第4章电气设备绝缘试验学习教案

1、会计学1第第4章电气设备绝缘章电气设备绝缘(juyun)试验试验第一页，共142页。 绝缘故障大多因内部存在缺陷而引起，有些绝缘缺陷是在设备(shbi)制造过程中产生和潜存下来的，还有一些绝缘缺陷则是在设备(shbi)运行过程中由外界影响因素的作用下逐渐发展和形成的。就其存在的形态而言，绝缘缺陷可分为两大类：集中性缺陷 ；分散性缺陷 第1页/共142页第二页，共142页。第2页/共142页第三页，共142页。第3页/共142页第四页，共142页。第4页/共142页第五页，共142页。数字式局部数字式局部(jb)放电测试系放电测试系统统 第5页/共142页第六页，共142页。第6页/共142页第

2、七页，共142页。 绝缘绝缘(juyun)电阻是反映绝缘电阻是反映绝缘(juyun)性能的最基本的指标之一，通常性能的最基本的指标之一，通常都用兆欧表来测量绝缘都用兆欧表来测量绝缘(juyun)电阻。用兆欧表来测量电气设备的绝缘电阻。用兆欧表来测量电气设备的绝缘(juyun)电阻被广泛的运用在常规绝缘电阻被广泛的运用在常规绝缘(juyun)试验中。试验中。 4.1 绝缘电阻(dinz)与吸收比的测量 兆欧表的原理(yunl)接线图 第7页/共142页第八页，共142页。态的影响。原理：电压线圈与电流线圈中电流在磁场中产生转动力矩，在力矩差作用下，旋转到平衡为止。第8页/共142页第九页，共14

3、2页。 通常测定(cdng)的是15s及60s时的绝缘 及 。并把后者对前者的比值称为绝缘的吸收比K。一般认为如K1.3，就可判断为绝缘可能受潮。 极化指数 如果绝缘电阻本身很高，但吸收比不合格，要看极化指数是否合格，若极化指数大于1.5则认为绝缘合格。15R60R10min1min/PRR6015/KRR第9页/共142页第十页，共142页。第10页/共142页第十一页，共142页。 不论是绝缘电阻的绝对值或是吸收(xshu)比都只是参考性的。如不满足最低合格值，则绝缘中肯定存在某种缺陷；但是，如已满足最低合格值，也还不能肯定绝缘是良好的。有些绝缘，特别是油浸的或电压等级较高的绝缘，即使有严

4、重缺陷，用兆欧表测得的绝缘电阻值、吸收(xshu)比，仍可能满足规定要求，这主要是因为兆欧表的电压较低的缘故。 第11页/共142页第十二页，共142页。ELG电缆外皮内层绝缘电缆芯M 图图1 兆欧表实图兆欧表实图 图图2 测试接线图测试接线图 如图如图1、图、图2所示。被测绝缘电阻接到所示。被测绝缘电阻接到L和和E接线柱之间时，指针的停留位置由电流线圈电流和电压接线柱之间时，指针的停留位置由电流线圈电流和电压(diny)线圈电流的比值决定。流过电压线圈电流的比值决定。流过电压(diny)线圈的电流大小由分压电阻线圈的电流大小由分压电阻RV确定，而电流线圈确定，而电流线圈的电流由被测绝缘电阻的

5、大小确定。的电流由被测绝缘电阻的大小确定。 保护环保护环G装在装在L接线柱的外圈，它与接线柱的外圈，它与L接线柱绝缘，并接至手摇发电机的负极。保护环接线柱绝缘，并接至手摇发电机的负极。保护环G的作用的作用是排除由于导线绝缘层表面漏电电流和是排除由于导线绝缘层表面漏电电流和L，E接线柱间漏电电流接线柱间漏电电流第12页/共142页第十三页，共142页。所引起的误差。当天气潮湿时测量其他电气设备时（电气设备引出线瓷套表面会凝所引起的误差。当天气潮湿时测量其他电气设备时（电气设备引出线瓷套表面会凝结一层极薄的水膜结一层极薄的水膜 ），使用保护环），使用保护环G以避免被测设备表面漏电影响测量结果。以避

