第二篇電氣設備絕緣試驗電氣設備進行絕緣試驗的必要性：

電力系統的規模、容量不斷地擴大，停電造成的損失越來越嚴重。我國電力短缺，這就需要提高發電設備可靠性，使其滿負荷運轉，增加發電量。絕緣往往是電力系統中的薄弱環節，絕緣故障通常是引發電力系統事故的首要原因。電介質理論仍遠未完善，須借助于各種絕緣試驗來檢驗和掌握絕緣的狀態和性能。

高電壓技術河北科技師范學院電氣教研室本篇主要內容

本篇主要闡述電氣設備絕緣試驗的試驗設備、試驗方法和測量技術。

絕緣試驗分為非破壞性試驗和破壞性試驗兩大類。

破壞性試驗檢驗絕緣的電氣強度，非破壞性試驗檢驗其他電氣性能。高電壓技術河北科技師范學院電氣教研室

絕緣預防性試驗的目的是什么？

絕緣故障大多因內部存在缺陷而引起，我們通過測量電氣特性的變化來發現隱藏著的缺陷。

絕緣缺陷類型集中性缺陷：裂縫、局部破損、氣泡等分散性缺陷：內絕緣受潮、老化、變質等第四章電氣設備絕緣預防性試驗高電壓技術河北科技師范學院電氣教研室常見試驗項目：測量絕緣電阻，吸收比，泄漏電流，介質損耗角正切，局部放電，電壓分布等TE571（測量局部放電）高電壓技術河北科技師范學院電氣教研室主要電氣設備的絕緣預防性試驗項目序號電氣設備試驗項目測量絕緣電阻測量絕緣電阻和吸收比測量泄漏電流直流耐壓試驗并測泄漏電流測量介質損耗角正切測量局部放電油的介質損耗角正切油中含水量分析油中溶解氣體分析油的電氣強度測量電壓分布交流耐壓試驗1同步發電機和調相機√√√√√2交流電動機√√√3油浸變壓器√√√√√√√√√4電磁式電壓互感器√√√√√√√√5電流互感器√√√√√√√6油斷路器√√√√√√√√7懸式和支柱式絕緣子√√√8電力電纜√√√√高電壓技術河北科技師范學院電氣教研室什么叫絕緣的老化絕緣老化的原因有哪些電介質的熱老化電介質的電老化其他影響因素第一節絕緣的老化高電壓技術河北科技師范學院電氣教研室什么叫絕緣的老化？

電氣設備的絕緣在長期運行過程中會發生一系列物理變化和化學變化，致使其電氣、機械及其他性能逐漸劣化，這種現象統稱為絕緣的老化。老化的原因有哪些？

熱、電、機械力、水分、氧化、各種射線、微生物等因素的作用。高電壓技術河北科技師范學院電氣教研室一、電介質的熱老化什么是電介質的熱老化？

在高溫的作用下，電介質在短時間內就會發生明顯的劣化；即使溫度不太高，但如作用時間很長，絕緣性能也會發生不可逆的劣化，這就是電介質的熱老化。

溫度越高，絕緣老化得越快，壽命越短。

IEC規定的電工絕緣材料的耐熱等級（最高持續溫度）：Y（O）AEBFHC90105120130155180220℃

如果材料使用溫度超過上述規定，絕緣材料就將迅速老化，壽命大大縮短。實驗表明，對A級絕緣，溫度每增加8℃，則壽命縮短一半左右，這通常稱為熱老化的8℃原則。對B級和H級絕緣材料而言，當溫度每升高10℃和12℃時，壽命也將縮短一半。絕緣材料的耐熱等級劃分耐熱等級極限溫度（℃）絕緣材料O90木材、紙；聚乙烯、聚氯乙稀；天然橡膠A105油性樹脂漆及其漆包線；礦物油E120酚醛樹脂塑料；膠紙板；聚酯薄膜B130聚酯漆；環氧樹脂F155聚酯亞胺漆及其漆包線H180聚酰胺亞胺漆及其漆包線；硅橡膠C>180聚酰亞胺漆及薄膜；云母；陶瓷；聚四氟乙烯熱老化規則：

