绝缘试验基础培训教学文稿

绝缘试验基础培训华北电力科学研究院有限责任公司高压所吕明2010年8月主要内容一、电气设备绝缘基本知识二、电介质基本知识

一、电气设备绝缘基本知识1.绝缘的作用？绝缘是电气设备结构的重要组成部分，其作用是将不同电位的导体分开，使各自保持应有的电位。3.运行中起绝缘作用的电介质

需要承受以下几方面的作用：（1）电压的作用。（2）温度的作用。（3）机械力的作用。（4）化学的作用。（5）大自然的作用。4.绝缘缺陷来源及分类来源：

制造过程遗留。运行中外界作用。绝缘缺陷一般分两大类：集中性缺陷。分布性缺陷。5.几个电气设备故障实例介绍（1）陡河电厂7号发电机定子绕组相间短路（1）陡河电厂7号发电机定子绕组相间短路机组型号：QFSN-200-2发生时间：1987年故障原因：定子绕组手包绝缘缺陷，机组漏油严重，发电机内氢气湿度大（2）大港电厂2号发电机转子接地（2）大港电厂2号发电机转子接地机组型号：THAR-2-376470-3000-20000型，意大利产发生时间：2006年8月故障原因：护环下，六包、七包线圈间短路，绝缘块炭化。制造质量问题。（3）张家口电厂2号高厂变绕组变形（3）张家口电厂2号高厂变绕组变形发现时间：2007年11月故障原因：变压器抗短路能力差，运行中曾发生出口短路（4）北京超高压公司城北站220kV避雷器运行中折断（4）北京超高压公司城北站220kV避雷器运行中折断发生时间：2006年7月故障原因：避雷器结构设计不合理，导致避雷器进水受潮，造成避雷器内部绝缘击穿。(5)大同超高压供电公司浑源开闭站500kV断路器内部放电故障(5)大同超高压供电公司浑源开闭站500kV断路器内部放电故障型号：LW56-550发生时间：2007年6月故障原因：拉杆连接件缺损；密封环部分碎片掉到绝缘筒里，使绝缘筒内部电场分布发生畸变，也影响其绝缘性能。（6）北京超高压公司姜家营站2号主变跳闸故障

（6）北京超高压公司姜家营站2号主变跳闸故障

（6）北京超高压公司姜家营站2号主变跳闸故障

型号：ODFPSZ-250000/500，重庆ABB变压器厂发生时间：2007年11月故障原因：导线质量较差

，变压器长期满载运行6.绝缘试验的分类

试验可分为两类；

非破坏性试验破坏性试验非破坏性试验：

即绝缘特性试验，特点是电压较低方法简单。如绝缘电阻、直流泄漏、介质损耗、色谱分析、水分含量等。

破坏性试验：

模拟绝缘在运行中承受的过电压而施加与之等价的高电压来考核绝缘的电气强度。二、电介质基本知识1.电介质的极化1.1电介质极化的物理特征电介质的极化----电介质中的荷电质点在电场作用下相应于电场方向产生有限位移的现象。1.2介质极化现象介质极化现象示意图a）极间为真空b）极间为介质1.3介电常数极化的强弱可以用相对介电常数来表示，物理上通常用εr表示。相对介电常数：由电介质材料所决定，是综合反映电介质极化行为的物理量。其物理意义是金属极板间放入电介质后的极间电容（或极板间电荷）与真空时金属极板的极间电容（或极板间电荷）之比。1.4常用介质相对介电常数空气1.00059中性变压器油2.2～2.5弱极性蓖麻油4.5极性纯水81强极性聚乙烯2.25～2.35弱极性油浸纸3.3～3.8极性电瓷5.5～6.5离子性云母5～7离子性1.2几种主要的极化形式

电介质的极化是电介质在电场中的固有现象，不同电介质的分子结构不同，荷电质点也不同，因此电介质的极化可以分为以下4类：1.2.1电子式极化电子式极化----对原子或离子外施电场。电子式极化存在于一切气体、液体和固体介质中。特点1：完成极化的时间极短（因电子质量极小），约10-15—10-13S，在各种频率下均能产生。特点2：极化具有弹性，即当外界电场消失后，电子有返回原来轨道。特点3：不消耗能量，不发热。

电子式极化的特点2.2离子式极化离子式极化----固体无机化合物多数属于离子式结构，如云母、陶瓷材料等。离子式极化示意图a）无外电场时b）有外电场时离子式极化的特点

特点1：完成极化的时间比电子式极化长，但仍然很短，约10-13—10-11S，在各种频率下均能产生。特点2：极化具有弹性，即当外界电场消失后，电子有返回原来轨道。特点3：几乎不消耗能量，不发热。1.2.3偶极子极化偶极子极化----即使不施加电场，在某些电介质中（极性电介质）具有永久性偶极子，这种电介质称为极性电介质，如橡胶、胶木、纤维素等。若外施电场，永久性偶极子将沿着电场方向排列而产生偶极子效应。也称定向极化。偶极子极化示意图a）无外电场时b）有外电场时偶极子极化的特点特点1；完成极化的时间比电子式极化长，约10-6—10-2S，在某些频率下，偶极子极化可能来不及完全建立，所以偶极子极化与电场频率有关。特点2：在交变电场中偶极子反复转向，电介质内部将发生摩擦损耗，消耗电场能量。1.2.4夹层介质界面极化界面（夹层）极化----介电常数不同的绝缘材料组成的多层结构，对它外施电场，将在结合面累积电荷而产生极化。夹层介质界面极化直流电压作用于双层介质(a)示意图；(b)等值电路夹层介质界面极化的特点吸收现象两层电介质有一个电压再分配过程，也就是C1、C2上的电荷再分配。伴随着电荷的积累过程形成的电流就是吸收电流，这种现象就是吸收现象。吸收现象与电容、电阻有关，可持续几分之一秒、几十秒、几分钟、几十分钟甚至更长。夹层介质界面极化时间界面（夹层）极化在外施电场失去后，电介质内部吸收的电荷回缓慢释放。1.2.5几种介质极化对比极化种类产生场合所需时间能量损耗产生原因电子式极化任何电介质10-15s无束缚电子运行轨道偏移离子式极化离子式结构电介质10-13s几乎没有离子的相对偏移偶极子极化极性电介质10-10～10-2s有偶极子的定向排列夹层极化多层介质的交界面10-1s～数小时有自由电荷的移动1.2.6讨论电介质极化的意义

