1、第二篇第二篇 电气设备绝缘试验电气设备绝缘试验 电气设备进行绝缘试验的必要性：电气设备进行绝缘试验的必要性：电力系统的规模、容量不断地扩大，停电造成的电力系统的规模、容量不断地扩大，停电造成的损失越来越严重。损失越来越严重。我国电力短缺，这就需要提高发电设备可靠性，我国电力短缺，这就需要提高发电设备可靠性，使其满负荷运转，增加发电量。使其满负荷运转，增加发电量。绝缘往往是电力系统中的薄弱环节，绝缘故障通绝缘往往是电力系统中的薄弱环节，绝缘故障通常是引发电力系统事故的首要原因。常是引发电力系统事故的首要原因。电介质理论仍远未完善，须借助于各种绝缘试验电介质理论仍远未完善，须借助于各种绝缘试验来检
2、验和掌握绝缘的状态和性能。来检验和掌握绝缘的状态和性能。绝缘试验分为非破坏性试验和破坏性试验两大类。绝缘试验分为非破坏性试验和破坏性试验两大类。破坏性试验检验绝缘的电气强度，如耐压试验和击破坏性试验检验绝缘的电气强度，如耐压试验和击穿试验，具有破坏性的特征，所加的试验电压很高，穿试验，具有破坏性的特征，所加的试验电压很高，以考验绝缘耐受各种过压的能力，试验过程有可能以考验绝缘耐受各种过压的能力，试验过程有可能给被试绝缘带来不可逆转的局部损伤或整体损坏。给被试绝缘带来不可逆转的局部损伤或整体损坏。非破坏性试验检测绝缘除电气强度以外的其他电气非破坏性试验检测绝缘除电气强度以外的其他电气性能，是在较
3、低的电压下或用其他不损伤绝缘的方性能，是在较低的电压下或用其他不损伤绝缘的方法进行的，具有非破坏的性质。法进行的，具有非破坏的性质。绝缘预防性试验的目的是什么？绝缘预防性试验的目的是什么？绝缘故障大多因内部存在缺陷而引起，我们通过测绝缘故障大多因内部存在缺陷而引起，我们通过测量电气特性的变化来发现隐藏着的缺陷。量电气特性的变化来发现隐藏着的缺陷。绝缘缺陷类型绝缘缺陷类型 集中性缺陷：绝缘子瓷体内的裂缝、发电机定集中性缺陷：绝缘子瓷体内的裂缝、发电机定子绝缘因挤压磨损出现的局部破损、电缆绝缘子绝缘因挤压磨损出现的局部破损、电缆绝缘层内存在的气泡等层内存在的气泡等 分散性缺陷：电机、变压器等设备的
4、内绝缘受分散性缺陷：电机、变压器等设备的内绝缘受潮、老化、变质等。潮、老化、变质等。常见试验项目：测量绝缘电阻，吸收比，泄常见试验项目：测量绝缘电阻，吸收比，泄漏电漏电 流，介质损耗角正切，局部放电，电压流，介质损耗角正切，局部放电，电压分布等。分布等。数字式局部放电测试系统数字式局部放电测试系统 第一节第一节 绝缘的老化绝缘的老化 什么叫绝缘的老化？什么叫绝缘的老化？绝缘老化的原因有哪些绝缘老化的原因有哪些 电介质的热老化电介质的热老化 电介质的电老化电介质的电老化 什么叫绝缘的老化？什么叫绝缘的老化？电气设备的绝缘在长期运行过程中会发生一系列物电气设备的绝缘在长期运行过程中会发生一系列物理
5、变化和化学变化，致使其电气、机械及其他性能理变化和化学变化，致使其电气、机械及其他性能逐渐劣化，这种现象统称为绝缘的老化。逐渐劣化，这种现象统称为绝缘的老化。老化的原因有哪些？老化的原因有哪些？热、电、机械力、水分、氧化、各种射线、微生物热、电、机械力、水分、氧化、各种射线、微生物等因素的作用。等因素的作用。一、电介质的热老化一、电介质的热老化 什么是电介质的热老化？什么是电介质的热老化？在高温的作用下，电介质在短时间内就会发生明显在高温的作用下，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，绝的劣化；即使温度不太高，但如作用时间很长，绝缘性能也会发生不可逆的劣化，这就
6、是电介质的热缘性能也会发生不可逆的劣化，这就是电介质的热老化。老化。温度越高，绝缘老化得越快，寿命越短。温度越高，绝缘老化得越快，寿命越短。热老化规则：热老化规则：热老化热老化8规则：对规则：对A级绝缘介质，如果它们的工级绝缘介质，如果它们的工作温度超过规定值作温度超过规定值8时，寿命约缩短一半。时，寿命约缩短一半。相应的对相应的对B级绝缘和级绝缘和H级绝缘则分别适用级绝缘则分别适用10和和12规则。规则。固体介质的热老化过程固体介质的热老化过程 受热受热带电粒子热运动加剧带电粒子热运动加剧载流子增多载流子增多载流子载流子迁移迁移电导和极化损耗增大电导和极化损耗增大介质损耗增大介质损耗增大介质