熱老化8℃規則：對A級絕緣介質，如果它們的工作溫度超過規定值8℃時，壽命約縮短一半。

相應的對B級絕緣和H級絕緣則分別適用10℃和12℃規則。

高電壓技術河北科技師范學院電氣教研室介質的老化過程固體介質的熱老化過程

受熱→帶電粒子熱運動加劇→載流子增多→載流子遷移→電導和極化損耗增大→介質損耗增大→介質溫升→加速老化液體介質的熱老化過程

油溫升高→氧化加速→油裂解→分解出多種能溶于油的微量氣體→絕緣破壞

高電壓技術河北科技師范學院電氣教研室二、電介質的電老化

什么是電老化？

電老化系指在外加高電壓或強電場作用下的老化。

介質電老化的主要原因是什么？

介質中出現局部放電。高電壓技術河北科技師范學院電氣教研室局部放電引起固體介質腐蝕、老化、損壞的原因有：破壞高分子的結構，造成裂解；轉化為熱能，不易散出，引起熱裂解，氣隙膨脹；在局部放電區，產生高能輻射線，引起材料分解；氣隙中如含有氧和氮，放電可產生臭氧和硝酸，是強烈的氧化劑和腐蝕劑，能使材料發生化學破壞。高電壓技術河北科技師范學院電氣教研室各種絕緣材料耐局部放電的性能有很大差別：云母、玻璃纖維等無機材料有很好的耐局部放電能力旋轉電機采用云母、樹脂作為絕緣材料有機高分子聚合物等絕緣材料的耐局部放電的性能比較差高電壓技術河北科技師范學院電氣教研室絕緣油的老化原因：油溫升高而導致油的裂解，產生出一系列微量氣體；油中的局部放電還可能產生聚合蠟狀物，影響散熱，加速固體介質的熱老化。高電壓技術河北科技師范學院電氣教研室三、其他影響因素

機械應力：對絕緣老化的速度有很大的影響，產生裂縫，導致局部放電；

環境條件：紫外線，日曬雨淋，濕熱等也對絕緣的老化有明顯的影響。

高電壓技術河北科技師范學院電氣教研室小結電氣設備的使用壽命一般取決其絕緣的壽命，后者與老化過程密切相關。通過絕緣試驗判別其老化程度是十分重要的。絕緣老化的原因主要有熱、電和機械力的作用，此外還有水分、氧化、各種射線、微生物等因素的作用。各種原因同時存在、彼此影響、相互加強，加速老化過程。高電壓技術河北科技師范學院電氣教研室絕緣電阻最基本的綜合性特性參數。組合絕緣和層式結構，在直流電壓下均有明顯的吸收現象，使外電路中有一個隨時間而衰減的吸收電流。吸收比檢驗絕緣是否嚴重受潮或存在局部缺陷。泄漏電流測量原理與絕緣電阻相似，只是所加直流電壓高得多。第二節絕緣電阻、吸收比、泄漏電流的測量高電壓技術河北科技師范學院電氣教研室一、雙層介質的吸收現象

為了分析方便，改用電阻R1和R2代替上圖中的電導G1和G2。（R1＝1/G1,R2=1/G2)高電壓技術河北科技師范學院電氣教研室

（4-1）

（4-2）討論雙層介質因吸收現象而出現的過渡過程

開關S合閘作為時間的起點，在的極短時間內，層間電壓按下式分布高電壓技術河北科技師范學院電氣教研室達到穩態時（），層間電壓按電阻分配

（4-3）

（4-4）穩態電流將為電導電流

（4-5）高電壓技術河北科技師范學院電氣教研室高電壓技術河北科技師范學院電氣教研室

（4-6）

（4-7）

(4-8)