意义1：高电压设备中常常是几种绝缘材料组合在一起使用，要注意各种材料εr的配合，不同介质串联时，各层电场分布不均匀：如交流电场下，分到场强E1/E2=ε2/ε1意义2：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。极性介质容易吸潮。

意义3材料的介质损耗与极化类型有关，偶极子、夹层极化会引起tgδ增大，而介质损耗是影响绝缘劣化和热击穿的一个重要因素。2.电介质的电导2.1电介质

物质按导电性（电阻率）可分为导体、半导体和电介质三类，电阻率为109—1022Ωm的物质为电介质。电介质的电导-----任何物质或多或少都存在一些带电质点（载流子），在电场作用下带电质点（载流子）定向移动而形成电流的现象。2..2固体介质的电导固体电介质的电导分为表面电导和体积电导。表面电导：易受环境湿度和表面污秽的影响。体积电导：温度升高时，因解离的离子数增大，电导增大，因此测量绝缘电阻或泄漏电流时，必须注意温度的影响2.3电介质电导的特性特性1：电介质电导的离子性

电介质电导与导体电导不同，其载流子主要是离子。中性和弱极性电介质的电导主要是由杂质离子构成，其电阻率很高。极性电介质除了杂质离子外，还有本身分子的离解形成的离子电导。极性越强，离解越多。所以极性电介质电阻率较低。特性2．温度的影响电介质的温度增加，定向运动的离子数和速度都会增加，所以电导剧增即电阻剧减。特性3：电场强度的影响电场强度较小时，电导率几乎与电场强度无关。电场强度较大时，随着电场强度增加，分子离解为离子的数量增加，电导率增加。特性4．湿度的影响暴露在大气中的液体电介质的电导随大气湿度增加而增加。多孔性材料的电导随大气湿度增加而剧烈增加。固体电介质的表面电导随大气湿度增加而增加。2.3讨论电介质电导的意义通过试验反映电导情况以体现电介质的状态。通过不同电导的介质的合理使用，以构造新的电介质材料。设计绝缘结构时要考虑到环境条件，特别是湿度的影响。并不是所有情况下都希望绝缘电阻高，有时要设法减小绝缘电阻值。3.电介质的损耗3.1电介质损耗的分类电介质的损耗分以下三类:电导损耗极化损耗游离损耗3.2介质的损耗的定义tgδ与几何尺寸无关P=UIR=ωCU2tgδ气体的tgδ极性液体介质的tgδ频率f2（曲线2）>f1（曲线1）3.3固体电介质的损耗结构上分为：分子式、离子式、不均匀结构等。(1)分子式：中性——损耗小，如石蜡、聚乙烯极性——损耗与极性液体类似，如有机玻璃、酚醛树脂

(2)离子式：结构紧密——损耗小，如云母结构不紧密——损耗与成分有关系，如玻璃、陶瓷(3)不均匀结构：损耗取决于各成分的性能与数量间的比例。如广泛使用的油浸纸、胶纸绝缘等3.4常用液、固体介质的tgδ（20℃）变压器油0.0005～0.005油浸纸0.001～0.01油浸pp膜0.0005～0.004聚乙烯0.0001～0.0002电瓷0.01～0.053.5tgδ(电介质损耗)的

影响因素（1）湿度电介质吸潮后，介电常数增大，同时电介质的不均匀性增加，所以tgδ会随电导损耗、极化损耗和界面极化损耗等损耗的增加而增加。（2）温度的影响只有在某个温度才能使极化建立时间与外施电压变化周期相近时，损耗最大，tgδ出现最大值。（3）频率的影响只有极化建立时间与外施电压频率相近时，损耗最大，tgδ出现最大值。（4）电场强度的影响良好的电介质的tgδ在电场强度增加时几乎不变。3.6tgδ能发现的缺陷tgδ可以发现电气设备绝缘整体受潮、劣化变质以及小体积被试设备贯通和未贯通的局部缺陷。当被试设备体积较大，而缺陷所占的体积较小时，用tgδ较难发现。因为缺陷的损耗占整个被试设备的损耗太小了！3.7讨论介质损失角正切的意义绝缘结构设计时必须注意到绝缘材料的tgδ，如tgδ过大会引起绝缘严重发热，使材料容易劣化，甚至导致热不稳定——击穿。在绝缘预防性试验中，tgδ是一基本测试项目，当绝缘受潮或劣化时，tgδ急剧上升。绝缘内部是否普遍发生局部放电，也可通过测tgδ~U的关系曲线加以判断。4.电介质的击穿当施加于电介质上的电压超过某临界值时，电流剧增，电介质发生波坏或分解，丧失固有的绝缘性能，这种现象称为电介质击穿。击穿电压：电介质发生击穿时的临界电压UbEb=Ub/δEb——击