《城市轨道交通供电》教学课件合集

《城市轨道交通供电》✩精品课件合集第X章XXXX模块1

高压技术基础绪论

二、城市轨道交通的特点

一、城市轨道交通的种类

四、城市轨道交通供电系统三、城市轨道交通的作用绪论一、城市轨道交通的种类城市轨道交通的种类地下铁路市郊铁路轻轨交通磁悬浮系统绪论二、城市轨道交通的特点客运量大占地少保护环境优点可靠性强舒适性佳速度快服务质量好、候车时间少、安全准时

绪论三、城市轨道交通的作用是现代化城市框架的支撑。城市轨道交通系统的水平直接体现了一个城市的现代化水平，是现代化城市的主要标志之一。可以解决城市中心的交通拥挤问题，为进一步优化多种交通形式提供支持。

绪论四、城市轨道交通供电系统牵引供电系统中压环网供电系统21动力照明信号供电系统3第X章XXXX模块1

高压技术基础第一章高压技术基础第一节

气体放电理论第二节

不均匀电场中气体放电第三节

大气条件对空气间隙击穿电压的影响第四节

提高气体间隙击穿电压的方法第五节

介质的极化和介电常数第六节

电介质中电导和损耗第七节

固体绝缘介质的击穿第八节

液体介质的击穿第九节

高压测试技术基本知识第十节

绝缘电阻的测量第十一节

测定泄漏电流第十二节

测定介质损失角正切tan

第十三节

耐压实验第十四节

波动过程第十五节

行波的折射与反射第十六节

行波过电容、电感第一节气体放电理论一、气体原子的激发与游离激发：当原子由外界获得能量时，其电子可跃至能级较高的轨道，称此过程为激发，此时该原子为激发态原子。游离：如果由外部获得的能量足够大，以致使原子的一个或几个电子脱离原子核之束缚而成为自由电子与正离子（即带电质点），称此过程为原子的游离。二、气体带电质点的产生和消失1.碰撞游离在电场作用下，带电的质点（电子或离子）得到加速，并与气体分子相碰撞，当其能量足够对，可使气体分子游离。此时气体的游离，主要是电子与气体分子碰撞而引起。因为电子质量小，自由行程（质点无碰撞走过的距离）大，易于积累能量。第一节气体放电理论2.光游离光辐射引起气体分子游离的过程称光游离。光是频率不同的电磁辐射，也具有粒子性，可视为质点，称为光子。（光子的速度为光速3×106km/s）。导致气体光游离的光子可由紫外线、宇宙射线，或X射线等供给，或来自气体放电过程本身的辐射，如激发的原子回到正常状态时，将放出激发能。3.热游离热游离是指由气体热状态引起的游离过程，一般是在电弧放电的数千度高温下发生的。第一节气体放电理论4.负离子的形成在气体中，游离而产生电子、正离子的同时，还可能产生一种带负电的离子，称为负离子。它是由于电子与气体分子相遇时被分子吸附形成的。易形成负离子的气体，称为电负性气体。由于负离子不易形成游离，故负离子对放电起着阻碍的作用。在气体内部发生放电的同时，有游离过程的发生，同时也有相反的过程。带电质点的消失过程，除其一部分消失于电极外，还可通过扩散与复合消失。扩散：当气体中带电质点分布不均匀时，则会由其浓度高处向浓度低处移动，使其均匀。这种运动是由热运动造成，与气体扩散规律相似，与气体状态（压力、温度）有关。复合：正负带电质点相遇，电荷彼此中和变为中性分子的过程称复合。在一定条件下，复合过程中也会发生光游离。正负离子间复合的可能性比正离子与电子间复合的可能性要大，另外在一定空间内带电质点的复合速度还与其浓度有关，正负离子浓度愈大，复合过程的速度就愈大，即带电质点消失的速度也愈大。第一节气体放电理论三、气体放电的基本过程1.自持放电和非自持放电非自持放电：当外界游离因素消失时，放电就消失。外界游离因素包括碰撞游离、光游离、热游离等。自持放电：即使当外界游离因素消失时，间隙放电仅在电场的作用下就能够继续下去。如我们常见的日光灯就是一种自持放电，而经常在高压线路上看到的电晕放电也是自持放电。2.汤逊理论较均匀电场的空气的击穿场强约为30

kV/cm。图中，Oa段，由于外部游离因素的作用，带电质点不断增加，电流随所加电压的升高而增多；ab段，此时单位时间内的带电质点数不变，电流几乎不变；bc段，电流第一节气体放电理论急剧增加，此时在间隙中，必然出现了新的游离因素，即电子的碰撞游离；c点之后气体进入良好的导电状态。解释气体放电的主要观点：一个是电子崩，另一个是正离子撞击阴极表面释放自由电子。电子崩是汤逊理论的核心。电子崩产生大量的自由电荷，使良好的绝缘气体变成了可以导电的导体。碰撞游离是气隙击穿的主要原因。其次汤逊用正离子碰撞阴极材料释放自由电子来解释自持放电。正是由于阳极材料在正离子的碰撞作用下，不断地释放自由电子，才使电子崩能够不断地持续下去。气体施压过程电压-电流关系第一节气体放电理论

描述撞击游离和阴极表面游离性能，采用游离系熟。（1）电子撞击游离系数

。表示1个电子由阴极到阳极每1

cm路程中与气体质点相撞击所产生的自由电子数。（2）正离子撞击游离系数

。表示1个正离子由阳极到阴极每1

cm路程中与气体质点相撞击所产生的自由电子数。

（3）表面游离系数

。表示1个正离子撞击到阴极表面时使阴极逸出的自由电子数。第一节气体放电理论

电子崩过程如图1.2所示。在平行板电极均匀电场中，设最初从阴极表面游离出1个初始自由电子（由外界因素形成），即n0＝1。此电子在电场作用下向阳极运动，不断撞击游离，到x处时游离出的总电子数为n，这些电子继续运动dx距离，游离出dn个电子图1.2电子崩过程

dn＝

·n·dx

（1.1）即

x＝0处，n＝n0＝1x＝S处，n＝n

边界条件dn＝

·n·dx

dn/n＝

·dx（1.2）两边积分n＝e

x（1.3）

与x无关（各处场强相等），且n（x＝0）＝n0，所以n＝n0·e

dx＝e

dx第一节气体放电理论一个自由电子由阴极到达阳极时，撞击出的自由电子数：na＝e

S，撞击游离产生的正离子数（新电子数）n＋S＝e

S－1正离子撞击阴极表面游离出的新的自由电子数：(e

S－1)·

，所以（e

S－1）·

≥1（1.4）是自持放电的条件，也就是说当满足这个条件后，不需要外界游离因素的存在就可致气隙击穿。汤逊理论适用于解释低气压、小间隙中的放电现象（比较均匀的电场），但用于解释大气放电现象时，与实际不符，表现如下：按此理论计算出来的放电时间太长，比实测大10～100倍；按此理论阴极材料与放电关系非常大，而实际放电电压与阴极材料几乎无关；按此理论，放电应均匀向前发展，而实际上会出现明亮的分支，说明是不均匀的，而且有明显的方向性。第二节不均匀电场中气体放电一、不均匀电场中气体放电的基本规律

在电场不均匀的间隙中，最大场强Emax通常出现在曲率半径小的电极表面附近。其他条件相同时，电极曲率半径愈小，Emax愈大，电场愈不均匀。在球隙间隙形成的对称电场中，随球隙间隙距离的增大，电场的不均匀程度增加，最后将达到这样一个程度：当Emax已达到自持放电条件，但其他区域的场强仍很低，使自持放电只能局限在间隙中场强最大的部分（曲率半径小的电极附近），即“电晕放电”。此时，整个间隙尚未击穿。若要使间隙击穿，必须继续提高电压。通常，此类电场为“极不均匀电场”。极不均匀电场的特征：能够出现稳定电晕，电晕起始电场低于击穿电压。稍不均匀电场的特征：不均匀程度较小，不能出现稳定的电晕。