7、介质温升温升加速老化加速老化 液体介质的热老化过程液体介质的热老化过程 油温升高油温升高氧化加速氧化加速油裂解油裂解分解出多种能溶于分解出多种能溶于油的微量气体油的微量气体绝缘破坏绝缘破坏 二、电介质的电老化二、电介质的电老化 什么是电老化？什么是电老化？电老化系指在外加高电压或强电场作用下的老化。电老化系指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是什么？介质电老化的主要原因是什么？介质中出现局部放电。介质中出现局部放电。局部放电引起固体介质腐蚀、老化、损坏的原因有：局部放电引起固体介质腐蚀、老化、损坏的原因有：放电产生的带电粒子不断撞击绝缘引起破坏。破坏高分子放电产生的带电粒子
8、不断撞击绝缘引起破坏。破坏高分子的结构，造成裂解；的结构，造成裂解；放电能量中有一部分转化为热能，不易散出，引起热裂解，放电能量中有一部分转化为热能，不易散出，引起热裂解，气隙膨胀使材料开裂、分层；气隙膨胀使材料开裂、分层；在局部放电区，强烈的粒子复合产生高能辐射线，引起材在局部放电区，强烈的粒子复合产生高能辐射线，引起材料分解；料分解；气隙中如含有氧和氮，放电可产生臭氧和硝酸，是强烈的气隙中如含有氧和氮，放电可产生臭氧和硝酸，是强烈的氧化剂和腐蚀剂，能使材料发生化学破坏。氧化剂和腐蚀剂，能使材料发生化学破坏。第二节第二节 绝缘电阻、吸收比、泄漏电流绝缘电阻、吸收比、泄漏电流的测量的测量 绝缘
9、电阻绝缘电阻 最基本的综合性特性参数。最基本的综合性特性参数。组合绝缘和层式结构，在直流电压下均有明组合绝缘和层式结构，在直流电压下均有明显的吸收现象，使外电路中有一个随时间而显的吸收现象，使外电路中有一个随时间而衰减的吸收电流。衰减的吸收电流。吸收比吸收比 检验绝缘是否严重受潮或存在局部检验绝缘是否严重受潮或存在局部缺陷。缺陷。泄漏电流泄漏电流 所加直流电压高得多，能发现用兆所加直流电压高得多，能发现用兆欧表所不能显示的某些缺陷。欧表所不能显示的某些缺陷。一、双层介质的吸收现象一、双层介质的吸收现象 为了分析方便，改用电阻为了分析方便，改用电阻R1和和R2代替电导代替电导G1和和G2。（。（
10、R11/G1,R2=1/G2)讨论因吸收现象而出现的过渡过程讨论因吸收现象而出现的过渡过程 一般取开关一般取开关S合闸作为时间合闸作为时间t的起点，在的起点，在t=0+的极短时间内，的极短时间内，层间电压分布为层间电压分布为达到稳态时达到稳态时t ，层间电压改为按电阻分配，层间电压改为按电阻分配 稳态电流将为电导电流稳态电流将为电导电流 由于存在吸收现象，由于存在吸收现象，在这个过程中的，在这个过程中的层间电压变化为层间电压变化为110UU220UU 流过双层介质的电流为流过双层介质的电流为i 如选用第一个方程式，则如选用第一个方程式，则 式中第一个分量为电导电流式中第一个分量为电导电流 ，第
11、二个分量为吸收电流，第二个分量为吸收电流 。不难看出：当绝缘严重受潮或出现导电性缺陷时，阻值不难看出：当绝缘严重受潮或出现导电性缺陷时，阻值R1、R2或者二者之和显著减小，或者二者之和显著减小，大大增加，而大大增加，而 迅速衰减。迅速衰减。gIgIaiaigI 二、绝缘电阻和吸收比的测量二、绝缘电阻和吸收比的测量 绝缘电阻的表达式绝缘电阻的表达式在工程应用上的表达方便，把介质处在吸收过程时的在工程应用上的表达方便，把介质处在吸收过程时的U/iU/i也称为绝缘电也称为绝缘电阻阻R R，在吸收电流分量尚未衰减完毕时，呈现的电阻值是不断变化的，在吸收电流分量尚未衰减完毕时，呈现的电阻值是不断变化的，
12、即即teCRCRRRCCRRRRCCiUR21122212212121221)()()()(吸收和泄漏电流及绝缘电阻的变化曲线测量绝缘电阻时，其值是不断变化的；测量绝缘电阻时，其值是不断变化的；t无穷时刻，无穷时刻，R等于两层介质绝缘电阻的串联值。等于两层介质绝缘电阻的串联值。通常所说的绝缘电阻均指吸收电流通常所说的绝缘电阻均指吸收电流 衰减完毕后衰减完毕后的稳态电阻值。的稳态电阻值。受潮时，绝缘电阻显著降低，受潮时，绝缘电阻显著降低，显著增大，显著增大，迅速迅速衰减。因此，能揭示绝缘整体受潮、局部严重受衰减。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。但有局限性。潮、存在贯
