高压试验技术

第二讲高压试验技术主讲人：陈新国、绝缘电阻测试绝缘强度的试验：介质在高电压下进行耐受电气强度的抗电性测试。绝缘测试技术：对绝缘材料或对电气设备绝缘所进行的绝缘特性测试和电压耐受强度的测试。绝缘特性测试：对绝缘介质的绝缘阻值、介质损耗的状况进行的测试。1．电气设备绝缘方面的特性试验电气设备绝缘方面的特性试验要先于电气设备绝缘强度方面的试验，为强度试验对设备的绝缘方面作出先行了解，具有一定的探察指导意义。绝缘电阻和吸收比的测试:

当电气设备绝缘的两端施加直流电压时，将有一电流流过绝缘介质，这个电流具有这样的性质：随时间而衰减，最后趋于一稳定值。将此电流进行分解，该电流可分为三个部分。(1)充电电流瞬间电路中流过的最大电流是充电电流，它在电路开始阶段起主导作用。随着时间的延长，充电电流很快的减少并消失，消失的快慢取决于电容器电容量的大小，外施电压大小及电源内阻情况。(2)吸收电流吸收电流也是随时间变化的。电源接通的瞬间，由于电场的建立，在电场的作用下介质产生了极化现象，在极化的过程中，电介质中电荷由随机排列转变成有规律顺序的排列，排列时电荷的运动所产生的电流称为吸收电流。这个电流同样随着时间的延长而逐步消失，消失的快慢取决于介质材料的不均匀程度和介质的结构性质。它随时间的衰减比充电电流慢得多，在充电电流之后起主导的便是吸收电流。(3)电导电流从电压建立的开始，它始终存在，一直不随时间变化与电源共存的电流，也被称为泄漏电流。在充电电流、吸收电流过后，它起主导作用。它的大小取决于介质的本身传递电流的能力。测量绝缘电阻：实质就是测试电导电流。采用绝缘摇表法。测吸收比：用绝缘摇表测15s和60s时的电阻值，则R60/R15的比值。反映绝缘受潮情况。

大容量的电气设备，规程上规定不小于1．3。

介质损失角的测试：1、介质损失角电介质的损耗：绝缘介质在交流电压的作用下，介质中流过电流，电介质中的部分电能将转变成热能，这部分能量称为电介质损耗。做介质损失测试是对设备绝缘状况的有效判断。介质损耗测试的办法：测试介质的损失角，即介质上所做功产生的热量对介质绝缘的影响。介质中形成的电流分两部分：一部分是电容的无功电流，另一部分是引起损耗的有功电流。有功电流又分为三部分电流，分别产生三种损耗：电导损耗：由通过介质的电导电流引起的损耗；极化损耗：极化过程中介质的电荷在交变电场下反复排列，作周期运动时克服摩擦所形成的吸收电流引起的损耗；游离损耗：气体中的电晕，液体、固体中的局部放电生成的电流引起的损耗。

当总电流I与电容电流Ic的夹角为δ，用δ角的正切即Ir与Ic的比值来表示介质损耗，δ成为介质损失角。通常由于δ很小，故有：

tanδ≈sinδ≈δ因此常常把tanδ就称作介质损失角。介质损失角的测试电路：采用的设备是西林电桥，即交流高压电桥。如：QSl、QS3电桥或M型介质损失器等。影响电介质损耗的几点因素：（1）温度电介质损耗与温度的关系比较复杂，且随电介质材料、结构的不同而不同。（2）频率当电源频率为某一数值时，损耗达到最大，改变电源的频率，电介质的损耗将减少。（3）电场强度良好的电介质在电场增加时，介质损失角几乎不发生变化，但电场增大到影响介质电导电流增加时，则介质损失角随电介质电导电流的增加而增加。测量介质损耗的意义:

由于介质损失本身体现了泄漏电流和有损极化电流的情况。在绝缘受潮和绝缘有损失时，泄漏电流要增加，在绝缘中有大量的气泡、杂质，受潮的情况使极化加剧，极化损耗就要增加。这样，tanδ反映了绝缘本身的状态。