第二节不均匀电场中气体放电在极不均匀电场中，最大场强与平均场强相差很大，当外加电压和平均场强还较低时，在电极尖端附近的局部场强已很大，足以产生强烈的游离。但由于电极较远处的场强仍很小，所以次游离不能扩展。伴随着游离过程，存在着正负离子的复合和反激励，发出大量的光辐射和“丝丝”的声音以及蓝色的晕光，这就是电晕。电晕是有很多危害的，它有声、光的产生和能量的损耗；产生的高频脉冲电流含有许多高次谐波，造成对无线电干扰；使空气局部游离，产生的臭氧和氧化氮等会腐蚀金属器具。但也可以利用电晕进行除尘，以及制造负氧离子发生器。第二节不均匀电场中气体放电二、极不均匀电场中放电的发展过程（以棒-板间隙为例）

1.短间隙逐步升高加在间隙上的电压，将首先在电场最大的棒端部出现电晕。电晕有两种形式，一种是电子崩式：当棒端部曲率半径很小时，电晕开始时表面高场强区很窄，所以电晕层很薄，且较均匀，自持放电采取汤逊放电的形式。另一种是流注式：随电压的升高，电晕层不断扩大，个别电子崩，形成流注，即转入流注式电晕放电，电晕层不再均匀。若电极曲率半径较大，因高电场区域较宽，电晕一开始就表现为强烈的流注形式。电压进一步升高，个别流注继续发展，最后流注贯通间隙，导致间隙完全击穿。所谓流注就是第1次电子崩崩尾的正离子和随后发展而形成的第2次电子崩崩头的电子，互相混合而形成的一种正负电荷的混合体或者混合通道。当这个混合通道贯穿间隙时，就形成了流注式放电。

第二节不均匀电场中气体放电二、极不均匀电场中放电的发展过程（以棒-板间隙为例）2.长间隙间隙距离较长时，在流注通道还不足以贯通整个间隙的电压下，仍可能发展起击穿过程。当从棒极开始的流注通道发展到足够的长度后，由于增大了流注与对面电极之间的电容，导致流注根部电流增大，并使其温度升高到足以出现热电离的程度，这个具有热电离过程的通道，称为“先导通道”。先导通道中带电粒子的浓度远大于流注通道，因而电导大，压降小。又由于流注的一部分转变为先导，就使得流注区头部的电场加强，从而为流注继续伸长到对面电极并迅速转变为先导创造了条件。当先导通道发展到接近对面电极时，在余下的小间隙中场强达到极大的数值，从而引起强烈的电离，这一强电离区域又以极高的速度向相反方向传播，这一过程为“主放电”。主放电在极间形成高电导通道，相当于使间隙短路，击穿过程于是完成。

第二节不均匀电场中气体放电三、极性效应对于电场不均匀的间隙（如棒-板间隙），击穿电压与棒的极性有很大关系，即“极性效应”。棒为负极性时击穿电压比为正极性时高得多。解释如下：棒为正时，场强最大的棒极附近首先形成电子崩。电子崩的电子迅速进入电极，留下的正空间电荷则加强了朝阴极方向的电场，有利于流注向间隙深处发展，因而击穿电压较低。如图1.3所示，空间的正电荷加强了电子崩发展处的电场，而减小了棒极附近的电场，因此不易形成电晕放电（或者说电晕放电不易维持下去）；棒为负时，同样形成的正空间电荷却削弱了朝向电极方向的电场，使放电的发展比较困难，因而击穿电压较高。棒为负极时，空间的正电荷形成的电场减小了电子崩发展处的电场，而加强了棒极附近电场，有利于电晕的产生，但不利于放电，如图1.4所示。因此工频交流电压作用于棒-板间隙，击穿总是发生在棒极为正的半周内，并且击穿电压稍低于直流电压作用下的击穿电压。因为：交流前半周留下的空间电荷对棒极前方电场有所加强。

第二节不均匀电场中气体放电

图1.3棒为正极时，空间电场的变化情况图1.4棒为负极时，空间电场的变化情况第二节不均匀电场中气体放电四、长时电压（工频或直流）作用下气隙的放电特性

工频或直流作用下的击穿电压又称为静态击穿电压。一般情况下，工频或直流击穿电压和距离的关系是：距离越大，击穿电压越高。（1）当间隙距离增加到一定数值时，间隙将由稍不均匀电场转变为极不均匀电场。这时，将会在较低的电压下首先出现电晕，当电压进一步升高时才发生击穿。（2）间隙的电晕起始电压，主要取决于电极的表面形状，即曲率半径，而与间隙距离关系不大。球径愈小，电晕起始电压愈低。（3）随间隙距离的增加，电场不均匀程度逐步增大，间隙的平均击穿电压也逐步减小。极不均匀电场中平均击穿场强远低于均匀电场。这是因为：前者在较低的平均场强下，局部场强已超过自持放电的临界值，形成电子崩和流注（长间隙还存在先导放电）。流注通道向间隙深处发展，相当于缩短了间隙的距离，所以击穿就比较容易，需要的平均场强也较低。第二节不均匀电场中气体放电（4）在极不均匀电场的情况下，击穿电压和距离的关系曲线较接近，即：极不均匀电场中，击穿电压主要取决于间隙距离，而与电极形状关系不大。总之，对于同一间隙，在其他条件都一样的情况下，工频击穿电压小于直流击穿电压；而冲击击穿电压大于工频击穿电压。全波冲击击穿电压又大于截波击穿电压。在电场均匀时，冲击击穿电压与工频击穿电压和直流击穿电压相差较小；而在极不均匀电场，冲击击穿电压与工频击穿电压和直流击穿电压相差较大。第三节大气条件对空气间隙击穿电压的影响GB311—64规定标准大气状态：压力P＝760

mmHg；温度t＝20

C；绝对湿度f＝11

g/m2。一、相对密度不同时对击穿电压的影响空气的相对密度

为实验条件下的密度

s和标准大气状态的密度

0之比。又因为空气的密度和压力成正比，与温度成反比，有：P为试验条件下空气的压力（mmHg）；T是试验条件下空气的湿度（K）；t

为试验条件下空气的温度（

C）。第三节大气条件对空气间隙击穿电压的影响

巴申定律：低气压下，间隙的放电电压是气压P与间隙距离d的乘积的函数。对于密闭的容器，其气体密度在一定范围时，气压越高，放电电压越高；气压越低，放电电压也越高。当外加电压很小时，气隙中的电流是由外界因素所造成的电子和离子所形成的。随电压的升高，这些质点中和后，电流饱和，但仍有极微小的泄漏电流。当电压的升高到一定点数值，场强高达某一定值后，气体发生连续的碰撞电离，向雪崩似的增长，称电子崩。当体积一定时，气压越高，电子密度越大，电子的平均自由行程越短，电子本身具有的动能较低，虽容易发生碰撞，但不宜发生游离，因而击穿电压高；当气压越低时，电子密度越小，电子的平均自由行程增大，尽管电子本身具有很高的动能，一旦碰撞，就会发生游离，但碰到中心分子和原子的机率很低，因此击穿电压也很高。这说明：在大气条件下，空气间隙的击穿电压和空气的相对密度有关，一般随

