電氣絕緣測試技術(shù)現(xiàn)用教材：《電氣絕緣測試技術(shù)》邱昌榮機(jī)械工業(yè)出版社參考教材：《電氣絕緣技術(shù)基礎(chǔ)》曹曉瓏機(jī)械工業(yè)出版社

《高電壓技術(shù)》吳廣宇機(jī)械工業(yè)出版社火力水力風(fēng)力核能太陽能地?zé)???電能一、電能第一章緒論全球截止到2030年仍將有1/5的人口，根本的不到電力供應(yīng)。美國在未來20年中需要建設(shè)1300個發(fā)電廠（平均每年65個）才能保證充足的發(fā)電能力。否則，加州停電問題就肯定會在全國范圍內(nèi)出現(xiàn)。能源短缺將對美國所有的地區(qū)造成影響。發(fā)展中國家和不發(fā)達(dá)國家嚴(yán)重的能源短缺和電力工業(yè)的落后狀態(tài)，已成為影響其經(jīng)濟(jì)發(fā)展的瓶頸。東北電網(wǎng)華北電網(wǎng)西北電網(wǎng)川渝電網(wǎng)華中電網(wǎng)華東電網(wǎng)南方電網(wǎng)我國電網(wǎng)基本框架新疆西藏500kV220kV330kV熱電廠水電站核電站我國的發(fā)電一次能源主要分布西部地區(qū)，而電力消費(fèi)主要集中在中、東部和南部地區(qū)。西電東送、南北互供，發(fā)展全國聯(lián)網(wǎng)是解決我國能源分布與電力消費(fèi)矛盾的重要措施。并將形成北、中、南三個輸電通道。中國電力工業(yè)分為7個跨省(區(qū))電力集團(tuán):東北、華北、華東、華中、西北、南方和川渝，5個獨(dú)立省級電網(wǎng):山東、福建、新疆、海南、西藏(未包括臺灣和港澳地區(qū))。電廠輸電網(wǎng)配電網(wǎng)用戶二、電力系統(tǒng)的構(gòu)成發(fā)電機(jī)電氣設(shè)備電力電纜變壓器電容性設(shè)備電力系統(tǒng)是世界上最大的“瞬間動態(tài)平衡系統(tǒng)”

。發(fā)電和用電是同時發(fā)生的，基本沒有存儲環(huán)節(jié)。電力系統(tǒng)的所有問題都是圍繞這個特點(diǎn)展開的。電力系統(tǒng)的特點(diǎn)三、電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性問題電廠電力網(wǎng)用戶系統(tǒng)瞬間改變發(fā)電、輸電和用電過程構(gòu)成了不可分割的整體，任何環(huán)節(jié)發(fā)生故障都有可能引起鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，導(dǎo)致整個系統(tǒng)的崩潰。

美國舊金山1998年2月8日，太平洋天然氣電力公司(PGE)變電站發(fā)生停電事故，所有從圣馬特歐變電站至舊金山的5條115kV輸電線全部跳開，舊金山地區(qū)2個發(fā)電廠解列，456000多個用戶停電。四、歷史上的大停電事故舊金山大停電巴西圣保羅

1999年，由于閃電擊中圣保羅的一個變電站，變壓器跳閘導(dǎo)致電網(wǎng)解列，引起巴西南部地區(qū)停電長達(dá)4小時之久。停電波及巴西27個州的11個州，停電地區(qū)是巴西人口和工商業(yè)最密集的地區(qū)，直接影響1.7億人的正常工作與生活，經(jīng)濟(jì)損失非常嚴(yán)重。由于停電發(fā)生在午間交通高峰時間，交通燈熄滅，引起嚴(yán)重交通堵塞。

巴西大停電

美國紐約2002年3月位于曼哈頓東區(qū)的愛迪生聯(lián)合電廠突然失火，并引燃了用于發(fā)電的燃油。這起事故造成紐約第14大街以南的6.3萬戶居民住宅停電，附近的格林尼治和索霍等地區(qū)也受到影響。居住在世貿(mào)中心遺址附近的居民又一次感受到了“９·１１”時的恐怖氣氛。駕車者在昏暗的高速公路上小心翼翼地行駛，高大建筑內(nèi)的人們在漆黑的樓道里摸索著前行，耳邊不時傳來陣陣警笛聲。

