第三章电气设备绝缘实验

第三章 电气设备绝缘试验 3.1 概述 缺陷： ① 整体性或分布性缺陷：整体老化，变质，绝缘性能下降 ② 局部性或集中性缺陷：例开裂，局部机械损伤 非破坏性试验：绝缘电阻和吸收比 耐压试验：工频、直流冲击

3.2 绝缘电阻和吸收比测量 ∵电气设备中大多采用组合绝缘和层式结构 ∴在直流下均有明显的吸收现象，使外电路中有一个随时间而衰减的吸收电流 一、多层介质的吸收现象 当C大时，衰减慢 图中用斜线表示的面积为绝缘在充电过程中逐渐“吸收”的电荷Qa。这种逐渐“吸收”电荷的现象叫做吸收现象

图3-1 双层介质的等值电路 图3-2绝缘的吸收现象 在S刚合闸瞬间（t=0+时刻），双层介质上的电压按电容反比分配

Ucccu21210

Ucccu21120

当到达稳态时（t→∞）双层介质上的电压按电阻正比分配 URRRu2111

URRRu2122 ∵吸收现象，U10U1∞，U20U2∞。从S合闸到稳态的过渡过程的时间常数 )(212112ccRRRR 流过电流表的电流：iIagi，ia为吸收电流；若CRCR2211吸收电流比，吸收现象不明显。 绝缘电阻：指吸收电流ia按指数规律衰减完毕后所测得的稳态电阻值。t→∞时，

可得RRR21即等于两层介质电阻的串联值。 能发现的缺陷：绝缘或整体受潮；局部严重受潮；贯穿性缺陷。例如下定子绝缘局部发生裂纹形成贯穿性导电通道时。 局限性： ①大型设备（大型发电机、变压器等）的吸收电流很大，吸收过程可达数分钟，测稳态电阻，耗费时间长。

②有些设备如电机，由Ig那部分所反映的绝缘电阻有很大的范围，这与该设备

的几何尺寸（或其容量）有密切关系。因而难以给出绝缘值作为判断标准，只能与历史值比较。

吸收比，IIRRktttt21121，同一试品在不同时刻的绝缘电阻的比值

RR1560 ，（3-2）∴排出了绝缘结构体积尺寸的影响

一般以k1≥1.3作为设备绝缘状态良好的标准亦不尽合适。例如油浸变压器有时

会出现下述情况。有些变压器的k1虽大于1.3 但k值较低；有些变压器的k1<1.3 但k值高。

极化指数RRkmin1min102，按国际惯例，将min102t和min11t时的绝缘电阻比值

定义为k2。 Notice：仅凭R∞,k1,k2测量结果来判断绝缘状态仍是不够可靠的。 兆欧表的原理接线图 g：手摇（或电动）直流发电机，或交流发电机经晶体二极管整流；M：流比计的测量机构，处在永磁磁场中的可动部分电压线圈1和电流线圈2 直流电压加到两个并联支路上→两线圈中的电流产生的力矩方向相反→在力矩

差的作用下使可动部分旋转→平衡时指针偏转的角度正比于II21 ∵并联支路内的电流分配是与电阻成反比的，∴偏转角的大小可以反映出被试电阻的大小。 G端子：消除被试物表面泄露电流的影响。 若不接G，测得的绝缘电阻=R表面//R体积。 常用量程：500kV,1000kV,2500kV 对ue≥1kV，应使用2500V摇表

① 注意保持转速的恒定 ② 当试品电容较大时，测量后须先把兆欧表从测量回路断开，再停转发电机，试品电容电流反充损害仪表。 原因都是：被试品一般具有一定的电容量，电压的变动将引起电容电流的变化；使指针摇摆不定。 数字式兆欧表： 用整流电源，用户可根据需要选择电压量程。当在试品绝缘上施加电压时，取试品电压电流信号经A/D转换，简单数值计算，用液晶数显方式给出结果。

3.3 介质损耗角正切的测量 能发现：受潮、老化等分布性缺陷，反映整体的损耗情况。 不能发现集中性缺陷。 当绝缘由两部分并联组成时，其整体的介质损耗为这二部分之和。

ppp21



22211

22tgwtgwwctgcUcUU

ctgtgtgcc2211 ccc21

∵vv12《，则得cc12《，cc12 ∴2121tgtgtgcc 因cc12很小，当2tg时并不能使总的tg明显增加。 例：一台110kV大型变压器上测得总的tg为0.4%是合格的，但把套管分开单独测得tg达3.4%不合格。 一、用高压西林电桥测tg 1、被试品 2、无损标准电容器CN：常用空气或其他压缩气体作为介质，其0tg 3、R3可调 4、C4可调//R4