6、免被测设备表面漏电影响测量结果。4）试验步骤）试验步骤试验前要选择合适电压等级的绝缘电阻兆欧表，然后检查兆欧表是否正常。方法是：试验前要选择合适电压等级的绝缘电阻兆欧表，然后检查兆欧表是否正常。方法是：将兆欧表放在水平位置，将表的将兆欧表放在水平位置，将表的L端子与端子与E端子开路，摇动端子开路，摇动(yo dng)把手到额定转把手到额定转速速(一般一般120rmin)此时指针应指向此时指针应指向“”；用线短接；用线短接L端子与端子与E端子，轻摇把手，指端子，轻摇把手，指针应指针应指“0”(注意轻摇以免打坏表针注意轻摇以免打坏表针)。以恒定速度转动摇表把手以恒定速度转动摇表把手(平均平均120

7、rmin)，摇表指针渐逐上升，在摇表达额定转速，摇表指针渐逐上升，在摇表达额定转速后，分别读取后，分别读取15s和和60s的电阻值并记录于试验数据表格表的电阻值并记录于试验数据表格表1中。中。试验名称及型品摇表电压电阻值(M)绝缘电阻R60吸收比R60R151560表1 试验(shyn)数据表第13页/共142页第十四页，共142页。4.2 泄漏(xilu)电流的测量 第14页/共142页第十五页，共142页。泄漏电流泄漏电流(dinli)的测量电路图的测量电路图测量泄漏电流的电路图T.O.被试品；H高电位电极；L低电位电极；A直流电位表；R保护电阻；P放电管；T.O.AHLSPKRC发电机的

8、泄漏电流变化曲线曲线1：绝缘良好(lingho)；曲线2：绝缘受潮；曲线3：绝缘中有集中性缺陷；曲线4：绝缘有危险的集中性缺陷。-发电机直流耐压试验电压 tU第15页/共142页第十六页，共142页。泄漏电流(dinli)试验接线原理图 第16页/共142页第十七页，共142页。 R为保护电阻，以限制初始充电电流和故障短路电流不超过整流元件和变压器的允许值。整流所得的直流高压可用高压静电电压表PV2测得，而泄漏电流则以接在被试品TO高压侧或接地侧的微安(wi n)表来测量。泄漏电流(dinli)试验接线图 第17页/共142页第十八页，共142页。(1)被试品一极接地被试品一极接地(jid)第

9、18页/共142页第十九页，共142页。 (2)被试品不接地被试品不接地(jid)第19页/共142页第二十页，共142页。第20页/共142页第二十一页，共142页。小 结绝缘电阻是一切电介质和绝缘结构的绝缘状态最基本的综合特性参数。电气设备中大多采用组合绝缘和层式结构，故在直流电压下均有明显的吸收现象，测量吸收比可检验绝缘是否严重受潮或存在局部缺陷。测量泄漏电流从原理上来说，与测量绝缘电阻是相似的，但它所加的直流电压要高得多，能发现用兆欧表所不能显示(xinsh)的某些缺陷，具有自己的某些特点。第21页/共142页第二十二页，共142页。 4.3 介质损耗角正切(zhngqi)的测量 第2

10、2页/共142页第二十三页，共142页。第23页/共142页第二十四页，共142页。第24页/共142页第二十五页，共142页。图4-6西林通用电桥(din qio)原理接线图西林(x ln)电桥测量法的基本原理 通用电桥原理(yunl)如图4-6所示。电桥平衡时，A、B两点间无电位差，则第25页/共142页第二十六页，共142页。142311122233344414231423,;| |Z ZZ ZZZZZZZZZZZZZ设23322ZZ 为测量方便，令令为纯电阻，则为纯电容元件。第26页/共142页第二十七页，共142页。44324411110 (1) (2)1XXNXX4XX43NGj

11、CGj Cj CGG GC CG C +G C =G C上式中左右两边实部和虚部应分别相等，即可得根据（ ）式得44441tg =XXXXGCC RRCCG4446444410 /,21001010010FRftgCCCtgC通常取电源为工频时如果以计，则在数值上第27页/共142页第二十八页，共142页。244344442222444444222244443()()()XXNXNXX3NNXX33NNXX333C CGGG CG CCCRG CGRCCC CRRRC CRGRR CR CC R CtgCRRRR根据（1）式又有:根据（2）式：42311NXR CCRtg很小时(xiosh)

