电气设备绝缘预防性试验

绝缘缺陷类型 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
常见试验项目：测量绝缘电阻，吸收比，泄漏电流，介质损耗角 正切，局部放电，电压分布等。
TE571（测量局部放电）
绝缘电阻测试仪
主要电气设备的绝缘预防性试验项目
序 电气设备 试 验 项 目 号 测 量 测量绝 测 量 直 流 耐 测 量 测 量 油的介 油 中 油 中 油 的 测 量 交 流
本篇主要阐述电气设备绝缘试验的试验设备、试验方法 和测量技术。
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，非破坏性试验检验其 他电气性能。
第四章 电气设备绝缘预防性试验
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，我们通过测量电气
特性的变化来发现隐藏着的缺陷。
U 2
R2 U R1 R2
（4-4）
稳态电流将为电导电流
Ig
U R1 R2
（4-5）
U 20 U 2 ，在这个过程中 U10 U1 ， 由于存在吸收现象， 的层间电压按下式变化
t R1 C2 R1 u1 U e （4-6） R1 R2 C1 C 2 R1 R2
i iR2 iC2
（4-9）
U R2 C 2 R1C1 U i e 2 R1 R2 C1 C 2 ( R1 R2 ) R1 R2
2
t
（4－10）
上式中第一个分量为电导电流 I g ，第二个分量为吸收电流 i a 。
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，I g 大大增加，而 i a 迅速衰减。
第二篇 电气设备绝缘试验
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，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来检验和 掌握绝缘的状态和性能。
感器 5 电流互感器
√ √ √
√ √
√ √ √ √
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√ √ √ √ √
√ √ √ √ √
√ √ √
6 油断路器
绝缘子 8 电力电缆
√
7 悬式和支柱式 √ √ √ √ √
第一节 绝缘的老化
什么叫绝缘的老化 绝缘老化的原因有哪些 电介质的热老化 电介质的电老化 其他影响因素
各种绝缘材料耐局部放电的性能有很大差别：
云母、玻璃纤维等无机材料有很好的耐局部放电能力
旋转电机采用云母、树脂作为绝缘材料。 有机高分子聚合物等绝缘材料的耐局部放电的性能比较差。
绝缘油的老化原因：
油温升高而导致油的裂解，产生出一系列微量气体；
油中的局部放电还可能产生聚合蜡状物，影响散热，加 速固体介质的热老化。
热老化规则： 8℃规则：对A级绝缘介质，如果它们的工作温度超过规定值 8℃时，寿命约缩短一半。 相应的对B级绝缘和H级绝缘则分别适用10℃和12℃规则。
介质的老化过程 固体介质的热老化过程 受热→带电粒子热运动加剧→载流子增多→载流子迁 移→电导和极化损耗增大→介质损耗增大→介质温升 →加速老化 液体介质的热老化过程
讨论因吸收现象而出现的过渡过程 开关S合闸作为时间 t 0 的起点，在 的极短时间内，层间电压按下式分布 t
U 10
C2 U C1 C 2 C1 U C1 C 2
（4-1）
U 20
（4-2）
达到稳态时（
t
U 1
），层间电压按电阻分配 （4-3）
R1 U R1 R2
第三节
介质损耗角正切的测量
介质的功率损耗 P 与介质损耗角正切 tg 成正比,所以后者 是绝缘品质的重要指标，测量tg 值是判断电气设备绝缘状态地 一项灵敏有效的方法。 tg 能反映绝缘的整体性缺陷（如全面老化）和小电容试品 中的严重局部性缺陷。 测量 tg 能不能灵敏地反映大容量发电机、变压器和电力电 缆绝缘中的局部性缺陷，应尽可能将这些设备分解成几个部分， 然后分别测量它们的 tg 。
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 Cx和Rx;R3为可调的 无感电阻；CN为高 压标准电容器的电 容；C4 为可调电容； R4为定值无感电阻； P为交流检流计。
在交流电压 U 的作用下，调节 R3和 C 4 ，使电桥达到平 衡，即通过检流计P的电流为零，因而
U U CA CB
所以应将 R 值和 K 值结合起来考虑，方能作出比较准确 1 的判断。
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，用极化指数再进行判断。