13、穿性缺陷等情况。但有局限性。对于某些大型被试品，用测对于某些大型被试品，用测“吸收比吸收比”的方法来替的方法来替代代 定义吸收比K1：为加压为加压6060秒时的绝缘电阻秒时的绝缘电阻R R6060与与1515秒秒 时电阻时电阻R R1515之比值之比值gIaiai在一般情况下，在一般情况下，R60已经接近于稳态绝缘电阻，吸收已经接近于稳态绝缘电阻，吸收之比恒大于之比恒大于1，且，且K1值越大表示吸收现象越显著、绝值越大表示吸收现象越显著、绝缘的性能越好。缘的性能越好。一旦绝缘受潮，电导电流分量将显著增大，吸收电一旦绝缘受潮，电导电流分量将显著增大，吸收电流衰减很快，在流衰减很快，在t=15s时
14、，时，已衰减很多，因而已衰减很多，因而K1值减小，其极限值为值减小，其极限值为1。由于吸收比是同一试品在两个不同时刻的绝缘电阻由于吸收比是同一试品在两个不同时刻的绝缘电阻的比值，所以排除了绝缘结构体积尺寸的影响。的比值，所以排除了绝缘结构体积尺寸的影响。一般以一般以K1作为设备绝缘状态良好的标准亦不尽适，作为设备绝缘状态良好的标准亦不尽适，有些变压器的有些变压器的K1虽大于虽大于1.3，但，但 R 值却很低；有些值却很低；有些K1 小于小于1.3，但，但R值却很高。值却很高。所以应将所以应将R值和值和K1值结合起来考虑，方能作出比较准值结合起来考虑，方能作出比较准确的判断。确的判断。15 大容
15、量电气设备中，吸收现象延续很长时间，吸收大容量电气设备中，吸收现象延续很长时间，吸收比不能很好地反映绝缘的真实状态，用极化指数比不能很好地反映绝缘的真实状态，用极化指数K2再判断。再判断。某些集中性缺陷已相当严重，以致在耐压试验时被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。可见仅凭上述数却并不低，因为缺陷未贯穿绝缘。可见仅凭上述试验结果判断绝缘状态是不够的。试验结果判断绝缘状态是不够的。绝缘状态的判定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，则电阻若绝缘内部
16、有集中性导电通道，或绝缘严重受潮，则电阻R R1 1 、R R2 2会显著降低，泄漏电流大大增加，时间常数会显著降低，泄漏电流大大增加，时间常数大为减大为减小，吸收电流迅速衰减。即使绝缘部分受潮，只要小，吸收电流迅速衰减。即使绝缘部分受潮，只要R R1 1与与R R2 2中中的一个数值降低，的一个数值降低，值也会大为减小，吸收电流仍会迅速衰值也会大为减小，吸收电流仍会迅速衰减，仍可造成吸收比减，仍可造成吸收比K K1 1（及极化指数（及极化指数K K2 2，下同）的下降。当，下同）的下降。当K K1 11 1或接近于或接近于1 1，则设备基本丧失绝缘能力。，则设备基本丧失绝缘能力。不同绝缘状态
17、下的绝缘电阻的变化曲线 ELG电缆外皮内层绝缘电缆芯M 图图1 兆欧表实图兆欧表实图 图图2 测试接线图测试接线图 如图如图1、图、图2所示。被测绝缘电阻接到所示。被测绝缘电阻接到L和和E接线柱之间时，指针的停留位置接线柱之间时，指针的停留位置由电流线圈电流和电压线圈电流的比值决定。流过电压线圈的电流大小由分压由电流线圈电流和电压线圈电流的比值决定。流过电压线圈的电流大小由分压电阻电阻RV确定，而电流线圈的电流由被测绝缘电阻的大小确定。确定，而电流线圈的电流由被测绝缘电阻的大小确定。保护环保护环G装在装在L接线柱的外圈，它与接线柱的外圈，它与L接线柱绝缘，并接至手摇发电机的负极。接线柱绝缘，并
18、接至手摇发电机的负极。保护环保护环G的作用是排除由于导线绝缘层表面漏电电流和的作用是排除由于导线绝缘层表面漏电电流和L，E接线柱间漏电电流接线柱间漏电电流所引起的误差。当天气潮湿时测量其他电气设备时（电气设备引出线瓷套所引起的误差。当天气潮湿时测量其他电气设备时（电气设备引出线瓷套表面会凝结一层极薄的水膜表面会凝结一层极薄的水膜），使用保护环使用保护环G以避免被测设备表面漏电影以避免被测设备表面漏电影响测量结果。响测量结果。4）试验步骤）试验步骤试验前要选择合适电压等级的绝缘电阻兆欧表，然后检查兆欧表是否正试验前要选择合适电压等级的绝缘电阻兆欧表，然后检查兆欧表是否正常。方法是：将兆欧表放在水
19、平位置，将表的常。方法是：将兆欧表放在水平位置，将表的L端子与端子与E端子开路，摇动把端子开路，摇动把手到额定转速手到额定转速(一般一般120rmin)此时指针应指向此时指针应指向“”；用线短接；用线短接L端子与端子与E端子，轻摇把手，指针应指端子，轻摇把手，指针应指“0”(注意轻摇以免打坏表针注意轻摇以免打坏表针)。以恒定速度转动摇表把手以恒定速度转动摇表把手(平均平均120rmin)，摇表指针渐逐上升，在摇表，摇表指针渐逐上升，在摇表达额定转速后，分别读取达额定转速后，分别读取15s和和60s的电阻值并记录于试验数据表格表的电阻值并记录于试验数据表格表1中。中。试验名称及型品摇表电压电阻值
