电气试验培训课

第一节绝缘电阻及吸收比试验一、绝缘电阻试验使用范围绝缘电阻试验是电气设备绝缘试验中一种最简单、最常用的验方法。当电气设备绝缘受潮，表面变脏，留有表面放电或击穿痕迹时，其绝缘电阻会显著下降。根据绝缘等级的不同，测试要求的区别，常采用的兆欧表输出电压有100V、250V、500V、1000V、2500V、5000V、10000V等。由于绝缘电阻试验所施加的电压较低，对于一些集中性缺陷，即使可能是很严重的缺陷，但在测量时显示绝缘电阻仍然很大的现象，因此，绝缘电阻试验只适用于检测贯穿性缺陷和普遍性缺陷。二、绝缘电阻试验的主要参数及技术指标电气设备的绝缘，不能等值为单纯的电阻，其等值电路往往是电阻电容的混合电路。很多电气设备的绝缘都是多层的，例如电机绝缘中用的云母带，变压器等绝缘中用的油和纸，因此，在绝缘试验中测得的并不是一个纯电阻。如图4-1为双层电介质的一个简化等值电路。1R2R1C2CUiSRi,tgIaiiRo图4-2吸收曲线及绝缘电阻变化曲线图4-2吸收曲线及绝缘电阻变化曲线当合上开关K将直流电压U加到绝缘上后，等值电路中电流i的变化如图4-2中曲线所示，开始电流很大，以后逐渐减小，最后趋近于一个常数Ig；这个过程的快慢，与绝缘试品的电容量有关，电容量越大，持续的时间越长，甚至达数分钟或更长时间。图4-2中曲线i和稳态电流Ig之间的面积为绝缘在充电过程中从电源“吸收”的电荷Qa。这种逐渐“吸收”电荷的现象就叫做“吸收现象”。从图4-2曲线可以看出，在绝缘电阻试验中，所测绝缘电阻是随测量时间变化而变化的，只有当t＝∞时，其测量值为R=R∞，但在绝缘电阻试验中，特别是电容量较大时，很难测量R∞的值，因此，在实际试验中，规程规定，只需测量60s时的绝缘电阻值，即R60S的值，当电容量特别大时，吸收现象特别明显，如大型发电机，可以采用10min时的绝缘电阻值。对于不均匀的绝缘试品，如果绝缘状况良好，则吸收现象明显，如果绝缘受潮严重或内部有集中性的导电通道，这一现象更为明显。工程上用“吸收比”来反映这一特性，吸收比一般用K表示，其定义为：K＝R60s/R15s（4－1）式中R60s为t=60s测得绝缘电阻值，R15s为t=15s时测得的绝缘电阻值。对于电容量较大的绝缘试品，K可采用下式表示：K＝R10min/R1min（4－2）式中R10min为t=10min时测得的绝缘电阻值，R1min为t=1min时测得的绝缘电阻值，K在工程上称为极化指数。当绝缘状况良好时，K值较大，其值远大于1，当绝缘受潮时，K值将变小，一般认为如K1.3时，就可判断绝缘可能受潮。从上面的分析可知，对电容量较小的绝缘试品，可以只测量其绝缘电阻，对于电容量较大的绝缘试品，不仅要测量其绝缘电阻，还要测量其吸收比。三、试验设备工程上进行绝缘电阻试验所采用的设备为兆欧表，兆欧表有三个接线端子：线路端子（L），接地端子（E），屏蔽（或保护）端子（G），被试品接在L和E之间，G用以消除绝缘试品表面泄漏电流的影响，其试验原理接线如图4－3所示。在绝缘试验中，如不接屏蔽端子，测得的绝缘电阻是表面电阻和体积电阻的并联值，因为这时沿绝缘表面的泄漏电流同样流过兆欧表的测量回路。如果在表面上缠上几匝裸铜线，并接到端子G上，则绝缘表面泄漏电流不流过兆欧表的测量回路，这时测得的结果便是消除了表面泄漏电流影响的真实的体积电阻。M123ELG1－电缆金属铠装；2－电缆绝缘；3－导电芯图4－3绝缘电阻试验原理接线示意图兆欧表种类较多，根据测量对象的不同，采用的测量电压不同，如前所述。根据电压产生的方式不同，分为手摇式兆欧表和电子式兆欧表，其原理图如图4－4和4－5所示。0+R2R1EGLSN8电池供电直流高压逆变电路测量保护电路电流测量电压测量试品EGL图4－4手摇式兆欧表原理接线图图4－5电子式兆欧表原理接线图•手摇式兆欧表采用了流比计的测量机构，仪表的读数与手摇式发电机的端电压或转速绝对值的关系不大，一般只要使得手柄的转速达到额定转速（通常为120r/min）的80%以上就行，重要的是必须保持转速的恒定。