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2024/2/22 12:09:58简单而常用的非破坏性试验方法是测量被试品的绝缘电阻。
当直流电压作用于任何介质上时,通过它的电流可包含三部分;泄漏电流、电容电流(衰减较快)和吸收电流,后两部分是与时间有关的,故随加压的时间增长而减小,并在相当的时间后趋于零。此时总的电流便趋于稳定值,这个稳定的电流值就是泄漏电流。
通常,电气设备的绝缘都是多层的。例如:电机绝缘所用的云母带(用粘合漆将云母片贴在纸带或绸带上制成);电缆、变压器等的绝缘中使用的油浸纸;有的电缆和套管中用的胶和纸等。这些多层介质的绝缘体,在外施直流电压下,就有前述的吸收现象,即电流逐渐减小而趋于某一恒定值(泄漏电流)。图3-1中的曲线1即为这一电流随时间变化的曲线。因为通过介质的电流与介质电阻的测量值成反比,故可用曲线2表示介质加电压后,其电阻的测量值与时间的关系曲线。如被试品绝缘状况愈好,吸收过程进行得愈慢,吸收现象便愈明显。如被试品受潮严重,或其中有集中性的导电通道,由于绝缘电阻显著降低,泄漏电流增大,吸收过程快,如图3-1中曲线3所示。这样,流过绝缘的电流便迅速地变为一较大的泄漏电流。因此,可根据被试品电流的变化情况来判断被试品绝缘状况。
二、绝缘电阻和吸收比的测量方法
1. 绝缘电阳和吸收比
一般在绝缘预防性试验中,为方便计算,不是直接去测量电流大小,而是用绝缘电阻表去测量绝缘电阻的变化。由于绝缘电阻表内直流电压是一定的,故绝缘电阻与电流成反比。
当被试品绝缘中存在贯穿的集中性缺陷时,反映泄漏电流的绝缘电阻明显下降,在用绝缘电阻表检查时便可发现。例如:变电站中用的针式支持绝缘子,最常见的缺陷是瓷质开裂,开裂后绝缘电阻明显下降,就可用绝缘电阻表检测出来。
但对许多电气设备,例如发电机的绝缘电阻往往变动甚大,它和被试品的体积、尺寸,空气状况等有关,往往难以给出一定的绝缘电阻判断标准。通常是把处于同一运行条件下不同相的绝缘电阻进行比较,或是把这一次测量的绝缘电阴和过去对它曾测得的绝缘电阻值进行比较来发现问题。
对于电容量较大的设备,如电机、变压器、电容器等,可利用吸收现象来测量它们的绝缘电阻(即绝缘电阻的测量值)随时间的变化,以判断绝缘状况。吸收试验反映B级绝缘和B级浸胶绝缘的局部缺陷和受潮程度比较灵敏。例如,发电机定子绝缘的吸收现象是十分明显的,通常用吸收比来表示
即60s(秒)时绝缘电阻表的读数与15s(秒)时读数之比。
由于K值是两个绝缘电阻之比值,故与设备尺寸无关,可有利于反映绝缘状态,例如:对于干燥的B级绝缘的发电机定子绕组,在10~30℃时吸收比远大于1.3;若受潮严重,则绝缘的电阻值显著降低,传导电流增加,吸收电流衰减迅速,使R60与R15之比大大下降,K≈1。如K<1.3,则可判断为绝缘可能受潮。
当绝缘有严重集中性缺陷时,K值也可反映出来。 例如当发电机定子绝缘局部发生裂纹;变压器绝缘纸板、支架、线圈上沉积有油泥时,形成了局部性传导电流较大的通道,于是K值便大为降低而近于1。对于大型电机或大型电力变压器及电容器等,由于吸收现象特别显著,在60s时测得的绝缘电阻仍会受吸收电流的影响,这时应采用极化指数P1作为衡量指标,是指同一次试验中,10min时的绝缘电阻与1min时的绝缘电阻值之比。DL/T596-1996《电力设备预防性试验规程》规程规定,绝缘良好时,极化指数P1一般不小于1.5。
需要注意的是:有时当某些集中性缺陷虽已发展得很严重,以致在耐压试验中被击穿,但耐压试验前测出的绝缘电阻值和吸收比均很高,这是因为这些缺陷虽然严重,但还没有贯穿的缘故。因此,只凭绝缘电阻的测量来判断绝缘状况是不可靠的,但它毕竟是一种简单而有一定效果的方法,故使用十分普遍。
2.绝缘电阻表的工作原理和接线
