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电气设备交接试验项目中如何测绝缘电阻,泄露电流试验与介质损耗测试的方法

发表时间: 2019-06-12 22:34:00

作者: 武汉华顶电力

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绝缘试验

  •  绝缘电阻和吸收比试验

 测量设备的绝缘电阻,是检查其绝缘状态***简便的辅助方法在现场普遍采用兆欧表来测量绝缘电阻,由于选用的兆欧表电压低于被试物的工作电压,因此,此项试验属于非破坏性试验,操作安全、简便。由所测得的绝缘电阻值可发现影响电气设备绝缘的异物,绝缘局部或整体受潮和脏污,绝缘油严重老化,绝缘击穿和严重热老化等缺陷,因此,测量绝缘电阻是电气安装、检修、运行过程中,试验人员都应掌握的基本方法。   

  • 绝缘电阻和吸收比 

   绝缘电阻是指在绝缘体的临界电压下,加于试品上的直流电压与流过试品的泄漏电流(或称电导电流)之比,即                      R= U / Ie  如果施加的直流电压超过绝缘体的临界电压值,就会产生电导电流,绝缘电阻急剧下降,这样,在过高电压作用下绝缘就遇到了损伤,甚至可能击穿。所以一般兆欧表的额定电压不太高,使用时应根据不同电压等级的绝缘选用。

  工程上所用的绝缘介质,并非纯粹的绝缘体,在直流电压的作用下,会产生多种极化,并从极化开始到完成,需要一定的时间,通常利用绝缘的绝缘电阻随时间变化的关系,作为判断绝缘状态的依据。 

   在绝缘体上施加直流电压后,其中便有 3种电流产生,即电导电流、电容电流和吸收电流。这 3种电流的变化能反映出绝缘电阻值的大小,即随着加压时间的增长,这 3 种电流值的总和下降,而绝缘电阻值相应地增大,对于具有夹层绝缘(如变压器、电缆、电机等)的大容量设备,这种吸收现象就更明显。,因为总电流随时间衰减,经过一定时间后,才趋于电导电流的数值,所以,通常要求在加压1min后,读取兆欧表的数值,才能代表真实的绝缘电阻值。             当试品绝缘受潮、脏污或有贯穿性缺陷时,介质内的离子增加,因而加压后电导电流大大增加,绝缘电阻大大降低,绝缘电阻值即可灵敏地反映出这些绝缘缺陷,达到初步了解试品绝缘状态的目的,但由于试品绝缘电阻值不仅决定于试品的受潮程度及表面受污等情况,而且还与其尺寸、材料、制造工艺、容量等许多复杂因素有关,因此,对于绝缘电阻的数值没有统一的具体规定。另外,同一被试物绝缘电阻的数值受外界因素影响很大,如温度、湿度等,因此,单从一次测量结果难于判断绝缘状态,必须在相近条件下对历次测量结果加以比较,才能进行判断。

 2、吸收比      

由于电介质中存在着吸收现象,在实际应用上把加压60s 测量的绝缘电阻值与加压15s测量的绝缘电阻值的比值,称为吸收比,即:                           K=R60/R15             对于吸收比来说,因测出的是两个电阻或两个电流的比值,所以其数值与试品的尺寸、材料、容量等因素无明显关系,且受其他偶然因素的影响也较小,可以较***地反映试品绝缘的受潮情况,在绝缘良好的状态下,其泄漏电流一般很小,相对而言吸收电流却较大(R15较小),吸收比 K值就较大;而当绝缘有缺陷时,电介质的极化加强,吸收电流增大,但泄漏电流的增大却更显著(R60   较小),K 值就减小并趋近于 1 。所以,根据吸收比的大小,特别是把测量结果与以前相同情况下所测得的结果进行比较,就可以判断绝缘的良好程度,但该项试验仅适用于电容量较大的试品,如变压器、电缆、电机等,对其他电容量较小的试品,因吸收现象不显著,则无实用价值。  