12、20lSdldCr (12)第88页/共142页第八十九页，共142页。 可见电场作用力与电压平方成正比，所以它的偏转方向(fngxing)与被测电压的极性无关。因此，静电电压表既能测量直流又能测量交流电压。所测为电压有效值。 静电电压表的内阻很高，因此在测量时几乎不会改变被测试样上的电压；这是它的突出优点。对于电压等级不太高的试验，使用它能很方便地在高压端直接测出电压。目前我国已研制成功测量范围为0500kV的一系列静电电压表。第89页/共142页第九十页，共142页。4. 分压器 在被测电压高于200kV时，直接用指示仪表测量(cling)高压比较困难，通常采用电容分压器配用低压仪表测量(

13、cling)高压。其原理如图4-21。图4-21 交流(jioli)电容分压器 第90页/共142页第九十一页，共142页。 C1 、C2分别为高、低压臂。在工频(n pn)电压作用下，流过电容C1和C2的电流均为 ，两电容上的压降分别为 和 ，这里 ，又ci1Cic2Cicf222Ciuc (15)(2121211CCCCiCiCiuccc (16)所以(suy)有 (17)221211KuuCCCu第91页/共142页第九十二页，共142页。 使大部分电压降在C1上，从而实现用低压仪表测量(cling)高压的目的。对于分压器，要求K是常数，不应随外界因素的改变而变化，或者变化满足测量(cl

14、ing)准确度的要求。此外，分压器本身的电抗应足够大以尽可能减小对被测回路的影响。称为(chn wi)分压比。显然只要 ，那么 ，21CC 12uu 121CCCK第92页/共142页第九十三页，共142页。 电容分压器中，要求C1的电容量很小，但又能承受很高的电压。对电容分压器中C2的要求是电容量较大而承受电压较低，因此(ync)C2应采用高稳定度、低损耗、低电感量的云母、空气或聚苯乙烯介质的电容器；电容量根据分压比和低压仪表的量程确定。第93页/共142页第九十四页，共142页。 实际的电容分压器有两种主要形式：一种称为分布式电容分压器，它的高压臂由多个电容器元件串联组装而成，要求每个元件

15、尽可能为纯电容，介质损耗和电感尽可能小；另一种称为集中式电容分压器，它的高压臂使用一个气体介质的高压标准(biozhn)电容器，气体介质常采用N,CO2,SF6及其混合气体，目前我国已能生产1200kV的高压标准(biozhn)电容器。第94页/共142页第九十五页，共142页。 交流高压(goy)的测量有时也使用电阻分压器，但由于对地杂散电容的作用，不但会引起幅值误差，还会引起相位误差。被测电压越高，分压器本体电阻值越大，对地杂散电容越大，引起的误差也越大。因此电阻分压器只适用于被测电压低于100kV的情况。第95页/共142页第九十六页，共142页。工频耐压试验(shyn)方法 工频交流耐

16、压试验是检验电气设备绝缘强度的最有效和最直接的方法(fngf)。它可用来确定电气设备绝缘耐受电压的水平，判断电气设备能否继续运行，是避免其在运行中发生绝缘事故的重要手段。工频耐压试验时，对电气设备绝缘施加比工作电压高得多的试验电压，这些试验电压反映了电气设备的绝缘水平。耐压试验能够有效地发现导致绝缘抗电强度降低的各种缺陷。第96页/共142页第九十七页，共142页。1. 工频(n pn)高压试验的基本接线图 以试验变压器或其串级装置作为主设备(shbi)的工频高压试验（包括耐压试验）的基本接线如下图所示。试验变压器的输出电压必须能在很大的范围内均匀地加以调节，所以它的低压绕组应由一调压器来供电

