31电气设备绝缘预防性试验_51

3电气设备绝缘预防性试验电介质的极化、电导与损耗及其等效电路预防性试验的常规项目绝缘电阻直流泄漏电流介质损耗因数局部放电绝缘油中溶解气体分析高压耐压试验电气设备绝缘预防性试验意义是保证电气设备安全运行的重要措施和制度目的掌握电气设备的绝缘状况，及早发现其缺陷，以进行相应的维护与检修作用对防止设备在工作电压或过电压作用下击穿造成的停电及严重损坏设备的事故，起着预防作用如何掌握绝缘状况？绝缘缺陷的产生检测反映绝缘状况的相关参数！•电气设备绝缘缺陷的产生•制造时潜伏下来的•运行中逐步发展起来的•绝缘缺陷的分类•集中性缺陷•瓷质开裂；发电机绝缘局部磨损、挤压破裂；电缆在局部放电作用下绝缘逐渐损坏•分布性缺陷•整体绝缘性能下降，如绝缘中的有机材料的受潮、老化、变质等•预防性试验方法分类•破坏性试验(耐压试验)：严格，但产生损伤•非破坏性试验：电压较低，不会损伤绝缘：容易实现•破坏性试验和非破坏性试验各有其持点3.1电介质的极化、电导与损耗•电气特性•极化•电导•损耗•电介质等效电路3.1.1电介质的极化•极化现象：造成电容量增加！•极化的原因–在外加电场的作用下，介质中原来彼此中和的正、负电荷产生了位移，形成电矩，使介质表面出现了束缚电荷，极板上电荷增多，并造成电容量增大•极化的影响因素–形态（气液固）、温度、电场频率等•极化的基本形式–电子式、离子式、偶极子转向、夹层介质界面、空间电荷极化等dAC00dAC100CCr1）电子式极化•电子轨道受到外电场的作用时，相对于原子核产生位移，原子中正、负电荷的作用中心不再重合•极化强度与正、负电荷作用中心间的距离成正比，且随外电场的增强而增大•特点•极化所需的时间极短，约10-15s•具有弹性，当外电场去掉后，依靠正、负电荷间的吸引力，作用中心又马上重合，整体呈现非极性，没有损耗•温度的影响不大，温度升高时，εr略为下降E绝缘-+E绝缘CQUdxEU常数，同时还要满足.2）离子式极化•发生在离子式结构，如云母、陶瓷材料等，正、负离子的作用中心发生偏移•特点•所需的时间也很短，约10-13s•弹性极化，几乎没有损耗•温度对极化存在一定影响，εr一般具有正的温度系数离子式极化示意图E0||E3）偶极子转向极化•存在于极性电介质中（具有永久性偶极矩）•无外电场时，分子无序排列，不呈现极性；在电场作用下，顺电场方向定向排列，示出极性•特点•极化所需的时间也较长，约10-10～10-2s（频率有影响-）•非弹性，消耗能量•温度对极性介质的εr有很大的影响•低-•适当范围+•高-偶极子转向极化示意图E0||E4）夹层介质界面极化•夹层电介质（不均匀电介质）中•各层中的电位分布最初和最终不同，造成交界面上的电荷的移动和积累•特点•过程特别缓慢，一般在10-1s以上，甚至数小时•伴有介质损耗5）空间电荷极化•介质内的正、负自由离子改变分布状况，在电极附近形成空间电荷•特点•缓慢进行•消耗能量名称产生极化的地方、特征到达平衡的时间发生极化的原因电子式极化离子式极化偶极子极化夹层介质界面极化空间电荷极化任何物质的原子中离子组成的物质极性分子组成的物质多层介质的交界面电极附近10-15（s）10-13（s）10-10~10-1（s）10-1s~数小时束缚电荷的位移自由电子的移动电介质极化的本质：在外加电场作用下，极化介质内部形成反电场，通过向电极补充电荷以抵消反电场的作用，从而增加了电容量，并可能消耗能量！材料类别名称相对介电常数，εr(工频，20℃)气体介质（1.0132×105Pa）空气1.00058液体介质弱极性变压器油硅有机液体2.2～2.52.2～2.8极性蓖麻油氯化联苯4.54.6～5.2强极性丙酮酒精水223381固体介质中性或弱极性石蜡聚苯乙烯聚四氟乙烯松香2.0～2.52.5～2.62.0～2.22.5～2.6极性纤维素胶木聚氯乙烯6.54.53.0～3.5离子性云母电瓷5～75.5～6.5工程意义：1)选择电容器绝缘材料2）减小电缆充电电流3）改善电场分布4）判断绝缘状态3.1.2电介质的电导•离子电导•工程上电介质总含有一些杂质离子•在电场或外界因素影响下，离解成正负离子•电子电导•电介质中的自由电子是电离产生的•出现电子电导电流时，表明电介质已被击穿•电介质的电导一般是指离子性电导3.1.2.1电介质的电导率、电阻率•电导性能常用电导率γ或电阻率ρ表示•固体电介质的电阻率•体积电阻率：单位长度的正方体的电介质中，所测得的其两相对面上的电阻•表面电阻率：单位长度的正方形表面积上，相对两边之间测得的电阻dSRvvdlRss体积电阻测量图µAdIsISIV?