1、第三章 電氣設備絕緣預防性試驗,第三章 電氣設備絕緣預防性試驗,電介質的極化、電導與損耗及其等效電路 預防性試驗的常規(guī)項目 絕緣電阻 直流泄漏電流 介質損耗因數(shù) 局部放電 絕緣油中溶解氣體分析 高壓耐壓試驗,電氣設備絕緣預防性試驗,意義： 是保證電氣設備安全運行的重要措施和制度。 目的： 掌握電氣設備的絕緣狀況，及早發(fā)現(xiàn)其缺陷，以進行相應的維護與檢修。 如何掌握絕緣狀況？,電氣設備絕緣缺陷的產生： 制造時潛伏下來的； 運行中逐步發(fā)展起來的。 絕緣缺陷的分類： 集中性缺陷； 分布性缺陷。 預防性試驗方法分類： 破壞性試驗(耐壓試驗)； 非破壞性試驗。,第一節(jié) 電介質的極化、電導與損耗,放置固體介

2、質時,電容量將增大為:,對于平行平板電容器，極間為真空時：,平板電容器中的電荷和電場分布 (a)真空 (b)充以介質,極化現(xiàn)象：造成電容量增加 ！ 極化的原因 在外加電場的作用下，介質中原來彼此中和的正、負電荷產生了位移，形成電矩，使介質表面出現(xiàn)了束縛電荷，極板上電荷增多，并造成電容量增大。 極化的影響因素：形態(tài)（氣液固）、溫度、電場頻率等。 極化的基本形式：電子式、離子式、偶極子轉向、夾層介質界面、空間電荷極化。,相對介電常數(shù)：,1、電子式極化,電子軌道受到外電場的作用時，相對于原子核產生位移，原子中正、負電荷的作用中心不再重合. 極化強度與正、負電荷作用中心間的距離成正比，且隨外電場的增強

3、而增大。 特點 極化所需的時間極短，約10-15s； 具有彈性，當外電場去掉后，依靠正、負電荷間的吸引力，作用中心又馬上重合，整體呈現(xiàn)非極性，沒有損耗； 溫度的影響不大，溫度升高時，r略為下降。,絕緣,-,+,絕緣,2、離子式極化,發(fā)生在離子式結構，如云母、陶瓷材料。 正、負離子的作用中心發(fā)生偏移。 特點： 所需的時間也很短，約10-13s； 彈性極化，幾乎沒有損耗。 溫度對極化存在一定影響，r一般具有正的溫度系數(shù)。,離子式極化示意圖,3、偶極子轉向極化,存在于極性電介質中（具有永久性偶極矩 ）； 無外電場時，分子無序排列，不呈現(xiàn)極性； 在電場作用下，順電場方向定向排列，示出極性。,特點： 極

4、化所需的時間也較長，約10-1010-2s； 非彈性，消耗能量。 溫度對極性介質的r有很大的影響。 低-、適當范圍+、高-,4、夾層介質界面極化,存在于夾層電介質（不均勻電介質）中。,特點 過程特別緩慢，一般在10-1s以上，甚至數(shù)小時； 伴有介質損耗。,5、空間電荷極化,介質內的正、負自由離子改變分布狀況，在電極附近形成空間電荷。 特點： 緩慢進行； 消耗能量。,電介質極化的本質： 在外加電場作用下，極化介質內部形成反電場，通過向電極補充電荷以抵消反電場的作用，從而增加了電容量，并可能消耗能量！,工程意義： 1）選擇絕緣材料 2）多層介質合理配合 3）判斷絕緣狀態(tài),二、電介質的電導,離子電導

5、： 以離子為載流子。 在電場或外界因素影響下，離解成正負離子。 電子電導： 以自由電子為載流子。 出現(xiàn)電子電導電流時，表明電介質已被擊穿。 電介質的電導一般是指離子性電導。,1、電介質的電導率、電阻率,電導性能常用電導率或電阻率表示。 固體電介質的電阻率 （1）體積電阻率：單位長度的正方體的電介質中，所測得的其兩相對面上的電阻。,（2）表面電阻率：單位長度的正方形表面積上，相對兩邊之間測得的電阻。,2、液體電介質的電導,離子電導： 電介質分子或雜質分子離解而成的離子。 電泳電導： 較大的膠體吸附電荷后，變成帶電質點。 中性和弱極性的液體電介質電導率小。 極性和強極性液體電介質電導率大，故不宜作

6、為絕緣材料（水）。 電導率與溫度間具有指數(shù)關系：,3、固體介質的電導,離子電導： 雜質離子起主要作用。 電子電導： 電導與外施場強E關系密切。,固體介質電導電流密度與外加場強的關系,表面電導： 主要決定于表面吸附導電雜質的能力及其分布狀態(tài) 親水性電介質：云母，玻璃，纖維材料； 憎水性電介質：石蠟，聚苯乙烯。 預防性試驗時要注意絕緣表面的影響！,水滴在兩類介質上的分布狀態(tài) (a)親水介質 (b)疏水介質,三、電介質的能量損耗,介質損耗：電導損耗、有損極化,W=P+jQ=U(Ir+jIC)=UIr+j UIC,介質損失角的正切tg：衡量介質的損耗特性,液體介質損耗與溫度的關系,氣體介質的損耗 無碰