介质损耗时会引起绝缘内部发热，温度升高，这将使泄漏电流加大，有损极化加剧，介质损耗增大。介质损耗增大会使绝缘内部更热，如此循环，可能在绝缘弱的地方引起击穿，tanδ反映绝缘由良好状况向劣化状况转化的过程。

介质损耗本身就是导致绝缘老化和损坏的一个因素。影响介质损角测量结果的因素有以下几点：（1）温度的影响温度对tanδ有直接的影响，影响程度随材料、结构的不同而异，一般情况下，tanδ是随温度上升而增加，所以现场试验时，设备的温度是变化的，将不同温度测试的tanδ结果记录下来，换算至20℃时的对应值，为的是便于比较。（2）试验电压的影响良好绝缘介质的tanδ不随电压的升高而明显增加。如果绝缘内部有缺陷，测出的tanδ随电压的升高而明显增加。（3）试品电容的影响对容量较小的设备，测tanδ能有效发现局部集中性缺陷和整体分布性缺陷。但对容量较大的设备，测tanδ只能发现绝缘的整体分布性缺陷。因为局部集中性的缺陷所引起的损耗增加只占总损耗的极小部分，从而被掩盖。

结论：介质损失角试验是高压电气试验中绝缘预防性试验的主要项目之一，是用于发现绝缘受潮、绝缘劣化等缺陷方面比较灵敏有效的试验，在绝缘试验中占重要位置。二、电气设备绝缘强度试验不同工作电压应有不同的绝缘水平，从中也反映出并不是绝缘做得越高越好。绝缘水平的高低根据绝缘配合来决定。绝缘配合：用最小的经济投入来达到最合理的绝缘水平。电气绝缘强度方面（耐压试验）的试验的意义：

做法：以电气设备额定电压为基准，以高出设备额定电压一定的倍数为试验电压值(按规程规范规定)，施加于电气设备的主绝缘上。意义：①用来考核、检验、决定设备能否达到出厂标准；②是否达到施工验收标准；③是否达到运行、检修后再投入使用标准。④在诸多项目试验中，高压试验是最具有权威性和否决权的电气试验，具有一锤定音的效能性。注意：高压试验不同于其他试验，它是一项破坏性的试验，高压设备的耐压试验值不宜过高、试验的次数不宜过多。高压电气设备的高压试验：出厂试验：具有最高试验电压，出厂试验对高压设备在出厂前仅做一次；施工验收交接试验：试验电压低于出厂试验，在完工后投入运行之前也只做一次，合格后交工投入使用；预防性试验：运行后的高压电气设备，每运行一两年为一个周期进行一次试验，在设备史上高压试验为多次，其试验电压低于交接试验。

注意：（1）规程上做出由高到低的递减式试验电压的规定，下降的幅度为20％一30％。（2）对于出厂试验、交接试验和预防性试验的标准，不可混淆搞错，否则会造成试验失败，人为将设备损坏。特性试验与高压试验的关系：（1）试验程序上高压试验是最后进行的一道试验项目，设备的特性试验要先行于高压试验；

（2）特性试验用来发现除绝缘强度以外的电气设备性能、绝缘状况是否存在缺陷；

高压试验确认设备是否能在额定电压下安全工作，送电后是否出现设备对地短路、发热、击穿等故障；

（3）特性试验为高压试验的前导，决定高压试验的进行是否存在着意义；特性试验合格满足要求后，进行高压试验无异常，就意味着设备具备合闸送电投入运行的条件，胜任在额定电压下工作能力和能达到应具备的电气性能。高压耐压试验（绝缘强度试验）的方法：1、工频交流耐压试验。如：变压器、互感器、电动机、配电盘母线2、直流耐压试验。如：电缆3、工频放电试验。如：阀型避雷器、绝缘油4、局部放电试验。如：干式变压器

