最新高电压课程(试验部分)

1、第五章第五章 电气设备绝缘的试验电气设备绝缘的试验冲击高压试验直流高压试验工频电压试验破坏性试验局部放电测量介质损耗测量泄漏电流测量绝缘电阻测量非破坏性试验电气设备试验第一节第一节 绝缘电阻测量绝缘电阻测量一一 绝缘老化绝缘老化绝缘老化电场、热、机械应力和环境因素等等，使其内部发生复杂的化学和物理变化，导致性能逐渐下降。绝缘老化的表现变色、粉化、发泡、发粘等等。绝缘老化的类型电老化、热老化、机械老化和环境老化等。1 电老化电老化电老化在电场长期作用下绝缘发生的老化叫电老化。产生的原因绝缘表面或者内部发生局部放电造成的。电老化的机理：1）带电质子轰击带电质子撞击气隙壁上的时候，打断绝缘的化学链，

2、破 坏其分子结构。2）热效应温度升高会发生热裂解。或促进氧化裂解。3）活性生成物（臭氧、氧化物）这些生成物对绝缘材料发生化学反应，腐蚀绝缘体。4）辐射效应局部放电可以产生可见光、紫外线等高能辐射，引起高聚物的裂解。5）机械力的效应放电时产生的高压气体引起绝缘开裂。2 热老化热老化热老化有机绝缘材料在的作用下发生了热降解。高压电气设备在运行中产生的热量导致绝缘材料的温度升高，温度升高影响绝缘材料 的寿命。3 机械老化机械老化 电力设备中有很多因素产生机械应力，主要有设备旋转部分的振动或绝缘结构中介质 部分与金属导体部分热膨胀系数不同而引起的周期性应力，以及绝缘材料承受的交变电场力等。机械应力的破

3、坏主要表现为绝缘材料疲劳而产生裂纹或气穴，诱发电树枝的形成和生长 。对于旋转电机等设备，其绝缘同时遭受电、热及机械应力的作用且都是占主导地位的应力。第三，对于运行在湿度较大的环境中的设备，湿度对绝缘材料尤其是潮气敏感材料（如聚 酯等）老化过程的影响较大。4 环境老化环境老化 主要是水分、污染、氧气和辐射。在这些因素的作用下，绝缘表面发生腐蚀。二二 绝缘电阻和吸收比绝缘电阻和吸收比1 吸收现象吸收现象0501001500.00.20.40.60.81.06015i60i15iaigig电流（i）时间 （s）图1 双层介质的等值电路图2 吸收曲线 许多电气设备的绝缘都是多层的，多层介质可粗略的使用

4、双层介质来分析。如图1所示，当合上开关k后将直流电压加到绝缘上，电流表的读数变化如图2中曲线所示。开始的时候电流很大，以后逐渐缩小，最后等于一个常数ig；当试品的电容较大时，这一逐渐缩小的过程进行的很慢，甚至多达数分钟或更长，这种逐渐“吸收电荷的现象叫做”吸收现象吸收现象“，对应的电流ia称为吸收电流吸收电流。流过试品的电流为 / trrrrcccrcrurruageiii21212212112221其中 是时间常数2121rrrr21cc上式中ia与绝缘的均匀程度有关：如比较均匀 r1c1r2c2 吸收电流很小；如不均匀 r1c1与r2c2差别很大，吸收现象明显。如果被试品绝缘受潮或者内部有

5、集中性的缺陷，则绝缘电阻降低，ig大大降低，ia迅速衰减。2 吸收比吸收比601515iu60iu1560iirrak其中：i15、r15加压15s时电流和相应的绝缘电阻值； i60、r60加压60s时的电流和相应的绝缘电阻值。当被试品原始干燥时，吸收现象明显。2k60151560iirra当绝缘受潮或有缺陷时，电流的吸收现象不明显2k60156015iirra一般kcb,所以()()rgbsrqccuu 为真实放电量；但因 、 、 、 无法测的， 也无法通过测量求得。 rqgcbcsururq 在局部放电测量时候、通常测量视在放电量q。即根据气隙放电时试品上的电压变化和试品电容来确定放电电荷

6、量。 气隙放电引起的压降为 ，则 上的电压变动为：()aruuac视在放电量()basrabcuuucc()()ababsrqccuc uuacbc由于 ，所以 aqcu视在放电量和真实放电量的关系为：brgbcqqcc可见qr q表征局部放电的参数表征局部放电的参数: 1) 放电重复率(n):也称脉冲重复率,是在选定的时间间隔内测得的每秒发生放电脉冲的平均次数，表示局部放电的出现频率。与外加电压的大小有关，外加电压增大时，放电次数也随之增多。2) 放电能量（w）：通常指一次局部放电所消耗的能量。 221()2rsugggggsruwu idtcu duc uu 设气隙中开始局部放电时的外加电

