03第三章电气设备绝缘预防性试验.ppt

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1、第三章 电气设备绝缘预防性试验,第三章 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。如何掌握绝缘状况？,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；分布性缺陷。预防性试验方法分类：破坏性试验(耐压试验)；非破坏性试验。,第一节 电介质的极化、电导与损耗,放置固体介质时,电容量将增大为:,对于平行平板电

2、容器，极间为真空时：,平板电容器中的电荷和电场分布(a)真空(b)充以介质,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。,相对介电常数：,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

3、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，r略为下降。,绝缘,-,+,绝缘,2、离子式极化,发生在离子式结构，如云母、陶瓷材料。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，r一般具有正的温度系数。,离子式极化示意图,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10-1010-2s；非弹性，消耗能量。温度对极性介质的r

4、有很大的影响。低-、适当范围+、高-,4、夹层介质界面极化,存在于夹层电介质（不均匀电介质）中。,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。,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！,工程意义：1）选择绝缘材料2）多层介质合理配合3）判断绝缘状态,二、电介质的电导,离子电导：以离子为载流子。在电场或外界因素影响下，离解成正负离子。电子电导：以自由电子为载流子。出现电子电导电流

5、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。,1、电介质的电导率、电阻率,电导性能常用电导率或电阻率表示。固体电介质的电阻率（1）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。,（2）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。,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）。电导率与温度间具有指数关系：,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

6、切。,固体介质电导电流密度与外加场强的关系,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！,水滴在两类介质上的分布状态(a)亲水介质(b)疏水介质,三、电介质的能量损耗,介质损耗：电导损耗、有损极化,W=P+jQ=U(Ir+jIC)=UIr+j UIC,介质损失角的正切tg：衡量介质的损耗特性,液体介质损耗与温度的关系,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

7、和极化损耗。损耗与温度的关系比较复杂。,固体介质的损耗 分子式离子式不均匀结构强极性损耗情况比较复杂 损耗与温度密切相关,干纸的损耗与温度的关系11kHz210kHz3100kHz,四、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,第二节 绝缘电阻的测量,一、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！,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

8、）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）,二、绝缘电阻和吸收比测量,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,三、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

9、电阻的变化,第三节 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/（1101000）直流泄漏电流试验-提高试验电压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,发电机的泄漏电流变化曲线,曲线1：绝缘良好的发电机；曲线2：绝缘受潮；曲线3：绝缘中已有集中性缺陷；曲线4：有危险的集中性缺陷。,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

10、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）/2100%,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,第四节 介质损失角正切值tg的测量,当电气设备绝缘整体性能下降，如普遍受潮、脏污或老化，以及绝缘中有间隙发生局部放电时，流过绝缘的有功电流分量IRx将增大，tg也增大。通过测量tg值可以发现绝缘的分布性缺陷。,若缺陷部分在整个绝缘中的体积较大，则测量tg 容易发现绝缘的缺陷。如果绝缘缺陷是集中性的（非贯穿性的），或缺陷部分在整个绝缘中占很小的体积

11、，则该方法不很有效。套管、电力变压器、互感器和某些电容器。电机、电缆。,一、西林电桥的测量原理,当电桥平衡时，检流计中无电流流过，各臂阻抗满足关系式：,当电桥平衡时，C4的微法数就等于被试品的tg值。在电桥的分度盘上，C4的数值直接以tg的百分数（）来表示。测量被试品的电容Cx对于判断某些绝缘状况也是有价值的。,问题：电容量大了意味着什么故障？电容量小了意味着什么故障？,二、外界电磁场对电桥的干扰,1）外界电场的干扰 试验用高压电源和试验现场高压带电体(例如变电所内仍在运行的高压母线等)所引起的电场干扰。2）外界磁场的干扰电桥处于交变磁场中,消除干扰的办法将电桥的低压部分全部屏蔽起来，引线也采

12、用屏蔽电缆线采用抗干扰源、移相法、倒相法、改变接线（正、反接法）,西林电桥反接线原理图,西林电桥接线原理图,三、影响tg测量结果的因素,被试电气设备的温度；试验电压的大小；被试电气设备绝缘的电容（试品电容）；被试电气设备外绝缘表面的泄漏影响。,tg与试验电压的典型关系曲线1良好的绝缘 2绝缘中存在气隙 3受潮绝缘,第五节 局部放电的测量,测定局部放电，能预示绝缘状况，也是估计绝缘电老化速度的重要根据。局部放电伴随发生许多现象：电现象：电脉冲，介质损耗的增大和电磁波；非电现象：光、热、噪音、气体压力变化和化学变化。局部放电检测方法：电：电脉冲、介质损耗，可定量；非电：灵敏度不够，只能定性。,电脉

