电气绝缘测试技术

1、电气绝缘测试技术主讲人：于钦学 博士西安交通大学电气绝缘研究中心电力设备电气绝缘国家重点实验室绪论一、测试的重要性1 研究、设计、制造、运行-性能测试（电、热、机械、物理化学）-本书电气性能测试。 高电压或高场强电工产品，在研究、设计、制造和运行中，都要进行一系列绝缘性能试验。在绝缘系统设计中，对绝缘结构的设计、参数的选定是否合理，要进行产品模拟试验；在产品制造中，对原料、半成品、成品是否合格，要进行例行试验；在新产品试制或原材料、工艺有重大改变时，要进行型式试验；产品出厂安装好后，要做验收试验；产品在运行中，要做预防性试验或状态试验。不论是理论的研究还是产品的发展和质量的保证，都与 绝缘测试

2、技术的应用分不开。2 产品性能测试是工厂最后一道关口，应该管好。 产品经过了许多道程序，花费了许多人力和物 力，如果测量不好，会造成巨大经济损失。 合格产品-测量不准确-测成坏产品-造成 巨大经济损失； 不合格产品-测量不准确-出厂后在运行中 损坏-造成电力部门停电-产生非常不 好的社会影响并造成社会巨大经济损失， 有可能其他公司不敢订购你们公司的产品， 这样也造成非常严重的后果。 二、绝缘测试的特点要测量的基本电参量大大超过一般电工测量范围，如要测的绝绿电阻可选1010以上；直流微电流可小到10-16A以下；工额高电压可达1000kV以上；要测的局部放电脉冲信号小到V（10-6V) 级；耗因

3、数要测到10-5。这都必须采用特殊的测试技术才能进行测量。其次，除了测量基本的电参量之外，还要测量对绝缘性能有严重影响的特性参数，如空间电 荷、局部放电的视在放电电荷等，这要比测量一般的电参量复杂得多。另外，还要做各种耐久性试验，如寿命(老化)试验等。在绝缘性能测试中，有些参数测得的是随机变量，分散性大，因此必须按其统计规律进行数据处理，才能得出比较客观的结果。 三、试验分类 根据试验目的，电工产品试验可分为四类：例行试验抽样试验、型式试验和安装敷设后的检查及预防性试验。 例行试验(代号R)是制造厂为证明电工产品的完善性，对所有电工产品制造长度所做的试验，它可以发现电工产品生产过程中偶然性缺陷

4、。校验电工产品产品质量是否与设计要求一致。抽样试验(代号S)也称特殊试验，它也是由制造厂进行的，根据一定的取样规划对电工产品试样进行的试验，以检查成品是否符合设计技术要求。试验比例行试验复杂，或在试验中可能损伤电工产品，故仅取一部分试样进行试验。型式试验(代号T)是制造厂对新型式产品在大批生产以前所进行的试验目的是为了检验电工产品是否满足预定用途和满意的运行性能，型式试验还可以在较短时间内确定新老产品的相对质量和新产品的寿命。若电工产品材料或影响电工产品运行特性的设计没有改变时。型式试验在做过一次后，就不必重复了电工产品敷设后检查试验的目的是用来检查电工产品安装敷设的质量。预防性试验或电工产品

5、的定期检查试验，主要用来事先发现电工产品的损伤，使电工产品能及时修理或调换，以免发生意外停电事故或引起更大故障四、主讲内容1 四大参数测量（电阻率、损耗因数、相对介电常数、介电强度），前三章内容2 局部放电测量，第四章内容3 机械物理性能试验（增加内容），可靠性试验，第六章内容，绝缘材料的老化（增加内容）。4 高压开关的在线检测第一章 电阻与微电流的测量测量绝缘电阻能发现的缺陷 测量绝缘电阻是一项最简便而又最常用的试验方法，通常用兆欧表(俗称摇表)进行测量。根据测得的试品在l min时的绝缘电阻的大小，可以检测出绝缘是否有贯通的集中性缺陷，整体受潮或贯通性受潮。例如，电力变压器的绝缘整体受潮后

6、其绝缘电阻明显下降，可以用兆欧表检测出来。 应当指出，只有当绝缘缺陷贯通于两极之间时，测量其绝缘电阻时才会有明显的变化，即通过测量才能灵敏地检出缺陷。若绝缘只有局部缺陷，而两极间仍保持有部分良好绝缘时，绝缘电阻降低很少，甚至不发生变化，因此不能检出这种局部缺陷。 一、定义 在电工设备中和电力传输线上，要把不同电位的导体隔离开，就要靠绝缘体。绝缘体的基本功能-就是阻止电流流通，使得电能按设计的途径传输，保证设备能正常工作。但绝缘体也不是绝对不导电的，只是通过它的泄漏电流很小而已。绝缘电阻就是用以表征绝缘体阻止电流流通的能力。绝缘电阻太低，泄漏电流会很大，不但造成电能的浪费，而且还会引起发热而损坏