通常使用的绝缘电阻表接线如图3-2所示。绝缘电阻表由两部分组成:①直流电源,由手摇(或电动)直流发电机构成;②测量机构,主要由一对磁极和两个线圈构成。绝缘电阻表有三个端子:线路端子L,接地端子E和屏蔽端子G,被试绝缘接于L与E间。
电压线圈1与电流线圈2绕向相反,并可带动指针旋转。由于没有弹簧游丝,故无反作用力矩。当线圈中无电流通过时,指针可取任一位置
测量时,摇动手摇发电机(转违约120转/min),当线圈1中通过电流I1时,产生力矩M1作用于线圈1上。同样有I2时便有力矩M2作用于线圈2上。
图3-3为绝缘电阻表测量电瓷试品时的情况。被试品两端接在绝缘电阻表L和E两个端子上,在岸近电极L附近的被试品上用铜线绕几匝作为屏蔽电极 P,将其接至绝缘电用表的屏破端子G上。从绝缘电阻表电源正极E出发经过试品内部到绝缘电阻表端子L的体积泄漏电流i1将流经电流线圈2而回到电源负极(参看图3-2)。而从正极出发经被试品表面的泄电流i2,则由屏蔽电极经屏蔽端子G直接流回电源负极。同样,绝缘电阻表接线端子E与L间的泄漏电流i3也将直接经屏蔽端子G到电源负极。I2、i3不流过电流线图2,也就不会影响绝缘电阻表的读数。
常用绝缘电阻表的额定电压有500、1000、2500、5000V等几种;通常额定电压为1kV及以上的电气设备要选用2500V或5000V的绝缘电阻表,额定电压为1000V以下的电气设备用500V或1000V的绝缘电阻表。
目前现场已广泛采用数字式绝缘电阻表,它采用整流电源,试验人员可根据需要选择电压量程,当在被试品绝缘上施加电压时,取被试品电压、电流信号经A/D转换,简单数值计算,用液晶数显方式给出结果。
3测量注意事项
(1)试验前应将被试品接地放电一定时间:
(2)高压测试连接线应尽量保持架空,需使用支撑时,要确认支撑物的绝缘对被试品绝缘测试结果的影响极小。
(3)选合适的绝缘电阻表。根据被试品的电压等级选择。
(4)测量吸收比和极化指数时,应待电源电压达稳定后再接入被试品,并开始计时。
(5)对电容值大的试品,试验完后,应在保持绝缘电阻表电源电压的条件下,先断开L端子与被试品的连线,再停止摇表。
(6)变压器、电机试验时,被测绕组首尾短接,再接到L端子。非被试绕组也要短路接地,这样做可避免非被试绕组中剩余电荷的影响,且可测被试绕组与非被试绕组及地的绝缘出阻。另测量顺序对结果也有影响,所以每次做试验时,应按照相同的顺序试验。
(7)记录试验时的温度、湿度。
4. 影响测试结果的主要因素
(1)温度、湿度及表面脏污的影响。温度对绝缘电阻的影有很大,当温度增加时,绝缘电阻值将按指数规律下,为了比较测量结果,最好能在相近的温度下进行测量。否则应按式(3 3)将测量结果换算成同一温度下的数值
式中:R1、R2为温度t1、t2时的绝缘电阻值:
湿度主要影响绝缘表面泄漏电流,由于绝缘表面吸附潮气,形成水膜,使绝缘电阻降低,此外,由于某些绝缘材料的毛细管作用,在湿度大的情况下,会吸收一些水分,导致电导增加,绝缘电阻下降。
电气设备绝缘表面的脏污会使表面的绝缘电阻下降,从而造成整体绝缘电阻的明显降低。 (2)放电时间及感应电压的影响。每进行一次高压试验,都应将试品充分放电。这是因为
试验后,尤其是直流试验,由于剩余电荷的存在,使充电电流和吸收电流比前一次测量时小,造成吸收比减小而绝缘电阻增大,容易引起误判断。
此外,由于带电设备和停电设备间的电容耦合,使得被试设备上存在感应电压,这在500kV设备试验时表现尤其突出,会造成指针不稳定,摆动,感应电压强烈时甚至会损坏绝缘电阻表,得不到真实的数值,为此必要时要采取电场屏蔽等措施。
(3)为便于比较,每次测景最好用型号相同的绝缘电阻表。以消除因表的负载特性不同带来的误差。
5.测量结果的分析判断