的增大而升高。实验表明：当空气相对密度

在0.95以上及1.05以下的情况时，空气间隙击穿电压与其密度成正比。因此，空气相对密度为

时的击穿电压和它在标准状态下的击穿电压具有如下换算关系：U＝

U0（1.6）第三节大气条件对空气间隙击穿电压的影响式中，U0

为标准状态下空气间隙的击穿电压及绝缘子的干闪络电压；U

为实际状态下空气间隙的击穿电压及绝缘子的干闪络电压。二、湿度不同时对空气击穿电压的影响实验表明：在均匀或稍不均匀电场中空气间隙的击穿电压随空气中湿度增大而略有增加，但程度极微，可以忽略不计。但在极不均匀电场中，空气中水分的含量对提高间隙击穿电压的效应就很明显。击穿电压与湿度有关，可能是由于水分子容易吸引电子而形成负离子的缘故。电子形成负离子后，电离能力大大降低。当湿度增大时，电子附着在水分子上形成负离子的比例增加，间隙中的电离过程被削弱，从而击穿电压增大。均匀电场中击穿场强较高，电子运动速度较大，所以湿度的影响较小；而在极不均匀电场中，平均击穿场强较低，放电形成时延较长，所以湿度的影响也就比较明显。在均匀或稍不均匀电场中，湿度的影响可忽略不计。极不均匀电场中，一般要对湿度进行校正。第三节大气条件对空气间隙击穿电压的影响湿度校正系数：式中，k

是绝对湿度与电压形式的函数；w值与电极形状、距离以及电压形式、极性有关。具体数值可参阅有关标准。三、海拔高度的影响随着海拔高度的增加，空气逐渐稀薄，大气压力及密度下降，因此空气间隙的击穿电压也随之下降。国标中规定：对于拟用于海拔高于1

km（但不超过4

km）处的设备的外绝缘，其试验电压应按规定的标准大气条件下的试验电压乘以系数ka。（1.7）

ka＝1/（1.1－H×10－4）（1.8）H为安装地点的海拔高度（m）。第四节提高气体间隙击穿电压的方法组合电器提高气体击穿电压可能有两个途径：一是改善电场分布，使其尽量均匀；二是利用其他方法来削弱气体中的游离过程。改善电场分布又有两种途径：一是改进电极形状；二是利用气体放电本身的空间电荷畸变电场的作用。一、改进电极形状一般，电场分布越均匀，平均击穿场强越高。因此，改进电极形状、增大电极曲率半径，可改善电场分布，提高间隙的击穿电压。同时，电极表面应尽量避免毛刺、棱角等，以消除电场局部增强的现象。二、极不均匀电场中屏障的采用在电场极不均匀的空气间隙中，在与电力线垂直的方向放入薄片绝缘材料（例如纸或纸板），在一定条件下，可以显著提高间隙的击穿电压。所采用的薄片绝缘材料称为“屏障”。屏障的作用和电压种类有关。第四节提高气体间隙击穿电压的方法1.直流电压下屏障的作用（1）尖电极为正极性。设置屏障可显著提高间隙的击穿电压，这是由于屏障积聚空间电荷，改善了电场的分布。无屏障时，尖电极附近，正离子形成了集中的正空间电荷，它加强了前方的电场，促进游离区向前发展，所以击穿电压较低。设置屏障后，正离子将在屏障上积聚起来，并由于同极性电荷的推斥作用，将沿着屏障表面比较均匀地分布开来，且在屏障前方形成了比较均匀的电场，从而改善了整个间隙中电场的分布。所以，正尖-负板间隙中设置屏障可以提高间隙的击穿电压，而且屏障效应与屏障的位置有关。当屏障移近尖电极时，屏障和板电极间比较均匀的电场区扩大，故间隙的击穿电压随之上升。但屏障离尖电极过近时，屏障上正电荷的分布将变得很不均匀，屏障前方又将出现极不均匀电场，造成了游离发展的有利条件，因而这时屏障效应又将随之减弱了。同时也由于尖电极附近易于发生电晕，这有可能烧坏屏障。因此屏障的位置距离尖电极越近越好，既不能太近也不能太远。第四节提高气体间隙击穿电压的方法（2）尖电极为负极性。当尖电极具有负极性时，电子形成为负离子，积聚于屏障上，同样在屏障前方形成了比较均匀的电场。所以在负极性下，设置屏障后，除了屏障过分靠近电极之外，由于情况类似，间隙击穿电压和屏障位置的关系曲线应与正极性下的相近。不同之处：负极性下设置屏障后，在一定条件下反而可能造成更有利于击穿的条件。因为，无屏障时：负离子扩散于空间，有一部分消失于电极，故影响电场分布的主要是正离子，它削弱了前方的电场。而有屏障后：其上集中了大量的负离子，此时负离子将对电场分布起重要影响，它将加强前方电场。所以在屏障离开尖极一定距离后，屏障反而使间隙击穿电压降低。当屏障过分靠近尖极时，由于尖极附近场强很强，电子速度很高，可穿透屏障，故屏障上已不可能积聚大量负电荷。相反，屏障另一面的游离过程所造成的正离子将为屏障所阻挡，使屏障带正电，从而削弱了屏障前方的电场。所以此时仍有相当的屏障效应。第四节提高气体间隙击穿电压的方法2.工频电压下屏障的作用工频电压下极不均匀电场中同样能形成大量的空间电荷，故屏障同样具有积聚空间电荷，改善电场的作用。无屏障时，尖-板间隙中工频电压下击穿是在尖电极具有正极性的半周内发生的。所以工频电压下，设置屏障可以显著提高间隙的击穿电压，这与直流下正尖极的情况一样。（注：雷电冲击电压下，由于来不及积聚起显著的空间电荷，所以屏障的效果较弱。）综上所述，极不均匀电场中，在一定条件下可以利用屏障提高间隙击穿电压。但应指出，在均匀电场及稍不均匀电场中，设置屏障是不能提高气体间隙的击穿电压的。因为这时击穿前没有电晕放电阶段，且击穿前间隙中各处场强都已达很高数值，所以屏障不能有积聚空间电荷而起改善电场的作用，也不能妨碍流注的发展，因而屏障起不到提高击穿电压的作用。第四节提高气体间隙击穿电压的方法三、高气压的采用由巴申定率知：提高气体压力可以提高间隙的击穿电压。这是因为气压提高后气体密度加大，减小了电子的平均自由行程，虽然碰撞的机率增大了，但发生有效碰撞的概率却减少了，从而削弱了电离过程，因此间隙的击穿电压提高了。采用压缩气体的缺点是：对设备容器的机械强度及密封等方面的要求提高了，从而增加了制造成本。第四节提高气体间隙击穿电压的方法四、高电气强度气体的采用某些气体在同样的压力下具有比空气高得多的抗电强度，被称为“高电气强度气体”。这些气体主要是具有高分子量的含卤族元素化合物，如六氟化硫（SF6），氟利昂（CCL2F2）等。采用这些气体后可以大大提高气体间隙的击穿电压或大大降低工作时气体的压力。卤族元素具有高电气强度的原因：它们具有很强的电负性，气体分子容易和电子结合成负离子，从而削弱了电子的碰撞游离能力，同时又加强了复合过程。因为这些气体的分子量都比较大，分子直径较大，故使得电子在其中的自由行程缩短，减小了碰撞游离的能力。高电气强度气体，应满足以下要求：①液化温度要低；②具有良好的化学稳定性；

③不易腐蚀设备中的其他材料；④无毒；⑤不会爆炸，不易燃烧；⑥在放电过程中也不易分解；⑦价格低廉。目前工程上广泛采用SF6。氟利昂由于对环境的影响较大目前已经被淘汰。第四节提高气体间隙击穿电压的方法五、高真空的采用由巴申定律：提高真空亦可提高击穿电压。因为在空气稀薄时，电子的自由行程增大，引起游离的机会减少。真空绝缘被用于各种高压电真空器件、真空电容器、真空避雷器和真空断路器中。第五节介质的极化和介电常数一、极化现象外电场作用下，固体介质中的正、负电荷将沿电场方向作有限的位移或转向，形成电距（偶极子的正、负电荷平均中心之间的距离与其电荷量的乘积），使电介质表面出现与极板电荷异号的束缚电荷，即极化。相应的，为保持电场强度不变（外加电压U未变），必须再从电源中吸收一部分电荷Q

