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绝缘特性试验

/insulation characteristic test/
条目作者唐炬

唐炬

最后更新 2022-12-23
浏览 138
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检验电工设备绝缘性能的技术方法。

英文名称
insulation characteristic test
所属学科
电气工程

电工设备中的绝缘缺陷,有的是先天性的,是在制造过程中由于材料、工艺等原因潜伏下来的;有的是后天性的,是在运行过程中由于电应力、机械应力、大气影响(如光照、潮湿、脏污影响)、温度、化学等因素造成的。及早发现这些缺陷,及时进行维护与检修,才能保证设备安全运行。

绝缘缺陷从范围看大致可分为两类:集中性的或局部性的缺陷,如内部的气隙、局部的开裂、磨损、受潮等;分布性的缺陷或整体绝缘性能的降低,如绝缘材料的整体受潮、劣化变质等。绝缘内部有了这两类缺陷,其特性都会或多或少发生变化,必须用合适的试验方法及测量仪器,把这些变化或差异正确、灵敏地测量出来,从而对绝缘状态做出恰当判断。常用的试验方法有绝缘电阻测量、吸收比测量、泄漏电流的测量、介质损耗角正切值的测量和局部放电测量。

绝缘材料的基本特性是绝缘电阻高。电工设备的额定电压越高,要求绝缘电阻越高。但如果绝缘受潮、表面脏污或劣化变质,绝缘电阻都会剧烈下降;如有贯穿性裂缝或击穿通道,绝缘电阻将降到零。通常用高阻计(摇表)来测量设备的绝缘电阻。高阻计的额定电压有500、1000、2500、5000伏。1000伏以上电工设备用2500伏高阻计,1000伏以下的用1000伏或500伏高阻计。用高阻计测绝缘电阻是最简单的检查方法,也是预防性试验中第一道程序。绝缘电阻值与设备容量和尺寸有关,不能简单规定某一数值。通常将设备的数据与出厂前数据比较,或把同一设备的每相分别测得的数据进行比较,以此判定绝缘电阻是否发生变化。

电工设备绝缘既有电阻性质,又有电容性质,有些设备,如电缆、电容器、变压器、电机等的电容是很大的。在理论分析中,常把绝缘结构看成一个并联的等值电路(图1a)。但许多设备的绝缘都是多层的,每层的值不可能相同。为了便于分析,常用双层介质的等值电路(图1b)来代表。吸收比测量就是检验绝缘体的等效电阻和电容的相对关系有无异常,以判断绝缘状况的优劣。

图1 绝缘结构的等值电路图1 绝缘结构的等值电路

从图1可以看出,刚合K时,电流表指示的主要是电容的充电电流,必须等电容充满电,电流表指示的才是决定于绝缘电阻的泄漏电流。从合闸开始到稳定,电流是随时间衰减的,称作吸收现象,即绝缘电阻是随时间增大,最后到达稳定值。到达稳定时间的长短,决定于时间常数。干燥绝缘的时间常数大,吸收电流衰减慢,绝缘电阻上升慢。受潮绝缘的时间常数小,吸收电流衰减快,绝缘电阻到达稳定的时间短。

通过泄漏电流测量绝缘电阻的方式。将大于、等于10千伏的整流高压电源接到绝缘体上,用微安表测量流经绝缘结构的泄漏电流,以判断绝缘电阻的大小。与高阻计不同的是,此种方法施加电压较高,可以发现一些尚未完全贯通的集中性缺陷。

绝缘材料或结构在交流电压作用下有能量损耗。这种损耗称为介质损耗。它包括电导损耗、极化损耗和气隙中放电引起的损耗。在交流电压作用下,流过介质的电流由两部分组成:电容电流分量;有功电流分量(图2)。

图2 绝缘的等值电路和相量图图2 绝缘的等值电路和相量图

介质损耗角正切值,通常小,也小。介质中的功率损耗为:


利用此式可求得绝缘结构的功率损耗。式中与绝缘厚度有关系,与绝缘面积有关系,所以标志绝缘的体积;代表单位体积中的损耗,它反映材料的性质。当绝缘受潮,绝缘油或浸渍液受潮、污秽,材料劣化变质和绝缘结构中的气隙有放电现象时,就增大。有些损耗与频率有依存关系,如极化;有些损耗与电压有依存关系,如气隙中的放电。如改变测量时的电压幅值,可得到与外施电压的关系(图3)。图中曲线说明绝缘结构中存在气隙放电。放电开始时的外施电压为,从增加的陡度,可反映出老化的程度。虽然从理论上讲,能显示气隙放电,但如气隙放电损耗只占总损耗的极小分量,由代表单位体积损耗的来显示气隙放电是不灵敏的。测量介质损失角正切值的常用仪器是西林电桥。

图3 tgδ-U关系曲线图3 tgδ-U关系曲线

通常以局部放电仪测量引起固体绝缘破坏的局部放电。这种局部放电的存在形式大致包括在电极附近的沿介质表面的放电、层压材料中界面间的放电、固体绝缘中空穴内的放电,以及层绕绝缘中的树枝状放电等。这些局部放电的起因,可能是绝缘材料中存在先天性缺陷,也可能是制造工艺不完善,当电压施加到绝缘结构上时,缺陷部分电场超过临界值。局部放电的初期阶段范围很小,损耗很小。测量绝缘电阻或介质损耗角均难以发现异常。

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