  • 试验方法 
  1. 断开试品电源及拆除一切对外连线,将其接地充分放电,放电时间不少于 1min,对于电容量较大的试品(如变压器、电容器、电缆等),放电时间一般不少于 2min。若遇重复试验或加过直流高压后的试品,放电时间则应更长些。进行放电工作应使用绝缘工具(如绝缘棒、绝缘手套、绝缘钳等),不得用手直接接触放电导线。
  2. 用清洁柔软的布擦去试品表面的污垢,必要时要先用汽油或其他适当的去垢剂洗净套管表面的积污。
  3. 将兆欧表水平放置,摇动手柄至额定转速(120min),此时指针应指 “ ∝ ” ;然后再用导线短接 “ 火线 ” (L)与地 “ 地线 ” (E)端钮,并轻轻摇动手柄,指针应指 “ 0 ” 位。
  4. 将试品的非测量部分均接地,然后将接地线接于兆欧表的接地端头 “E” 上;被测量部分用绝缘导线上接于兆欧表的火线端头 “L” 上(  “E” 与 “L” 两引线不得缠绕在一起)。对重要的被试品(如发电机、变压器等),或试品表面泄漏电流较大时,为避免表面泄漏电流的影响,必须加以屏蔽(可用软裸线在绝缘表面缠绕几圈,其部位就靠近被测量部分,但不得相碰),并用绝缘导线接于兆欧表的屏蔽端 “G” 上。   
  5. 驱动兆欧表达额定转速,待指针稳定后,读取绝缘电阻值。 做吸收比试验时,为了正确测量15s 和60s 的绝缘电阻值,应先将兆欧表摇至额定转速后,用绝缘工具将火线立即接至被试品上,同时记录时间,分别读取15s 和60s 的绝缘电阻值。在整个测量过程中,兆欧表转速应尽可能保持恒定。
  6. 测量完毕,仍然要摇动兆欧表,使其保持转速,待引线与被试品分开后,才能停止摇动,以防止由于试品电容积聚的电荷反馈放电而损坏兆欧表。
  7. 试验完毕或重复试验时,必须将被试品对地充分放电,放电时间至少1~5min。  
  8. 试验完毕或重复试验时,必须将被试品对地充分放电,放电时间至少1~5min。  
  • 注意事项
  1. 兆欧表接线端柱引出线不要靠在一起。
  2. 测量时,兆欧表转速应可能保持额定值并维持恒定。 
  3. 测量电容量较大设备(如大容量的发电机、较长的电缆、电容器等)的绝缘电阻时,***初充电电流很大,兆欧表指示数值很小,这并不表示试品绝缘不良,须经过较长的时间才能得到正确的测量结果
  4. 如果所测试品的绝缘电阻过低时,应尽量进行分解试验,以找出绝缘电阻***的部分
  5. 根据不同试品及其电压等级,选择使用不同电压及量程的兆欧表(历次试验应用同一块或同型号的兆欧表)。在测大容量试品时,历次读数时间应相同(一般为1min)。
  6. 阴雨潮湿的气候及环境湿度太大时,不宜进行测量。一般应在干燥的晴天,环境温度不低于 5℃时进行。
  • 影响绝缘电阻的各种因素

  各种电气设备的绝缘电阻值与电压的作用时间、电压的高低、剩余电荷的大小、湿度及温度等因素有关。

 

  1. 湿度对绝缘电阻的影响           

 绝缘物的吸湿量随湿度而变化。当空气相对湿度大时,绝缘物因毛细管作用吸收较多的水分,使电导率增加,绝缘电阻降低。另外,空气相对湿度对绝缘物的表面泄漏电流影响更大,同样影响测得的绝缘电阻值。

  1. 温度对绝缘电阻的影响 

  绝缘物的绝缘电阻是随温度变化而变化的,一般温度每一个上升10℃,绝缘电阻约下降 0.5~0.7倍,其变化程度随绝缘的种类而异。因为温度升高后,介质内部分子和离子的运动被加速,同时绝缘内部的水分在低温时与绝缘物相结合,一遇到温度升高,水分子即向电场两极伸长,所以使其电导率增加,绝缘电阻降低。此外,温度升高时绝缘层中的水分会溶解更多的杂质,也会增加电导率,降低绝缘电阻值。

  为了能将测量结果进行比较,应将有关的试验结果换算至同一温度。  对于 A 级绝缘的变压器、互感器等电气设备,其换算公式为:                                               R2=R110α(t1—t2)         式中    R2——换算至温度为t2时的绝缘电阻,MΩ;                   R1——温度为t1时的绝缘电阻,MΩ;                      α——绝缘物的温度系数,α=1/40。   对于 B 级绝缘的发电机,一般应将测得的绝缘电阻换算至接近运行状态温度75℃时的数值,其换算公式为

  式中 

 R75℃——温度为75℃时的绝缘电阻,MΩ;                       