17、。工频高压试验的基木接线图AV一调压器 PV1一低压侧电压表 T一工频高压装置R1一变压器保护电阻 TO一被测试品 R2一测量球隙保护电阻PV2一高压静电电压表 F一测量球隙 Lf一Cf一谐波滤波器第97页/共142页第九十八页，共142页。 工频耐压试验的实施方法如下：按规定的升压速度提升作用在被测试品TO上的电压，直到等于所需的试验电压U为止，这时开始计算时间。为了让有缺陷的试品绝缘来得及发展局部放电或完全击穿，达到U后还要保持一段时间，一般取一分钟就够了。如果在此期间没有发现绝缘击穿或局部损伤（可通过声响、分解出气体、冒烟、电压表指针剧烈摆动、电流表指示急剧增大等异常现象作出判断(pnd

18、un)）的情况，即可认为该试品的工频耐压试验合格通过。第98页/共142页第九十九页，共142页。2. 试验中需注意问题防止工频高压试验中可能出现的过电压 在工频高压试验中，大多数试品是电容性的。当试验变压器施加工频高压时，往往会在试品上产生“容升”效应，也就是实际作用到试品上的电压值会超过高压侧所应输出的电压值。另外，对初级绕组突然加压，而不是由零逐渐升高电压,或者，当输出电压较高时突然切断电源(dinyun)，都有可能由于过渡过程而在试验回路中产生过电压。第99页/共142页第一百页，共142页。 防止产生这种过电压(diny)的办法是在变压器出线端与被测试品之间串接一适当阻值的保护电阻，

19、它的作用是：保护电阻的数值不宜太大或太小，阻值太小短路电流过大，起不到应有的保护作用；阻值太大会在正常工作时由于负载电流而有较大的电压(diny)降和功率损耗，从而影响加在被测试品上的电压(diny)值。限制短路电流阻尼(zn)放电回路的振荡过程第100页/共142页第一百零一页，共142页。(2) 试验电压的波形畸变与改善措施 在进行工频高压试验中，有些测量电压的仪表，所测得的是电压的有效值，不少电气(dinq)产品的试验，也只提出电压有效值的要求。而工频放电（或击穿）一般决定于电压的幅值。第101页/共142页第一百零二页，共142页。 当波形畸变时，电压幅值与有效值之比不再是 。此时若根

20、据有效值乘 来求幅值，就会造成较大的试验误差。造成试验变压器输出波形畸变的最主要原因是由于(yuy)试验变压器或调压装置的铁芯在使用到磁化曲线的饱和段时，励磁电流呈非正弦波的缘故。由于(yuy)输入电源电压的波形本身不标准也会造成电压波形的畸变。22第102页/共142页第一百零三页，共142页。 如图为改善工频(n pn)试验变压器输出波形的一种常用方法。在变压器原边绕组并联一个LC串联谐振回路。试验变压器原边并联LC谐振(xizhn)回路以改善波形第103页/共142页第一百零四页，共142页。 若主要需减弱三次谐波，则LC回路可按 来选择其参数， 为基波角频率，即50Hz。这样使励磁(l

21、 c)电流中的三次谐波分量有了短路回路，可保证输出电压基本上为正弦波。若还存在五次谐波分量，则可再并联另一个LC串联谐振回路，并按 来选择其参数，滤波电容一般可选取C=610F。CL313515CL第104页/共142页第一百零五页，共142页。小 结（本节完）返回返回(fnhu)第105页/共142页第一百零六页，共142页。4.7直流高电压直流高电压(diny)试验试验（1）直流高压试验设备）直流高压试验设备1）测量泄漏电流；）测量泄漏电流；2）直流耐压试验（一些大容量的交流）直流耐压试验（一些大容量的交流(jioli)设设备，如油纸绝缘电力电缆，也常用来代替交流备，如油纸绝缘电力电缆，也

22、常用来代替交流(jioli)耐压试验；高耐压试验；高压直流输电设备耐压试验）；压直流输电设备耐压试验）；3）冲击电压发生器和冲击电流发生器）冲击电压发生器和冲击电流发生器等的直流高压电源。等的直流高压电源。（2）对直流电源的要求）对直流电源的要求 直流电压的特性由极性、平均值、脉动等来表示。高压试验的直流电压的特性由极性、平均值、脉动等来表示。高压试验的直流电源在提供负载电流时，脉动电压要非常小，即直流电源必须直流电源在提供负载电流时，脉动电压要非常小，即直流电源必须具有一定的负载能力。具有一定的负载能力。第106页/共142页第一百零七页，共142页。直流高电压直流高电压(diny)(din