紐約大停電菲律賓主島呂宋島2002年5月21日由于海底電纜損壞，引發(fā)大面積停電事故，全國人口一半以上受到影響。首都馬尼拉和廣泛地區(qū)四千多萬人沒有電力供應(yīng)。

這次停電對菲律賓的商業(yè)運(yùn)作造成重大打擊。受停電影響，鐵路系統(tǒng)停頓，數(shù)以千計的乘客被困車廂內(nèi)；菲律賓股票市場也被迫中斷交易。

菲律賓大停電

美國加州2002年1月以及3月連續(xù)兩次發(fā)生全州停電事故。為防止整個系統(tǒng)癱瘓，加州實(shí)行了二戰(zhàn)后的首次燈火管制，以避免對電力設(shè)備造成損害，引發(fā)更大面積的不能控制的斷電事故。電力官員稱用電高峰再次對該州設(shè)備嚴(yán)重老化的電力系統(tǒng)帶來完全癱瘓的威脅，加州已宣布進(jìn)入3級緊急狀態(tài)。加州大停電

希臘北部地區(qū)2002年6月12日下午由于氣溫過高，希臘北部最大城市薩洛尼卡附近一座變電站內(nèi)的變壓器突然發(fā)生爆炸，造成包括該市在內(nèi)的大部分希臘北部地區(qū)供電中斷。發(fā)生長達(dá)一個多小時的嚴(yán)重停電事故，造成許多城市交通癱瘓，通訊系統(tǒng)無法正常工作。

瑞典首都斯德哥爾摩于2002年3月11日開始，由于地下隧道的輸電電纜被燒毀，連續(xù)兩天發(fā)生大面積停電事件，造成許多工廠停產(chǎn)，嚴(yán)重影響了當(dāng)?shù)鼐用竦恼Ｉ睢Ｓ喜咳R斯特郡5月11日發(fā)生大面積停電。2萬多戶家庭連續(xù)幾天生活在黑暗中。附近的肯特郡、薩塞克斯郡和薩里郡的3.1萬戶家庭的斷電現(xiàn)象則持續(xù)了更長一段時間。

在我國，近20年來各大電網(wǎng)中規(guī)模較大的停電事故約有140余起，每次損失數(shù)以億計。近幾年事故次數(shù)雖有所下降。但其規(guī)模和造成的損失卻大幅度擴(kuò)大和上升。隨著全國電網(wǎng)的形成，電力系統(tǒng)重大事故也更將危及到我國國家安全。臺灣1999年7月29日全島發(fā)生五十年來最大的一起停電事故，南北兩條超高壓輸電線路損壞，進(jìn)而引發(fā)連鎖反應(yīng)，造成臺中電廠、通霄電廠、林口電廠、協(xié)和電廠、深澳電廠以及核能一、二、三廠全部跳閘，總跳機(jī)電量高達(dá)1000萬千瓦，全臺灣停電用戶高達(dá)900萬戶。包括機(jī)場、醫(yī)院、科學(xué)園等敏感地區(qū)，都一度陷入停電狀態(tài)。直接經(jīng)濟(jì)損失在150億新臺幣以上。新竹科學(xué)園的26座晶片廠生產(chǎn)線因此停頓1至2天，每座晶片廠的損失估計超過5000萬元，由于適逢月底出貨高峰，總計這次大停電造成新竹科園區(qū)的損失約新臺幣100億元以上。臺灣大停電遼沈地區(qū)2001年2月22日遭遇最嚴(yán)重大面積停電事故，沈陽市區(qū)停電面積已經(jīng)超過70%。遼沈停電事故是從高壓輸電線路的燃弧放電開始的。遼沈為我國重工業(yè)區(qū)，含鹽的空氣污染物附著在絕緣瓷瓶上，大霧濕氣使瓷瓶絕緣能力降低，電流沿著瓷瓶表面爬升，出現(xiàn)閃烙放電現(xiàn)象。遼沈停電事故中，幾乎所有的高壓輸電線路都“火冒三丈”，停電事故最厲害的就是工業(yè)集中、污染嚴(yán)重的鐵西區(qū)，該區(qū)全部停止了電力供應(yīng)，損失巨大。遼沈大停電★停電原因城市電網(wǎng)結(jié)構(gòu)