7、撞電離時，損耗由電導引起，損耗極小； 發(fā)生放電時，損耗劇增（如電線上的電暈損耗 ）。 液體介質的損耗 中性或弱極性介質： 損耗主要起因于電導，較小。 極性：電導和極化損耗。 損耗與溫度的關系比較復雜。,固體介質的損耗 分子式 離子式 不均勻結構 強極性 損耗情況比較復雜 損耗與溫度密切相關,干紙的損耗與溫度的關系 11kHz 210kHz 3100kHz,四、電介質的一般等值電路,C0反映電子式和離子式無損極化（含真空中對應的電容） C，、r支路反映有損極化 R反映電導損耗,第二節(jié) 絕緣電阻的測量,一、多層介質的吸收現(xiàn)象,雙層介質的等值電路,吸收曲線,當在絕緣上施加直流電壓時，流經(jīng)絕緣的電流會

8、隨著時間逐漸下降，最終達到一個穩(wěn)定值，這就是不均勻介質的吸收現(xiàn)象 本質：夾層介質的界面極化,這些電荷被介質吸收了！,絕緣電阻 在設備絕緣上施加確定的直流電壓，經(jīng)過一定時間（通常為60秒）后呈現(xiàn)的電阻值。 吸收比 K=R60“R15” 當絕緣良好時， K常高于某一定值（1.3） 絕緣普遍受潮時， K接近1 極化指數(shù) （10min/1min）,二、絕緣電阻和吸收比測量,手搖式兆歐表的工作原理,絕緣電阻的測量接線,儀器：兆歐表 兆歐表一般有三個接線端子 被試品接在端子“E”和“L”之間 保護端子“G”（與L相連） 有時稱為屏蔽端子 輸出電壓為負極性直流（why?） 有500V、1000V、2500V

9、、5000V等多個等級,三、測量結果的影響因素,被試設備絕緣上可能存留殘余電荷 造成吸收現(xiàn)象不明顯 試驗前應對設備充分放電 固體絕緣表面狀況 絕緣電阻隨溫度呈指數(shù)規(guī)律下降 測量時必須記錄設備溫度,實例：同步電機干燥前后絕緣電阻的變化,第三節(jié) 直流泄漏電流的測量,絕緣電阻和吸收比 測量簡單易行，有時很有效：整體受潮等 試驗電壓相對較低，靈敏度和準確性較低 5000/（1101000） 直流泄漏電流試驗-提高試驗電壓 直接測量泄漏電流 因試驗電壓提高，試驗靈敏度和準確性較高 試驗設備要求提高,發(fā)電機的泄漏電流變化曲線,曲線1：絕緣良好的發(fā)電機； 曲線2：絕緣受潮； 曲線3：絕緣中已有集中性缺陷；

10、曲線4：有危險的集中性缺陷。,直流泄漏電流試驗原理接線,直流泄漏電流試驗和直流耐壓試驗常利用同一套直流高壓發(fā)生裝置同時進行。,Time?,1min,直流高壓的產生方式與要求,產生 利用交流高壓經(jīng)高壓硅堆半波整流 采用（多級）串級倍壓整流電路 （實驗講義） 要求 直流試驗電壓的脈動系數(shù)應不大于3 脈動系數(shù)（最高值最低值）/2100%,測量泄漏電流的影響因素,與絕緣電阻測量相同的影響因素 殘余電荷 絕緣表面狀況 設備溫度 其它因素 外加直流電壓的穩(wěn)定性 測量微安表的保護和接入位置 高壓引線引起的雜散電流帶來的測量誤差,第四節(jié) 介質損失角正切值tg的測量,當電氣設備絕緣整體性能下降，如普遍受潮、臟污

11、或老化，以及絕緣中有間隙發(fā)生局部放電時，流過絕緣的有功電流分量IRx將增大，tg也增大。 通過測量tg值可以發(fā)現(xiàn)絕緣的分布性缺陷。,若缺陷部分在整個絕緣中的體積較大，則測量tg 容易發(fā)現(xiàn)絕緣的缺陷。 如果絕緣缺陷是集中性的（非貫穿性的），或缺陷部分在整個絕緣中占很小的體積，則該方法不很有效。 套管、電力變壓器、互感器和某些電容器。 電機、電纜。,一、西林電橋的測量原理,當電橋平衡時，檢流計中無電流流過，各臂阻抗?jié)M足關系式：,當電橋平衡時，C4的微法數(shù)就等于被試品的tg值。 在電橋的分度盤上，C4的數(shù)值直接以tg的百分數(shù)（）來表示。 測量被試品的電容Cx對于判斷某些絕緣狀況也是有價值的。,問題：