7、压瞬时值为 ， 则1()2isrsuwquuuiu/()sbgbiucccu设 ，则 0ru 12iwqu3）其他参数：平均放电电流、放电的均方率、放电功率、局部放电起始电压（即 ）和局部放电熄灭电压。三三 局部放电的测量局部放电的测量1 脉冲电流法脉冲电流法 现在国际上推荐三种测试局部放电的回路如图2所示；iu（a）并联测试回路（b）串联测试回路（c）桥式测试回路图2 脉冲电流法局部放电测试回路02 0 04 0 06 0 08 0 01 0 0 0- 1 . 6- 0 . 80 . 00 . 81 . 6u / vt / u s图 局部放电脉冲电流5001000-1.5-1.0-0.50.

8、00.51.01.5时间（ u s ）图 局部放电超声波波形 三种回路的基本目的都是使在一定电压作用下的被试品cx中产生的局部放电电流脉冲流过检测阻抗zm，然后把zm上的电压或zm及zm上的电压差加以放大后送到检测仪器p上去，所测得的脉冲电压峰值与被试品的视在放电量成正比经过校准就能直接读出视在放电量的值，如果p为脉冲计数器，则测得的是放电重复率。cx：一般试品都可以用一集中电容来表示ck：为耦合电容，对工频电压来说，它起隔离作用z：为阻塞电阻，可以让工频高电压作用到被试品上，但又阻止高压电源中的高频分量对测试回路产生干扰，也防止局部放电脉冲分流到电源中去。 并联测试回路适用于被试品一端接地的

9、情况，优点是流过cx的工频电流不流过zm。 串联测试回路适用于被试品两端均对地绝缘的情况，如果试验变压器的入口电容和高压引线的杂散电容也足够大，可以省去电容ck。 以上两种测试回路都属直测（接）法，而桥式测试回路属于平衡法，此时cx与ck的低压端均对地绝缘，此时测量仪器p测得的是zm和zm上的电压差。这种测试回路的优点是抗干扰性能好。 2 其余的检测方法其余的检测方法1）噪声检测法：目前主要用超声波探测仪检测，特点是抗干扰能力强，使用方便，可以在运行中或耐压试验时检测局部放电，适合预防性试验的要求。2）光检测法：当发生沿面放电和电晕放电时常用该法。3）化学分析法：用气相色谱仪对绝缘油中溶解的气

10、体进行色谱分析。通过分析绝缘油中溶解气体的成分和含量，能够判断设备内部隐藏的缺陷类型。优点：能发现充油电气设备中一些用其他试验方法不易发现的局部性缺陷（包括局部放电）。第五节第五节 绝缘油的气相色谱分析绝缘油的气相色谱分析 当电气设备内部出现局部放电和局部过热的时候，缺陷附近就会分解而产生气体，并不断的溶解于绝缘油中。所以分析油中的气体含量和成分就可以知道隐藏缺陷的性质。工作流程工作流程：油样采取油中脱气气相色谱分析判定故障性质。1. 油样采取油样采取采取运行中的电气设备油样。2.油中脱气油中脱气将油样经过喷嘴喷入真空罐内使油中溶解的气体释放将脱出的气体压缩至常压用注射器抽取式样后进行分析。3

11、. 气相色谱分析气相色谱分析（1）分析原理）分析原理 按两相状态分类色谱中共有两相1 （相就是体系中的某一均匀部分）即固定相和流动相。如果流动相是气体就叫气相色谱；用液体作流动相的称为液相色谱。同样固定相也可以有两种状态，即固体吸附剂和载体涂固定液。这样按两相状态可将色谱分为四类，它们是：气相色谱，包括气固色谱，气-液色谱；液相色谱，包括液-固色谱，液-液色谱。图 分析流程图柱柱为色谱柱，主要用于检测气体的成分。其中柱（碳分子吸附剂）可以分离h2，o2，co，ch4,co2。柱（微球硅胶）可以分离ch4，c2h6，c2h4 c3h8 c2h2 c3h6成分采用热导池鉴别器（h2和o2）及氢焰鉴

12、定测器(co,co2)图 气相色谱仪的使用流程 实质上气相色谱分离是利用式样中个组分在色谱柱中的气相和固定相间的分配系数不同，当汽化后的试样被载气带入色谱柱中运行时，组分就在其中的两相间进行反复多次（）的分配（吸附脱附放出）由于固定相对各种组分的吸附能力不同（即保存作用不同），因此各组份在色谱柱中的运行速度就不同，经过一定的柱长后，便彼此分离，顺序离开色谱柱进入检测器，产生的离子流信号经放大后，在记录器上描绘出各组分的色谱峰，图 芳香烃异构色谱图 4 利用油中气体浓度判别故障的方法利用油中气体浓度判别故障的方法三比值法：这种方法利用五种特征气体的三比值进行编码来判断变压器的故障性质。注意：只有