由于存在吸收象，，，在這個過程中的層間電壓按下式變化高電壓技術河北科技師范學院電氣教研室Τ為電路過渡過程的時間常數

流過雙層介質的電流為如選用第一個方程式，則

（4-9）高電壓技術河北科技師范學院電氣教研室

（4－10）當絕緣嚴重受潮或出現導電性缺陷時，阻值R1、R2或兩者之和顯著減小，大大增加，而迅速衰減。

上式中第一個分量為電導電流，第二個分量為吸收電流。高電壓技術河北科技師范學院電氣教研室二、絕緣電阻和吸收比的測量

絕緣電阻的表達式p75

(4-11)高電壓技術河北科技師范學院電氣教研室測量絕緣電阻時，其值是不斷變化的；t無窮時刻，等于兩層介質絕緣電阻的串聯值。通常所說的絕緣電阻均指吸收電流衰減完畢后的穩態電阻值。受潮時，絕緣電阻顯著降低，顯著增大，迅速衰減。因此，能揭示絕緣整體受潮、局部嚴重受潮、存在貫穿性缺陷等情況。但有局限性。高電壓技術河北科技師范學院電氣教研室1）大型設備吸收電流很大，延續時間較長，要測得絕緣電阻，需很長時間。2）有些設備，絕緣電阻變化范圍太大，且與設備的體積尺寸大小有密切關系，難以給出一定的絕緣電阻判斷標準，只能用前后兩次絕緣電阻相比較的方法。高電壓技術河北科技師范學院電氣教研室

對于某些大型被試品，用測“吸收比”的方法來代替單一穩態絕緣電阻的測量。

（4－12）原理：令和瞬間的兩個電流值的和比值。

已經接近于穩態絕緣電阻值，恒大于1,越大表示吸收現象越顯著，絕緣性能越好。高電壓技術河北科技師范學院電氣教研室吸收比是同一試品在兩個不同時刻的絕緣電阻的比值，所以排除了絕緣結構和體積尺寸的影響。所以應將值和值結合起來考慮，方能作出比較準確的判斷。一般以作為設備絕緣狀態良好的標準，但亦不全合適，因為有些變壓器的雖大于1.3，但值卻很低；有些，但值卻很高。高電壓技術河北科技師范學院電氣教研室大容量電氣設備中，吸收現象延續很長時間，吸收比不能很好地反映絕緣的真實狀態，可用極化指數來判斷。測量絕緣電阻最常用的儀表為手搖式兆歐表

極化指數

（4－13）高電壓技術河北科技師范學院電氣教研室

圖4-1是利用手搖式兆歐表測量三芯電力電纜絕緣電阻的接線圖，也表示了它的測量原理。高電壓技術河北科技師范學院電氣教研室

兆歐表有三個接線端子：線路端子（L）、接地端子（E）和保護（屏蔽）端子（G）。被試絕緣接在端子L和E之間，而保護端子G的作用是使絕緣表面泄漏電流不要流過線圈，從而使測得的絕緣體積電阻不受絕緣表面狀態的影響。高電壓技術河北科技師范學院電氣教研室在現場某些情況下設備絕緣材料集中性缺陷已相當嚴重，以致于在耐壓試驗時被擊穿，但在此前測得的絕緣電阻、吸收比、極化指數卻并不低，就是因為缺陷未貫穿絕緣。可見僅憑上述試驗結果判斷絕緣狀態是不夠的。高電壓技術河北科技師范學院電氣教研室判斷絕緣狀態的其他方法三、泄漏電流的測量反映絕緣電阻值，但有一些特點：加在試品上的直流電壓比兆歐表的工作電壓高得多，故能發現兆歐表所不能發現的缺陷。

施加在試品上的直流電壓是逐漸增大的，這樣就可以在升壓過程中監視泄漏電流的增長動向。在電壓升到規定的試驗電壓值后，要保持1min再讀出最后的泄漏電流值。當絕緣良好時，泄漏電流應保持穩定，且其值很小。高電壓技術河北科技師范學院電氣教研室

圖4－2是發電機的幾種不同的泄漏電流變化曲線。

高電壓技術河北科技師范學院電氣教研室絕緣良好的發電機，其泄露電流值較小。且隨電壓呈線性上升。對于曲線3應盡可能找出原因加以消除。如果在電壓還未達到U/2時泄露電流就已急劇上升，如曲線4那么這臺發電機甚至在運行狀態下，（不必出現過電壓）就可能發生擊穿。泄漏電流試驗接線圖如圖4-3所示

