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1、高电压技术,第三章 电气设备绝缘预防性试验,概述,电气设备绝缘缺陷形成的原因,制造时潜伏的； 机械碰撞 运行中在外界作用下发展起来的； 工作电压、电压、大气、机械力、热、化学等,电气设备绝缘缺陷的分类,集中性缺陷 裂缝、局部破损、气泡等 分散性缺陷 内绝缘受潮、老化、变质等,电气设备绝缘试验分类,按照对设备造成的影响程度分类（两类）,绝缘预防性试验(非破坏性试验) 在较低电压下或用其它不会损伤绝缘的方法测量绝缘的各种情况，从而判断绝缘内部的缺陷 包含的种类 绝缘电阻、泄漏电流测量 介质损耗角正切测量 局部放电测量 电压分布测量等,概述,绝缘高电压试验（破坏性试验） 以高于设备的正常运行电压来考
2、核设备的电压耐受能力和绝缘水平。 优点：耐压试验对绝缘的考验严格，能保证绝缘具有一定的绝缘水平或裕度； 缺点：可能在试验时给绝缘造成一定的损伤。 包含的种类： 交流高电压试验 直流高电压试验 冲击高电压试验,概述,按照设备是否带电的方式分类（两类）,离线 在离线的监测和诊断时，要求被试设备退出运行状态，通常是周期性间断地施行 特点：可采用破坏性试验和非破坏性试验两种方式，两种方式是相辅相成的。 缺点：对绝缘耐压水平的判断比较间接，尤其对于周期性的离线试验更不易判断准确。,概述,在线 在线监测则是在被试设备处于带电运行的条件下，对设备的绝缘状况进行连续或定时的监测，通常是自动进行的 特点：只能采
3、用非破坏性试验方式。由于可连续监测，除测定绝缘特性的数值外，还可分析特性随时间的变化趋势，从而显著提高了其判断的准确性。,概述,第一节 绝缘的老化 第二节 绝缘电阻、吸收比、泄漏电流的测量 第三节 介质损耗角正切的测量 第四节 局部放电的测量,本章主要内容,第一节 绝缘的老化,绝缘介质老化的概念及原因,绝缘的老化电气设备的绝缘在长期运行过程中会发生一系列物理变化和化学变化，致使其电气、机械及其他性能逐渐劣化的现象。,绝缘介质老化的概念,热、电、机械力、水分、氧化、各种射线、微生物等因素的作用。,绝缘介质老化的因素,第一节 绝缘的老化,绝缘介质老化的主要形式,电介质的热老化,电介质的热老化在高温
4、下，电介质在短时间内就会发生明显的劣化；即使温度不太高，但如作用时间很长，绝缘性可能也会发生不可逆的劣化现象。 温度越高，绝缘老化得越快，寿命越短。,电介质的电老化,电介质的电老化在外加高电压或强电场作用下的老化。 介质电老化的主要原因介质中出现局部放电,第一节 绝缘的老化,机械应力 有脆性、塑性和弹性三种。对绝缘老化的速度有很大的影响，产生裂缝，导致局部放电； 吸潮性能 在潮湿地区要选用吸湿性小、憎水性强的材料。一般而言，非极性电介质吸湿性低，极性电介质吸湿性较强 化学性能及抗生物性 化学性能指材料的化学稳定性如耐腐蚀性气体、液体溶剂等抗生物性指材料抗霉菌、昆虫的性能，在湿热地区尤为重要,影