对于不同的设备具体做什么试验要根据电气设备本身的工作环境、自身物理状况、绝缘材料的组成、使用材料的性质及安装施工等条件来决定。1、直流耐压试验直流耐压试验：考核电气设备的绝缘介质耐受直流高电压的能力，实质等效为在电容两端施加直流高电压，检查电容两极板间绝缘介质在高电压电场作用下，经过一段规定时间的考核，进行观察有无异常情况的出现，能达到耐电强度为通过测试考核，出现放电、击穿或泄漏电流异常变化者则不能通过测试考核。直流泄漏试验：检查电气设备在直流高电压电场的作用下，实际通过设备绝缘层的电导电流，电导电流也被称为泄漏电流。此电流的大小标志着绝缘介质的绝缘程度及老化状况。作用：发现贯穿性受潮、脏物及导电通道一类的重要缺陷。做法：将微安表上读出的泄漏电流数值与以往测试的泄漏电流数值相对照，用来判断介质的绝缘现状及已老化程度。（1）被试品绝缘介质的两端是金属将形成电容器电容的两个极板间施加电压时会有这样的现象产生：电压接通后将有一个电流流过介质，此电流随着时间而衰减，最后趋于一稳定值。这一泄漏电流值标志着绝缘性能的优劣。电流在介质上运动要产生热损耗，此电流的大小决定在介质上产生热损耗的大小。泄漏电流产生的热损耗使介质的绝缘性能变坏，这种变坏的过程就是绝缘介质的老化，老化的快慢与产生的热量的大小有着直接的关系。所以测试泄漏电流的重要性充分显示出来。与使用摇表测试绝缘电阻比较：

1）使用摇表测试绝缘电阻就是检测这个电流，但测出的数据是绝缘电阻

2）绝缘摇表的电压很低，而且电压不可调整，用摇表测试只能发现低电压时泄漏电流的大小，显示不出在高电压下介质的泄漏电流情况。直流泄漏试验是在高电压下测得的泄漏电流，而且电压可以根据情况进行调整，有很大的灵活性。高电压测试的数据具有很高的参考价值，它的真实性、无可掩盖性是摇表不可比拟的。（2）电缆的试验

1）其直流耐压试验和直流泄漏试验所施加电压是一致的，直流耐压试验和直流泄漏试验是同时完成的。

2）一般设备的直流泄漏实验和直流耐压试验方法虽然一致，但作用不同。直流泄漏试验的作用是检查设备的绝缘状况，其试验电压较直流耐压低，

直流耐压试验是考核设备的耐电强度，其试验电压高，它对于发现设备局部缺陷具有特殊的意义。（3）直流耐压试验和直流泄漏试验，采用的是高压直流电源。高压直流电源的获取，一般来自于交流电升压后再进行整流，得到的是脉动直流作为试验电源。整流的方法：一般大多数采用半波整流

①较大容量的试品可以将电压提高倍，滤波降低了电压的脉动，使波形得到改善，可达到电压的峰值，被称为容升。②小容量的被试品容升值不大，且试验电源的脉动幅度很大，脉动成分会在被试品上产生交流分量流过测试微安表，使表计抖动无法读数，不利于直流耐压试验和直流泄漏试验，所以被试品容量很小时需要并接电容器来改善试品容量，有利于试验的进行。（4）直流泄漏电流的测量：微安电流表一般有两种接线法：

1）泄漏电流表装在低压侧，微安电流表中流过多种电流，其中包括电导电流和杂散电流。2）泄漏电流表装在高压侧，微安电流表中仅流过电导电流，不含杂散电流。测试的结果比较准确，但观察比较困难，因在高压侧所以危险性大。2、交流耐压试验1）交流耐压试验的意义：