20、(M)绝缘电阻R60吸收比R60R151560表1 试验数据表图为手摇式兆欧表测量电力电缆绝缘电阻的接线图。兆欧表有三个接线端子：线路端子（兆欧表有三个接线端子：线路端子（L L）、接地端子（）、接地端子（E E）和）和保护（屏蔽）端子（保护（屏蔽）端子（G G）。）。被试绝缘接在端子被试绝缘接在端子L L和和E E之间，而之间，而保护端子保护端子G G的作用是使绝缘表面泄漏电流不要流过线圈的作用是使绝缘表面泄漏电流不要流过线圈L LA A，测得，测得的绝缘体积电阻不受绝缘表面状态的影响。的绝缘体积电阻不受绝缘表面状态的影响。绝缘电阻的测量 定义：工程上常用兆欧表(摇表)进行测量，以加压60s
21、后读数为试品的绝缘电阻。原理：电压线圈与电流线圈中电流在磁场中产生转动力矩，在力矩差作用下，旋转到平衡为止。指针偏角与绝缘电阻关系：)()()(xVxAAVRfRRRfIIf开路时 绝缘电阻的测量 定义：工程上常用兆欧表(摇表)进行测量，以加压60s后读数为试品的绝缘电阻。原理：电压线圈与电流线圈中电流在磁场中产生转动力矩，在力矩差作用下，旋转到平衡为止。指针偏角与绝缘电阻关系：)()()(xVxAAVRfRRRfIIf短路时 三、泄漏电流的测量三、泄漏电流的测量 泄露电流的大小反映绝缘电阻值，但有一些泄露电流的大小反映绝缘电阻值，但有一些特点：特点：加在试品上的直流电压比兆欧表的工作电压高得
22、加在试品上的直流电压比兆欧表的工作电压高得多多,故能发现兆欧表所不能发现的试品中一些尚未故能发现兆欧表所不能发现的试品中一些尚未完全贯通的集中性缺陷。完全贯通的集中性缺陷。施加在试品上的直流电压是逐渐增大的，这样就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。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，要保持在电压升到规定的试验电压值后，要保持1min再再读出最后的泄漏电流值。当绝缘良好时，泄漏电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。流应保持稳定，且其值很小。测量结果分析测量结果分析 测试时逐渐升高电压
23、，并同时读取微测试时逐渐升高电压，并同时读取微安表（安表（mAmA）数值和毫安表（）数值和毫安表（AA）的数）的数值，并将其绘制成曲线进行分析。这里值，并将其绘制成曲线进行分析。这里被测的直流试验电压由直流微安表的指被测的直流试验电压由直流微安表的指示值和高阻器的电阻值示值和高阻器的电阻值R Rv v得到。得到。图图5是发电机泄漏电流变化曲线，图中：是发电机泄漏电流变化曲线，图中：1绝缘性能良好绝缘性能良好2整体受潮整体受潮3存在集中性缺陷存在集中性缺陷4在在0.5Us附近泄漏电流迅速上升，附近泄漏电流迅速上升，表明在运行电压下有击穿的危险。表明在运行电压下有击穿的危险。发电机泄露电流变化曲线
24、发电机泄露电流变化曲线3 测试的有效性测试的有效性 比兆欧表更有效的发现一些尚未完全贯通的集中性缺陷（如局部开比兆欧表更有效的发现一些尚未完全贯通的集中性缺陷（如局部开裂、内部受潮、绝缘油劣化、绝缘纸沿面碳化等）。裂、内部受潮、绝缘油劣化、绝缘纸沿面碳化等）。泄漏电流试验接线图如图所示泄漏电流试验接线图如图所示 微安表直读法（两种接法）微安表直读法（两种接法）测量电力变压器主绝缘泄漏电流的接线测量电力变压器主绝缘泄漏电流的接线 T T1 1调压器；调压器；T T2 2高压试验变压器；高压试验变压器；DD高压硅堆高压硅堆 RR保护电阻；保护电阻；CC稳压电容；稳压电容；TT被试变压器被试变压器V
25、-V-高压静电电压表高压静电电压表(1)被试品一极接地被试品一极接地 泄露电流用接在被试品高压侧或低压侧的微安表泄露电流用接在被试品高压侧或低压侧的微安表来测量。来测量。如果被试品的一极固定接地，且接地线不易解开如果被试品的一极固定接地，且接地线不易解开时，微安表可接在高压侧，这一情况下，微安表时，微安表可接在高压侧，这一情况下，微安表及其接往被试品的高压线均应加等电位屏蔽，使及其接往被试品的高压线均应加等电位屏蔽，使这部分对地杂散电流（泄露电流、电晕电流）不这部分对地杂散电流（泄露电流、电晕电流）不流过微安表，以减小测量误差。流过微安表，以减小测量误差。如果被试品的两极都可以做到不直接接地时