5、响绝缘介质老化的其他因素,返回,第二节 绝缘电阻、吸收比、泄漏电流的测量,测量绝缘电阻与吸收比的工作原理,大多电气设备的绝缘是多层的，一般用双层介质的模型来分析多层介质的特应,分析因吸收现象而出现的过渡过程,t=0+ （S合闸瞬间），电压按电容分布,第二节 绝缘电阻、吸收比、泄漏电流的测量,分析因吸收现象而出现的过渡过程,t= （稳态），电压按电组分布,稳态电流（电导电流）,第二节 绝缘电阻、吸收比、泄漏电流的测量,分析因吸收现象而出现的过渡过程,由于吸收现象U10U1 ，U20U2则电压的变化规律为 代入U10、U1 、U20 、 U2的值可得,过渡时间常数,第二节 绝缘电阻、吸收比、泄漏电
6、流的测量,分析因吸收现象而出现的过渡过程,双层介质等值电路图,U1,U2,流过双层介质的电流为 选用第一个方程式，则,电导电流Ig,吸收电流Ia,当绝缘严重受潮或出现导电性缺陷时，阻值R1、R2 或两者之和显著减小， Ig大大增加，而Ia迅速衰减。,第二节 绝缘电阻、吸收比、泄漏电流的测量,绝缘电阻和吸收比的测量,测量绝缘电阻的意义及不足,绝缘电阻电导电流对应的稳态阻值。R=R1+R2,受潮时，绝缘电阻显著降低，Ig显著增大，Ia迅速衰减。因此，能揭示绝缘整体受潮、局部严重受潮、存在贯穿性缺陷等情况。 不足 大型设备(如大型发电机、变压器)的吸收电流很大，要测稳态电阻要花很长时间 有些设备(如
7、电机)由Ig 反映的绝缘电阻往往有很大的变化范围，很难给出一定的绝缘电阻判断标准,第二节 绝缘电阻、吸收比、泄漏电流的测量,吸收比和极化指数,对某些大型试验品，用测“吸收比”的方法替代测绝缘电阻,吸收比K1 加压60秒时的绝缘电阻与15秒时绝缘电阻之比 K1恒大于1，越大表示吸收现象越显著，绝缘性能越好 吸收比是同一试品在两个不同时刻的绝缘电阻的比值，排除了绝缘结构和体积尺寸的影响, 吸收比,第二节 绝缘电阻、吸收比、泄漏电流的测量,大容量电气设备中，吸收现象延续更长时间，吸收比不能很好地反映绝缘的真实状态，用极化指数再判断。,极化指数K2 为加压10分钟时的绝缘电阻与1分钟时绝缘电阻之比值
8、K2恒大于1，越大表示吸收现象越显著，绝缘性能越好, 极化指数,第二节 绝缘电阻、吸收比、泄漏电流的测量,绝缘状态的判定,若绝缘内部有集中性导电通道，或绝缘严重受潮，则电阻R1 、R2会显著降低，泄漏电流大大增加，时间常数大为减小，吸收电流迅速衰减。 当K1或K2等于1或接近于1，则设备基本丧失绝缘能力。,不同绝缘状态下的绝缘电阻的变化曲线,注意：某些集中性缺陷已相当严重，以致在耐压试验时被击穿，但在此前测得的绝缘电阻、吸收比、极化指数却并不低，因为缺陷未贯穿绝缘。所以仅凭绝缘电阻判断绝缘状态是不够的,第二节 绝缘电阻、吸收比、泄漏电流的测量,测量绝缘电阻最常用的仪表为手摇式兆欧表 兆欧表的电
9、压：500、1000、2500、5000V等 兆欧表选择：根据设备电压等级的不同，选用不同电压的兆欧表。例：额定电压1kV及以下者使用1000V兆欧表；1kV以上者使用2500V兆欧表。,绝缘电阻的测量仪器,第二节 绝缘电阻、吸收比、泄漏电流的测量,泄漏电流的测量,加在试品上的直流电压比兆欧表的工作电压高得多。能发现兆欧表所不能发现的未贯穿缺陷。 施加在试品上的直流电压是逐渐增大的，这样就可以在升压过程中监视泄漏电流的增长动向。 在电压升到规定的试验电压值后，要保持1min再读出最后的泄漏电流值。当绝缘良好时，泄漏电流应保持稳定，且其值很小。,测量泄漏电流特点,第二节 绝缘电阻、吸收比、泄漏电