其中V為高壓整流元件，C為穩壓電容，PV2為高壓靜電電壓表，TO為被試品。高電壓技術河北科技師范學院電氣教研室高壓整流元件穩壓電容高壓靜電電壓表泄漏電流試驗接線圖如圖4-3所示

微安表接在高壓側時，微安表及其接往Cx的高壓連線均應加等電位屏蔽，使對地雜散電流不流過微安表，以減小測量誤差。高電壓技術河北科技師范學院電氣教研室注意：測量泄漏電流用的微安表是很靈敏和脆弱的儀表，需并聯放電管V進行保護。

當流過微安表的電流超過某一定值時，電阻上的壓降將引起V的放電而達到保護微安表的目的。

高電壓技術河北科技師范學院電氣教研室小結絕緣電阻是一切電介質和絕緣結構的絕緣狀態最基本的綜合特性參數。電氣設備中大多采用組合絕緣和層式結構，故在直流電壓下均有明顯的吸收現象，測量吸收比可檢驗絕緣是否嚴重受潮或存在局部缺陷。測量泄漏電流從原理上來說，與測量絕緣電阻是相似的，但它所加的直流電壓要高得多，能發現用兆歐表所不能顯示的某些缺陷，具有自己的某些特點。高電壓技術河北科技師范學院電氣教研室第三節介質損耗角正切的測量高電壓技術河北科技師范學院電氣教研室

介質的功率損耗與介質損耗角正切成正比,所以后者是絕緣品質的重要指標，測量值是判斷電氣設備絕緣狀態地一項靈敏有效的方法。能反映絕緣的整體性缺陷（如全面老化）和小電容試品中的嚴重局部性缺陷。為了能可靠測量靈敏地反映大容量發電機、變壓器和電力電纜絕緣中的局部性缺陷，應盡可能將這些設備分解成幾個部分，然后分別測量它們的。

一、西林電橋基本原理

其中被試品的等值電容和電阻分別為Cx和Rx;R3為可調的無感電阻；CN為高壓標準電容器的電容；C4

為可調電容；R4為定值無感電阻；P為交流檢流計。

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的測量，最常用的是高壓交流平衡電橋

可得（4-15）

在交流電壓的作用下，調節和，使電橋達到平衡，即通過檢流計P的電流為零，因而高電壓技術河北科技師范學院電氣教研室由式（4-15）可寫出（4-16）

（4-17）高電壓技術河北科技師范學院電氣教研室式中

（4-18)

（4-19）

介質并聯等值電路的介質損耗角正切p80

（4-20）

可求得被測對象（試品）電容和等值電阻高電壓技術河北科技師范學院電氣教研室

（4-21)

試品電容

(4-22）

因為，如取，

并取的單位為，則簡化為高電壓技術河北科技師范學院電氣教研室西林電橋反接線原理

電橋平衡的過程與正接線時相同，所不同之處在于各個調節元件、檢流計和屏蔽網均處于高電位，故必須保證足夠的絕緣水平和采取可靠的保護措施。高電壓技術河北科技師范學院電氣教研室（一）外界電磁場的干擾影響干擾包括高壓電源和試驗現場高壓帶電體引起的電場干擾。在現場測試條件下，電橋往往處于一個相當顯著的交變磁場中，這時電橋接線內也會感應出一個干擾電勢，對電橋的平衡產生影響，也將導致測量誤差。

消除干擾的方法：金屬屏蔽網和屏蔽電纜

二、對測量的影響因素高電壓技術河北科技師范學院電氣教研室（二）溫度的影響（三)試驗電壓的影響

值換算到20℃時的值。

為了便于比較，應將在各種溫度下測得的高電壓技術河北科技師范學院電氣教研室良好的絕緣在額定電壓范圍內幾乎保持不變，如果絕緣內存在氣泡時，當電壓不足以使氣泡電離時，（與良好絕緣無異）當電壓增大時，急劇增大，電壓回落時會出現閉環狀曲線，如果絕緣受潮電壓較低時就已相當大，電壓增大急劇增大。電壓回落時也比電壓上升時更大一些。形成分叉曲線。