26、，如果被试品的两极都可以做到不直接接地时，微安表就可以接在被试品低压侧和大地之间。微安表就可以接在被试品低压侧和大地之间。回路高压部分对外界物体的杂散电流入地时回路高压部分对外界物体的杂散电流入地时都不会流过微安表，故不必设屏蔽。都不会流过微安表，故不必设屏蔽。(2)被试品不接地被试品不接地 注意注意：测量泄漏电流用的微安表需用并联放电管：测量泄漏电流用的微安表需用并联放电管V进行保护。进行保护。微安表是很灵敏和脆弱的仪表，当流过微安表的微安表是很灵敏和脆弱的仪表，当流过微安表的电流超过某一定值时，电阻电流超过某一定值时，电阻R 1上的压降将引起上的压降将引起V的放电而达到保护微安表的目的。的
27、放电而达到保护微安表的目的。第三节第三节 介质损耗角正切的测量介质损耗角正切的测量 由前面可知：介质的功率损耗由前面可知：介质的功率损耗 与介质损耗正切与介质损耗正切 成正成正比，所以比，所以 是绝缘品质的重要指标，测量是绝缘品质的重要指标，测量 是判断电是判断电气设备绝缘的一项灵敏有效的方法。气设备绝缘的一项灵敏有效的方法。能反映绝缘的整体性缺陷（如全面老化）和小电容试能反映绝缘的整体性缺陷（如全面老化）和小电容试品中的严重局部缺陷。品中的严重局部缺陷。测量测量 不能灵敏地反映大容量发电机、变压器和电力电不能灵敏地反映大容量发电机、变压器和电力电缆（它们的电容量都很大）绝缘中的局部性缺陷，这
28、时应缆（它们的电容量都很大）绝缘中的局部性缺陷，这时应尽可能的将这些设别分解成几个部分，然后分别测量它们尽可能的将这些设别分解成几个部分，然后分别测量它们的的 。的测量最常用的是高压电流平衡电桥（西林电桥）。的测量最常用的是高压电流平衡电桥（西林电桥）。Ptgtgtgtgtgtgtg 一、西林电桥基本原理 其中被试品的等值电容和电阻分别为其中被试品的等值电容和电阻分别为CX和和Rx；高压臂：一高压臂：一个是代表试品的个是代表试品的Z Z1 1；另一个是无损耗的标准电容；另一个是无损耗的标准电容C CN N，它以阻，它以阻抗抗Z Z2 2作为代表。低压臂：一个处在桥箱体内，一个是可调作为代表。低
29、压臂：一个处在桥箱体内，一个是可调无感电阻无感电阻R R3 3；另一个是无感电阻；另一个是无感电阻R R4 4和可调电容和可调电容C C4 4的并联回路。的并联回路。前者以前者以Z Z3 3来代表，后者以来代表，后者以Z Z4 4来代表。保护：放电管来代表。保护：放电管V V P为交流检流计。为交流检流计。在交流电压在交流电压 U的作用下，调节的作用下，调节R3 和和 C4，使电桥，使电桥达到平衡，即通过检流计达到平衡，即通过检流计P的电流为零，因而的电流为零，因而 可得可得 （4-15）由式（由式（4-15）可写出）可写出 （4-16）可求得试品电容可求得试品电容CX和等值电阻和等值电阻RX
30、 介质并联等值电路的介质损耗角正切介质并联等值电路的介质损耗角正切 （4-20）因为因为 ，如取，如取 ，并，并 取取C4 的单位为的单位为uF，则式（，则式（4-20）化简为）化简为 试品电容试品电容 1002f100004R4Ctg 西林电桥反接线原理西林电桥反接线原理 在实验室内：通常测试材料及小设备，被试品是对地绝缘的在实验室内：通常测试材料及小设备，被试品是对地绝缘的现场试验中：有许多一端接地的试品，如敷设在地下的电缆及摆在地面现场试验中：有许多一端接地的试品，如敷设在地下的电缆及摆在地面的重大电气设备，要改成对地绝缘是不可能的，只能改变电桥回路的接的重大电气设备，要改成对地绝缘是不
31、可能的，只能改变电桥回路的接地点。这样就产生了一种反接法的西林电桥地点。这样就产生了一种反接法的西林电桥 被试品的一极往往是固定接地的，应改用反接线。被试品的一极往往是固定接地的，应改用反接线。电桥平衡的过程与正接线时无异，所不同者在于各个调节元件、检流计电桥平衡的过程与正接线时无异，所不同者在于各个调节元件、检流计和屏蔽网均处于高电位，故必须保证足够的绝缘水平和采取可靠的保护和屏蔽网均处于高电位，故必须保证足够的绝缘水平和采取可靠的保护措施。措施。二、二、测量的影响因素测量的影响因素（1）外界电磁场的干扰影响）外界电磁场的干扰影响 干扰包括高压电源和试验现场高压带电体引起的电场干扰。干扰包括