需要注意的是，当试品电容较大时，测量后须先将兆欧表从测量回路中断开，然后才能停止转动发电机，以免试品电容电流反充损坏仪器。•电子式兆欧表测量原理与手摇式兆欧表的测量原理一样，只是电源的产生方式不一样。由于电力电子技术的发展，开关电源技术已比较成熟，因此，工程上大量采用了电子式兆欧表。与手摇式兆欧表相比，不仅试验工作量降低，测量吸收比时更容易，而且电源容量可以做得较大，同时，一台兆欧表还可以将几种不同电压集成在一台设备中，适用面更广四、绝缘电阻试验结果判断的基本方法在绝缘电阻试验中，绝缘电阻的大小与绝缘材料的结构、体积有关，与所用的兆欧表的电压高低有关，还与大气条件有关，因此，不能简单的用绝缘电阻的大小或吸收比来判断绝缘的好坏。在排除了大气条件的影响后，所测绝缘电阻值和吸收比应与其出厂时的值比较，与历史数据相比较，与同批设备相比较，其变化不能超过规程允许的范围。同时，应结合绝缘电阻值与吸收比的变化结合起来综合考虑。五、测量绝缘电阻的规定1．测试规定（1）试验前应拆除被试设备电源及一切外连线，并将被试物短接后接地放电1min，电容量较大的应至少放电2min，以免触电。（2）校验兆欧表是否指零或无穷大。(3)用干燥清洁的柔软布擦去被试物的表面污垢，必要时可先用汽油洗净套管的表面积垢，以消除表面的影响。（4）接好线，如用手摇式兆欧表时，应用恒定转速（120r/min）转动摇柄，兆欧表指针逐渐上升，待1min后读取其他绝缘电阻值。（5）在测量吸收比时，为了在开始计算时就能在被试物上加上全部试验电压，应在兆欧表达到额定转速时再将表笔接于被试物，同时计算时间，分别读取15s和60s的读数。（6）试验完毕或重复进行试验时，必须将被试物短接后对地充分放电。这样除可保证安全外，还可提高测试的准确性。（7）记录被试设备的铭牌、规范、所在位置及气象条件等。2．测试时注意事项（1）对于同杆双回架空线或双母线，当一路带电时，不得测量另一回路的绝缘电阻，以防感应高压损坏仪表和危及人身安全。对于平行线路，也同样要注意感应电压，一般不应测其绝缘电阻。在必须测量时，要采取必要措施才能进行，如用绝缘棒接线等。（2）测量大容量电机和长电缆的绝缘电阻时，充电电流很大，因而兆欧表开始指示数很小，但这并不表示被试设备绝缘不良，必须经过较长时间，才能得到正确的结果。使用手摇式兆欧表测量大容量设备的绝缘电阻时，试验结束时手不能停，要先断开L线与被测设备之间的联接，再停止转动摇表，并立即对被测设备放电和接地，防止被试设备对兆欧表反充电损坏兆欧表和被测设备所带高电压电人。（3）如所测绝缘电阻过低，应进行分解试验，找出绝缘电阻最低的部分。（4）一般应在干燥、晴天、环境温度不低于50C时进行测量。在阴雨潮湿的天气及环境湿度太大时，不应进行测量。（5）测量绝缘的吸收比时，应避免记录时间带来的误差。由上述可知，变压器、发电机等设备绝缘的吸收比，是用兆欧表在加压15s和60s时记录其绝缘电阻值后计算求得的。测量时，流过绝缘的电流分量中漏导电流不随时间变化，其值很小，分析时可以略去；充电电流在很短时间（小于1s）内衰减到零，也可以略去。随时间变化的主要分量是吸收电流，它与测量时间t的关系为：（4-3）nxI(t)At式中A—常数，决定于被试品绝缘材料；n—指数。6015nnUUR,RA60A15nn60n15R(U/A)60K==4R(U/A)15故6015lg(R/R)n=lg4（4-4）tR试验时，记录时间往往不是实际加压时间，设记录时间与加压时间的绝对误差为，则此时测得的绝缘电阻为而实际的绝缘电阻R为：nt-ntUUR=(t)A(+)A（4-5）n-nUUR=tAtA由上两式计算出的绝缘电阻测量值的相对误差R为：nnnttn(U/A)(t)R-RR=1(1)1(1t)1R(U/A)tt（4-6）式中t—测量时间的相对误差。