直流泄漏及直流耐压试验

直流泄漏及直流耐压试验测量绝缘体的直流泄漏与测量绝缘电阻的原理基本相同，所不同之处在于：直流泄漏试验的电压一般比兆欧表电压高，并可任意调节，兆欧表则不然，因而它比兆欧表发现缺陷的有效性高，能灵敏地反映瓷质绝缘的裂纹、夹层绝缘的内部受潮及局部松散断裂、绝缘油劣化、绝缘的沿面炭化等。直流耐压试验与泄漏电流的测量虽然方法一致，但其作用不同，前者是考验绝缘的耐电强度，其试验电压较高；后者是用于检查绝缘状况，试验电压相对较低。因此直流耐压对于发现某些局部缺陷更有特殊的意义。直流耐压试验与交流耐压试验相比较主要有以下一些特点:1、试验设备轻小直流耐压试验设备比较轻便，便于在现场进行预防性试验。2、能同时进行泄漏电流的测量直流耐压试验可以逐步在升压的同时，测量泄漏电流，更有效的反映绝缘内部的集中性缺陷。如下图所示：发电机绝缘在做直流耐压试验过程中泄漏电流变化的一些典型曲线；对于良好的绝缘，泄漏电流随电压而直线上升，而且电流值较小，如曲线1所示；如果绝缘受潮，那么电流值加大，如曲线2所示；曲线3表示绝缘有集中性缺陷存在。当泄漏电流超过一定标准时，应尽可能找出原因加以消除。如果0.5倍Ut附近泄漏电流已经迅速上升，如曲线4所示，那么这台发电机在运行时（不计及过电压）就有击穿的危险。3、对绝缘损伤较小直流高压对被试品绝缘的损伤较小，当直流作用电压较高以至于在气隙中发生局部放电后，放电产生的电荷所感应的反电场将使气隙里的场强减弱，从而抑制了气隙内的局部放电过程。如果是交流耐压试验，由于电压不断改变方向因而如气隙发生放电后，每个半波里都要发生局部放电，这种放电往往会促使有机绝缘材料的分解、老化变质，降低其绝缘性能，使局部缺陷逐渐扩大。因此直流耐压试验在一定程度上还带有非破坏性试验的性质。与交流耐压试验相比，直流耐压试验的缺点是：由于交、直流下绝缘内部的电压分布不同，直流耐压试验对绝缘的考验不如交流下接近实际。直流耐压试验电压值的选择也是一个重要的问题，它是参考绝缘的工频交流耐压试验电压和交、直流下击穿强度之比，并主要根据运行经验来制定的。试验方法一、半波整流试验接线试验回路一般是由自耦调压器、试验变压器、高压二极管和测量表计组成半波整流试验接线，根据微安表在试验回路中所处的位置不同，可分为两种基本接线方式，现分述如下（一）、微安表接在高压侧微安表接在高压侧的试验原理接线如左图所示由上图可见，试验变压器TT的高压端接到高压二极管V的负极，由于空气中负极性电压下击穿场强较高，为防止绝缘闪络，因此直流试验常用负极性输出。由于二极管的单向导电性，在其正极就有负极性的直流高压输出。选择硅堆的反峰电压时应有20%的裕度；如用多个硅堆串联时，应并联均压电阻，电阻值可选约1000MΩ。为减小直流电压的脉动，在被试品CX上并联滤波电容器C，电容值一般不小于0.1μF。对于电容量较大的被试品，如发电机、电缆可以不加稳压电容。半波整流时试验回路产生的直流电压为当回路不接负载时，直流输出电压即为变压器二次输出电压的峰值。因此，现场试验选择试验变压器的电压时，应考虑到负载压降，并给高压试验变压器输出电压留一定裕度。这种接线的特点是微安表处在高压端，不受高压对地杂散电流的影响，测量的泄漏电流较准确。但微安表及从微安表至被试品的引线应加屏蔽。由于微安表处于高压侧，故给读数及切换量程带来不便。直流微安表高压直流发生器操作箱直流高压发生器屏蔽试验导线（二）、微安表接在低压侧微安表接在低压侧的接线图如下所示这种接线微安表处于低电位，具有读数安全、切换量程方便等优点。