到极板上。这样，极板上储存的电荷增多，在电荷增加的过程中，发生了电荷的流动，这个电流就是电容器的充电电流。Q＝Q0＋Q

＝CU（1.9）介电常数（1.10）各种气体的

都接近于1，而常用液体、固体介质的

各不相同，一般在2～10之间。宏观的介电常数的大小，反映了微观的极化现象的强弱。而极化现象往往又同介质所处的温度条件和外加电场的频率有关，因而

也同温度和频率有关。第五节介质的极化和介电常数二、极化的形式1.电子式极化当物质原子中的电子轨道受到外电场E的作用时，它将相对于原子核发生位移而使原子中正、负电荷作用中心不再重合，形成极化，即“电子式极化”。其特点为：（1）存在于所有电介质中。（2）形成极化所需时间极短，约10－15s。即：在各种频率的交变电场中均能产生，故

不随频率的变化而变化。（3）该极化具有弹性。取消外电场后，依靠正、负电荷的吸引力，作用中心又马上重合，而呈现中性。所以，该极化无能量损耗。（4）温度对该极化影响不大。第五节介质的极化和介电常数2.离子式极化对于具有离子式结构的大多数固体无机化合物，在外电场作用下，正、负离子偏离其平衡位置，呈现极性，叫“离子式极化”。无外电场：大量离子对形成的偶极矩M相互抵消，平均偶极矩为零，对外呈中性。有外电场：正负离子有位移，平均偶极矩不为零，对外呈现极性。其特点如下：（1）极化所需时间短，约10－13s。所以，在一般使用的频率范围内，认为

与频率无关。（2）该极化是弹性的，不消耗能量。（3）温度对该极化的影响存在两种相反因素：离子间的结合力，随温度上升而下降，极化加强；离子密度随温度上升而下降，极化减弱。故：

一般具有正温度系数。第五节介质的极化和介电常数3.偶极子极化（转向极化）某些物质的分子中，正常时正、负电荷的作用中心不重合，成为永久偶极子，这样的分子称为“极性分子”。由极性分子组成的电介质为“极性电介质”。在外电场作用下，偶极子受到转矩的作用，转向电场方向，产生极化，叫“偶极子极化（转向极化）”。无外电场：偶极子不断进行无规则的热运动，排列混乱，偶极矩矢量和为零，对外呈中性，如图1.5所示。有外电场：偶极子顺电场方向做有规律的排列，对外显示极性。其特点是：（1）极化所需时间长，约10－10～10－2s。（2）该极化为非弹性，极化时消耗能量。（3）

与电源频率有关。频率很高时，偶极子来不及转动，则

下降。（4）

与温度有关。温度过高：分子热运动加剧，妨碍偶极子顺电场方向排列，使极化减弱。温度过低：分子间联系紧，分子难以转向，

下降。

在低温下先随温度升高而增加，温度继续升高，分子热运动更强烈，

又随温度上升而下降。第五节介质的极化和介电常数如图1.6所示，当具有偶极子的这些物质，在外界电场的作用下，对外呈现电性，即发生了偶极子极化。一旦极化完成，要想改变偶极子的状态，就必须另加电场。也就是说，在极化的过程中，具有偶极子的这些物质吸收了外界电场的能量，把它变成了本身的位能。图1.5在没有电场作用下，排列杂乱无章，对外不呈现电性图1.6在外界电场的作用下，做定向排列，对外呈现电性第五节介质的极化和介电常数4.夹层式极化高压电气设备的绝缘通常是由不同材料组成的复合绝缘。在这种由几种介电常数不同、电阻率不同的绝缘材料组成的层式绝缘结构中，加上电压后，各层间电场将从起始时按介电常数分布逐渐过渡到稳态时按电阻率分布，从而使各层交界面上出现电荷的积聚，形成“夹层式极化”。夹层极化过程中，两层介质之间有一个电压重新分配的过程。如图1.7所示，图中G1和G2分别为介质1和介质2的等效电导，R1＝1/G1，R2＝1/G2；C1和C2分别为介质1和介质2的等效电容。即C2上一部分电荷要通过R2放掉，而C1则要从电源再吸收一部分电荷，称“吸收电荷”。因为要经过R2进行吸收，所以吸收过程比较缓慢。可见：夹层的存在使整个介质的等值电容增大，损耗也增大。第五节介质的极化和介电常数分析：在合闸瞬间，电流流过电容，电阻相当于开路。此时假设两种介质分别承受的电压为U1和U2，那么：图1.7串联介质及其等效电路同时，U1＋U2＝U，经过一段时间达稳态后，电流流过G1、G2，电容相当于开路。此时电压按电阻分配，那么：同时，第五节介质的极化和介电常数夹层的存在将会造成电荷在夹层界面上的堆积和等值电容的增大，这就是夹层极化效应。特点是：（1）存在于复合介质、不均匀介质中；（2）极化过程很缓慢，从几秒、几十秒到几分钟，甚至几小时。总之，由于各层介质的介电系数和电导系数不同，因此介质和介质之间的电荷排列要通过多次充电、放电才会稳定下来。通常把在多种介质之间的电荷的反复移动所形成的电流，叫“吸收电流”。第五节介质的极化和介电常数三、讨论电介质极化的意义（1）选择用于电容器中的绝缘材料时，一方面要注意电气强度，另一方面希望材料的

大。这样，电容器单位容量的体积和重量就可以减小。（2）对于其他绝缘机构，往往希望材料的

小一些。（3）一般高电压电气设备中常常是几种绝缘材料组合在一起使用，这种情况下更需注意各种材料

值的配合。（在交流和冲击电压作用下，串联介质中场强E的分布与

成反比。）（4）材料的介质损耗与极化类型有关。（5）夹层介质界面极化现象在绝缘预防性试验中可用来判断绝缘受潮情况。在使用电容器等电容量很大的设备时，必须特别注意吸收电荷可能对人身安全造成的威胁。第六节电介质中电导和损耗一、电介质中的电导表征电导大小的物理量是电导率，其倒数为电阻率。在加直流电压U于介质时，初瞬间由于各种极化过程的存在，流过介质中的电流是随时间变化的，在一定时间后，极化过程结束，流过介质的电流趋于一定值I（泄漏电流），与此对应的电阻称为电介质的绝缘电阻：（1.11）介质的电阻包括体积电阻和表面电阻。一般表面电阻较小，体积电阻相对较大。二者是并联关系。体积电阻和介质的材料关系密切，而表面电阻则和介质的表面污染情况关系巨大。第六节电介质中电导和损耗电介质中的电导也有体积电导和表面电导两部分组成。体积电导主要和温度、电场强度、杂质、受潮等因素有关。一般温度越高，体积电导越大；杂质越多，体积电导越大；电场强度越高，体积电导越大。表面电导是由于介质表面吸附的一些水分、尘埃或导电性的化学沉淀物形成的。表面电导在整个电导中，起着特别重要作用。对于玻璃、陶瓷等亲水性介质其表面电导大，而对于石蜡、四氟乙烯、聚苯乙烯等憎水性介质其表面电导小。电介质电导与金属电导的本质区别为：（1）带电质点不同。（2）二是数量级不同。（3）电导电流的受影响因素不同。第六节电介质中电导和损耗电介质加压后，其等效电路如图1.8所示。施加直流电压的瞬间电流最大,然后逐渐减少，过一段时间后，电流几乎不变，趋于稳定。其电流曲线如图1.9所示。图1.8等效电路图1.9电流曲线第六节电介质中电导和损耗直流电压作用下流过介质的电流分三部分：（1）电容电流iC：电容电流是由加压瞬间电极间的几何电容，以及介质中的电子式或离子式极化过程所引起的电流。iC存在时间很短，可认为是瞬间完成。（2）吸收电流ia：吸收电流是由偶极子极化或夹层极化等衰减较慢的缓慢极化过程所引起。ia存在时间较长，约为几分钟至数十分钟，有损耗。图1.9中，ia与时间轴所夹的面积，即为吸收电荷。一般地说，吸收现象主要是由不均匀介质的夹层极化所引起的。（3）泄漏电流（传导电流）ig（I）：泄漏电流是与绝缘电阻值相对应的电流，不随时间变化。流过介质的总电流：i＝iC＋ia＋ig第六节电介质中电导和损耗二、电介质中的损耗