工频交流耐压试验是考验被试品的绝缘承受各种过电压能力的有效方法，采用的是工频交流50Hz试验电压。试验时加于被试品的电压波形和实际一致，被试品绝缘内部承受过电压的分布均符合实际运行情况，因此能最有效、最直接的发现绝缘缺陷，对保证设备安全运行具有重要意义。2）交流试验的机理：将一个比运行电压更高的工频试验电压施加于被试品，更好的模拟被试品在实际运行中承受过电压的情况，更有效的发现被试品存在的缺陷，按国家标准的规定，在绝缘上加工频试验电压lmin，不发生闪络或击穿现象，则认为设备合格。设备通过耐压合格后才允许投入运行，通过耐压不合格者决不允许投入运行，它具有一票否决权，这就是此项试验所具有的权威性。作用：绝缘介质在直流电场下有着极化现象的存在，在交流电场下存在着交替的反复的极化现象，在反复的极化中电荷在不断的做有规则的运动，出现偶极子反复排列，造成周期性移动，相互移动中克服摩擦而生成电荷移动电流。在此电流的作用下，电解质中的部分电能转变成热能，这部分能量成为电解质损耗。损耗越大，电解质老化越快，这是我们不希望出现的。通过交流耐压的试验就可以验证绝缘介质老化程度，决定设备是否可以投入运行。3、交流试验电压测量的方法（1）低压侧测量。在升压变压器低压侧接一电压表，读值的结果乘以升压器变比为升压值，此种方法适用于负荷容量比电源容量小得很多的瓷质绝缘、断路器、绝缘工具的测量，用于测量准确要求不高的试验。（2）使用电压互感器测量。将电压互感器并于被试品两端，电压互感器低压侧接一电压表进行测量，读值的结果乘以电压互感器变比为升压值。（3）使用高压静电伏特计测量，用于室内测量。静电电压表直接接入被试品，测量出交流工频电压。（4）使用铜球间隙测量，一般在试验室进行。空气在一定的电场强度作用下能发生碰撞游离，均匀电场下，空气间隙的放电电压与间隙的距离有一定关系，铜球测量就是利用球间隙放电来进行测量的。测量用一对等径的金属球，当球隙材料相同时，加压的球隙表面形成不均匀电场，大气在球隙中产生击穿，击穿电压由球隙表面的最小距离所决定。球隙器是测量工频高压的基本设备，测量的是交流电压峰值，如测量的是正弦波电压，那么正弦波电压除以即为有效值，它测量的精度误差是3％。（5）用电容分压器进行测量。

利用电容器串联分压的原理，将电容串并于被试品，从电容串的低压段取出安全电压接入电压表，再按电容串的分压比来计算升压值，此方法就是用电容分压器进行测量。目前高精度的电容分压器很普遍且价格不高，使用很方便。4、工频放电击穿试验工频放电击穿试验：在被试品上施加工频电压，按一定的速率升压，直至升至被试品放电击穿为止，通过测定被试品的击穿放电电压值，判断、了解被试品的击穿特性，从而更合理的确定被试品能否在其工作的区域范围内工作。适应范围：

（1）工频放电试验较多的用于固体绝缘材料方面的测试研究，测其抗电耐受的强度直至被电击穿损坏为止。对固体绝缘的电气设备进行耐压试验时，要绝对严禁在试验时造成人为的设备击穿放电，因为固体具有击穿后不可恢复性，一旦击穿，会留下永久性的绝缘损坏。所以对固体绝缘的电气设备不做工频放电试验。（2）具有可恢复性的液体、气体绝缘材料，实际中只有阀型避雷器、绝缘油采用工频放电击穿试验第一种：阀型避雷器的工频放电击穿试验避雷器的工作原理：

避雷器是用来保护发电、变电设备的主要元件，当外部过电压发生时，有较高幅值的雷电波侵入被保护设备，当电压上升到某一值时，避雷器上的间隙首先放电，限制了绝缘上的电压上升，在泄放雷电流的过程中，由于非线形阀片电阻的作用，又使避雷器上的残压限制在设备绝缘水平以下。雷电波过后，放电间隙和非线形阀片电阻又自动的将工频续流切断，这样就保护了电气设备。注意：工频放电电压不能太高，也不能太低，太高使冲击放电电压升高，从而影响避雷器的保护性能，太低降低工频放电电压，就会使整个避雷器的灭弧电压降低，导致避雷器不能熄灭续流。