管理不善設(shè)備故障

檢修

電源不足

外部因素氣象影響

上海0.06

2.12

45.31

39.17

0.00

10.78

2.56

太原1.63

3.04

16.76

64.710.53

10.31

3.02

長春0.40

1.82

14.66

69.26

0.00

8.02

5.84杭州2.97

4.82

18.44

67.18

0.00

5.34

1.25

廣州0.00

19.4528.6950.96

0.00

0.00

0.90

西寧0.04

3.78

49.50

29.19

0.00

17.490.00(%)事后修理或故障維修；定期檢修或預(yù)防性維修；狀態(tài)維修或預(yù)知性維修。五、電力系統(tǒng)維修方式的演變過程早期技術(shù)及管理水平都很低，即使再重要的設(shè)備也只能壞了再修。以致工作毫無計劃性，供電可靠性很低。簡單方便，對消耗性產(chǎn)品是有效的。隨著電力系統(tǒng)的不斷擴(kuò)大，設(shè)備故障所造成的停電損失也越來越大，事后維修無法滿足系統(tǒng)對運(yùn)行穩(wěn)定性的需求。1、事后維修體制預(yù)防性試驗是電力設(shè)備運(yùn)行和維護(hù)工作中的一個重要環(huán)節(jié)，是保證電力系統(tǒng)安全運(yùn)行的有效手段之一。在我國已有50年的使用經(jīng)驗。預(yù)防性試驗、大修和小修構(gòu)成了定期維修制的基本內(nèi)容。2、現(xiàn)行維修體制——定期維修（1）維修周期頻繁（2）預(yù)防性試驗項目過多電力變壓器32項發(fā)電機(jī)25項互感器11項★定期維修制的弊端設(shè)備發(fā)電機(jī)變壓器電力電纜小修周期（年）111大修周期（年）35～105大修一臺220kV開關(guān)需投入100多個工作人日，資金2萬元。長時間停電檢修，將造成大量的電量損失。300MW機(jī)組停運(yùn)一天，少發(fā)電720萬度，直接損失150萬元。（3）經(jīng)濟(jì)性差（4）增大不安全因素易發(fā)生人身和設(shè)備安全事故。

發(fā)生在檢修、試驗人員身上的傷亡事故占全部供電傷亡事故的77.8%。停送電過程易造成誤操作。（5）過度維修對110臺高壓變壓器進(jìn)行的162臺次定期吊檢大修結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計。共發(fā)現(xiàn)缺陷24項，其中一般性缺陷23項，危及安全運(yùn)行的僅1項。對110kV及以上油開關(guān)大修統(tǒng)計表明，95%以上未發(fā)現(xiàn)部件損壞。定期檢修雖有成效，但過于保守。實(shí)踐證明，頻繁檢修非但不能改善設(shè)備性能，反而常常會引入新的故障因素。

（6）維修不足由于采用周期性定期檢查，很難預(yù)防由于隨機(jī)因素引起的偶發(fā)事故。設(shè)備仍可能在試驗間隔期間內(nèi)由于微小缺陷的持續(xù)發(fā)展導(dǎo)致發(fā)生故障。

狀態(tài)維修方式的基本思想“治于未病”3、發(fā)展中的維修體制——狀態(tài)維修狀態(tài)維修即根據(jù)具體設(shè)備的實(shí)際情況來確定檢修周期和檢修內(nèi)容的維修體制。通過對設(shè)備運(yùn)行情況的實(shí)時監(jiān)測，隨時查明設(shè)備可能“存在著什么樣的隱患，什么時候會發(fā)生故障”，預(yù)先得知將要發(fā)生事故的部位和時間，設(shè)備管理人員因此可以從容地安排停電計劃和組織維修人力，采購必須的備件，以便在短時間內(nèi)完成高質(zhì)量的維修工作。實(shí)現(xiàn)“無病不修、有病才修、修必修好”的目的。（1）狀態(tài)維修的必要性

雖然設(shè)備內(nèi)部缺陷的出現(xiàn)和發(fā)展具有很強(qiáng)隨機(jī)性，但大多都具有一個的較為緩慢的發(fā)展過程，在這期間，會產(chǎn)生各種前期征兆，表現(xiàn)為其電氣、物理、化學(xué)等特性發(fā)生漸進(jìn)的量變。根據(jù)這些特征量值的大小及變化趨勢，即可對設(shè)備的可靠性隨時做出判斷，從而發(fā)現(xiàn)早期潛伏性故障。（2）狀態(tài)維修的技術(shù)可行性六、電氣絕緣測試技術(shù)的特點(diǎn)測量范圍大；