7、绝缘体。因此绝缘电阻是表征绝缘体特性的基本参数之一，必须经常测定。第一节 绝缘电阻与电阻率绝缘电阻是施加于绝缘体上两个导体之间的直流电压与流过绝缘体的泄漏电流之比，即实际上这就是欧姆定律一个绝缘体在施加直流电压之后，通过的电流随着时间是如何变化的。等效电路这是由于在开始时含有的电流成分很多，除了泄漏电流之外，还有充电电流、极化电流以及净化电流（吸收电流）等等，这些电流都是随时间而减小的，最后达到一个稳定的电流，这个稳定的电流，才是表征电介质本征电导的泄漏电流。一般规定测量一分钟时的电流。漏导(泄漏)电流 世界上不存在绝对“隔电”的物质。在绝缘介质中，总有一些联系弱的带电压点存在。漏导电流是由离

8、子的移动产生的，其大小决定于电介质在直流电场中的导电率，所以可认为它是纯电阻性。显然，漏导电流的数值大小反映了绝缘内部是否受嘲、是否有局部缺陷或者表面脏污，在这些情况下，绝缘介质内部导电粒子的增加或表面漏电的增加，都会引起漏导电流增加，从而使其绝缘电阻减少。几何(电容)电流在加压时电源对电介质的几何电容充电时产生的电流，称为几何电流或电容电流它是由快速极化(如电子极化、 一个绝缘体的绝缘电阻由两部分组成，即体积电阻与表面电阻。体积电阻Rv是施加的直流电压U与通过绝缘体内部的电流Iv之比；表面电阻Rs是施加的直流电压U与通过绝缘体表面的电流IS之比，即SVSVRRRRR绝缘电阻不仅与绝缘材料的性

9、能有关，而且还决定于绝缘系统的形状和尺寸；而电阻率则完全决定于绝缘材料的性能。由于表面电阻率对外界的影响很敏感，所以绝缘材料的电阻率一般指的是体积电阻率。电导率为电阻率的倒数，单位为Sm(s西门子)。2、影响绝缘电阻的诸因素(1)温度在绝缘材料中，导电主要是靠离子迁移，温度升高时离子容易摆脱周围分子的束缚而产生位移，从而使体积电阻率呈指数式下降。 (2)湿度 水的电导比绝缘材料的电导大得多，特别是水中含有杂质时。因此绝缘材料在吸湿后，电阻率要明显下降。电气设备在潮湿的环境中停放后，在重新投入运行之前，必须先测其电阻，若下降很多，就要烘干后再投入运行。 (3)电场强度 在电场强度不高时，电阻率几

10、乎与电场强度无关，但当电场强度很高时，电子电导起明显作用，这时电导随电场强度增高而明显增加。 另外，当电压升高时，绝缘体中的某些缺陷，如裂纹或气泡，则可能产生放电，这时绝缘电阻也会有所下降。 (4)辐照的影响 许多有机材料在强光或X射线、射线等辐照下，会产生各种光电流，而使绝缘电阻率明显下降，甚至会下降34个数量级。第二节 试样与电极为了测量绝缘材料的体积电阻率和表面电阻率，则必须制作适当的试样，并选取适当的电极系统和电极材料。 一、试样试样的厚度-规定试样的厚度不超过4mm边长-方形板材采用边长为50mm或100mm圆形板材采用直径为50mm或1OOmm管状试样长度为50mm或100mm。

11、二、电极系统 主要使用三电极两种。 三电极系统可以将体积电流和表面电流分开，以便分别测量体积电阻率和表面电阻率。同时用三电极系统测量体积电阻率时，可以使测量电极下的电场比较均匀，从而可以用等效面积来计算体积电阻率。 平板形试样的三电极系统如图1-4所示。在测量体积电阻率时电极1为被保护电极(或称测量电极)，电极2为保护电极，电极3为不保护电极(或称高压电极)。在测量表面电阻率时，电极2为不保护电极、电极3为保护电极。管状试样的三电极系统装置见图1-5，各电极的作用与平板形相同。 三、电极材料与装置电极材料与装置必须满足以下要求。首先，电极本身是良好的导体，而且能够和试样紧密接触；其次，电极与试

12、样不能有相互作用，电极应能耐腐蚀，在试验过程特别是在高温下，不能因有电极存在而引起试样的性能发生变化；此外，还要求电极制做方便、使用安全。 (1)银漆和银膏 (2)喷涂或真空蒸发金属电极 (3)金属箔电极 (4)导电橡皮电极 (5)胶体石墨电极 (6)导电液体电极水银电极 第三节 直测法测量绝缘电阻直接测量法即直接测量施加于试样的直流电压U和流过试样的电流I，通过欧姆定律计算出电阻R。根据采用的测量仪器类型，可分为以下几种。 一、欧姆表（兆欧表）旧式欧姆表是由一个手摇直流发电机（交流-通过硅堆变为直流）和一个流比式电流表组成。发电机的电压是稳定的，流比式电流计的指针偏转读数a是与流过表内两个线