13、冲法检测的参数视在放电量q放电能量W放电的重复率(放电频度)等,绝缘内部气隙局部放电的等值电路,一、局部放电的检测回路,Cx被试品的电容Ck耦合电容Zm、Zm测量阻抗Z低通滤波器,U电压源M测量仪器 A放大器,CX一端接地,CX两端绝缘,平衡电路,二、局部放电的测量阻抗和测量仪器,Zm和测量的灵敏度、输出波形及脉冲的分辨率都有关系要消除或减弱输出电压的工频成分要使脉冲分量的持续时间足够小，以保证快速连续脉冲的分辨率阻抗值应足够高，由它决定输出电压和电流的波形测量仪器阴极射线示波器指示型电压表脉冲计数器,局部放电测试仪（一）,局部放电测试仪（二）,大型发电机定子绕组绝缘局部放电测量波形,三、用超

14、声波探测器测量局部放电,特点：与电脉冲法相比，抗干扰能力相对较强，可在运行及耐压试验时使用。工作原理：发生局部放电时，会产生超声波，并向四面传递，直到电气设备容器的表面；在设备外壁，放一压电元件；将交变压力波转换为电气量，由此可测量局部放电。,第六节 绝缘油中溶解气体分析（DGA）,绝缘油是电气设备绝缘的重要组成部分：绝缘冷却灭弧绝缘油试验：绝缘油的电气试验；绝缘油中溶解气体分析（DGA）。试验时电气设备可以不必停电！,一、绝缘油的电气试验,电气试验的主要内容油的闪点酸值水分游离碳电气强度介质损失角正切值tg等带电取油样化验分析结论,二、绝缘油中溶解气体分析（DGA）,原理电气设备内部有局部过

15、热或局部放电等缺陷时，就会分解而产生气体，并不断溶解于绝缘油中。不同性质的典型故障，产生的溶解气体的成分及不同成分之间的比例都有所不同。气相色谱分析：通过分析油中所含气体的组成和含量来判断设备内部的潜伏性缺陷。,不同故障类型产生的气体,分析方法：特征气体法三比值法,分析过程,取出运行中电气设备的油样；油样真空脱气；将脱出的气体压缩至常压；用注射器抽取试样后进行分析。分析仪器【气相色谱仪】分析结果表示 每升绝缘油中所含各气体组分的微升数【以ppm（10-6）表示，并换算到标准大气条件下（0.101325MPa，20）】,102G-D气相色谱仪工作流程,载气,载气,第七节 高压耐压试验,特点：对设

16、备绝缘的考核最为严格，有破坏性。在非破坏性试验合格后进行。耐压试验类型：交流耐压直流耐压冲击耐压试验,一、交流耐压试验,工频交流耐压试验最为常用。程序：对被试设备施加超过其额定工作电压若干倍数的交流高压，并持续一定时间（一般为1分钟），期间观察设备绝缘是否出现异常现象或发生闪络、击穿。试验电压和试验周期要选择适当！固体有机绝缘会产生累积效应。,工频交流耐压试验的原理接线图,B为试验变压器，TY为低压调压装置，R为限流保护电阻，G为保护球隙。,试验变压器B的特点：单相，输出电压高、容量相对较小，绝缘裕度小，间歇性工作方式。,工频耐压试验对试验设备的要求,输出电压高；目前试验变压器最高输出电压，国内为2250kV，国外为3000kV。输出电压波形畸变要小，调压要平稳、均匀；容量要满足要求。试验变压器的容量PCxU2【U为试验电压，Cx为被试设备电容】,二、直流耐压试验,三、交流耐压和直流耐压试验的比较,对试验设备本身的要求不同交流耐压要求的设备容量比直流耐压试验大。对电气设备绝缘考验的侧重点不同交流下，设备绝缘中的电压按电容分布；直流下，绝缘中的电压按电阻分布。对被试设备绝缘的损伤程度不同交流下局部放电的严重程度比直流下大得多。关系：互为补充。,