第10讲 绝缘的非破坏性试验(一).ppt

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second Level,Third Level,Fourth Level,Fifth Level,*,*,高电压技术,上次课回顾,绝缘子分类（连接方式、材料）,绝缘子的基本要求（,3,点）,三种闪络电压,棒形绝缘子（干闪、淋雨闪络、安装位置影响）,绝缘子串电压分布（杂散电容影响：,C,E,、,C,L,）,2,预备知识,试验分类,设备在设计、生产、运行过程中的各种试验可划分为三大类。,1.,研究性试验,(,设计过程,),2.,产品试验,(,生产,过程,),这是产品在设计制造和生产过程中的试验：,（,1,）型式试验,（,2,）试运行试验,（,3,）出厂试验,3.,预防性试验,(,运行,过程,),3,绝缘监测和诊断,进行绝缘监测和诊断的原因：,电力设备绝缘在运行中受各种因素的作用，其性能将逐渐劣化，以致出现缺陷，造成故障。通过对绝缘的试验和各种特性的测量，,了解并评估绝缘在运行过程中的状态,，能早期发现故障。,按对设备造成的影响程度两类,（,1,）,非破坏性试验,-,绝缘特性试验：,在,较低电压下,或用其它,不会损伤绝缘的方法,来测量绝缘的各种情况，从而,判断绝缘内部的缺陷,。,包含的种类：,绝缘电阻试验、介质损耗角正切试验、局部放电试验、绝缘油的气相色谱分析等,（,2,）破坏性试验,-,耐压试验,：,以,高于设备的正常运行电压,来考核设备的,电压耐受能力和绝缘水平,。耐压试验对绝缘的考验严格，能保证绝缘具有一定的绝缘水平或裕度；缺点在试验时,可能给绝缘造成一定的损伤,不能揭示绝缘缺陷的性质。,包含的种类：,交流耐压试验、直流耐压试验、雷电冲击耐压试验及操作冲击耐压试验,4,4.1,绝缘电阻试验,绝缘的等值电路往往是,电阻电容,的混合电路,。,吸收电流,i,a,：由空间电荷极化造成的,位移电流,5,一、主要参数及技术指标,稳态电压,U,起始电压,U,0,6,电流变化规律,泄漏电流,I,g,吸收电流,i,a,第一部分：,Ig,与试品的,总绝缘电阻R1+R2),成反比,；,第二部分：,i,a,与试品,绝缘均匀程度,成正比,；,R,1,C,1,R,2,C,2,，吸收现象便不明显。,当绝缘,严重受潮或出现导电性缺陷时：,R1,、,R2,或两者之和显著减小,，,Ig,大大增加，而,Ia,迅速衰减,7,绝缘电阻,所测,绝缘电阻,是,随测量时间变化而变化,，当,t,时，测量值为,R,=,R,，特别是,电容量较大时,，测量,到,R,的值要较长时间,。,因此，在实际试验中，规程规定，,只需测量,60,s,时的绝缘电阻值，即,R,60S,的值,，,当电容量特别大时，吸收现象特别明显，如大型发电机，可以采用,10min,时的绝缘电阻值,。,8,吸收比K,：,定义：,加压,60,秒时的绝缘电阻与,15,秒时绝缘电阻的比值,对大电容量试品（也称,极化指数,P,）：,为加压,10,分钟时的绝缘电阻与,1,分钟时绝缘电阻的比值。,9,绝缘状态的判定：,绝缘内部有,集中性导电通道,或绝缘,严重受潮,，则电阻,R,1,、,R,2,会显著降低，泄漏电流大大增加，时间常数,大为减小，,吸收电流迅速衰减,。,绝缘,部分受潮,，只要,R,1,与,R,2,中一个数值降低，,值也会大为减小，,吸收电流仍会迅速衰减,，仍使吸收比,K,（极化指数,P,）的下降。,不同绝缘状态下的绝缘电阻的变化曲线,当,K,1,或接近于,1,设备,基本丧失绝缘能力,。,K,1.3,时可判断绝缘,可能受潮,。