32、高压电源和试验现场高压带电体引起的电场干扰。在现场测试条件下，电桥往往处于一个相当显著的交变磁在现场测试条件下，电桥往往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。的平衡产生影响，也将导致测量误差。消除干扰的方法：金属屏蔽网和屏蔽电缆消除干扰的方法：金属屏蔽网和屏蔽电缆（2）温度的影响）温度的影响 一般说来一般说来 随温度的增高而增大。随温度的增高而增大。现场试验时的绝缘温度不是一定的，为了便于比较，应将现场试验时的绝缘温度不是一定的，为了便于比较，应将各种温度下测得的各种温度下测
33、得的 值换算到值换算到20时的值。时的值。tgtgtg（3)试验电压的影响试验电压的影响 一般说来，良好的绝缘在额定范围内，其一般说来，良好的绝缘在额定范围内，其 值几乎保持不变，如图值几乎保持不变，如图中的曲线中的曲线1所示。如果绝缘内部存在空气隙或气泡时，当所加电压大到所示。如果绝缘内部存在空气隙或气泡时，当所加电压大到能引起气泡电离或发生局部放电时，能引起气泡电离或发生局部放电时，值即开始随值即开始随U的升高而迅速增的升高而迅速增大，电压回落时电离要比电压上升时更强一些，因而会出现闭环状曲线，大，电压回落时电离要比电压上升时更强一些，因而会出现闭环状曲线，如曲线如曲线2所示。如果绝缘受潮
34、，则电压较低时的所示。如果绝缘受潮，则电压较低时的 就相当大，电压升就相当大，电压升高时高时 更将急剧增大；电压回落时，更将急剧增大；电压回落时，要比电压上升时更大一些，要比电压上升时更大一些，因而形成不闭合的分叉曲线，如曲线因而形成不闭合的分叉曲线，如曲线3所示，主要原因是介质的温度因所示，主要原因是介质的温度因发热而提高了。发热而提高了。tgtgtgtgtg4）试品电容量的影响：对于电容量较小的试品，）试品电容量的影响：对于电容量较小的试品，测量能有效的发现测量能有效的发现局部集中性缺陷和整体分布性缺陷。但对电容量较大的试品，局部集中性缺陷和整体分布性缺陷。但对电容量较大的试品，测量只测量
35、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，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，分别测量各部分的分别测量各部分的 值，能有效的发现缺陷。值，能有效的发现缺陷。5）试品表面泄漏的影响：由于试品表面泄漏电阻总是与试品等值电阻）试品表面泄漏的影响：由于试品表面泄漏电阻总是与试品等值电阻 相并联，所以会影响相并联，所以会影响 值。为了排除或减小这种影响，在测试前应先清值。为了排除或减小这种影响，在测试前应先清楚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。楚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。tgtgtgXRXR 第四
36、节第四节 局部放电的测量局部放电的测量 绝缘中的局部放电是引起电介质老化的重要原因绝缘中的局部放电是引起电介质老化的重要原因之一。之一。测定电气设备在不同电压下的局部放电强度和发测定电气设备在不同电压下的局部放电强度和发展趋势，就能判断绝缘内是否存在局部缺陷以及展趋势，就能判断绝缘内是否存在局部缺陷以及介质老化的速度和目前的状态。介质老化的速度和目前的状态。局部放电的基本概念，表征局部放电的重要参数。局部放电的基本概念，表征局部放电的重要参数。局部放电检测方法综述。局部放电检测方法综述。脉冲电流法的测量原理。脉冲电流法的测量原理。局部放电的概念：局部放电的概念：简称为简称为PD-Partial
37、 DischargePD-Partial Discharge，指由于电气设备，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：局部放电的危害：这种局部放电发生在一个或几个绝缘内部的气隙这种局部放电发生在一个或几个绝缘内部的气隙或气泡之中，因为在这个很小的空间内电场强度或气泡之中，因为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。但如一个电气设备响电气设备的短时绝缘强度。但如一个电气设备
