發(fā)現的缺陷tgδ可以發(fā)現電氣設備絕緣整體受潮、劣化變質以及小體積被試設備貫通和未貫通的局部缺陷。當被試設備體積較大，而缺陷所占的體積較小時，用tgδ較難發(fā)現。因為缺陷的損耗占整個被試設備的損耗太小了！3.7討論介質損失角正切的意義絕緣結構設計時必須注意到絕緣材料的tgδ，如tgδ過大會引起絕緣嚴重發(fā)熱，使材料容易劣化，甚至導致熱不穩(wěn)定——擊穿。在絕緣預防性試驗中，tgδ是一基本測試項目，當絕緣受潮或劣化時，tgδ急劇上升。絕緣內部是否普遍發(fā)生局部放電，也可通過測tgδ~U的關系曲線加以判斷。4.電介質的擊穿當施加于電介質上的電壓超過某臨界值時，電流劇增，電介質發(fā)生波壞或分解，喪失固有的絕緣性能，這種現象稱為電介質擊穿。擊穿電壓：電介質發(fā)生擊穿時的臨界電壓UbEb=Ub/δEb——擊