10、流的测量,测量泄漏电流对绝缘状态的判断,曲线1发电机绝缘良好，泄漏电流值较小，随电压呈线形上升 曲线2 绝缘受潮，电流值变大，但基本上仍随电压线性上升 曲线3 绝缘中已有集中性缺陷 曲线4电压尚不到直流耐压试验电压Ut 的1/2时，泄漏电流就已急剧上升，发电机可能在运行电压下就发生击穿,返回,第三节 介质损耗角正切的测量,tg 测量的特点,tg 能反映绝缘的整体性缺陷和小电容试品中的严重局部性缺陷。 当绝缘受潮，油劣化变质，绝缘油中气隙放电，则流过绝缘的电流中有功分量增大， tg 增大 tg 是反映绝缘功率损耗大小的特征参数，与绝缘的体积大小无关 tg 测量不能灵敏地反映大容量发电机、变压器和
11、电力电缆绝缘中的局部性缺陷。,第三节 介质损耗角正切的测量,测量tg 用的西林电桥,西林电桥的组成,高压臂 试品( Cx 、Rx ）以Z1表示 无损耗的标准电容CN，以阻抗Z2表示 低压臂 可调无感电阻R3，以Z3来表示 无感电阻R4和可调电容C4的并联，以Z4来表示 电桥平衡：检流计P检零； 检流计保护：放电管V；,交流电压U 的作用下，调节R3和C4 ，使电桥达到平衡，即A、B两点间无电位差，P的电流为零，则有：,第三节 介质损耗角正切的测量,西林电桥的工作原理,第三节 介质损耗角正切的测量,由于ICAIAD I1 ，ICBIBD I2，所以各桥臂电压之比等于的桥臂阻抗之比： 其中,第三节
12、 介质损耗角正切的测量,把Z1、 Z2 、Z3、 Z4 的值，代入式Z1Z4 Z2 Z3，可得试品的等值电容和等值电阻： 实部相等 虚部相等,第三节 介质损耗角正切的测量,由Rx、 Cx 的值，可得介质并联等值电路的介质损耗角正切 介质串联等值电路的介质损耗角正切结果一样,注意,tg可简化计算：,试品电容简化计算：,第三节 介质损耗角正切的测量,tg 测量的影响因素,外界电磁场的干扰影响,干扰源：高压电源和试验现场高压带电体引起的电场干扰。 现场测试条件下，电桥处于一个相当显著的交变磁场中，这时电桥接线内也会感应出一个干扰电势，对电桥的平衡产生影响，也将导致测量误差。 消除干扰的方法：金属屏蔽
13、网和屏蔽电缆。使杂散电容不流过桥臂。,第三节 介质损耗角正切的测量,温度的影响,tg 随温度的增高而增大。 为了便于比较，应将在各种温度下测得的值换算到20时的值。,试品电容量的影响,对于电容量较小的试品：测量tg能有效的发现局部集中性缺陷和整体分布性缺陷。 对电容量较大的试品（例如大中型发电机、变压器、电力电缆、电力电容器等）：测量只能发现整体分布性缺陷。此时要把它分解成几个彼此绝缘部分的被试品，分别测量各部分的tg值，能有效的发现缺陷。,第三节 介质损耗角正切的测量,试验电压的影响,良好的绝缘，加额定电压范围内，绝缘的tg 值几乎不变 若绝缘中存在气泡、或绝缘受潮 当所加试检电压尚不足以使
14、绝缘中的气泡或气隙电离时，其tg 值与良好绝缘无显著差别; 当所加试验电压足以使绝缘中的气泡电离或足以使绝缘产生电晕或局部放电等情况时，tg 的值将随试验电压的升高而迅速增大。 注意：测定tg 所用的电压，最好接近于被试品的正常工作电压。 加电压过低，不易发现绝缘中的缺陷； 加电压过高，容易对绝缘造成不必要的损伤.,第三节 介质损耗角正切的测量,试品表面泄漏电流的影响,由于试品表面泄漏电阻总是与试品等值电阻Rx相并联，所以会影响tg 值。 为了排除或减小这种影响，在测试前应清除绝缘表面的积污和水分，必要时还可以在绝缘表面上装设屏蔽极。,返回,第四节 局部放电的测量,局部放电的概述,局部放电的概