当被试品的接地端能与地分开时宜采用图a的接线，若不能拆开，则采用图b的接线，由于这种接线的高压引线对地的杂散电流将流经微安表，从而使测量结果偏大，其误差随周围环境、气侯和试验变压器状况而异。二、直流高压电源的获得（一）倍压整流直流电源前述的简单整流电路中，最大直流输出只能接近试验变压器的峰值电压Umax，欲获得更高的直流电压，常用倍压整流来实现，其原理如下图：（二）、多级串接直流电源当需要较高的直流电压，而倍压线路又不能满足要求时，可用多级串接线路，如右图所示：（三）、中频串接直流发生器由于串接整流接线太多，因而现场一般采用成套的中频电源直流发生器。成套直流发生器采用脉冲宽度调制（PWM）方式调节直流高压，这是目前较新的直流电压调节方式。它有下列优点：1、节能；2、电压调节线性好，调节方便、稳定；3、输出直流电压纹波非常小。由于采用了高频开关脉冲宽度调节，可选用较小数值的电感、电容进行滤波，滤波回路时间常数减小，这有利于自动调节回路的品质和输出波形的改善以及减小体积，成套直流高压发生器能直接显示直流高压的电压值及泄漏电流值，常由多节构成60—600KV等多种电压等级，适合于现场进行各种高压设备的直流试验。其工作原理如下：三、直流电压和泄漏电流的测量（一）直流电压的波形和脉动电压的测量采用半波整流加稳压电容器的接线时，被试品上的电压波形如图所示如果被试品及承受直流高压的各部分都不产生泄漏，则被试品将被充电到电源电压峰值。事实上泄漏电流总是存在的，因此存在着充放电的过程在t这段时间内，电容C经负载电阻R放电，使电容器C上的电压达不到试验变压器电压的峰值，也不能保持恒定而只能达到充电与放电相平衡的稳定状态，此时的直流电压在平均值Uav上下波动。为了表示直流电压波动的大小，引入电压脉动系数Kδ，即泄漏电流通常是很小的，所以放电时间常数RC很大，远大于电源电压的周期T。对于倍压线路，输出电压的脉动系数可近似的由下式算出：由上式可知，负载电阻越小，输出的电压的脉动系数越大，而增大电容C或提高电源频率，可以使脉动减小。一般要求直流电压的脉动率不大于2%，也有要求更高的。（二）直流高压的测量测量直流高压必须使用不低于1.5级的表计和2.5级的分压器。1、用高电阻串联微安表测量如图用高电阻串联测量微安表直流高压的示意图，这种测量方法能测量数千伏至数万伏的电压。这种测量电压的方法是将微安表的电流刻度直接换算成相应的电压刻度；或事先校验直流电压与微安表的关系曲线，使用时根据微安表的数值在这条曲线上查出相应的电压值。2、用电阻器与低压电压表测量如图电阻分压器与低电压表组成的测量系统的原理接线图。图上的电压表可以是低压静电电压表，也可以是数字式电压表。由低压电压表的指示值U2得到被测电压。3、用高压静电电压表测量采用适当量程的高压静电电压表，直接测量输出电压的有效值，对于脉动系数不大于2%的直流电压，可认为有效值U近似地等于平均值Uav-。4、在试验变压器低压侧测量当试验电源为正弦波时，可根据试验变压器的变比将低压侧电压的有效值折算到高压侧的有效值，然后将其有效值乘以√2，即为被测的直流高压值。这种计算方法只有当被试品的泄漏电流很小，在保护电阻上产生的可以忽略不计时，才可以认为被试品上所加的电压UX就是试验变压器高压侧输出电压的峰值Umax，即UX=Umax=√2KUK-----试验变压器的变比（三）泄漏电流的测量用直流微安表测量被试品的泄漏电流时，要使测量安全可靠，除需要对微安表进行保护外，还应消除杂散电流的影响。