外加交流高压电源（一般可达10kV）接到电桥的对角线上

另一对角线接平衡指数仪表，一般使用振动式检流计 Z1Z4=Z2Z3 (3-3)

RcRcwwxx441tan



（3-4）

tan

2

3

4

11

R

Rccmx

通常12《tg 则RRccNx34 (3-5)

取31841044R )()(4464410uFFwtgCCCR （3-6） 屏蔽：电桥本体，连线用屏蔽导线 正接线：被试品在高压端，大部分电压在上桥壁ⅠⅡ，在R3,C4上电压只有几伏，无危险。特点：准确度较高，要求试品对地绝缘。 反接线：被试品低压端，操作部分在高压端。 安全措施：①电桥本体与操作者一起放在绝缘台上或放在法拉第笼对地绝缘，与

操作者R3,C4等电位；②人手通过绝缘连杆去调R3,C4。例国产QS-1里电桥在10kV一下时 二、外界电磁场对电厂的干扰

等值干扰电源电压U,通过对试品高压电极的杂散电容C,产生干扰电流I

,



经①c

x

→地，阻抗大；②R3→试验变压器的漏抗→地 δδ 图3-5 有电场干扰时的向量图 可能出现负的,，这时在电桥的正常接线下已无法达到平衡，只有把C4从臂IV

换接到臂Ⅲ与R3并联才能平衡，并按新的平衡条件计算出tg值 措施 1、加设屏蔽

2、采用移相电源：改变电源电压，从而改变Ix的相位，使I,与Ix同相或反相，

则tg不变。若在电源电压正反向测得的tg值相等，说明移相效果良好。 3、倒相法：将电源正接和反接各测一次，得到二组结果，cctgtg2211,,,

δ1δδ

IICRtg111,IICRtg222



IIIIIIIICCCCCCRRtgtgtg2122112121

2/)(2/)(





 cIUwC11，cIUwC22 cccctgtgtg212211



（3-7）

又∵222121ccIIcIUwUwUwCCxC ∴221cccx（3-8） 若1tg和2tg相差不大，c1和c2相差不大时

221tgtgtg



磁场干扰，当靠近电抗器等漏磁通较大的设备时 ∵磁场作用于电桥检流计那内的电流线圈回路引起的 把检流计的极性转换开关放在断开位置→若光带变宽则有此干扰 消除方法： ① 电桥移到磁场干扰以外 ② 改变检流计极性开关，两次测量取平均值

3.4 局部放电 绝缘中的局部放电是引起介质老化的重要原因之一。 测量电气设备在不同电压下的局部放电强度和变化趋势，就能判断绝缘内是否存在局部缺陷以及介质老化的进度和目前的状态。 一、局部基本知识 ∵场强与介质常数成反比，∴气隙中的场强比固体介质中的场强提高的多。而气隙中的电场强度就可能在气隙内开始。

图3-12 介质中气隙局部放电的示意图和等值电路 当uusg（气隙放电电压）时气隙放电，cg上电压下降至电压ur时，火花熄

灭，完成一次局部放电气隙应放电一次，其电压瞬时时下降一个ug=uurs→外加电压↑→cg充电→直到ug又达到us值时，第二次放电。cg放电时，每次的放点电荷量为真实放电量。

))((uucccccqrsbabagr ≈(ccbg)(uurs) (3-21)

因ca、cb、US、Ur等无法测，qr也无法确定。 ∵气隙放电引起的电压波动，uurs按电容反比分配在cb、ca上 （从气隙两端看cb、ca串联）

ca

上的电压波动)(uucccUrsbaba

相当于试品放掉电荷)()(UUcUccrSbabaq，视在放电量 Ua

和q可测

)(ccqcccbgrbgbq》 可见q《qr 在其他条件相同下，直流电压下单位时间内的放电次数一般需要交流下低得多。 ∵直流下局放的作用远比交流下小，这也是绝缘在直流下的工作电场强度。可以大于交流工作电场强度的原因之一。 1、放电重复率（N） 在选定的时间隔闪测得的每秒发生脉冲的平均次数，它表示局部放电的出现频度。 2、放点能量。一次局放所消耗的能量。 二、局部放电检测方法 局部现象：①电气方面：电流脉冲、介损、电磁辐射 ②非电方面：光热、噪声、气压变化、化学变化 几种常用电气检测法

1、脉冲电流法：在一定电压作用下，cx中产生的局放电流脉冲流过检测阻抗z

m

→zm上电压放大送至仪器P测量。

2、无线干扰测量法;用干扰仪来测量由于局部放电而产生的无线电信号，已列入IEC标准中，其灵敏度也很高。