高压电气设备中绝缘材料的介质损耗，按其物理性质可分为三种基本形式：1.电导损耗2.极化损耗3.局部放电引起的损耗

其并联、串联等效电路及其矢量图如下：图1.10等效并联电路图1.11等效电路矢量图图1.12等效串联电路图1.13等效串联矢量图第六节电介质中电导和损耗在并联电路中：在串联电路中：

所以因为远小于1，所以Cp＝Cs＝C，P＝U2

Ctan

可见，在其他各值给定的情况下，P取决于介质的tan

。一般情况下，tan

越大，介质吸收的能量损耗越大，绝缘电阻就会急剧下降，因而可以通过tan

判断绝缘材料的优劣，诸如是否有受潮、劣化、气泡等现象。第七节固体绝缘介质的击穿一、固体介质的击穿过程固体介质在电场作用下工作，并受热、机械、化学等的作用，都会对绝缘性能起变坏的作用，故介质的击穿过程与以上因素有关。通常把均匀电介质的击穿分成热击穿和电击穿两种基本形式。过程极快约为10－6～10－8s；击穿电压与环境温度无关；击穿电压值高，介质发热不显著；电场均匀程度对击穿电压有显著影响。电击穿对固体介质加压后，当介质中电场足够时，会使介质内存在的少量自由电子得到加速，产生碰撞电离，使电子数增多导致击穿，即电击穿。有如下特点：第七节固体绝缘介质的击穿热击穿电压随环境温度的升高而成指数率下降；热击穿电压直接与试样的散热条件有关；当电压频率增大时，热击穿电压将下降；热积累需要时间。当电压上升快，或加压时间短时，热击穿电压将增高。热击穿固体介质受电压作用时间较长时，由于介质中发生损耗的热量大于发散的热量时，介质温度便升高，而介质又具有负的温度系数，这将会使电流进一步增大。因此，损耗发热亦随之增大，温升增高，易在此处发生击穿。这种与热的过程相关的击穿称“热击穿”。其特点：一、影响固体介质击穿的因素1.电压作用时间

电压作用时间越长，击穿电压越低。电压作用一般有两种升压方法。连续加压和逐步加压。第七节固体绝缘介质的击穿连续加压是指电压以一定的速度向上升高直到击穿；逐步加压是指将预期的电压加于材料上，停留一段时间后，然后升高至另一预期电压，再停留一段时间后，如此反复，直至击穿。对绝缘材料进行耐压实验，如表1.1和表1.2所示。凡未特殊说明，均指1

min逐步加压，即每个试验电压停留1

min，但每级间时间不应超过10

s。试样击穿电压/kV升压速度/（kV·s）试样击穿电压/kV每级升压值/kV<1.00.1<2511.0～5.00.526～5025.1～201.051～1005>202.0>10010表1.1连续加压升压速度表1.2逐步加压的每级电压第七节固体绝缘介质的击穿一般击穿电压与作用时间有下列关系：2.电场均匀程度均匀、致密的固体介质。不均匀、致密的固体介质。3.受潮绝缘受潮后击穿场强将显著下降。4.累积效应

在不均匀电场中，特别是雷电等冲击电压作用下，有时虽未形成贯穿第七节固体绝缘介质的击穿的击穿通道，但已在固体介质中形成局部损伤或不完全击穿。在多次冲击或工频试验电压作用下，一系列的不完全击穿将导致介质的完全击穿。所以，随施加冲击或工频试验电压次数增多，固体介质的击穿电压将下降，即所谓“累积效应”。5.击穿电压与频率的关系频率越高，击穿电压越低。对于许多有机材料，如纸、棉织品等，其击穿电压与频率的关系可用下列公式表示：式中，u

为在频率为f时的击穿电压；n是常数，在0～0.5之间；u0是参考频率为50

Hz的击穿电压。第七节固体绝缘介质的击穿三、介质的老化作为电气设备绝缘的固体或液体，在长期运行中不可避免地将会产生各种物理、化学变化，使其性能随时间增长而逐渐劣化，称为“绝缘的老化”。引起老化的因素有：热的作用、电的作用（包括局部放电的作用）、机械力的作用及周围环境的影响。1.局部放电老化高压设备绝缘内部不可避免地存在某些缺陷（如固体绝缘中的气隙和液体绝缘中的气泡）和电场分布的不均匀。这些气隙、气泡或沿固体绝缘表面的局部场强达到一定值以上时，就会发生局部放电。这种放电并不立即形成贯穿性通道，而仅仅在局部发生。但长期的局部放电使绝缘的劣化损伤逐步扩大，甚至可使整个绝缘在工作电压下发生击穿或沿面闪络。如不及时处理局部放电引起的老化，高压设备绝缘的击穿电压就会大大降低，从而对整个设备造成损坏。第七节固体绝缘介质的击穿2.热老化

绝缘材料的性能在长期受热的情况下逐渐劣化，失去原来的优良性能，称为“热老化”。由于温度升高将使热老化过程加速，所以根据热老化决定的绝缘的寿命就与绝缘的工作温度有关。通常规定了各类绝缘材料的最高容许温度，根据不同的耐热性划分成不同的耐热等级。A级绝缘：温度每增加8

C，绝缘寿命便缩短一半。即通常所说的热老化的“8

C规则”。

固体电介质的热老化主要过程为热裂解、氧化裂解、交联以及低分子挥发物的逸出。短时上限工作温度：不允许超过，特殊情况下允许短时工作最高持续工作温度。热老化所决定的绝缘寿命：（1.15）第七节固体绝缘介质的击穿在

0下工作：绝缘的相对热损坏度:Ts时间内总热损坏度:

在

下工作：绝缘的相对热损坏度:Ts时间内总热损坏度:（1.16）（1.17）（1.18）（1.19）第七节固体绝缘介质的击穿四、绝缘等级绝缘材料按其耐热程度一般分为7级，它们的最高允许温度也不一样，一般情况下，所有绝缘材料应能在耐热等级所要求的温度下长期工作，它的含义是至少正常工作15～20年。下面列出这7个等级：

Y级绝缘材料：90

C棉纱、天然丝、再生纤维等纱织品，纸、纸板、木质板；A级绝缘材料：105

C经过浸渍的棉纱、天然丝、再生纤维等纱织品，经过浸渍纸、纸板、木质板；E级绝缘材料：120

C聚酯薄膜及其纤维；B级绝缘材料：130

C，云母片和云母纸为基础的材料；F级绝缘材料：155

C，玻璃丝和石棉以及为基础的层压制品；H级绝缘材料：180

C，玻璃丝和玻璃漆管浸以耐热180

C的有机硅油；C级绝缘材料：180

C以上玻璃、电瓷、石英等。第八节液体介质的击穿一、液体介质击穿过程1.纯净液体介质的击穿过程可用电击穿理论来解释。即在电场作用下，阴极上由于强电场发射或热发射出来的电子产生碰撞电离形成电子崩，最后导致击穿。这与气体中自持放电的形成相类似。但由于液体密度远较气体大，电子自由行程小，所以纯净液体介质的击穿强度大大超过了气体的击穿强度。2.含杂质液体介质液体介质的提纯极其复杂，且设备的制造及运行中又难免产生杂质，故在工业用的液体介质中总含有一些杂质。例如：变压器油常因受潮而含水分，并有从固体材料中脱落的纤维，它们对油的击穿过程都有影响。解释如下：当油中存在或在电极上附着有气泡时（包括由于电极上局部电场集中处的电晕放电使液体加热气化，或电子的碰撞电离产生气体），在交流电压下，由于气泡中的场强与油中的场强按各自的介电常数成反比分配，从而在气泡中承受着较大的场强。但气体的击穿场强又比油的低得多，所以总是气泡先发生电离。这又使气泡温度升高，体积膨胀，电离将进一步发展。而带电粒子碰撞油分子，使油又分解出气体，扩大气体通道。电离的气泡在电场作用下容易排列成连通两极的“小桥”，这时击穿就可能在此通道中发生。即所谓“小桥理论”。小桥理论还可扩大到包括其他悬浮杂质引起的击穿第八节液体介质的击穿二、影响液体介质击穿电压的因素

