69精品久久久久9999 绝缘电阻测量、体积表面电阻率测定测试的意义

电气设备 绝缘特性的优良与否直接影响到 电气设备 的安全可靠运行。据统计，电力系统中 60%以上的事故都是由绝缘故障所引发，即是 由 绝缘的老化及 击穿 面引起的事故。由于 设备 运行 中 不可避免会出现绝缘缺陷或绝缘老化，因此人们通常需 要 通过各种形式的试验来监测 电气设备 的绝缘状况，目前，电力系统中 普 遍推行的DL/ T 596-1996 《 电力 设备 绝缘预防性试验规程》就是保证 电气设备 安全可靠运行的重要技术措施之一。

绝缘预防性试验分为两大类。一类通过测试绝缘的某些特性参数来判断绝缘的状况，称为检查性试验。这类试验一般是在较低 电压 下进行的，不会对绝缘造成损伤，因此亦称为非破坏性试验、另一类通过对绝缘施加各种较高的试验 电压 来考核其 电气强度 ，称为耐压试验。由于这类试验所加 电压 一般都高于 设备 的实际工作电乐，试验中可能会对绝缘造成某种程度的损伤，比如试验导致绝缘发生某种电离或使局部放电进一步扩大，甚至造成绝缘的直接 击穿 等，因此将这类试验又称为破坏性试验、

绝缘缺陷往往是引发 设备 绝缘故降的主要原因。绝缘缺陷通常可以分为两大类：一类是集中性的缺陷，如悬式绝缘子的瓷质开裂，发电机绝缘局部损、挤压破裂等；另一类是分布性的缺陷，这是指 电气设备 整体绝缘性能下降，如电机、变压器、套管等绝缘中的有机材料的受潮、老化、变质，等等。绝缘内部有了上述这两类缺陷后，它的特性往往会发生一定的变化，这样就可以通过相应试验将隐藏的缺陷检查出来。

本章主要介绍几种常用非破坏性试验的基本原理和测试方法，在具体判断某一 电气设备 的绝缘状况时，应注意对各项试验结果进行综合判断，并采用将试验数据与同一 设备 的历次试验数据相比较 (纵向比较)及与同类 设备 试验数据相比较(横向比较)的分析方法。

5.1 绝缘电阻和吸收比测量

5.1.1 多层 介质 的吸收现象及吸收比测量

许多 电气设备 的绝缘都是多层的，如电机绝缘中的云母带就是用胶将纸或绸布和云母片黏合而制成的，变压器绝缘中用的油和纸等。参考图 1-7(b)，用绝缘 电阻 R代替电导G后的等效电路如图5-1所示，它可以描绘在测量多层 介质 绝缘 电阻 时遇到的吸收现象。

合上 S将直流 电压 U加到绝缘上后，电流表PA的读数变化如图5-2中曲线所示，开始电流很大，以后逐渐减小，最后趋向于稳定 值 I _g 。 图中用斜线表示出的面积为 介质 在充电过 程中逐渐 “吸收"的电荷 Q _a ，这种逐渐 “吸收"电荷的现象称为“吸收现象"。有关这一现象的物理解释在1.2节中已有叙述，这里济联系吸收曲线作进一步的分析。

由电路可知，当 S合上时各 介质 上有一个很大的 电压 变化，在极短的时间内(t ≈ 0)将 介质 1和 介质 2分别允电到

当达到稳态以后，回路电流将只通过 电阻 ；此时回路电流为

而

所以， t ＞ 0后一般有一个过渡过程，例如，当式(5-4 ) 中的U ₁ 比式(5-1)中的U ₁ 小时，在过渡过程中C ₁ 就要放电，同C ₂ 要进一步充 电。

在过度过程中， 电压 U 起始 电压 U ₀ 逐渐 过度 到稳态 电压 U _∞ ，即

即

如果电源内阻可以不计，故回路过渡过程的时间 常数 τ 为

τ 越大，表示上述过渡过程进行得 越 慢。

过渡过程中流过 C ₂ 的充电流 i _C2 为

同时，流过 R ₂ 的电流 i _R2 为

流过外电路的电流，即流过电流表 PA的电流i为

令

故

i _a 为吸收电流，其大小与试品绝缘的均匀程度密切相关。如果绝缘比较均匀，或R ₁ C ₁ ≈ R ₂ C ₂ ， 则吸收电流小，吸收现象看不出来。如果试品绝缘很不均匀，或R ₁ C ₁ 与R ₂ C ₂ 相差较大，则吸收现象将十分明显。

图 5-3所示为某30MVA、10.5kV同步电机定 子绕组的充电电流随时间的变化曲线。

此外，从式 (5-9)和式（5-12）还可知，如 果被试绝缘受潮严重，或是绝缘内部有集中性导电通道，由于绝缘 电阻 值显著降低， I _g 将大大增加 ， i _a 将迅速衰减。