,10,二、试验设备与试验方法,采用兆欧表,线路端子,L,、接地端子,E,、屏蔽（或保护）端子,G,L,和,E,之间被试品,，,G,用以,消除绝缘试品表面泄漏电流的影响,绝缘电阻实验原理接线示意图,实物接线图,11,兆欧表工作原理,I,1,流过线圈,1,，产生力矩,M,1,，,I,2,流过,R,x,R,2,，产生力矩,M,2,，,角度,反映力矩差,R,x,：绝缘电阻,表面泄漏电流,从,R,f,流过,不影响经过,Rx,的电流,I,2,原理等效图,12,兆欧工作表电源,兆欧表发电机产生的直流电压有,500,、,1000,、,2500,、,5000,、,10000V,等规格仪表的,读数,与手摇式发电机的,端电压,或,转速绝对值,的,关系不大,，一般只要使得手柄的,转速达到额定转速（通常为,120,r,/,min,）的,80,以上即可,，重要的是必须,保持转速的恒定,。,(Why?.),详细解释见下一页。,注意,：,当试品电容较大时，测量后,须先将兆欧表从测量回路中断开,，然后才能停止转动发电机，以免试品电容电流反充损坏仪器。,13,双动线圈流比计,（一）,兆欧表主要由作为,直流电源,的手摇发电机和作为,测量机构,的,磁电式流比,计(,双动线圈流比计,),组成。测量时,，,实际上是给被测物加上直流电压,，,测量,其通过的,泄漏电流,，,在表的盘面上读到的是,经过换算的,绝缘电阻值,。,磁电式流比汁的工作原理如图,2-3,所示。在同一转轴上装有两个交叉的线圈,，,当两线圈通有电流时,，,两个线圈分别产生互为相反方向的转矩。其大小分别为,M,1,=K,1,f,1,（,）I,1,M,2,=K,2,f,2,（,）I,2,式中,:,K,1,、,K,2,：,比例常数,；,I,1,、,I,2,：,通过两个线圈的电流,；,：,线圈带动指针偏转的偏转角,。,当,M1M2,时,，,线圈转动,，,指针偏转,。当,M,1,=M,2,时,，,线圈停止转动,，,指针停止偏转,，,且两,电流之比,与,偏转角,满足如下的函数关系,，,即,14,双动线圈流比计,（二）,兆欧表的测量原理如图所示。在,接入被测电阻,Rx,后,，,构成了两条,相互并联的支路,，,当摇动手摇发电机时,，,两个支路分别通过电流,I,1,和,I,2,。,可以看出,可见,，,指针的偏转角,仅仅是,被测绝缘电阻,Rx,的函数,，,而与电源电压没有直接关系。,考虑到两,电流之比,与,偏转角,满足的函数关系,，,不难得出,=,f(R,x,),15,兆欧表的使用维护,如果用万用表来测量设备的绝缘电阻，测得的只是在,低压下,的绝缘电阻值,，不能真正反映在,高压条件下工作时,的绝缘性能,。,兆欧表,与,万用表,不同之处：,兆欧表本身带有,电压较高的电源,，一般由手摇直流发电机或晶体管变换器产生，,电压为,500,5000V,。因此，用兆欧表测量绝缘电阻，能得到符合实际工作条件的绝缘电阻值。,测量电容性设备的绝缘电阻时，,测量完毕，应对设备充分放电。,16,绝缘电阻试验的用途,可发现,两极间有,穿透性,的导电通道,受潮,表面污垢（,比较有无屏蔽极时的值,即可）,不可发现,绝缘中的局部缺陷（裂缝、气泡、开裂等）,绝缘的老化（仍保持高阻值）,17,三、泄漏电流的测量,（,1,）试验电压高，能,发现兆欧表所不能发现的,某些缺陷,（,2,）施加的,直流电压逐渐升高,，可,观察泄漏电流的变化,，以判断绝缘状况。,屏蔽：使电晕电流和表面泄漏电流不经过电流表,18,单相变压器绕组间泄漏电流的测量,变压器绕组间泄漏电流的测量,19,屏蔽方法（一）,了解,绝缘隔离：增大绝缘电阻，减少泄漏电流。,屏蔽隔离：将被防护的电路或部件用金属屏蔽围护起来，并给屏蔽以一定的,电位,（包括地电位），用以,阻止或减小,泄漏电流,，或使,泄漏电流,按一不产生误差的通路流动,。,屏蔽,接地,可以,切断,静电场,，形成良好的,静电屏蔽,。,如用金属磁性材料制成屏蔽，还可同时,旁路,低频和恒定磁通,，形成直流,电磁屏蔽,。,屏蔽和绝缘两种方法,交替使用,，还可以在不增加屏蔽总厚度的前提下获得更好的屏蔽效果。,20,屏蔽方法（二）,了解,无定向结构：用,双绞线,、,同轴电缆,做信号往返通路；或采用,两个相同的测量机构,，使电磁感应在其中引起的干扰感应电动势,互相抵消,；或使恒定磁场的影响自行消除。,电磁屏蔽,：,交变电磁场或电磁波,进入金属屏蔽时，将在屏蔽中产生涡流，从而消耗电磁场的能量。入射场的,频率越高,，屏蔽对其所起的,衰减作用也越明显,。