水分

温度

压力

纤维和其他杂质

电场均匀程度

电压作用时间

电源频率三、提高液体介质击穿电压的措施（1）过滤与干燥，为除去油中水分、有机酸、纤维等杂质。（2）祛气，可以除去油中气泡，提高击穿强度。（3）采用油-固体组合绝缘，为消除纤维带来的导电小桥。其方法包括：加覆盖层、绝缘层、屏障、多重屏障等形式。覆盖层不承担绝缘任务，仅仅是为了阻止小桥的形成，而绝缘层不但阻止小桥的形成，而且还要承担一定的绝缘任务。第九节高压测试技术基本知识一、一次设备试验的目的和要求1.试验目的一是新建的变电所或新安装和大修后的电气设备都要按规定进行交接试验。目的是检验新安装和大修后的电气设备性能是否符合有关技术标准的规定，判定新安装的电气设备在运输以及安装施工的过程中是否遭受绝缘损伤或性能发生变化，或者判定设备大修后其修理部位的质量。二是正在运行中的电气设备，按规定周期进行例行的试验（绝缘预防性试验）。通过预防性试验可以及时发现电气设备内部隐藏的缺陷，配合检修加以消除，以避免设备绝缘在运行中由于工作电压尤其是系统过电压的作用被击穿，造成停电甚至严重烧坏设备的事故。这样就能做到以预防为主，使设备能长期、安全、经济地运行。第九节高压测试技术基本知识2.试验要求对试验人员：电气试验人员应相对稳定，具有一定的专业技术水平；电气试验人员应掌握电气设备的性能及电气安全知识；电气试验人员应保证试验用仪器仪表经常处于完好状态；对每一项试验，试验人员应做到：熟练掌握试验操作技术，并坚持科学态度。一方面要准确无误地反映出电气设备绝缘材料的实际性能指标和设备的工作状况；另一方面能对试验结果进行全面的、综合地分析，掌握设备性能变化的规律和趋势；按国家劳动人事部门规定，高压电气试验工作属特殊工种，试验人员应参加国家劳动部门组织的考试，合格后方能上岗。对试验用仪器仪表的要求：仪器仪表应设专人保管，定期维护，经常处于完好状态；凡属于计量检测用仪器仪表，应由国家计量行政部门进行周期检定校验；仪器仪表的存放，应符合干燥、防震、防尘的要求，要远离磁场、电场和腐蚀性气体；搬动仪器仪表时要轻拿轻放，严防强烈振动与撞击；试验前，应根据试验内容及准确度要求，合理选择仪器仪表；严格按照仪器仪表的使用说明书进行操作；自制的各种仪器仪表，在未经有关单位鉴定批准之前，测试数据只供参考。第九节高压测试技术基本知识二、试验的分类1.绝缘试验

绝缘试验又可分为破坏性试验和非破坏性试验两大类。

破坏性试验又称耐压试验。耐压试验能揭露那些危险性较大的集中性缺陷，它能保证绝缘有一定的水平和裕度。例如工频耐压试验、感应耐压试验、操作波试验、冲击试验等均属破坏性试验。其缺点是在耐压试验时会给绝缘带来一定的损伤。

非破坏性试验就是指在较低的电压下或者用其他不会损伤绝缘的办法来测量绝缘的各种特性，从而判断绝缘内部的缺陷。例如测量绝缘电阻和泄漏电流、测量绝缘的介质损耗角正切值tan

（%）、绝缘油的物化特性、油中气体色谱分析、空载试验、局部放电的超声波测量等。这类方法的缺点是目前一般还不能只靠它来可靠地判断绝缘的耐压水平，所以至今耐压试验仍然是绝缘试验中的主要方法。耐压试验要具备一定的试验条件，往往由于现场条件的限制，耐压试验不能进行，即使能做耐压试验，一般也是在非破坏性试验之后才进行，以避免不应有的击穿破坏。例如变压器受潮后往往耐压强度下降，但经过烘干处理后仍可恢复。如未经处理，就贸然进行交流耐压试验，就很可能被击穿，造成不应有的损失。因而非破坏性试验作为判断绝缘状况的手段之一是很重要的，尤其是对于运行中的变电所一次设备的预防性试验，更是主要的内容。第九节高压测试技术基本知识2.特性试验通常把绝缘特性以外的试验统称为特性试验。这类试验主要是表征设备的电气或机械的某些特性，例如变压器和互感器线圈直流电阻试验、变比试验、连接组别试验，以及断路器的接触电阻、分合闸时间及速度特性试验等均属于特性试验。上述试验有它们的共同目的，即通过试验分别发现设备的某些缺陷，但又各具有一定的局限性，试验人员则需根据试验结果，结合出厂数据及历年测试数据进行“纵”的比较，以及与同类型设备的试验数据及标准进行“横”的比较，经过综合判断来发现电气设备绝缘缺陷或薄弱环节，以及发现其他损伤，为检修提供依据。“横向比较”便于检查出异常设备，尽管测量值满足要求，但如果和其他同设备相差加大，也必须进行进一步分析；“纵向比较”，尽管测量值满足要求，但如果和历史测试数据相差较大，也必须进行进一步分析，找出原因。

第九节高压测试技术基本知识三、高压试验的安全技术试验人员必须牢记并应严格遵守的安全技术措施：（1）试验前做好周密的准备工作，其中包括拟订试验程序，以做到试验时有条不紊；准备好绝缘接地棒，接地线应用截面不小于25

mm2的多股软裸铜线，并不得有断股现象；试验现场应装设遮栏或围栏，向外悬挂“止步，高压危险！”的标示牌，并派人看守；被试设备两端不在同一地点时，另一端还应派人看守。（2）高压试验工作不得少于两人，试验负责人应由有经验的人员担任，开始试验前，试验负责人应对全体试验人员详细布置试验中的安全事项。（3）因试验需要断开电气设备接头时，拆前应做好标记，恢复连接后应进行检查。（4）应可靠地使试验装置的金属外壳接地，高压引线应尽量缩短，必要时用绝缘物支持牢固。为了在试验时确保高电压回路的任何部分不对接地体放电，高电压回路距接地体（如墙壁、金属围栏、接地线、其他设备等）的距离必须留有足够的裕量。第九节高压测试技术基本知识试验装置的电源开关应使用明显断开的双极闸刀。试验装置应具有可靠的过载及过电压保护设施。（5）加电压前必须认真检查试验接线，表记倍率、调压器零位及仪表的开始状态，均应正确无误，通知有关人员离开被试设备，并取得试验负责人许可后方可加压。加压过程中应有人监护并呼唱。高压试验人员在加压过程中应精力集中，不得与他人闲谈，随时警戒异常现象发生。操作人员应站在绝缘垫上。（6）变更接线或试验结束时，应首先断开试验电源放电，并将升压装置的高压部分短路接地。未装地线的大电容被试设备，应先行放电再做试验。进行高压直流试验时，每告一段落或试验结束后，应将设备对地放电数次并短路接地后方可接触。（7）试验结束时，试验人员应拆除自装的接地短路线，并对被试设备进行检查和清理现场。电力试验所或供电段的高压试验室中应设置金属屏蔽网围栏，围栏不仅有机械连锁，还应有电气连锁，并有红色信号灯和挂有“高压危险”的标示牌。试验人员均应在金属屏蔽网围栏外面进行观察及操作。第十节绝缘电阻的测量一、兆欧表的原理及接线如图1.14，兆欧表由三个接线端子组成：线路端子L、接地端子E和保护端子G。金属屏蔽环：将套管表面的泄漏电流由G引回发电机负端，只测绝缘体积电阻。线圈LA和LV：绕向相反，固定在同一转子上，并可带动指针旋转。由于没有弹簧游丝，当线圈中没有电流时，指针可停在任一偏转角位置。其原理如下：图1.14兆欧表原理1—LA线圈；2—LN线圈第十节绝缘电阻的测量发电机G发电后，I1使LA受力矩M1，I2使LV受力矩M2，平衡时