23、y)的产生的产生1. 半波整流回路半波整流回路(hul)和直流高压设备的基本参数和直流高压设备的基本参数T-工频室验变压器 C-滤波电容器 D-整流元件(高压硅堆) R-保护电阻 Umax、Umin、Ud-试品输出直流电压的最大值、最小值、算术平方值 TDRCRx半波整流电路及输出电压波形图（1）半波整流回路2TsmURI第107页/共142页第一百零八页，共142页。半波整流电路输出电压(diny)波形半波整流电路(dinl) TDRCRx电路空载时整流器两端承受的反向电压电路空载时整流器两端承受的反向电压最大反向峰值电压：最大反向峰值电压：sinrCmUUUt2rmUU第108页/共142

24、页第一百零九页，共142页。（2）直流高压(goy)试验设备的基本技术参数dUuSmaxmin2UUumaxmin2dUUU1）输出的额定( dng)直流电压（算术平均值）Ud2）相应(xingyng)的额定直流电流（平均值）Id3）电压脉动系数（亦称纹波系数） S对于半波对于半波整流电路整流电路22ddI TIuCfCxdddfCRfCUIUuS212第109页/共142页第一百一十页，共142页。高压(goy)变压器不接地的直流倍压电路Why？22222第110页/共142页第一百一十一页，共142页。变压器一端(ydun)接地的直流倍压电路 倍压电路(dinl)空载时的各点电位第111页

25、/共142页第一百一十二页，共142页。变压器一端接地(jid)的直流倍压电路倍压电路(dinl)空载时的各点电位第112页/共142页第一百一十三页，共142页。变压器一端(ydun)接地的直流倍压电路 倍压电路(dinl)空载时的各点电位第113页/共142页第一百一十四页，共142页。2. 倍压整流倍压整流(zhngli)回路回路第114页/共142页第一百一十五页，共142页。第115页/共142页第一百一十六页，共142页。减小电压脉动系数的方法：1）减小串接级数；2）增加每级电容器的电容量；3）提高电源频率直流高压(goy)串级发生器第116页/共142页第一百一十七页，共142页

26、。直流高电压(diny)的测量1.高压高阻法2. 高电阻可作为放大器或分压器来使用。采用平均值型指示仪表对纹波小的直流电压进行测量时，由于杂散电容的影响可以忽略，所以不需要(xyo)对测量高电阻进行屏蔽；当对纹波较高的直流电压的最大值进行测量时，由于杂散电容的影响，会造成测量误差，可将高阻进行屏蔽或采用阻容分压器。2.电阻(dinz)分压器2212122122RUURRRRUUkUR第117页/共142页第一百一十八页，共142页。3. 旋转(xunzhun)电位计 电极在电场中旋转，由电极在电场中旋转，由于电极间电容的变化，形成于电极间电容的变化，形成充放电电荷，通过测量充放充放电电荷，通过

27、测量充放电电荷的大小，从而求得直电电荷的大小，从而求得直流电压的最大值和平均值的流电压的最大值和平均值的一种装置。旋转电位计的测一种装置。旋转电位计的测量精度高，量精度高， 不确定不确定(qudng)度在度在 1以内。其结构如图以内。其结构如图7-18所示。所示。图7-18 旋转(xunzhun)电位计第118页/共142页第一百一十九页，共142页。4. 静电电压表 与交流电压的测量原理一样，可测量直流电压的平均值。但是，在工作原理上，它表示的是直流电压瞬时值平方的平均值，因此，在纹波较大的情况下，测量值就不是直流电压的平均值，这一点必须加以(jiy)注意。第119页/共142页第一百二十页