对测得的绝缘电阳进行分析才能掌握设备的绝缘状态,一般来说,绝缘电阻应不小于某一容许值,并且换算到同一温度下,与历史数据(出厂试验、交接试验、历次预防性试验、大修前后和耐压前后)比较,与同型设备、同一设备相间比较,结果均不应有明显的降低或较大的差异,否则应查明原因。对较大电容量的设备如电缆、发电机、变压器等绝缘状况的分析,除以绝缘电阳值的大小和变化趋势为依据外,吸收比和极化指数是主要的判据,如有明显的下降,说明绝缘劣化。
第二节泄漏电流的试验
泄漏电流试验与绝缘电阻测量原理相同,只是前者在更高电压下进行(高于10kV),由于在升压过程中便于监测泄漏电流值,因而易于发现集中性缺陷。
泄漏试验需由直流高压设备供电,用微安表测量泄漏电流值。高压设备绝缘试验所用的直流高压是利用交流高压经整流得到。以前多用高压整流管,其平均工作电流较小、灯丝变压器需高绝缘并有较强的放射线、影响工作人员健康,现已被高压硅堆所取代。硅堆使用简便,体积小,坚固耐用,且整流电流较大,图3-4为发电机绝缘泄漏试验的一些典型曲线,对良好的绝缘,泄漏电流随试验电压U成直线上升,且值较小(曲线1),当绝缘受潮时,电流数值如曲线2所示。如绝缘中有集中性缺陷,则泄漏值在超过一定试验电压时将剧烈增加(曲线3).缺陷愈严重,泄漏值发生剧增的试验电压值愈低(曲线4)。此时设备在运行中有击穿的危险。
一、试验接线
泄漏电流试验所用接线如图3-5所示。当用图3-5(a)接线时,其接线的优点是读数方便安全。但由于回路的高压引线等对地的杂散电流(泄流、电晕等电流Ig)以及高压试验变压器对地的泄漏电流等都经微安表,使读数中包含被试品绝缘内部泄漏电流以外的电流,造成测量误差。这可以利用接入被试品前后的两次读数之差求得泄漏电流,但其误差也往往较大。因此,在实际测量中,如被试品一端不直接接地,则微安表可接在被试品与地之间,如图3-5(b)所示,则上述误差即可消除。如被试品一端已接地,则可采用图3-6所示的试验接线,将微安表接在高压端。为了避免高压引线的电晕电流等经过微安表,可采用屏蔽的方法,使微安表处于屏蔽罩内,并用屏蔽线将微安表接到被试品的高压端,如图中虚线所示。
二、微安表的保护
被试品在试验中可能出现放电以致击穿,为防止大电流流过微安表,试验回路中还必须对微安表进行保护。一般多采用与微安表并联一开关的办法将微安表短路,当读数时把开关打开。
常用的保护接线如图3-7所示,保护电阻R用来产生电压,使流过微安表的电流达到一定值时放电管F动作。并联电容器C为滤波电容,用以减少微安表的摆动,还可使放电管两端电压上升陡度降低。电容器和放电管用来分流试品击穿时的短路电流,电容器可以提供高频电流支路,通常C>1μF。
三、测量时的注意事项
(1)微安表接于高压测时,绝缘支柱应牢固可靠,防止摇摆倾倒。
(2)试验设备的布置要紧凑,连线要短,既要安全,又便于操作,对地要有足够的距离,接地线应牢固可靠。
(3)被试品表面擦拭干净,并加屏蔽。
(4)能分相试的被试品应分相试验,非试验相应短路接地。
(5)试验电容量小的被试品应加稳压电容。
(6)试验时微安表必须进行保护:
(7)试验结束后,应对被试品进行充分放电。
四、影响因素
(1)高压连接导线对地泄漏电流的影响。可用增加导线直径、缩短导线、增加对地距离等措施以减小对测量结果的影响。
(2)空气湿度对表面泄漏电流的影响。试验前将被试品表面擦试干净,并应用屏蔽电极以降低表面泄漏电流的影响。
(3)温度的影响。温度对试验的影响极为显著,因此,对所测的泄漏电流值应换算至相同温度才能进行比较。
(4)残余电荷的影响。残余电荷直接影响泄漏电流值,因此,试验前必须对被试品进行充分放电。
五、测量结果的分析判断
现行标准中对泄漏电流有规定的设备,应按是否符合规定值来判断,对标准中无明确规定的设备,应将测得的泄漏电流值换算到同一温度下与历次试验结果进行比较,同一设备的各相间相互比较、同类设备之间相互比较,视其变化来分析判断。对于重要设备(如主变压器、发电机等),可绘出电流随电压变化的关系曲线进行分析。