M1＝M2所以

IV/IA＝F1(

)/F2(

)＝F(

)即

＝F(IV/IA)又

IA＝U/(RA＋RX)，IV＝U/RV所以

＝F[(RA＋RX)/RV]＝F(RX)

手摇发电机电压为500～2

000

V，一般把被试品接到L和E之间，然后以120

r/min的速度，较为恒定地旋转摇动转手，就可以读到所测电阻值。第十节绝缘电阻的测量二、吸收比在介质上，施加电源后，其电介质的等效电路和流过介质的电流分别如图1.15和图1.16所示，分析如下：图1.16电介质施压后电流与时间的关系图1.15电介质的等效电路R—绝缘泄漏电阻；Rp—损耗等效电阻；C—无损极化电容；Cp—有损极化电容第十节绝缘电阻的测量二、吸收比随时间t的升高，i最终达Ia。绝缘良好时，R和Rp都较大，则测得的绝缘电阻值较高，且需经过较长时间才达到稳定；如绝缘受潮或存在某些穿透性的导电通道，则测得的绝缘电阻值较低且很快达到稳定。当直流电压U作用于绝缘介质上时，通过介质中的电流有电容电流、吸收电流和电导电流三部分。这三种电流随时间变化的情况是不同的。电容电流iC是对几何电容C充电时的瞬时电流，开始加压瞬间很大，然后很快衰减到零。显然，其数值决定于电容量的大小。流过Cp-Rp支路的电流ip为反映绝缘介质吸收过程的吸收电流，它也随着加压时间的增长而减小，但比电容C充电电流的减小要慢得多，如从等值电路看到的这部分电流可以看成是经过一个电阻向电容充电的过程。其数值取决于绝缘体的性质、不均匀程度和结构。电导电流ia即泄漏电流，它是电阻性电流，相当于直流电压加在电阻上而产生的与时间无关的稳定电流。其数值反映着绝缘内部是否整体第十节绝缘电阻的测量受潮，或者有击穿性缺陷，或表面脏污。可见，同类设备中绝缘性能越好，泄漏电流越小，绝缘电阻越高。因此，绝缘电阻表明了绝缘在直流电压作用下的特性。实践证明，测量绝缘电阻的大小常能灵敏地反映绝缘状况，其方法虽然简单，但却是绝缘试验中的一个重要项目。此外，绝缘性能的好坏，不但影响着绝缘电阻和泄漏电流的最后稳定值，而且使绝缘电阻R和总电流i随着时间变化的关系曲线也不同，曲线i随着时间变化的现象称为吸收现象。同类产品中干燥良好的绝缘，其绝缘电阻较高，泄漏电流较小，吸收现象比较明显，该曲线衰减就较慢；反之，衰减较快。因此，可以用吸收电流曲线来判断绝缘的好坏。一般可用初始总电流i0与电导电流i3（即稳态总电流）之比来判断绝缘的好坏。如果以绝缘电阻的比值来表示，则恰与电流比值相反，即（1.30）第十节绝缘电阻的测量在实际测量中，采用测量绝缘电阻曲线中的两点，即60

s时刻的绝缘电阻R60与15

s时刻的绝缘电阻R15，取其比值R60/R15就可判断绝缘的好坏，这就是通常所说的吸收比。测量这一比值K的大小称为“吸收比试验”，一般要求K≥1.3。吸收比可以比较灵敏地反映出设备贯穿性缺陷。三、测试功效及分析测量绝缘电阻可有效地发现以下的缺陷：（1）可以很好地发现两极绝缘之间存在的穿透性的导电通道；（2）很灵敏地发现绝缘受潮；（3）当设备表面受到污垢污染，绝缘电阻下降明显，也可以通过测量绝缘电阻发现这类缺陷。但是对于绝缘中的局部缺陷，通过测量绝缘电阻是不能发现的；此外对绝缘的老化，也无能为力。判断方法：将所测电阻值与标准及以往历史数据比。如果发现数值异常，就必须进行进一步的检查。第十节绝缘电阻的测量测量结束后，还必须进行分析。分析影响结果的外界环境，其中温度对绝缘电阻的测量影响很大，一般随温度上升，R减小。此外设备受潮导致有损极化加强，充电加快，曲线平坦，吸收比接近1～1.3。此外在试验前必须将被试品接地放电一定时间（5～10

min）。最后要对测量结果和历史数据以及标准数据进行进一步分析，找出测量的误差和影响的可能原因。第十一节测定泄露电流一、测试条件泄漏电流试验宜在干燥的天气条件下进行。试验宜在周围环境温度不低于＋5

C，被被试品温度在30

C～90

C时进行。一般被试电气设备均在这一温度范围内进行，同时在这个范围内，由于绝缘缺陷而引起的泄漏电流变化明显，试验容易得到正确答案。此外试验前，一定要把被试品表面抹试干净，试验场地应保持清洁。还必须在被试品和周围的物体之间保有足够的安全距离，减少可能出现的安全问题。由于被试品的残余电荷会对试验结果产生很大的影响，因此，实验前，一定要将被试品对地直接放电5

min以上。二、试验设备图1.17电介质测泄漏电流测量原理B—试验变压器；R0—保护电阻；D—整流器；CX—被试品第十一节测定泄露电流此外还要注意以下问题：（1）电压的稳定性。要按照要求进行调压，必须查找被试品的试验电压数值，选择合适的正确的数值。（2）要注意测量仪表的保护。为了保护好微安表，通常在微安表上并联接一个二极管，防止高电压损坏微安表；有时也在微安表上接一个并联开关，读数的时候，把表打开，读完后再将开关合上。但此时试验人员一定要戴上绝缘手套，确保试验人员的安全。（3）为了测量准确，还要想办法消除其他设备的泄漏电流。过去多采用高压硅堆半波整流的方式，近年来，由于电子技术的飞跃发展，已普遍采用晶体管式直流高压发生器。这样一来试验更为简单安全可靠。例如，试验室的JGF-E直流高压发生器，体积小，重量轻，携带方便，尤其适用于流动性较大的铁路、地铁牵引变电所的电气设备试验。它主要应用倍压整流原理，可输出连续可调的直流高压，发生器的高压直流电流测量分别装有低压侧微安表和高压侧微安表各一只，可满足各种测量方式。晶体管直流高压发生器还普遍设置了保护回路，主要保护有击穿保护，过电压保护等试验接线。因为直流高压发生器是成套设备，所以接线很简单。倍压整流原理如图1.18所示。第十一节测定泄露电流工作原理如下：变压器的次边输出电压为U，假设此时A点为正，B点为负，这时A→电容C1→二极管D1→B这个回路导通。电容C1的电压为－U，F点的电压为零，也就是最大值为零。当A点的电位为负，而B点的电位为正时，即在负半周时，由于电容上的电压换没有消失，仍然保留着原来的大小，（具有记忆性），故此时F点的电位为－2U。也就是说，当F点的电位是－2U时，开始通过D2对C2充电，也得到一个稳定的电位－2U。这个电位通过D3加到C3上的电压在－2U和零之间变化，所以G点的电位在－2U和－4U之间变化，依此类推，最后O点的输出电压最高可达－8U。图1.18倍压整流原理第十一节测定泄露电流三、试验接线及分析实验接线：参见图1.17有三种接线方法。第1种是微安表在低压侧，读数操作安全，测量准确，但被试品不接地；第2种接线：被试品一端接地，测量系统在高压侧。仪表在高压侧，操作观察时特别注意安全；第3种接线：被试品一端直接接地，表在低压侧，但变压器中性点不能接地。在直流电压下测泄漏电流，实际上就是测绝缘电阻。电压不高时，换算得的绝缘电阻值与兆欧表所测差不多。当用较高电压时，有可能发现兆欧表不能发现的绝缘损坏或弱点。兆欧表的电压一般为500～2