13、当油中气体含量和产气的速率超标时才能使用。特征气体的比值比值编码范围c2h2 / c2h4ch4 / h2c2h4 / c2h63222表 iec三比值的编码规则序号故障性质比值编码范围c2h2 / c2h4ch4 / h2c2h4 / c2h61无故障0 002低能量密度的局部放电 0103高能量密度局部放电1104低能量放电120125高能量放电 1026低于150度的热故障0017150300度低温范围内的热故障0208300700度低温范围内的热故障0219高于700度低温范围内的热故障022表 判断故障性质的iec三比值法使用三比值法时应注意：（1）只有根据各组分含量注意值或产气速率

14、值判断有可能存在故障时，才能进一步用三比值法判断故障的分类，对于气体含量正常的设备比值没有意义。（2）表中所列的每一种故障对应的一组比值都是典型的。对于多种故障联合作用，可能找不到对应的比值组合，此时应对这种不典型的组合作具体分析，从中可以得到故障复杂性和多重性的启示，例如121、122都可以解释为放电兼过热，又如在追踪监测中，发现比值组合方式由1012-122则可以判定故障可能是先有过热后发展成电弧放电兼过热。（3）特征气体的比值，应在故障不断产气过程中监测才有意义，如果故障产气过程停止或者设备已停运多时，将会使比值发生变化而带来判断误差。 第六章 电气设备绝缘的高压试验 工频交流耐压试验对

15、绝缘的考验非常严格,能有效地发现较危险的集中性缺陷。它是鉴定电气设备绝缘强度最直接的方法，对于判断电气设备能否投入运行具有决定性的意义,也是保证设备绝缘水平、避免发生绝缘事故的重要手段。 交流耐压试验有时可能使绝缘中的一些弱点更加发展，因此在试验前必须对试品先进行绝缘电阻、吸收比、泄漏电流和介质损耗等项目的试验，若试验结果合格方能进行交流耐压试验。否则,应及时处理，待各项指标合格后再进行交流耐压试验,以免造成不应有的绝缘损伤。 国家根据各种设备的绝缘材质和可能遭受的过电压倍数，规定了相应的出厂试验电压标准。具有夹层绝缘的设备，在长期运行电压的作用下，绝缘具有累积效应，所以现行有关标准规定运行中

16、设备的试验电压，比出厂试验电压有所降低，且按不同设备区别对待（主要由设备的经济性和安全性来决定）。但对纯瓷套管、充油套管及支持绝缘子则例外，因为它们几乎没有累积效应，故对运行中的设备就取出厂试验电压标准。 一一 试验原理试验原理 交流耐压试验的接线，应按被试品的要求（电压、容量）和现有试验设备条件来决定。通常试验变压器是成套设备（包括控制及调压设备），对调压及控制回路加以简化如图1所示。 图1所示是串级升压的试验变压器，当试验变压器的输出电压不能满足试验所需的电压时，可采用串级升压的方法。进行交流耐压的被试品，一般为容性负荷，当被试品的电容量较大时，电容电流在试验变压器的漏抗上就会产生较大的压

17、降。由于被试品上的电压与试验变压器漏抗上的电压相 图1 交流耐压试验接线原理图第一节第一节 工频电压试验工频电压试验位相反，有可能使被试品上的电压比试验变压器的输出电压还高，因此要求在被试品上直接测量电压。 图1中的r1、r2是保护电阻，其目的是为了将过电流限制在试验变压器与被试品允许的范围内，但保护电阻不宜选得过大，太大了会由于负载电流而产生较大的压降和损耗；r1的另一作用是在被试品击穿时，防止试验变压器高压侧产生过大的电动力，r1按1/v选取（对于大容量的被试品可适当选小些）。与保护球隙串联的保护电阻器r2，其电阻值通常取1/v。过电压保护球间隙g ，是为了限制试验回路可能出现的过电压，其

18、放电电压调整为试验电压的1.1倍左右。c1、c2电容分压器；v 电压表。 二二 试验设备试验设备1 高压试验变压器高压试验变压器 高压试验变压器，具有电压高、容量小（高压输出电流一般为0.1-1安培）、高压绕组一端接地、持续工作时间短的特点，在使用时应考虑这些特点。2 调压器调压器 调压器应能从零开始平滑地调节电压，以满足试验所需要的任意电压。调压器的输出波形，应尽可能地接近正弦波，容量也应满足试验变压器的要求，通常与试验变压器容量相同。1）设备电压的选择 根据被试设备对试验电压的要求，选用电压合适的试验变压器，并应考虑试验变压器低压侧电压是否和试验现场电源电压及调压器相符。2）试验电流的选择