第二种：绝缘油击穿强度试验

绝缘油的物理特性：当水分进入绝缘油后，水分在油中的状态可分为：悬浮状态、溶解状态和沉淀状态。为悬浮状态时，油对击穿电压下降最为显著；溶解状态次之；沉淀状态一般影响很小。因此水沉积在变压器底部时，抽取油样不一定是取得有水的油样做试验，它的击穿电压仍然很高。影响绝缘油电气强度的因素：吸收水分、外表污染和温度变化等等。如油瓶未封闭置放了一个晚上，耐压强度就降低了，主要的原因是油吸收了水分，晚间气温下降，空气中湿度升高，空气中的水分更容易浸入而溶解于油中，当油中含有微量水分，油的耐压强度便明显下降。绝缘油击穿试验用专用器具：绝缘油击穿试验，用平板型电极，不采用球型电极，平板型极间电场分布均匀，易使油中杂质连成“小桥”，故击穿电压较小，程度上决定于杂质的多少。绝缘油击穿的目的是检查油中的水分、纤维等杂质，因此采用平板型电极较好。国标规定平板型电极直径为25mm，板间距离为2.5mm，装入油杯中，作为绝缘油击穿试验用专用器具。影响油试验的有关因素：（1）油的抗电强度与外加电压作用时间有关。外加电压作用时间长，油中的杂质有足够的时间在间隙中形成小桥，抗电强度就会较低。外加电压作用时间短，在冲击电压下，油中的杂质来不及在间隙中形成小桥，击穿电压将显著提高。冲击时间越短，击穿电压越高。（2）油的抗电强度与电源的频率有关。电源的频率对试验也是有影响的，当频率太高时，由于介质损耗加大，可能引起热击穿，击穿电压下降，所以油的抗电强度试验采用工频电源。（3）油的抗电强度与油的温度有关。受潮的油的击穿电压随着温度的升高而升高，因为油中悬浮状态的水分随着温度的升高转为溶解状态的缘故。当温度上升至60—800C以上时，由于水分蒸发而在油中产生大量气泡，击穿电压反而下降。干燥过的油则受温度影响小。三、高压电气耐压试验1．直流耐压试验和直流泄漏试验（1）直流耐压试验和直流泄漏试验的方法：直流耐压试验：1）一般将试验电压分为2—5段，每段幅度尽可能相等，升压过程中要逐段进行电压、电流观察。

2）升压的速度要均匀，每秒钟1至2kV，如果被试品容量大，升压的速度要适当放慢，让被试品上的电荷慢慢积累，升压时，随时监视电压表和电流表的情况进行升压。

3）升到最高电压后，按规程标准规定，在被试品上要保持一定时间的稳定电压。对电气设备的考核，时间不可随意延长或缩短。

直流泄漏试验：1）观察测试每个电压段时的电导电流，每当升至一电压段时，要停止升压，观测停止一分钟后的此电压段泄漏电流，并做好记录。2）当升到最后电压段时，进行一分钟后泄漏电流的观测，再将最后电压段的耐压时间分成几个时间段来测试泄漏电流，每个时间段的时间长度应是相等的。记录下每个时间段的泄漏电流值。3）达到时间后迅速均匀的降下电压，切断电源，并进行放电，来结束此次试验

注意：被试品的放电要注意安全，要使用绝缘竿通过放电电阻来放电，并注意放电要充分，放电时间要足够长，否则会带来不安全因素。（2）直流耐压试验和直流泄漏试验的设备与接线