 Rt——温度为t℃时的绝缘电阻,MΩ;                          

 t——测量时的温度,℃。  

应指出的是,这种换算是近似的,***是在相近的温度下做试验。 

绝缘的吸收比也是随温度变化的,一般当温度升高时,受潮绝缘的吸收比会有不同程度的降低。但对于干燥的绝缘,吸收比受温度变化的影响并不明显。

              

 

                  第三节  泄漏电流试验 

直流泄漏电流试验是测量被试物在不同直流电压作用下的直流泄漏电流值。泄漏电流试验与测量绝缘电阻的原理基本相同,不同之处在于:①泄漏电流试验中所用的直流电源一般均由高压整流设备供给,电压高并可任意调节,并用微安表来指示泄漏电流值;②对不同电压等级的被试物,施以相应的试验电压,可以更有效地检测出绝缘受潮的情况和局部缺陷(能灵敏地反应瓷质绝缘的裂纹、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);③在试验过程中要根据微安表的指示,随时了解绝缘状况。

对于绝缘良好的绝缘物,其泄漏电流与外加直流电压应是线性关系,但大量实验证明,泄漏电流与外施直流电压仅能在一定有电压范围内保持近似的线性关系;当直流电压达到一定程度时,泄漏电流开始不线性地上升,绝缘电阻值随之下降;当直流电压超过一定值后,泄漏电流将急剧上升,绝缘电阻值急剧下降,***导致绝缘破坏,发生击穿。在实际试验中,所加的直流电压应选择在使其伏安特性近似于直线。当绝缘全部或局部有缺陷或者受潮时,泄漏电流将急剧增加,其伏安特性也就不再呈直线了。因此,通过试验可以检出被试物有无绝缘或受潮,特别是在发现绝缘的局部缺陷方面,此项试验更有其特殊意义。  

  泄漏电流试验时的吸收现象与绝缘电阻试验时一样,具有良好绝缘的大电容量试品的吸收现象十分显著,泄漏电流将随着时间的延长而下降。如果在一定电压下没有吸收现象,并且泄漏电流反而随着作用时间的加长而上升,甚至微安表的指示摆动或跳动,则表明异常,应查明原因。

  1. 试验接线及设备仪器              

  通通常用字半波整流获得直流高压。整流设备主要由升压变压器、整流元件和测量仪表组成,其中整流元件可采用高压硅堆,硅堆置于高压侧。根据微安表的位置,主要分为:低压接线法和高压接线法。

   低压接线法——将微安表接在试验变压器高压绕组的尾部接线端。由于微安表处于低压侧,读表比较安全方便,但无法消除绝缘表面的泄漏电流和高压引线的电晕电流所产生的测量误差,因此,现场试验多采用高压法进行。       

   高压接线法——将微安表接在试品前。这种接线法,由于微安表牌高压侧,放在屏蔽架上,并通过屏蔽线与试品的屏蔽环(湿度不大时,可以不设,而空置在试品侧)相连,这样就避免了接线的测量误差。但由于微安表处于高压侧,则会给读数带来不便。

   2、试验步骤  

  1. 接线完成后须由工作负责人检查,检查内容包括试验接线有无错误,各仪表量程是否合适,试验仪器现场仪表布局是否合理,试验人员的位置是否正确。
  2.   将被试品充分放电,指示仪表调零,调压器置零位。
  3. 测量电源电压值并分清电源的火、地线,电源火、地线应与单相调压器的对应端子相接。 
  4. 合上电源刀闸,给升压回路加电,然后用单相调压器逐步升压至预先确定的试验电压值。按被试品要求的停留时间,读取泄漏电流值。
  5. 加压过程中,根据微安表的指示情况应采取的相应措施为:
  6. 指针抖动。可能是微安表有交流分量通过,若影响读出数值,应检查微安表保护回路中的滤波元件是否完好。
  7. 指针周期性摆动。可能是回路中存在反充电使被试品产生周期性放电,应查明原因,予以解决。
  8. 若向大冲击,可能是回路中或试品出现闪络或内部断续放电引起,应查明原因,经处理后再做试验。
  9. 指示值过大。可能是试验设备或仪器的状况和屏蔽不良。在排除或扣除不带试品的泄漏电流值后,才能对试品做出正确的评价。
  10. 指示值过小。可能是试验接线错误或实际所加直流试验电压不足。应改正接线或核实试品上的电压后,确定是否升压。 
  11. 试验完毕,应先将升压回路中的单相调压器退回零位并切断电源。  
  12. 每次试验后,必须将被试品先经电阻对地放电,然后对地直接放电。放电时,应使用绝缘棒,并可根据被试品放电火花的大小,大概了解其绝缘的状况。  
  13. 再次试验前,必须检查接地线是否已从被试品上移开。