38、在运行电压下长期存在局部放电现象，这些微弱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，如不良的放电能量和由此产生的一些不良效应，如不良化合物的产生，就可以慢慢地损坏绝缘，日积月化合物的产生，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的突发性故障 一、局部放电基本概念一、局部放电基本概念 绝缘内部气隙局部放电的等值电路如图绝缘内部气隙局部放电的等值电路如图4-9所示。所示。局部放电的三电容模型局部放电的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以三个电容来表征介质内部存
39、在缺陷时的局部放电的机理的机理CgCg：气泡的电容；：气泡的电容；CbCb：和：和CgCg相串联部分的介质电容；相串联部分的介质电容；CaCa：其余完好部分介质的电容；：其余完好部分介质的电容；Z Z：对应于气隙放电脉冲频率的电源阻抗：对应于气隙放电脉冲频率的电源阻抗整个系统的总电容为整个系统的总电容为C=Ca+CgCb/(Cb+Cg)C=Ca+CgCb/(Cb+Cg)气泡很小，Cg比Cb大，Ca比Cg大很多电极间加上交流电压U，则Cg上的电压为Ug，Ug=UCb/(Cg+Cb)UgUg随外加电压随外加电压U U升高，升高，UgUg到达到达CgCg的放电电压的放电电压UsUs时，时，CgCg气
40、隙发生火气隙发生火花放电。于是花放电。于是CgCg上的电压一下子从上的电压一下子从UsUs迅速下降到熄灭电压迅速下降到熄灭电压UrUr，然，然后火花熄灭，完成一次局部放电。后火花熄灭，完成一次局部放电。UrUr叫做残余电压，它可以接近叫做残余电压，它可以接近为零值，也可以为小于为零值，也可以为小于UsUs（均绝对值）的其它值。图（均绝对值）的其它值。图4-114-11表示一表示一次局部放电从开始到终结的过程，在此期间，出现一个对应的局次局部放电从开始到终结的过程，在此期间，出现一个对应的局部放电电流脉冲。这一放电过程时间很短，约为部放电电流脉冲。这一放电过程时间很短，约为1010-8-8s,s
41、,可认为瞬可认为瞬间完成。气隙每放电一次，其电压瞬时下降间完成。气隙每放电一次，其电压瞬时下降Ug=Ug=UsUsUrUr。放电过程示意图外部电压放电过程示意图外部电压u u、空间电荷、空间电荷q q、气隙电、气隙电压压ucuc的时间变化图的时间变化图 当当CgCg放电时，放电总电容放电时，放电总电容CgCg应为应为 Cg=Cg+CaCb/(Ca+Cb)Cg=Cg+CaCb/(Ca+Cb)CgCg上的电压变化为上的电压变化为(Us(UsUr)Ur)，故一次脉冲，故一次脉冲放出的电荷放出的电荷qrqr应为应为 qr=(Usqr=(UsUr)Cg+CaCb/(Ca+Cb)Ur)Cg+CaCb/(C
42、a+Cb)当当Ca Cb qr(Cg+Cb)(UsCa Cb qr(Cg+Cb)(UsUr)Ur)qr qr为真实放电量，但很难确定。为真实放电量，但很难确定。气隙放电引起的压降气隙放电引起的压降(Us(UsUr)Ur)将按反比分配在将按反比分配在CaCa和和CbCb上，因而上，因而CaCa上的电压变动为：上的电压变动为：Ua=CbUa=Cb(Us(UsUr)/(Ca+Cb)Ur)/(Ca+Cb)这意味着，当气隙放电时，试品两端的电压会下降这意味着，当气隙放电时，试品两端的电压会下降UaUa。这相当于试品放掉电荷这相当于试品放掉电荷q q q=(Ca+Cb)q=(Ca+Cb)Ua=Cb(UsU
43、a=Cb(UsUr)Ur)因为因为Ca Cb Ca Cb，所以，所以q Caq CaUaUa q q称为视在放电量，通常以它作为衡量局部放电强度称为视在放电量，通常以它作为衡量局部放电强度的一个重要参数。的一个重要参数。q q既是发生局部放电时试品电容既是发生局部放电时试品电容CaCa放掉的电荷，也是电容放掉的电荷，也是电容CbCb上的电荷增量（上的电荷增量（=Cb=CbUg Ug）q=qrCb/(Cg+Cb)q=qrCb/(Cg+Cb)由于由于Cg Cb,Cg Cb,所以视在放电量所以视在放电量q q比真实放电量比真实放电量qrqr小小得多，但它们之间存在比例关系，所以得多，但它们之间存在比
44、例关系，所以q q值就能相对值就能相对地反映地反映qrqr的大小。的大小。表征局部放电的其他重要参数表征局部放电的其他重要参数放电重复率放电重复率N N：亦称脉冲重复率，它是在选定的时：亦称脉冲重复率，它是在选定的时间间隔内测得的每秒钟发生放电脉冲的平均次数，间间隔内测得的每秒钟发生放电脉冲的平均次数，它表示局部放电的频度。可以通过实验求得它表示局部放电的频度。可以通过实验求得如果每半周期内的放电次数为如果每半周期内的放电次数为n n，则，则N=2fn=100nN=2fn=100n放电能量放电能量 指一次局部放电所消耗的能量指一次局部放电所消耗的能量。式中视在放电量式中视在放电量q q和出现局