13、圈的电流比成比例的。欧姆表简单、便于携带、读数稳定，常用于检测电工（电工产品）产品的绝缘电阻。特别是现场使用。但它的灵敏度不高，只能测到500M。二、检流计 检流计是一种灵敏度很高的直流电流表，可检测最小电流为10-10Amm。如果试样施加电压为10kV，光标偏转10mm，则测得电阻可达1012。要求电压稳定，电压脉动系数不超过5,电压大小可凋，一般调节范围为1001000V。要求静电电压表的电阻要比试样的电阻最少高100倍 。试样的电阻要比保护电阻R大100倍以上 。KUnIURX 三、高阻计当绝缘电阻很高且通过的电流小10-10A时，最灵敏的检流汁也无法进行测量。只有用电子放大技术把微小的

14、电流信号放大后才能进行测量。高阻计与电子静电计相似，它具有高输入阻抗的直流放人器。图1-5是高阻计的基本线路图。第六节测量误差的来源及其消除方法 一、仪器的误差二、漏电流 三、寄生电动势和外电场 四、剩余电荷第七节 泄漏电流的测量上述绝缘电阻的测量，实质上都是测量通过试样的泄漏电流，本节讨论的泄漏电流的测量都是对电工设备而言，而且都是在较高的直流电压下进行。一般是几千到几万伏以上。由于电压高，泄漏电流大，就不需要很灵敏的测试仪器，一般用微安表就可满足灵敏度的要求。同时电压高才能暴露出某些绝缘的缺陷或受潮、老化等。因此，电工设备经常要在直流高电压下测量泄漏电流。 测量泄漏电流的原理和测量绝缘电阻

15、的原理本质上是完全相同的，而且能检出缺陷的性质也大致相同。但由于泄漏电流测量中所用的电源一般均由高压整流设备供给，并用微安表直接读取泄漏电流。因此，它与绝缘电阻测量相比又有自己的以下特点： (1)试验电压高，并且可随意调节。测量泄漏电流时是对一定电压等级的被试设备施以相应的试验电压，这个试验电压比兆欧表额定电压高得多，所以容易使绝缘本身的弱点暴露出来。因为绝缘中的某些缺陷或弱点，只有在较高电场强度下才能暴露出来。 (2)泄漏电流可由微安表随时监视，灵敏度高，测量重复性也较好。 (3)根据泄漏电流测量值可以换算出绝缘电阻值，而用兆欧表测出的绝缘电阻值则不可换算出泄漏电流值。（4）在直流电压作用下

16、，当绝缘受潮或有缺陷时，随加压时间下降得比较慢，最终达到的稳态值也较大，缘电阻较小。影响测量结果的因素 温度、湿度、电场等。一、高压连接导线对地泄漏电流的影响 由于接往被试设备的高压导线是暴露在空气中的，沿导线表面的空气发生电离，对地有一定的泄漏电流，这一部分电流会经过回路而流过微安表，因而影响测量结果的准确度。 I=IL+IY IL一泄漏电流； IY电晕电流要不使电晕电流流过微安表，一般都是把微安表固定在升压变压器的上端，这时就必须用屏蔽线作为引线，也要用金属外壳把微安表屏蔽起来，如图21 2所示。图21 2微安表接在升压变压器上端及其屏蔽的示意图。这样，电晕虽然还照样发生，但只在屏蔽线的外

17、层上产生电晕电流，而这一电流就不会流过微安表，这样，可以完全防止高压导线电晕放电对测量结果的影响。由上述可知，这样接线会带来一些不便，为此，根据电晕的原理，采取用粗丽短的导线，并且增加导线对地距离，避免导线有毛刺等措施，可减小电晕对测量结果的影响。二、表面泄漏电流的影响 泄漏电流可分为体积泄漏电流和表面泄漏电流两种，如图21 3所示。表面泄漏电流的大小，主要决定于被试设备的表面情况，如表面受潮、脏污等。若绝缘内部没有缺陷，而仅表面受潮，实际上并不会降低其内部绝缘强度。为真实反映绝缘内部情况，在泄漏电流测量中，所要测量的只是体积电流。但是在实际测量中，表面泄漏电流往往大于体积泄漏电流，这给分析、

18、判断被试设备的绝缘状态带来了困难，因而必须消除表面泄漏电流对真实测量结果的影响。 消除的办法一种是使被试设备表面干燥、清洁、且高压端导线与接地端要保持足够的距离；另一种方法采用屏蔽环将表面泄漏电流值阶短路，使之不流过微安表。吸收比-施加电压后15s时的电流与60s时的电流之比，用吸收比来表示绝缘的优劣。通常吸收比大，说明绝缘良好，如电机绝缘吸收比要大于12才算是正常。极化指数-施加电压后1分钟时的电流与10分钟时的电流之比，一般大于15SSSSRRII15606015吸收比110101RRII极化指数吸收比 ：当测量温度在10-30时，未受潮变压器的吸收比应在1320范围内，受潮或绝缘内部有局部缺陷的变压器的吸收比接近于10。考虑到变压器的固体绝缘主要为纤维质绝缘，故在注入弱极性的变压器油以后，其吸收特性并不显著。我国对吸收比的判断标准规定为： 。(1)电压为3 5 kV及以下，容量小于1 0 0 0 0 kVA，温度为1 03 0 时，一般不小于13；