19、 试验变压器的额定电流，应能满足过流被试品的电容电流和泄漏电流的要求。一般按试验时所加的电压和被试品的电容量来所需的试验电源，可按下式计算：试验所需的电源容量按下式计算： ucixc32x10ucp1）自耦调压器 自耦调压器的应用广泛，它具有体积小、重量轻、效率高、波形好等优点。自耦调压器是用移动碳刷接触调压，所以容量受到限制，适用于小容量调压。2）移卷调压器 移卷调压器是通过移动一个可活动的线圈来调压的，移卷调压器的调压范围宽，并与试验变压器配套，电压可达10千伏。主要缺点是效率低、空载电流大，在低电压和接近额定电压下使用，波形容易发生畸变。三三 试验电压的测量试验电压的测量1.在试验变压器

20、低压侧测量在试验变压器低压侧测量 对于一般瓷质绝缘、断路器、绝缘工具等，可测取试验变压器低压侧的电压，再通过变比换算至高压侧电压，适用于负荷容量比电源容量小得多，测量准确度要求不高的情况。2.用电压互感器测量用电压互感器测量 将电压互感器的原边并接在被试品的两端在电压互感器的副边测量电压，根据测得的电压和电压互感器的变压比计算出高压侧的电压。为保证 测量的准确度，电压互感器的精度等级应不低于1级，电压表不低于0.5级。3 用高压静电电压表测量用高压静电电压表测量 用高压静电电压表测量工频高压的有效值，将高压静电电压表接于被试设备的两端，可直接读出加于被试设备上的高压。这种方法比较简单、准确，缺

21、点是：测量时易受电磁场和风的影响，故一般被用于实验室测量。4 用电容分压器测量用电容分压器测量 用电容分压器测量高压的方法是目前现场经常采用的方法，分压器结构简单，携带方便准确度也比较高。现场常用的还有阻容分压器，接入并联电阻后使测量系统有良好的升降特性。5 用球隙测量工频高压用球隙测量工频高压 球间隙的电场为稍不稳定的放电电压，放电时延很小，伏秒特性较平，分散性较小，在一定的球隙作用下具有相对稳定的放电电压。 可测工频高压、直流高压、冲击高压分值。 测试要求 先进行预防电试验，然后取三次连续读数的平均值作为测量值，各次放电时间间隙不小于1分钟，每次放电电压与平均值之间偏差30%五五 试验分析

22、试验分析 对于绝缘良好的被试品，在交流耐压中不应击穿，是否击穿可根据下述现象来分析。1）被试品已击穿。但当被试品的容抗xc与试验变压器的漏抗xl之比等于2时，虽然被试品已击穿。但电流表的指示不变（因为贿赂电抗x= xc-xl ，所以当被试品短路xc=0时，回路中仍有xl存在 ，与被 试品击穿前的电抗值是相等的，故电流表的指示不会发生变化）；当xc与xl的比值小于2时，被试品击穿后，使试验回路的电抗增大，电流表指示反而下降。通常xcxl，不会出现上述情况，只有在被试品电容量很大或试验变压器容量不够时，才有可能发生。此时，应以接在高压端测量被试品上的电压表来判断，被试品击穿时，电压表指示明显下降。

23、低压侧电压表的指示也会有所下降。2）根据被试品的状况进行分析。被试品发出击穿响声（或断续放电声）、冒烟、出气、焦臭、闪弧、燃烧等，都是不容许的，应查明原因。这些现象如果确定是绝缘部分出现的，则认为是被试品存在缺陷或击穿。图 试验变压器2c2cccukuu121 分压器法：分压器是一个高阻扛与低阻抗串联而成，被测得高电压绝大部分降落在高阻抗上，于是可以从低阻抗的两端测得电压，通过分压比换算得到被测得高电压。图是电容分压器的原理。被测电压施加于分压器的两端，电容器c1的电容很小，一般取50pf100pf，电容器c2的电容量很大，电压降只有几十道几百到v，可以用静电电压表或峰值表测量c2两端的电压u

24、2，则被测电压为图 电容分压器球隙测量： 测量球隙是由一对相同直径的金属球构成。加压时，球隙间形成稍不均匀电场，在其余条件相同的情况下，球间隙在大气中的击穿电压取决于球间隙的距离，所以可以用球间隙测量电压。图 高压球隙的实图和测量原理图球隙测量的修正球隙测量的修正 当球隙击穿时，实际电压数u和与查表电压值u0的关系是：0kkuund200000m/11gh103mbarpc20qu湿度压强温度标准大气压下击穿电压空气密度修正公式dk 1nmknq273q273mppd00一般情况下湿度修正系数nk 1kkknwn对均匀电场返回图 静电电压表静电电压表测量 当加电压于两极时，由于两电极上分别充上异性电荷，电极就会受到静电机械力的作用。测量此静电力的大小或者是由静电力产生的某一极板的偏移（或偏转）来反映所加电压的大小的表计称为静电电压表，