28、，共142页。5. 标准球间隙 测量装置以及测量方法与测量交流(jioli)电压时一样。但大气中的灰尘或纤维等会引起放电电压的变化，就是说长时间加压时，放电电压可能会变得特别低。因此，在测量直流时，推荐采用棒一棒间隙。若用球隙测量直流电压时，应在间隙的轴垂直方向维持稳定的气流，气流最低为3m/s。第120页/共142页第一百二十一页，共142页。4. 标准(biozhn)棒一棒间隙 用球间隙测量直用球间隙测量直流电压时，会出现放流电压时，会出现放电电压的波动，因此电电压的波动，因此(ync)，IEC规定中，规定中，推荐使用图推荐使用图7-19所示所示结构的棒一棒间隙。结构的棒一棒间隙。图7-1

29、9直流电压测量(cling)用棒间隙第121页/共142页第一百二十二页，共142页。4. 纹波电压(diny)的测量 如图如图7-207-20所示，在电容与电阻的串联所示，在电容与电阻的串联(chunlin)(chunlin)回路上施加含有纹波电压分量回路上施加含有纹波电压分量UrUr的直流电压。当纹波的直流电压。当纹波电压的频率电压的频率f f 时，电阻时，电阻R R两端的电压为：两端的电压为：)21/(2fCRjfCRVjVr如果 ，则U Ur，可得到(d do)纹波电压。 12fCR图7-20 纹波电压测量返回返回第122页/共142页第一百二十三页，共142页。直流高电压直流高电压(

30、diny)(diny)的试验的试验 直流高压试验要根据不同试品、不同的试验要求选直流高压试验要根据不同试品、不同的试验要求选择择(xunz)合适的电源容量。合适的电源容量。 一般情况下，直流高压试验所需的试验电流通常在几一般情况下，直流高压试验所需的试验电流通常在几mA到几十到几十mA，但是某些试品在击穿前瞬时泄漏电流还，但是某些试品在击穿前瞬时泄漏电流还是很大，将达到安培级。这样大的泄漏电流将使设备内是很大，将达到安培级。这样大的泄漏电流将使设备内部产生很大压降而使试验结果不正确。部产生很大压降而使试验结果不正确。1. 直流高电压直流高电压(diny)试验注意试验注意事项事项第123页/共1

31、42页第一百二十四页，共142页。(1) 试验设备的容量较小。特别是采用电力电子变换的高频电源后，整套直流耐压试验装置的体积、重量大大减小，便于现场进行试验；(2) 在试验时可以同时测量泄漏电流，能有效地显示绝缘内部的集中性缺陷或受潮，提供有关绝缘状态的补充信息；(3) 在某种程度上带有非破坏性试验的性质，在直流高压下，局部放电(fng din)较弱，不会加快有机绝缘材料分解或老化；(4) 对交流电气设备绝缘的考验不如交流试验那样接近实际情况。对于绝大多数组合绝缘来说，它们在直流电压下的电气强度远高于交流电压下的电气强度，因而交流电气设备的直流耐压试验必须提高试验电压，才能具有等效性。2. 直

32、流高电压直流高电压(diny)试验试验的特点的特点第124页/共142页第一百二十五页，共142页。第125页/共142页第一百二十六页，共142页。%20s50Tt %30s2 . 1Tf fT)tt (67. 1T12f tT4.8冲击冲击(chngj)电压试验电压试验第126页/共142页第一百二十七页，共142页。)()(21tteeAtu12第127页/共142页第一百二十八页，共142页。)()(21tteeAtu双指数函数冲击(chngj)电压波 第128页/共142页第一百二十九页，共142页。)1 ()(2teAtu1)(tAetu所以所以(suy)波前：波前： (a)可获得

33、冲击(chngj)电压波前的回路 (b)可获得冲击(chngj)电压波尾的回路1121te通常，波前范围内此波形(b xn)与图a中C2上波形(b xn)完全相同所以波尾：所以波尾：20te在波尾范围内，此波形与图b中R2上波形完全相同第129页/共142页第一百三十页，共142页。121012m12m212m012CRRU CUCUCCUUCC经放掉的电荷很少，如予以忽略，且暂不考虑 的影响，则上述两个回路结合起来，就得到标准雷电上述两个回路结合起来，就得到标准雷电(lidin)冲击电压冲击电压波回路波回路第130页/共142页第一百三十一页，共142页。12m122m01212122m12m012RUCRUUCCRRRRUCUUCC实际上，由于 的存在，还要打一折扣，所以最后得到的冲击电压幅值如果，