一般來說，隨溫度的增高而增大。（四）試品電容量的影響

對電容量較大的試品（例如大中型發電機、變壓器、電力電纜、電力電容器等）,測量只能發現整體分布性缺陷，因而用測量介質損耗角正切的方法來判斷絕緣狀態就不很靈敏了。高電壓技術河北科技師范學院電氣教研室（五）試品表面泄漏電流的影響

測試前應清除絕緣表面的積污和水分，必要時還可以在絕緣表面上裝設屏蔽極。小結

值的測量，最常用的是西林電橋。的測量受一系列外界因素的影響。試驗中應盡可能采用屏蔽，除污等方法消除這些影響。測量值是判斷電氣設備絕緣狀態地一項靈敏有效的方法。高電壓技術河北科技師范學院電氣教研室

絕緣中的局部放電是引起電介質老化的重要原因之一。

測定電氣設備在不同電壓下的局部放電強度和發展趨勢，就能判斷絕緣內是否存在局部缺陷以及介質老化的速度和目前的狀態。局部放電的基本概念，表征局部放電的重要參數。脈沖電流法的測量原理。一些局部放電測量儀器。第四節局部放電的測量高電壓技術河北科技師范學院電氣教研室一、局部放電基本概念絕緣內部氣隙局部放電的等值電路如圖4-9所示。高電壓技術河北科技師范學院電氣教研室Cg——氣隙電容Cb——與該氣隙串聯的絕緣部分電容Ca——其余完好部分電容高電壓技術河北科技師范學院電氣教研室系統總電容電源電壓氣隙電容電壓

電容上分到的電壓，氣隙放電電壓，熄滅電壓（剩余電壓），局部放電的電流變化曲線見圖4-10。放電時間約為10-8s

高電壓技術河北科技師范學院電氣教研室Us—氣隙放電電壓Ur—剩余電壓rsgUUU-=D高電壓技術河北科技師范學院電氣教研室氣隙每次放電釋放的電荷而

Cg、Cb、Us、Ur無法測得，但試品上的電壓變化量可測，即Ca上的電壓變動為試品放電量是反應局部放電的重要參數也就是說，當氣隙放電時，試品兩端的電壓會下降，由于有阻抗的阻隔，在局部放電過程中，電源幾乎不起作用。q既是發生局部放電時試品Ca所放掉的電荷，也是電容Cb上的電荷增量。（比真實放電量小得多）

表征局部放電的參數

（4-28）

視在放電量高電壓技術河北科技師范學院電氣教研室試品放電當氣隙放電時，試品兩端的電壓會下降，這相當于試品放掉電荷qq比真實放電量qr小得多，但q值也能相對的反應qr的大小。高電壓技術河北科技師范學院電氣教研室除了放電量外，反映局部放電的重要參數還有：放電重復率（

）也叫脈沖重復率。

在選定的時間間隔內測得的每秒發生放電脈沖的平均次數。它表征局部放電的出現頻度。與外加電壓的大小有關，

指一次局部放電所消耗的能量。

放電能量（）（4－32）

其中為視在放電量，為局部放電起始電壓。高電壓技術河北科技師范學院電氣教研室放電能量的大小對電介質的老化速度有顯著影響視在放電量、放電重復率和放電能量是表征局部放電的三個基本參數。其他參數

平均放電電流

放電的均方率

放電功率

局部放電起始電壓

局部放電熄滅電壓高電壓技術河北科技師范學院電氣教研室二、局部放電檢測方法綜述伴隨局部放電出現多種現象：電流脈沖、介質損耗突然增大、電磁波輻射，光、熱、噪聲、氣壓變化、化學變化等。利用這些派生現象可以對局部放電進行檢測。具體分為電檢測（廣泛應用）和非電檢測（定性檢測）高電壓技術河北科技師范學院電氣教研室聲檢測法介質中發生局部放電時，其瞬時釋放的能量將放電源周圍的介質加熱使其蒸發，效果就像一個小爆炸。此時放電源如同一個聲源，向外發出聲波。由于放電持續時間很短，所發射的聲波頻譜很寬，可達到數MHz。