12、 電容量大了意味著什么故障？ 電容量小了意味著什么故障？,二、外界電磁場對電橋的干擾,1）外界電場的干擾 試驗用高壓電源和試驗現(xiàn)場高壓帶電體(例如變電所內仍在運行的高壓母線等)所引起的電場干擾。 2）外界磁場的干擾 電橋處于交變磁場中,消除干擾的辦法 將電橋的低壓部分全部屏蔽起來，引線也采用屏蔽電纜線 采用抗干擾源、移相法、倒相法、改變接線（正、反接法）,西林電橋反接線原理圖,西林電橋接線原理圖,三、影響tg測量結果的因素,被試電氣設備的溫度； 試驗電壓的大??； 被試電氣設備絕緣的電容（試品電容）； 被試電氣設備外絕緣表面的泄漏影響。,tg與試驗電壓的典型關系曲線 1良好的絕緣 2絕緣中存在氣

13、隙 3受潮絕緣,第五節(jié) 局部放電的測量,測定局部放電，能預示絕緣狀況，也是估計絕緣電老化速度的重要根據(jù)。 局部放電伴隨發(fā)生許多現(xiàn)象： 電現(xiàn)象：電脈沖，介質損耗的增大和電磁波； 非電現(xiàn)象：光、熱、噪音、氣體壓力變化和化學變化。 局部放電檢測方法： 電：電脈沖、介質損耗，可定量； 非電：靈敏度不夠，只能定性。,電脈沖法檢測的參數(shù) 視在放電量q 放電能量W 放電的重復率(放電頻度)等,絕緣內部氣隙局部放電的等值電路,一、局部放電的檢測回路,Cx被試品的電容 Ck耦合電容 Zm、Zm測量阻抗 Z低通濾波器,U電壓源 M測量儀器 A放大器,CX一端接地,CX兩端絕緣,平衡電路,二、局部放電的測量阻抗和測

14、量儀器,Zm和測量的靈敏度、輸出波形及脈沖的分辨率都有關系 要消除或減弱輸出電壓的工頻成分 要使脈沖分量的持續(xù)時間足夠小，以保證快速連續(xù)脈沖的分辨率 阻抗值應足夠高，由它決定輸出電壓和電流的波形 測量儀器 陰極射線示波器 指示型電壓表 脈沖計數(shù)器,局部放電測試儀（一）,局部放電測試儀（二）,大型發(fā)電機定子繞組絕緣局部放電測量波形,三、用超聲波探測器測量局部放電,特點： 與電脈沖法相比，抗干擾能力相對較強，可在運行及耐壓試驗時使用。 工作原理： 發(fā)生局部放電時，會產生超聲波，并向四面?zhèn)鬟f，直到電氣設備容器的表面； 在設備外壁，放一壓電元件； 將交變壓力波轉換為電氣量，由此可測量局部放電。,第六節(jié)

15、 絕緣油中溶解氣體分析（DGA）,絕緣油是電氣設備絕緣的重要組成部分： 絕緣 冷卻 滅弧 絕緣油試驗： 絕緣油的電氣試驗 ； 絕緣油中溶解氣體分析（DGA）。 試驗時電氣設備可以不必停電！,一、絕緣油的電氣試驗,電氣試驗的主要內容 油的閃點 酸值 水分 游離碳 電氣強度 介質損失角正切值tg 等 帶電取油樣化驗分析結論,二、絕緣油中溶解氣體分析（DGA）,原理 電氣設備內部有局部過熱或局部放電等缺陷時，就會分解而產生氣體，并不斷溶解于絕緣油中。 不同性質的典型故障，產生的溶解氣體的成分及不同成分之間的比例都有所不同。 氣相色譜分析： 通過分析油中所含氣體的組成和含量來判斷設備內部的潛伏性缺陷。

16、,不同故障類型產生的氣體,分析方法： 特征氣體法 三比值法,分析過程,取出運行中電氣設備的油樣； 油樣真空脫氣； 將脫出的氣體壓縮至常壓； 用注射器抽取試樣后進行分析。 分析儀器 【氣相色譜儀】 分析結果表示 每升絕緣油中所含各氣體組分的微升數(shù) 【以ppm（10-6）表示，并換算到標準大氣條件下（0.101325MPa ，20）】,102G-D氣相色譜儀工作流程,載氣,載氣,第七節(jié) 高壓耐壓試驗,特點：對設備絕緣的考核最為嚴格，有破壞性。 在非破壞性試驗合格后進行。 耐壓試驗類型： 交流耐壓 直流耐壓 沖擊耐壓試驗,一、交流耐壓試驗,工頻交流耐壓試驗最為常用。 程序： 對被試設備施加超過其額定工作電壓若干倍數(shù)的交流高壓，并持續(xù)一定時間（一般為1分鐘），期間觀察設備絕緣是否出現(xiàn)異常現(xiàn)象或發(fā)生閃絡、擊穿。 試驗電壓和試驗周期要選擇適當！ 固體有機絕緣會產生累積效應。,工頻交流耐壓試驗的原理接線圖,B為試驗變壓器，TY為低壓調壓裝置， R為限流保護電阻，G為保護球隙。,試驗變壓器B的特點： 單相，輸出電壓高、容量相對較小，絕緣裕度小，間歇性工作方式。,工頻耐壓試驗對試驗設備的要求,輸出