45、部放电时的外加电压值和出现局部放电时的外加电压值U Ui i(亦称局部放电起始电压亦称局部放电起始电压)都是可以测得的。都是可以测得的。其他参数其他参数 平均放电电流、放电的均方率、放电功率、局部平均放电电流、放电的均方率、放电功率、局部放电起始电压和局部放电熄灭电压等。放电起始电压和局部放电熄灭电压等。表征局部放电的重要参数：放电重复率 放电能量 式中 气隙中出现局放时外施电压为Ui，则 令Ur=0，则)(2122rsgUUgggUUCdUUCuidtWrsdtdUCdtdUCCCCCigggbabag)(qCCCUUCqbbgrsgr)()(21)(21rsbbgrsrUUCCCqUUqW
46、ibgbsUCCCUsirsUUUUqW)(21iqUW21 二、局部放电检测方法综述二、局部放电检测方法综述 局部放电的检测方法很多具体分为电气检测和非电检测两大局部放电的检测方法很多具体分为电气检测和非电检测两大类。类。大多数情况下，非电检测法往往不够灵敏，大多限于定性检大多数情况下，非电检测法往往不够灵敏，大多限于定性检测，即只能判断是否存在局部放电，而不能作定量的分析；测，即只能判断是否存在局部放电，而不能作定量的分析；目前应用得比较广泛和成功的是电气检测法，特别是测量绝目前应用得比较广泛和成功的是电气检测法，特别是测量绝缘内部气隙发生局部放电时的电脉冲，它不仅可以灵敏地检缘内部气隙发
47、生局部放电时的电脉冲，它不仅可以灵敏地检测出是否存在局部放电，还可判定放电强弱程度。测出是否存在局部放电，还可判定放电强弱程度。（一）非电检测法（一）非电检测法 1.噪声检测法噪声检测法 介质中发生局部放电时，其瞬时释放的能量将放电源周围介质中发生局部放电时，其瞬时释放的能量将放电源周围的介质加热使其蒸发，效果就像一个小爆炸。此时放电源的介质加热使其蒸发，效果就像一个小爆炸。此时放电源如同一个声源，向外发出声波。由于放电持续时间很短，如同一个声源，向外发出声波。由于放电持续时间很短，所发射的声波频谱很宽，覆盖面从数十赫到数十兆赫。所发射的声波频谱很宽，覆盖面从数十赫到数十兆赫。(人人耳可耳可听
48、到声音频率听到声音频率20-20000Hz)光检测法光检测法 采用光纤传感器，局部放电产生的声波压迫使得采用光纤传感器，局部放电产生的声波压迫使得光纤性质改变，导致光纤输出信号改变，从而可光纤性质改变，导致光纤输出信号改变，从而可以测得放电。以测得放电。光测法只能测试表面放电和电晕放电光测法只能测试表面放电和电晕放电，在现场中，在现场中光测法基本上没有直接应用。光测法基本上没有直接应用。将光纤技术和声测法相结合提出了声将光纤技术和声测法相结合提出了声-光测法。光测法。化学分析法化学分析法 通过检查电气设备油样内所含的气体组成的含量通过检查电气设备油样内所含的气体组成的含量来判断设备内部的隐藏缺
49、陷来判断设备内部的隐藏缺陷 （二）电气检测法（二）电气检测法 脉冲电流法脉冲电流法 测量视在放电量。当发生局部放电时，测量视在放电量。当发生局部放电时，试品两端会出现一个几乎是瞬时的电压变化，在试品两端会出现一个几乎是瞬时的电压变化，在检测回路中引起一高频脉冲电流，将它变成电压检测回路中引起一高频脉冲电流，将它变成电压脉冲后就可以用示波器等测量其波形或幅值，由脉冲后就可以用示波器等测量其波形或幅值，由于其大小与放电量成正比，通过校准就能得出视于其大小与放电量成正比，通过校准就能得出视在放电量。在放电量。(测测PDPD所形成的脉冲电流大小以判断绝所形成的脉冲电流大小以判断绝缘缘PDPD的强弱程度
50、的强弱程度)介质损耗法介质损耗法 利用西林电桥利用西林电桥 测出介质的测出介质的 关系曲线，曲线突然升高处的相对应的电压关系曲线，曲线突然升高处的相对应的电压E0即即为局部放电起始电压为局部放电起始电压 Ui。Utg 三、脉冲电流法的测量原理三、脉冲电流法的测量原理三种回路的基本目的都是使在一定电压作用下的被试品三种回路的基本目的都是使在一定电压作用下的被试品Cx中产生的局中产生的局部放电电流脉冲流经检测阻抗部放电电流脉冲流经检测阻抗Zm，然后把，然后把Zm上的电压或上的电压或Zm及及Zm的的电压差加以放大后送到测量仪器电压差加以放大后送到测量仪器M上去，所测得的脉冲电压峰值与试上去，所测得的