高電壓技術河北科技師范學院電氣教研室聲檢測法：就是用人的聽覺檢測局部放電是最原始的方法，靈敏度低明顯帶有主觀因素介紹一種聲測法傳感器固體中常用傳感器為測震儀（accelerometer）和聲發射（AcousticEmission）傳感器。測震儀有著平滑的頻率特性，測試頻率可達50kHz以上。聲發射傳感器有多個頻段（30k~1MHz），該傳感器有很強的方向性，一般來說只能測試某個特定方向的聲信號。SenacoAS100聲傳感器

北京亞捷隆測控技術有限公司

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抗電磁干擾能力強

靈敏度不受試品電容的影響

能進行復雜設備放電源定位

在傳播途徑中衰減、畸變嚴重

基本不能反映放電量的大小

實際中一般不獨立使用聲測法，而將聲測法和電測法結合起來使用。

噪聲檢測法的特點高電壓技術河北科技師范學院電氣教研室光檢測法

局部放電時放出光子而產生光輻射，用光傳感器檢測局部放電所發出的光量。光測法只能測試沿面放電和電暈放電，在現場中光測法基本上沒有直接應用。將光纖技術和聲測法相結合提出了聲-光測法。高電壓技術河北科技師范學院電氣教研室光纖傳感器應用高電壓技術河北科技師范學院電氣教研室采用光纖傳感器，局部放電產生的聲波壓迫使得光纖性質改變，導致光纖輸出信號改變，從而可以測得放電。化學分析法膜紙絕緣介質中，常用高性能液體色譜分析法（HPLC）判斷介質老化情況。在電力變壓器中，油色譜分析（DGA）方法是一種簡單、經濟、有效的變壓器在線監測方法。

高電壓技術河北科技師范學院電氣教研室電氣檢測法1、脈沖電流法測量視在放電量。局部放電發生會在試品兩端出現一瞬時的電壓變化，在檢測回路中引起一高頻脈沖電流。

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將脈沖電流變換成電壓后用示波器測量其波形和幅值，其大小與視在電量成正比，通過校準就能得到視在放電量。靈敏度高，應用很廣泛。脈沖電流法測量原理國際上推薦三種基本實驗回路

高電壓技術河北科技師范學院電氣教研室三種回路的基本目的都是使在一定的電壓作用下被試品Cx中產生的局部放電電流脈沖流過檢測阻抗Zm，然后把Zm上的電壓或（c）的電壓差經放大送至測量儀器P（示波器、峰值電壓表[視在放電量q]、脈沖計數器[對應放電重復率N]）。一般試品用一集中電容CX來代表。Z為阻塞阻抗，可以讓工頻高電壓作用到被試品上。實際為低通濾波器，阻止電源中的高頻分量對測試回路產生干擾。耦合電容Ck提供CX與Zm之間的高頻低阻抗通道，對工頻電源又起隔離作用。高電壓技術河北科技師范學院電氣教研室并聯測試回路適用于被測試品一端接地的情況，優點是流過Cx的工頻電流不流過Zm。串聯測試回路適用于被試品兩端對地絕緣的情況。橋式測試回路抗干擾性能強。2、介質損耗法局部放電要消耗能量，使介質產生附加損耗，外加電壓越高，損耗也就越大。本法就是基于測量附加損耗來檢測局部放電的。高電壓技術河北科技師范學院電氣教研室

用西林電橋，測出介質的“”關系曲線，與曲線開始升高處的場強對應的電壓就是局部放電起始電壓。優點：僅需測介損的設備，不需添置專用的測量儀器。操作也較方便；缺點：靈敏度較低；介損隨電壓而增大的現象也可以是介質受潮等引起，不易排除。

目前局部放電電檢測方法脈沖電流法無線電干擾電壓法（RIV）射頻檢測法（RF）介質損耗分析法（DLA）超高頻（UHF）檢測法高電壓技術河北科技師范學院電氣教研室TE571

局部放電測試儀高電壓技術河北科技師范學院電氣教研室TWPD-4