当试验 电压 U 一 定时，试品的绝缘 电阻 R即 与 i成反比。因此，由式（5-12)即可得到此情况下被试品的绝缘 电阻 R随时间的变化规律。当式(5-12)中的t以不同的加压时间代入，例如以t为15、60s代入，即可分别得到加 电压 后15s时的绝缘 电阻 值R _{15 ´´} 和60s时的绝缘 电阻 值R _{60 ´´} ，将R _{60 ´´} 和R _{15 ´´} 之比定义为吸收比K，通常用于反映绝缘的吸收现象。其表达式为

对于大型电机或大型电力变压器以及电容器等 设备 ，由于吸收现象特别严重，时间 常数 较大，应采用 10min和1min时的绝缘 电阻 值之比(极化系数)来判断绝缘的状况。

对于多层绝缘结构，如果绝缘状况良好，吸收现象将很明显， K值便远大于1。如果绝缘受潮严重或是内部有集中性的导电通道，由于I _g 大增，i _a 迅速衰减，当t=15 ´´ 和60 ´´ 时，使 或K值接近于1。所以，利用绝缘的吸收曲线的变化或K值的变化，有助于判断 设备 整体受潮或有集中贯穿性绝缘缺陷的状况。

显然，只是当被试品电容比较大时，吸收现象才明显，才能用来判断绝缘状况。

通常在绝缘预防性试验中，为方便起见，不是直接测量电流，而是用兆欧表测量被试品绝缘 电阻 的变化，即 R _{15 ´´} 和R _{60 ´´} 的值，并由式(5-15)计算出K值的大小。

5.1.2 兆欧表工作原理

兆欧表又称绝缘 电阻 表，它是测量绝缘 电阻 的专用仪器 设备 。由于绝缘 电阻 数值较大，所以兆欧表的指示刻度都是以 (M Ω )兆欧为单位. 故此而得名。图 5-4所示为兆欧表的原理结构图。

兆欧表利用流比计原理构成，它有两个相互垂直并固定在一起的线圈，即 电压 线圈LV和电流线圈L Ⅰ ，它们处在同一个磁场中。由于两个线圈 都没有弹簧游丝，当没有电流通过时，指针可停在任意偏转角位置。测量时端子 E接被试品的接地 端、外壳或法兰等处，端子 L接被试品的另一极（绕组、芯柱或其他）。摇动发电机手柄，产生一定的直流 电压 。于是在 电压 线圈LV中将流过正比于直流 电压 的电流( 电压 线圈LV的内阻恒定)，而由接线端E经被测绝缘流到接线端L的电流将流过电流线圈L Ⅰ， 这个电流反映了被测绝缘中的泄漏电流，它与 设备 的绝缘 电阻 和直流 电压 有关。这两个电流流经各自的线圈时所产生的转矩的方向是相反的，在两转矩差值的作用下，线圈带动指针旋转，直到两个转矩平衡为止。此时，指针偏转角度只与两电流的比值 有关，因外施 电压 U为同一直流 电 压 ，所以偏转角就反映了被测绝缘 电阻 的大小，设 M _V 、M _Ⅰ 分别代表电流流过线圈LV、线圈L Ⅰ 时产生的力矩M _V =I _LV F _V ( α )，M _Ⅰ =I _{L Ⅰ} F _Ⅰ ( α )，其中Fv ， F _Ⅰ 随指针转动角度 α 而变，与气隙中磁通密度的分布有关。 (其中R ₁ 和R ₂ 分别为 电压 线圈和电流线圈的 电阻 ，一般为定值；R _X 为试品绝缘 电阻 )可得

即指针读数反映 R _x 的大小。

接线端子 G称为屏蔽端。当希望单独测量体积绝缘 电阻 时，可以在需屏蔽的位置设置一个金属屏蔽环极，并将此环极接到兆欧表的端子G。这样使沿绝缘表面的漏导电流到了屏蔽 环 极后就经由端子G直接流回发电机负极，从而只有通过体积绝缘 电阻 的漏导电流才流经电流测量线圈而反映到指针的偏转中去 。 图5-5为测量套管的绝缘 电阻 时使用屏蔽端G的接线图。

5.1.3 绝缘电阻测量的工程意义

兆欧表的额定直流输出 电压 有 500、1000、2500、5000V等不同规格，对于额定 电压 为1kV及以上的 电气设备 一般选用2500V的兆欧表，1kV及以下 设备 常用1000V或500V的兆欧 表 。用兆欧表进行绝缘 电阻 测量时，规定以加 电压 60s时测得的数值为该试品的绝缘 电阻 。这是因为一般认为加压60s时，通过绝缘的吸收电流已衰减至接近于零。

(1)当被试品绝缘中存在贯通的集中性缺陷时，反映I _g 的绝缘 电阻 往往明显下降，用兆欧表检查时使可以发现。例如，变电站常用的针式支柱绝缘子，最常见缺陷为瓷质开裂，开裂后绝缘 电阻 值明显下降，用兆欧表可以直接检测出 来 。