表面电阻测量图µAld3.1.2.2液体电介质的电导•离子电导•电介质分子或杂质分子离解而成的离子•电泳电导•较大的胶体吸附电荷后，变成带电质点•中性和弱极性的液体电介质电导率小•极性和强极性液体电介质电导率大，故不宜作为绝缘材料（水）•电导率γ与温度间具有指数关系•测绝缘电阻时，必须注意温度kTAe/3.1.2.3固体介质的电导•离子电导•杂质离子起主要作用•电子电导•电导与外施场强E关系密切•表面电导•主要决定于表面吸附导电杂质的能力及其分布状态•亲水性电介质：云母，玻璃，纤维材料•憎水性电介质：石蜡，聚苯乙烯•预防性试验时要注意绝缘表面的影响！更高时较高时较低时EEE21EBeeEBioioeJeJEJ固体介质电导电流密度与外加场强的关系3.1.3电介质的能量损耗•介质损耗•电导损耗•有损极化crIIIW=P+jQ=U(Ir+jIC)=UIr+jUIC介质损失角的正切tgδ：衡量介质的损耗特性•气体介质的损耗•无碰撞电离时，损耗由电导引起，损耗极小•发生放电时，损耗剧增（如电线上的电晕损耗）•液体介质的损耗•中性或弱极性介质：损耗主要起因于电导，较小•极性：电导和极化损耗•损耗与温度的关系比较复杂•固体介质的损耗•四类：分子式、离子式、不均匀结构和强极性•损耗情况比较复杂•损耗与温度密切相关（与电导相似）液体介质损耗与温度的关系1：f12:f2干纸的损耗与温度的关系其中：1－1kHz2－10kHz3－100kHz3.1.4电介质的一般等值电路C0反映电子式和离子式无损极化（含真空中对应的电容）C，、r支路反映有损极化R反映电导损耗等值电路是一般性的，重在描述电介质的极化、电导、损耗三种电气特性不同的绝缘结构，参数之间的关系变化很大（瓷、油纸）绝缘C0C/rRCxRxIRxICx（a）（b）（c）电介质等值电路的说明等值电路是一般性的，重在描述电介质的极化、电导、损耗三种电气特性不同的绝缘结构，参数之间的关系变化很大瓷绝缘子主要表现为电阻特性油纸绝缘往往表现出电容特性绝缘预防性试验的诸多项目就是测量等值电路所对应的参数瓷绝缘子的绝缘电阻电容式套管的电容量3.2绝缘电阻的测量测量绝缘电阻是检查电气设备绝缘状态最简便的辅助方法在现场，普遍采用兆欧表测量绝缘电阻何谓绝缘电阻？＝等效电路中的电阻？3.2.1多层介质的吸收现象双层介质的等值电路吸收曲线当在绝缘上施加直流电压时，流经绝缘的电流会随着时间逐渐下降，最终达到一个稳定值，这就是不均匀介质的吸收现象本质：夹层介质的界面极化这些电荷被介质吸收了！3.2.2绝缘电阻和吸收比测量绝缘电阻在设备绝缘上施加确定的直流电压，经过一定时间（通常为60秒）后呈现的电阻值吸收比K=R60“／R15”当绝缘良好时，K常高于某一定值（1.3）绝缘普遍受潮时，K接近1极化指数（10min/1min）兆欧表测量手摇式兆欧表的工作原理绝缘电阻的测量接线仪器：兆欧表兆欧表一般有三个接线端子被试品接在端子“E”和“L”之间保护端子“G”（与L相连）有时称为屏蔽端子输出电压为负极性直流（why?）有500V、1000V、2500V、5000V等多个等级What’sthis?3.2.3测量结果的影响因素被试设备绝缘上可能存留残余电荷造成吸收现象不明显试验前应对设备充分放电固体绝缘表面状况绝缘电阻随温度呈指数规律下降测量时必须记录设备温度实例：同步电机干燥前后绝缘电阻的变化干燥前（受潮），15ºC干燥完毕，73.5ºC运行3天，冷却后27ºC本图说明：吸收现象（温度不变）绝缘电阻与温度的关系3.3直流泄漏电流的测量绝缘电阻和吸收比测量简单易行，有时很有效：整体受潮等试验电压相对较低，灵敏度和准确性较低5000/（110×1000）提高试验电压》》直流泄漏电流试验直接测量泄漏电流因试验电压提高，试验灵敏度和准确性较高试验设备要求提高两者试验原理相同直流泄漏电流试验原理接线直流泄漏电流试验和直流耐压试验常利用同一套直流高压发生装置同时进行Time?1min直流高压的产生方式与要求产生利用交流高压经高压硅堆半波整流采用（多级）串级倍压整流电路（实验讲义）要求直流试验电压的脉动系数应不大于3％脉动系数＝[（最高值－最低值）/2倍平均值]×100%测量泄漏电流的影响因素与绝缘电阻测量相同的影响因素残余电荷绝缘表面状况设备温度其它因素外加直流电压的稳定性测量微安表的保护和接入位置高压引线引起的杂散电流带来的测量误差3.4介质损失角正切值tgδ的测量