   

   3、影响泄漏电流的因素

  1. 高压连接导线对泄漏电流的影响。由于接往被试品的高压连接导线暴露在空气中,当曲率半径较小处的电场强度高于20kV/cm时,沿导线表面的空气将发生游离,对地产生一定的泄漏电流,因此,影响测量结果。增加高压导线直径、减少***及增加对地距离、缩短连接导线长度、采用屏蔽都可以减少这种影响。

 

 

  1. 表面泄漏电流的影响。泄漏电流可分为两种,体积泄漏电流和表面泄漏电流。表面泄漏电流的大小,主要决定于被试品的表面情况,如表面脏污和受潮等,并不反映绝缘内部的状况,不会降低电气强度。在泄漏电流试验中,所要测量的是何种泄漏电流。在恶劣条件下,表面泄漏电流要比体积泄漏电流大很多,将使试验结果产生很大误差,为了获得比较正确的试验结果,必须采用加屏蔽的办法,以消除表面泄漏电流的影响。  
  2. 温度的影响。直流泄漏电流试验同绝缘电阻试验一样温度对试验结果产生的影响极为显著。对于B级绝缘的发电机来说,当温度每增高 10 ℃ ,泄漏电流约增加0.6倍,故对任何温度下的泄漏电流值,应用下式换算至75℃时的泄漏电流 

  式中    

 t——试验时被试物的温度;                

 It——温度为t℃时的泄漏电流值。               

 对于A级绝缘的被试品,可用下式换算: 

  式中   

 α——温度系数,α=0.05~0.06/℃;             

 It1——温度为t1时的泄漏电流;             

 It2—— 换算至温度为t2时的泄漏电流;

***在被试品温度为30~80℃时,进行泄漏电流试验。因为在这样的温度范围内,泄漏电流的变化较为明显。在低温时变化较小,故应在电机运转刚停下后的热状态下进行试验。在低温下,尤其是在零度以下测量泄漏电流,是得不到正确结果的。 

  •  介质损耗的测量

  绝缘中的介质损耗是以介质损失角的正切值tgδ表示的。介质损失角的正切值tgδ是在交流电压下,电介质中的电流有功分量与无功分量的比值,是一个无量纲的数。在一定的电压和频率下,它反映电介质内单位体积中能量损耗的大小,它与电介质的体积尺寸大小无关。实际证明,介质损失角试验是评价高压电气设备绝缘状况的有效方法之一,目前已得到广泛应用。通过介质损失角试验可以发现绝缘受潮、绝缘中含有气体以及浸渍物和油的不均匀或脏污等缺陷。

  因为介质损失解析在绝缘内部产生热量,所以介质损失越大,在绝缘内部产生的热量越多,从而使介质损失进一步增加,如此循环,***可能在绝缘较弱处形成击穿,故测量tgδ对于判断绝缘物的绝缘状况有着特别重要的意义。

  通常电气设备总是由各个部件组合而成,而其绝缘总是不均匀的。因为材料成分不同,结构多种多样,所以就必须考虑不均匀性对tgδ值的影响。对体积较大的、由多种绝缘材料组成的被试物,测量tgδ值不易检出绝缘的局部缺陷,但对严重的局部缺陷和受潮、绝缘老化等整体缺陷则能比较灵敏地检查出来。实际试验证明,测变压器的tgδ 能较灵敏地检查出绝缘老化、受潮等整体缺陷。另外,对油质劣化、线圈上附着的油污及严重的局部缺陷等,也有较好的检出效果。对于单一绝缘材料的被试物,测量 tgδ能够灵敏地检出绝缘缺陷。例如,绝缘油品质检查通常用耐压试验,***的绝缘油击穿强度可达250kV/cm,含有水分或杂质的坏油约为25kV/cm,两者耐压差别约为10倍;而测量 tgδ值,好油为0.01%,劣油可达10%,两者差别为1000倍。由此可以看出, tgδ 试验的灵敏度比耐压强度试验的灵敏度要高得多。  

  若被试物具有分解试验的可能性,可以采取分解试验


电气设备交接试验项目中如何测绝缘电阻,泄露电流试验与介质损耗测试的方法
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