t214%15t试验时，时间记录往往不易准确，兆欧表刻度展开时间一般1~2s。若记录时间有2s误差，则对15s而言，为，对60s而言，为3%左右。0.515R(10.14)117%0.560R(10.03)11.5%若取吸收比K=2，则n=0.5。因此，当记录时间的相对误差为2s时，对15s绝缘电阻的相对误差对60s绝缘电阻的相对误差60R15R对于和5%~9%，这样，在现场测量吸收比时，往往导致测量结果重复性较差，给测试结果分析带来困惑。因此，应准确过自动记录15s和60s的时间。的相对误差引起的吸收比计算结果的误差可达若用极化指数来监测吸收过程，上述误差可以忽略。（6）屏蔽环装设位置。为了避免表面泄漏电流的影响，测量时应在绝缘表面加等电位屏蔽环，且应靠近E端子装设。（7）兆欧表的L和E端子接线不能对调。用兆欧表测量电气设备绝缘电阻时，其正确接线方法是L端子接被试品与大地绝缘的导电部分，E端子接被试品的接地端。（8）兆欧表与被试品间的连线不能铰接或拖地，否则会产生测量误差。（9）采取兆欧表测量时，应设法消除外界电磁场干扰引起的误差。在现场有时在强磁场附近或在未停电的设备附近使用兆欧表测量绝缘电阻，由于电磁场干扰也会引起很大的测量误差。1）磁耦合。由于兆欧表没有防磁装置，外磁场对发电机里的磁钢和表头部分的磁钢的磁场都会产生影响。当外界磁场强度为400A/m时，误差为0.2%外界磁场愈强，影响愈严重，误差愈大。2）电容耦合。由于带电设备和被试设备之间存在耦合电容，将使被试品中流过干扰电流。带电设备电压愈高，距被试品愈近，干扰电流愈大，因而引起的误差也愈大。消除外界电磁场干扰的办法是：①远离强电磁场进行测量；②采用高电压级的兆欧表，例如使用5000V或10000V的兆欧表进行测量；③利用兆欧表的屏蔽端子G进行屏蔽。（10）为便于比较，对同一设备进行测量时，应采用同样的兆欧表、同样的接线。当采用不同型式的兆欧表测绝缘电阻，特别是测量具有非线性电阻的阀型避雷器时，往往会出现很大的差别。当用同一只兆欧表测量同一设备的绝缘电阻时，应采用相同的接线，否则将测量结果放在一起比较是没有意义的。六、影响测试绝缘电阻的主要因素1．湿度随着周围环境的变化，电气设备绝缘的吸湿程度也随着发生变化。当空气相对湿度增大时，由于毛细管作用，绝缘物（特别是极性纤维所构成的材料）将吸收较多的水分，使电导率增加，降低了绝缘电阻的数值，尤其是对表面泄漏电流的影响更大。2．温度电气设备的绝缘电阻随温度变化而变化的，其变化的程度随绝缘的种类而异。富于吸湿性的材料，受温度影响最大。一般情况下，绝缘电阻随温度升高而减小。这是因为温度升高时，加速了电介质内部离子的运行，同时绝缘内的水分，在低温时与绝缘物结合得较紧密。当温度升高时，在电场作用下水分即向两极伸长，这样在纤维质中，呈细长线状的水分粒子伸长，使其电导增加。此外，水分中含有溶解的杂质或绝缘物内含有盐类、酸性物质，也使电导增加，从而降低了绝缘电阻。由于温度对绝缘电阻值有很大影响，而每次测量又不能在完全相同的温度下进行，所以为了比较试验结果，我国有关单位曾提出过采用温度换算系数的问题，但由于影响温度换算的因素很多，如设备中所用的绝缘材料特性、设备的新旧、干燥程度、测温方法等，所以很难规定出一个准确的换算系数。目前我国规定了一定温度下的标准数值，希望尽可能在相近温度下进行测试，以减少由于温度换算引起的误差。3．表面脏污和受潮由于被试物的表面脏污或受潮会使其表面电阻率大大降低，绝缘电阻将明显下降。必须设法消除表面泄漏电流的影响，以获得正确的测量结果。4．被试设备剩余电荷对有剩余电荷的被试设备进行试验时，会出现虚假现象，由于剩余电荷的存在会使测量数据虚假地增大或减小。要求在试验前先充分放电10min。图4-6示出了不同放电时间后，绝缘电阻与加压时间的关系。剩余电荷的影响还与