极化指数
R10 min （4－13） K2 R1 min
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。可见仅凭上述试验结果判断绝缘状态是不够的。 测量绝缘电阻最常用的仪表为手摇式兆欧表
可得
U U AD BD
U CA U AD

U CB U BD
（4-15）
由式（4-15）可写出
Z1 Z2 Z3 Z4
式中
（4-16）
Z1
1 1 jC x Rx
Z 3 R3
（4-17）
Z4 1 1 jC 4 R4
1 Z2 jC N
可求得试品电容 C x 和等值电阻 Rx
油温升高→氧化加速→油裂解→分解出多种能溶于油 的微量气体→绝缘破坏
二、电介质的电老化
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。 介质电老化的主要原因是什么？
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： 破坏高分子的结构，造成裂解； 转化为热能，不易散出，引起热裂解，气隙膨胀； 在局部放电区，产生高能辐射线，引起材料分解； 气隙中如含有氧和氮，放电可产生臭氧和硝酸，是强烈的氧 化剂和腐蚀剂，能使材料发生化学破坏。
R60 I 15 K1 R15 I 60
（4－12）
R60 已经接近于稳态绝缘电阻值 R ， 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，所以 排除了绝缘结构和体积尺寸的影响。 一般以 K1 1.3 作为设备绝缘状态良好的标准亦不尽合适， 有些变压器的 K 1虽大于1.3，但 R 值却很低；有些 K1 1.3 ， 但 R 值却很高。
小
结
绝缘电阻是一切电介质和绝缘结构的绝缘状态最基本的 综合特性参数。 电气设备中大多采用组合绝缘和层式结构，故在直流电 压下均有明显的吸收现象，测量吸收比可检验绝缘是否严 重受潮或存在局部缺陷。 测量泄漏电流从原理上来说，与测量绝缘电阻是相似的， 但它所加的直流电压要高得多，能发现用兆欧表所不能显 示的某些缺陷，具有自己的某些特点。
R4 C N Cx 2 2 R3 (1 2 C 4 R4 )
2 2 R3 (1 2 C4 R4 ) Rx 2 2 C4 R4 CN
（4-18)
（4-19）
介质并联等值电路的介质损耗角正切
1 tg C 4 R4 C x Rx
（4-20）
10000 ， 因为 2f 100 ，如取 R4
t R2 C1 R2 u2 U e （4-7） R1 R2 C1 C 2 R1 R2
R1 R2 C1 C2 R1 R2
（4-8）
流过双层介质的电流为 i
i iR1 iC1
如选用第一个方程式，则
三、其他影响因素 机械应力：对绝缘老化的速度有很大的影响，产生裂缝， 导致局部放电； 环境条件：紫外线，日晒雨淋，湿热等也对绝缘的老化
有明显的影响。
小
结
电气设备的使用寿命一般取决其绝缘的寿命，后者与 老化过程密切相关。
通过绝缘试验判别其老化程度是十分重要的。 绝缘老化的原因主要有热、电和机械力的作用 ，此外还有 水分、氧化、各种射线、微生物等因素的作用。 各种原因同时存在、彼此影响、相互加强，加速老化过程。
受潮时，绝缘电阻显著降低，I g 显著增大，i a 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。但有局限性。
对于某些大型被试品，用测“吸收比”的方法来替代测 量绝缘电阻。 原理：令 t 15 s 和 t 60 s 瞬间的两个电流值的 I15 和 I 60 比值。
第二节 绝缘电阻、吸收比、泄漏电流的测量
绝缘电阻 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显得吸收现象， 使外电路中有一个随时间而衰减的吸收电流。 吸收比 检验绝缘是否严重受潮或存在局部缺陷。
泄漏电流 所加直流电压高得多。
一、双层介质的吸收现象
为了分析方便，改用电阻R1和R2代替上图中的电导 G1和G2。（R1＝1/G1, R2=1/G2)
绝 缘 缘电阻 泄 漏 压 试 验 介 质 局 部 质损耗 含 水 溶 解 电 气 电 压 耐 压 电阻 和吸 电流 并 测 泄 损 耗 放电 角正切 量 分 气 体 强度 分布 试验 漏电流 角 正 析 分析 切 收比
1 同步发电机和
调相机 2 交流电动机
√ √ √ √
√ √
√
√
√ √
3 油浸变压器 4 电磁式电压互 √
二、绝缘电阻和吸收比的测量
绝缘电阻的表达式
R(t )
C1 C2 C1 C2