1、如前所述，严格说来试验电压总是脉动的，脉动成分加在被试品上，就有交流分量通过微安表，因而使微安表指针摆动，难于读数，甚至使微安表过热烧坏，试验过程中被试品放电或击穿都有不能容许的脉动电流流经微安表，因此需对微安表加以保护。常用的保护电路如图所示2、消除杂散电流对测量的影响在试验中除被试品的体积泄漏电流之外，还有其他电流流过微安表而造成测量误差，这些电流统称为杂散电流。消除杂散电流是提高试验准确度的关键。根据被试品的情况，应尽量选择能反映被试品本身泄漏电流的试验接线最好采用如图所示的接线，这种接线由于对处于高压的微安表及引线加了屏蔽，基本上能消除杂散电流的影响。四、注意事项1、高压回路限流电阻的选择原则。应将短路电流限制在二极管短时容许电流的范围内，又不致造成过大的压降，并能保证过流继电器可靠动作，当被试品击穿时，过流继电器应有0.02S内切断电源。一般可按每100KV选0.5—1MΩ电阻。2、二极管工作电压的选择。在上述半波整流线路中，最高试验电压不得超过其额定值的一半。3、微安表接于高压侧时，绝缘支柱应牢固可靠、防止摇摆倾倒。4、试验设备的布置要紧凑、连线要短，宜用屏蔽导线，既安全又便于操作；对地要有足够的距离，接地线应牢固可靠。5、应将被试品表面擦拭干净，并加屏蔽，以消除被试品表面脏污带来的测量误差。6、能分相度的被试品应分相试验，非被试相应短路接地。7、试验电容量小的被试品应加稳压电容。8、试验结束后，应对被试品进行充分放电。对电力电缆、电容器、发电机、变压器等大电容被试品，必须先经适当的放电电阻对试品进行放电，如果直接对地放电可能产生频率极高的振荡过电压，对试品的绝缘有危害。放电电阻视试验电压高低和试品的电容量而定，必须有足够的电阻值和热容量。电阻值大致上可选用每千伏200---500Ω。葛洲坝安装公司试验人员对艾比湖电站主变压器低压线圈进行直流耐压及泄漏电流的测定。影响试验的因素和试验结果的分析1、高压连接导线对地泄漏电流的影响由于与被试品连接的导线通常暴露在空气中，被试品的加压端也暴露在外，所以周围空气有可能发生游离，产生对地泄漏电流，尤其在海拔高、空气稀薄的地方更容易发生游离，这种对地泄漏电流将影响测量的准确度。用增加导线直径、减少尖端或加防晕罩、缩短导线、增加对地距离等措施，可减少对测量结果的影响2、空气湿度对表面泄漏电流的影响当空气湿度大时，表面泄漏电流远大于体积泄漏电流，被试品表面脏污易于吸潮，使表面泄漏电流增加，所以必须擦净表面，并应用屏蔽电极。3、温度的影响温度对高压直流试验结果是极为显著的，因此对所测得的电流值的电流值均需换算至相同港湾，才能进行分析比较。最好在被试品温度为30---80℃时做试验，因为在这样的温度范围内泄漏电流变化较明显，而低温时变化较小，如电机刚停运后，在热状态下试验，还可在冷却过程中对几种不同温度下测量的数值进行比较。4、残余电荷的影响被试品绝缘中的残余电荷是否放尽，直接影响泄漏电流的数值，因此，试验对被试品必须进行充分放电5、测量结果的判断将测量的泄漏电流值与历次试验进行比较，以及同一设备的相间比较、同类设备的相互间比较。对于重要设备，可作出电流随时间变化的关系曲线I=f（t）和电流随电压变化的关系曲线I=f（u）进行分析。现行“标准”中对泄漏电流有规定的设备，应按是否符合规定值来判断。对“标准”中无明确的设备，可以进行同一设备各相互相比较、与历年试验结果比较、同型号的设备互相比较，视其变化来分析判断。