15、念,局部放电指由于电气设备内部绝缘里面存在的弱点，在一定外施电压下发生的局部的重复击穿和熄灭现象,局部放电的危害,局部放电发生在绝缘内部的气隙或气泡之中，在这个很小的空间内电场强度很大。它的放电能量很小，所以它的存在并不影响电气设备的短时绝缘强度。但如一个电气设备在运行电压下长期存在局部放电现象，这些微弱的放电能量和由此产生的一些不良效应，就可以慢慢地损坏绝缘，日积月累，最后可导致整个绝缘被击穿，发生电气设备的突发性故障,第四节 局部放电的测量,介质内部发生局部放电时，会发生许多现象。有些属于电的：如电脉冲的产生，介质损耗的增大和电磁波放射；有些属于非电的：如光、热、噪音、气体压力的变化和化学
16、变化,局部放电的特点,这些现象都可以用来判断局部放电是否存在，因此检测的方法也可以分为电的和非电的两类,局部放电的检测,第四节 局部放电的测量,局部放电的三电容模型,三电容模型以三个电容来表征介质内部存在缺陷时的局部放电的机理 Cg气泡的电容 Cb 和Cg相串联部分的介质电容 Ca 完好部分绝缘的电容 极板间总电容 注意：气泡很小， Cg比Cb大， Ca比Cg大很多,第四节 局部放电的测量,电极间加上交流电压u，则Cg上的电压为ug uCb/(Cb+Cg),第一次局部放电 ug随外加电压u升高，当u上升到Us瞬时值，ug到达气系的放电电压，Cg气隙放电。于是Cg上的电压一下子从Ug下降到Ur，
17、然后放电熄灭 Ur为残余电压，接近为零,局部放电机理,第四节 局部放电的测量,第二次局部放电 第一次放电结束，Cg 上的电压将再次上升，当它再次升到 ug 时，Cg再次放电，电压再次降到 ur，放电再次熄灭 放电过程不断循环,每次放电对应一个局部放电电流脉冲。这一放电过程的时间很短（10-8数量级），可认为瞬时完成。 每次放电，电压瞬时下降量为Ug Us Ur,第四节 局部放电的测量,表征局部放电的重要参数,真实放电量qr 当Cg放电时，放电总电容Cg： Cg上的电压变化为(UsUr)，故每次放电释放的电荷qr 由于CaCb 注意：试验中式中的各个量，都是无法实测得到的。所以要寻求其它能反映局
18、部放电的量来测量。, 视在放电量（q）,第四节 局部放电的测量,视在放电量q 气隙放电引起的压降(UsUr)按反比分配在Ca 、Cb上， Ca的电压变动为 由于电压的变动，相当于试品放掉电荷q 由于CaCb 注意：其表达式中的量都是可以测得的。它是局部放电试验中的重要参量,第四节 局部放电的测量,真实放电量qr和视在放电量q的关系 由于CaCb，可知真实放电量qr比视在放电量q大得多 但二者存在比例关系， q值能相对的反应qr的值,第四节 局部放电的测量, 放电重复率（N）,在选定的时间间隔内测得的每秒发生放电脉冲的平均次数 表示局部放电的出现频率。与外加电压的大小有关，外加电压增大时，放电次数也随之增多。, 放电能量（W）,指一次局部放电所消耗的能量 其中：q为视在放电量，Ui为局部放电起始电压,结束！,