000

V，而测量泄漏电流时电压一般为5～40

kV。图1.19不同状况下介质电压和电流的关系图1.19表示介质在不同的情况下的泄漏曲线。受潮时的曲线和正常时的曲线接近于直线，而且受潮时的电流明显大于正常时的电流，而有局部缺陷时的曲线，则在电压达到一定的数值时会突然增大，把局部缺陷暴露出来。第十一节测定泄露电流一个好的绝缘，在标准规定的试验电压作用下，其泄漏电流不应随加压时间的延长而增加。如果在0.5倍试验电压附近泄漏电流已开始迅速上升，则此设备在运行电压下即有被击穿的危险。为了保证避雷器运行的安全、可靠，要求在交接时、解体大修后以及运行中每年雷雨季节前，都必须对避雷器进行试验。对于氧化锌避雷器，以测量绝缘电阻、直流1

mA下的电压及75%

该电压下的泄漏电流以及运行电压下交流泄漏电流为主。本次试验是对FYZ1型氧化锌避雷器进行直流参考电压和直流泄漏电流的测量。在氧化锌避雷器两端施加直流电压，当流过避雷器的电流稳定在1

mA时，读取电压值，即为直流参考电压。该值不应小于产品技术条件中规定的数值。另外，在避雷器两端施加上述电压值的75%

时读取电流值，该值即为氧化锌避雷器的泄漏电流值，它也不应大于产品技术条件中规定的数值。第十一节测定泄露电流四、试验方法及步骤试验工作宜由两人进行，一人负责操作高压发生器，一人负责监护并记录试验结果（由于条件有限，仅做直流泄漏试验）。1.使用前准备（1）仪器在使用前应首先检查操作箱和倍压箱是否完整和清洁，连接电缆不应有短路和断路。（2）将电源箱和倍压箱用专门电缆连接好，在电源箱背部和倍压箱接上可靠的保护接地线，此接地线和放电棒的接地线均接到被试品的地位上，注意地线不准相互串联。（3）先估计测试的电压、电流值，然后将电源箱电压表、电流表量程开关在所需的位置按下，如不确定时，应先按下量程大的，然后再按小的。（4）将升压调整旋钮反时针方向退回零位，电源开关放于关断位置。（5）检查交流电源电压是否为220

V，然后接上电源线。第十一节测定泄露电流2.空载升压上述准备完成后，应先进行空载升压。将电流量程打到0.05

mA，电压量程打到100

kV，接通电源开关，此时电源指示灯亮，同时“高压”指示灯亮，表示电源箱工作正常，可以升压，然后顺时针方向旋转升压调节旋钮，升至所需电压60

kV。检查升压是否异常并记录高压发生器本身的泄漏电流值。该电流过大时，会影响试验结果的准确性。记录完电流值后，退回调压器旋钮，断开电源，将发生器高压对地放电。3.对FYZ1型氧化锌避雷器进行直流泄漏试验（1）在上述升压无异常后，可开始进行被试品的泄漏试验。将被试品接至倍压箱高压输出端，为了减少引线杂散电流的干扰，最好采用带塑料绝缘的软质多股线作高压引线，高压引线必须尽可能短，并要绝缘良好，对周围物体及试验人员必须保持足够的距离。检查接线无误后，即可进行试验。（2）将电流量程打到2

mA，电压量程打到100

kV，合上电源，徐徐第十一节测定泄露电流升压，观察微安表，其指针稳定在1

mA时，读取此时的电压值即直流1

mA下的参考电压。在此电压下持续1

min后，迅速、均匀地退回调压器旋钮，切断电源。（3）将电流量程打到0.05

mA，电压量程打到100

kV，合上电源，徐徐升压至上步所测电压值的75%。在升压过程中，应在各级电压值下停顿1

min，记录相应的泄漏电流值，以便做出氧化锌避雷器的泄漏电流曲线。升至所确定的电压后，按要求持续一定时间，使充电电流衰减并达到稳定后记录下泄漏电流值，然后迅速、均匀地退回调压器旋钮，切断电源，并用放电棒对氧化锌避雷器进行接地放电，放电时间为1～3

min，最后拆除高压引线。（4）将所测得的泄漏电流值减去空载试验所测得的泄漏电流值后与氧化锌避雷器试验标准进行比较，若此泄漏电流值不大于50

A，可认为被试品正常。将接有被试物时测得的在各级电压下的泄漏电流值，减去空载试验所测得的泄漏电流值，可绘制泄漏电流与试验电压的关系曲线。第十二节测定介质损失角正切tan

一、西林电桥测试电路1.原

理图1.20所示为西林电桥原理，G为检流计，

、Z3＝R3、

已知，

为试品参数。当IG＝0时，电桥平衡，IG＝0→A、B间开路→UA＝UB，即

又

IAZ1＝IBZ2，Z1Z4＝Z2Z3由Z2、Z3、Z4的值，可求Z1的参数，所加工频电压为5～10

kV。西林电桥基本参数：CN

──

无损标准电容器100

pF；R3

──

无感可调电阻0～11

111

；R4

──

固定无感电阻104/

（3

183.2

）；C4

──

可变电容0～1.11

F。第十二节测定介质损失角正切tan

2.计算当IG＝0时，电桥平衡，UA＝UB，实部、虚部分别相等：图1.20西林电桥原实部虚部同理，因为Zx》R

3，所以IX受R3的影响。调节C4：改变UBD与IN间的夹角

，适当时∠UBD＝∠UAD，

＝

；调节R3：改变UAD的大小，适当时UBD＝UAD。第十二节测定介质损失角正切tan

3.接线根据被试品一端是否接地，有正反两种接线。正接线：D点接地，C点接高压，被试品两端不能接地。电桥可调部分处于低电位，调试方便安全。反接线：D点接高压，C点接地，被试品一端可以直接接地。但电桥应高压绝缘，有可靠的接地线。二、测试功效测定介质损失角正切tan

对于如下项目测试非常有效。可以很灵敏地发现设备受潮，穿透性导电通道缺陷；还可以发现内部不易看到的损伤和缺陷，如绝缘内含气泡的游离、绝缘分层、脱壳等；也能发现绝缘老化劣化，以及变压器绕组上附积油泥；也能有效地查出绝缘油脏污劣化等。第十二节测定介质损失角正切tan

但对于非穿透时的局部损坏和很小部分绝缘的老化、劣化以及个别的绝缘弱点却很少有效。如对于非穿透时的局部损坏，如果绝缘的缺陷不是分布性的而是集中性的，则被试品绝缘体积越大，越不灵敏。因为带有集中性缺陷的绝缘是不均匀的，可以看成两种介质的并联，整体损耗就是这两部分的和。即假设只有一小部分绝缘有集中性缺陷，则无缺陷部分的电容C2和有缺陷部分的电容C1关系如下：第十二节测定介质损失角正切tan

当绝缘良好时，或者缺陷部分较小时，整个绝缘的tan

就是tan

1；当部分绝缘有缺陷，增加部分的是

(C2/C1)tan

2。而且当绝缘缺陷所占体积部分越大，其在整体的tan

中才会表现出来。从分析知，当被试品的体积越大而缺陷的体积越小时，缺陷越不容易发现，因为缺陷被掩盖