,21,泄漏电流大小与设备绝缘状态,1,绝缘,良好,2,绝缘,受潮,3,绝缘中有,集中性缺陷,4,绝缘中有,危险的,集中性缺陷,发电机的典型泄漏电流曲线,22,4.2,介质损耗角正切的测量,与绝缘电阻的测量相比，,介质损耗因数,tg,是表征,绝缘功率损耗大小,的特征参数，与绝缘的体积大小无关。,tg,在反映,集中缺陷时不灵敏,，测,tg,法,适合检测,分布性的,绝缘缺陷,。,可检测的缺陷种类,23,4.2.2,测量原理,一、,西林电桥,1.测量原理,高压臂：,代表,试品的,Z,x,；无损耗的,标准电容,C,N,低压臂：,处在桥箱体内的可调无感电阻,R,3,（,Z3,）；无感电阻,R,4,和可调电容,C,4,的并联（,Z,4,）,电桥平衡：,检流计,G,检零,保护：,放电管,A,、,B,西林电桥的基本回路,24,电桥的平衡条件,实部、虚部分别想相等得：,25,公式,因为,=2,f,=100,，,tg,=,R,4,C,4,=,C,4,10,6,式中,C,4,的单位是,F,若,C,4,以,F,计则可得到,：,tg,=,C,4,26,2.影响西林电桥测量准确度的因素,外界电磁场的干扰,杂散电容：,高压引线与低压臂之间有电场的影响，可以看作其间有,杂散电容,C,s,。,由于,低压臂的电位很低,，,C,x,和,C,N,的电容量很小，杂散电容,C,s,的引入，会产生,测量误差,。,若附近,另有高压源,，其间的杂散电容,C,s,会引入,干扰电流,i,S,，也会造成,测量误差,。,电场干扰：,杂散电容导致的干扰电流,磁场干扰：,电桥接线内感应干扰电势 ，影响平衡,27,二、角差测量法,原理：通过,直接测量,电压和电流的角差,来,测量,tg,方法：同时测量,流过标准电容器电流,（其相角与流过试品的容性电流的相角一致）和,流过试品的电流,（全电流），得到,二者之间的相角差,，从而可以计算,tg,的数值。,通过数字处理实现，有逐步取代平衡法测量的趋势。,28,三、测量,tg,抗干扰措施,采用平衡时可以采用的措施：,（,1,）,屏蔽,（,2,）,采用移相电源,干扰源的,相位一般是无法改变,的，因此，可以通过改变电源的相位，,使得电源的相位和干扰的相位,同相或反相,，来达到,消除或减少,同频率干扰的目的。,（,3,）,倒相法,测量时将,电源正接和倒相各测量一次,，测得两组结果,tg,1,、,Cx,1,和,tg,2,、,Cx,2,然后计算求得,tg,和,Cx,：,29,倒相法,两次测量法（倒相法）：,第一次测得,tg,1,和,C,x1,，,然后倒换试验变压器原边电源线的两头,(试验电压,U,的相位转,180,),，测得第二次的数值,tg,2,和,C,x2,，,可用下式计算得准确的,tg,和,C,x,值：,西林电桥的基本回路,现场的试品：,难以实现屏蔽，故干扰较严重,30,倒相法原理,31,反接法,适用情况,：金属外壳直接放在底座上（绝大多数电气设备）,问题,：桥本体处于高电位，操作困难,对策,：当电桥电压不高时（如,10kV,），可用绝缘材料做操作把手；当电桥电压较高时，操作者与桥本体在法拉第笼内,32,五、影响准确度的因素,1,、温度,一般随温度的升高而增大。故应,换算到同一温度值,（,20,）,2,、电压,试验电压所加电压能,引起气泡电离或局放,时，,tg,增大,。,3,、试品电容量,对,小容量试品,，能,有效发现,局部集中性,缺陷和,整体分布性,缺陷。,对,大容量试品,，则,只能发现,整体分布式,缺陷。,4,、试品,表面泄漏,应进行相应处理。将试品表面擦干净，必要时加以屏蔽,33,4.2.3,可以检测的故障种类,可检测,（,1,）,受潮,（,2,）,穿透性,导电通道,（,3,）,绝缘内,含气泡的游离，绝缘分层、脱壳,（,4,）老化劣化，绕组上附积油泥,（,5,）绝缘油脏污，劣化等,不可检测,（,1,）,非穿透性,的局部损坏,（,2,）,很小部分,绝缘的老化劣化,（,3,）,个别,的绝缘弱点,34,绝缘由两部分并联组成（,并联模型,）,35,绝缘由两部分串联组成（,串联模型,）,36,