但对于许多 电气设备 (如电机)，反映的绝缘 电阻 往往变动大，这与被试品的形状及尺寸都有关系，往往难以给出一定的绝缘 电阻 判断标准。通常是将处于同样运行条件下的不同相的绝缘 电阻 进行比较，或是将这一次测得的绝缘 电阻 和过去对它测出的绝缘 电阻 进行比较来发现问题，但要注意到绝缘 电阻 还随温度上升而有所下降。

(2)对于电容量较大的 设备 ，如电机、变压器、电容器等 ， 利用上述吸收现象来测量这些 设备 的绝缘 电阻 随时间的变化，即吸收比K值的大小，可以更有利于判断绝缘的状态。

以发电机为例，其定子绝缘的吸收现象是十分明显的。而且由于吸收比 K值是两个绝缘 电阻 的比值，它和 电气 绝缘的尺寸没有关系，只取决于绝缘本身的特性，所以可以更有利于反映绝缘的状态。例如，对于B级绝缘的发电机定子绕组，如果绝缘干燥，则在10～30℃时测出的吸收比K均远大于1.3；如果K＜1.3，则可判断为绝缘可能受潮；如果绝缘受潮严重，则60s时的电流基本等于15s时的电流，或R _{60 ´´} ≈ R _{15 ´´} ，因此K值将大大下降，K ≈ 1。

有时当绝缘有严重集中性缺陷时， K值也可以反映出来。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。

使用兆欧表测量绝缘 电阻 判断绝缘状态是一种简单而有一定效果的方法，故使用十分普遍。需要注意的是，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 值和吸收比仍可能很高。这是因为这些缺陷虽然严重，但还没有贯通，而兆欧表的额定 电压 较低又不足以使其 击穿 的缘故。因此，只凭绝缘 电阻 的测量来判断绝缘是不可靠的。

5.2直流泄漏电流的测量

在直流 电压 作用下测量通过被试品的泄漏电流，实际上也是测量其绝缘 电阻 。不同的是加在被试品上的 电压 较高，并可测出泄漏电流随试验 电压 的变化出线：经验表明：当所加的直流 电压 不高时，由泄漏电流换算得到的绝缘 电阻 值与兆欧表所测值极为接近，此时测泄漏电流并不比兆欧表测绝缘 电阻 能获得更多的信息；但当用较高的 电压 来测泄漏电流时，就有可能发现兆欧表所不能发现的绝缘损坏或弱点。如图 5-6所示，当u＜U _cr 时，泄 漏电流 i _{1 k} 与所加 电压 u接近成正比；当u＞U _cr 时，泄 漏电流增长较快，这就表示该绝缘不宜长时间承受高于 U _cr 的 电压 。当然在较高的试验 电压 作用下，能发现 被试品中一些尚未贯通的集中性缺陷，因此比兆欧表更有效。

在标准规定的试验 电压 作用下，一般要求读取泄漏电流值的时间为到达试验 电压 后 1nin，测量泄漏电流时，除了和测量绝缘 电阻 时一样需要注意温度、时间和表面泄漏的影响外，

还应注意下列问题：

(1) 电压 的稳定性。一般都用从交流 电压 通过整流来获得直流 电压 ，直流 电压 的脉动系数不大于3%。

(2)测量仪表的保护。可采用图5-7所示电路。 电阻 R的取值是考虑电流表PA所允许的最大电流在 电阻 R上的压降应稍大于放电管(可以是试电笔中用的 氖管 )的起始放电 电压 。并联电容C的作用不仅使电流表的读数稳定，更重要的是使作用在放电管P上的 电压 陡波前能有足够的平缓，使P来得及动作、故 其 电容量应较大(＞1 μ F)。在加压过程中电流表被旁路开关K短接，只在需要读数时才将K打开。

(3)电晕造成的误差。为了观察的方便，通常将测量 仪表接在低电位侧，如果高压连线上或被试品高压极 (H)上发生电晕，将会形成电晕电流，将使仪表指示的电流值比实际流经被试绝缘的泄漏电流大很多，所以要求 直流高压部分不发生电晕。如果做不到这一点，则应将被试品的低压极 (L)和测量机构用法拉 第 笼S屏蔽起来，并将法拉第笼接地，如图5-7所示。

(4)被试品的接地。在图5-7中，被试品两端均不允许接地。但有时，特别是已经安装在现场的 设备 ，或是埋 入地中的电缆，常常是无法做到对地绝缘，此时应将测量系统串接在高压侧电路中。由于测量系统包含有仪表及其 他辅助元件，不易做到防电晕，故应将测量系统放在金属屏蔽盒中，并尽可能将被试品的高压极和引线也屏蔽起来。这时屏敲层应与直流高压电源的高压引线相连，从而使屏蔽盒及引线 屏蔽 对地的电 晕 电流和泄漏电流不通过测量仪表，因此也就不会造成误差了，由于此时测量仪表接在高压侧，观察时应特别 注意 试验安全。