一般成套的直流耐压试验设备分为调压器、升压器、整流硅堆、控制箱、限流电阻、测试仪表及放电棒等几个部分。

（3）直流耐压试验和直流泄漏试验测试中注意事项

1）试验必须履行安全工作规程，高电压操作规定，明确确定操作人和监护人，并履行其职责

2）试验前做好对试验设备泄漏情况的了解，对试品状况的了解，对试验设备要进行空升试验，试验无问题后再接入试品进行试验，试验的真实结果应为实测泄漏电流减去试验设备的泄漏电流；测量直流高压必须用不低于1.5级的表计、2.5级的分压器进行测量。

3）升压前分好电压段，升压时要逐段升压，读取每段相应的泄漏值，要在一分钟后读取微安表指示稳定的泄漏值，最后根据测试值画出伏安特性曲线。4）试验前应检查试验设备的摆放及接线，保证高电压下操作人员的安全距离，仪表观察应合理方便，试验接线应牢固，调压器应在零位。5）试验中升压方法正确、测试读数精确、时间掌握准确。试验后将调压器退回零位、切断电源、试品放电。6）记录时要将当时温度记录以便进行换算，与上次测试结果进行对照比较。7）试验过程中若有击穿、闪络、微安表大幅度摆动或电流突变等异常情况，立即降压断开电源，查明原因后，处理完毕再做试验。（4）直流耐压试验和直流泄漏试验测试中试验结果的判断

1）从微安表的指示现象进行情况判断：①指针来回摆动，可能有交流成分通过微安表，可读取平均值，若无法读值时则检查微安表保护回路，或加大滤波电容，必要时改变滤波方式；②指针周期性摆动，可能是试品接触不良，产生周期性放电，查明原因加以消除；③指针突然冲击，向低值方向时，可能是电源回路引起，向高值方向时，可能是试验回路或试品出现闪络，也可能由内部断续性放电引起；④指针数值若随时间变化，逐渐下降，可能是充电电流减小或被试品表面绝缘电阻上升引起，若逐渐上升可能是被试品绝缘老化引起；2）从泄漏微安表数值上反映的情况判断：泄漏电流过大，应先检查试验回路各设备状况和屏蔽是否良好，排除外因后，才能对试品作出正确的判断；泄漏电流过小，检查接线是否正确，微安表保护部分有无分流与短线。

2、交流耐压试验

(1)试验的操作方法

1）设备的摆放和布局。①根据使用的设备、被试品和作业环境，合理的选择试验地点。②接线时要注意设备的摆放、接线布线的合理性，保持高压对地有用足够的的安全距离，便于操作人员进行操作，对不带电的金属部分进行可靠的接地，并有相应的安全防护措施。

2）根据被试品容量的大小，对试验设备的过电流继电器定值进行整定，并做模拟试验，使其在允许的电流下工作，用来保护试验设备，也可防止被试品因电流过大造成热击穿。

3）调整过电压保护球隙器。保护球间隙的放电电压应为1.1—1.5倍的试验电压，调整时短路毫安表、球隙器不与试品连接。合闸后缓慢调整调压器，升高试验电压，使球间隙放电，连续试验三次，每次的放电电压应在1.1一1.5倍的试验电压之间，最后将试验电压升至额定试验值，持续一分钟内不应放电，然后再将球隙器接入试品。球隙器的作用是当误操作时，被试品免于承受错误的高电压带来的危害。4）升压试验。接入试品，合上电源，开始升压。试验电压按一定的速度升至全电压，升压的速度若无明确规定时，可按从1/3试验电压升至全电压用时为10—15s为宜。升压要均匀，不宜过猛，升压过程中应监视电压表0.5倍试验电压时，读取试品电流值。应在持续1min后读取，读时打开微安表的短路开关，时间尽可能的短，读后应立即合上开关，同时做好记录。电压升至试验电压时，开始计时，持续lmin后开始降压，降压方法与升压相同。（2）试验中的注意事项

1）被试品为有机绝缘材料时，试验后，应立即触模试品，如出现普遍或局部发热，则认为绝缘不良应立即处理，然后再做试验进行判断。

2）在试验过程中由于空气湿度、温度、表面脏物等影响，引起表面滑闪放