絕緣電阻可達(dá)1010歐姆，微電流可小到10-16安。特性參數(shù)的測量；

例如：空間電荷。數(shù)據(jù)處理復(fù)雜；

懂得數(shù)理統(tǒng)計和概率論。第二章電阻與微電流的測量第一節(jié)絕緣電阻與電阻率一、絕緣電阻與電阻率1、絕緣體基本功能是阻止電流通過，使得電能按設(shè)計的途徑傳輸，保證設(shè)備的正常工作。2、絕緣電阻就是用以表征絕緣體阻止電流流通的能力，是表征絕緣體特性的基本參數(shù)之一。★一個絕緣體在施加電壓以后，通過的電流隨時間的變化如下：在開始時電流成分很多，除了泄漏電流之 外，還有充電電流、極化電流以及凈化電流等，這些電流都是隨時間減小的，最后這個穩(wěn)定的電流才是表征電介質(zhì)本征電導(dǎo)

的泄漏電流。

絕緣電阻是施加于絕緣體上的兩個導(dǎo)體之間的直流電壓與流過絕緣體的泄漏電流之比， 體積電阻RV絕緣電阻表面電阻RS—通過絕緣體內(nèi)部的電流—通過絕緣體表面的電流絕緣電阻是體積電阻與表面電阻并聯(lián)組成的，如左圖示：

V

絕緣體的體積電阻與導(dǎo)體間絕緣體的厚度成正比，與導(dǎo)體和絕緣體接觸的面積成反比。 以平板形絕緣體為例，假定導(dǎo)體（或電極）也是平板形，導(dǎo)體間絕緣體內(nèi)電場均勻，則有hUAIVRV

VU/hEVIV/AJV式中：h—絕緣體的厚度（m）

A—電極的面積（m2

）EV—電場強(qiáng)度（V/m）ρV—體積電阻率（Ω·m）JV—絕緣體內(nèi)的電流密度（A/m2）體積電阻率實(shí)際等于單位立方體的絕緣電阻值表面電阻與絕緣體表面上放置的導(dǎo)體的長度成反比，與導(dǎo)體間絕緣體表面的距離成正比，以圖1-3所示的簡單平板形絕緣體為例。l

S

S--表面電阻率（

）IS

ddU lISRS

SES

式中d—導(dǎo)體間的距離（m）;

l—導(dǎo)體的長度（m）;

ES--表面電場強(qiáng)度（V/m）;

--電流線密度（A/m）;

U/d IS/l表面電阻率等于正方形面積內(nèi)的表面電阻值。小結(jié)：1、絕緣電阻不僅與絕緣材料的性能有關(guān)，還決定于絕緣系統(tǒng)的形狀和尺寸；而電阻率則完全決定于絕緣材料的性能。2、由于表面電阻率對外界的影響很敏感，所以絕緣材料的電阻率一般是指體積電阻率。3、電導(dǎo)率為電阻率的倒數(shù)，單位為S/M。二、影響絕緣電阻的因素1、溫度：在絕緣材料中，導(dǎo)電主要是靠離子遷移，溫度升高時，離子容易擺脫周圍分子的束縛而產(chǎn)生位移，從而使體積電阻率呈指數(shù)下降。2、濕度：水的電導(dǎo)比絕緣材料的電導(dǎo)大得多，同時水的介電常數(shù)大，它能降低離子的電離能，因此絕緣材料吸濕后，電阻率明顯下降?！镫姎庠O(shè)備在潮濕的環(huán)境中停放后，在重新投入運(yùn)行之前，必須先測其電阻，若下降很多，則烘干后再投入運(yùn)行。3、電場強(qiáng)度：當(dāng)電場強(qiáng)度很高時，電子電導(dǎo)起明顯作用，電導(dǎo)隨電場強(qiáng)度增高而明顯增加。4、輻照：許多有機(jī)材料強(qiáng)光或射線、射線的輻照下，會產(chǎn)生各種光電流，而使絕緣電阻率明顯下降?，F(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)中推薦采用在溫度為（23±2）℃，相對濕度為50%±5%條件下處理24h。 若要測定試樣在某一特定條件下的性能，在預(yù)處理后，還要進(jìn)行試驗條件處理。例：提示： 為消除由于試樣在試驗之前所經(jīng)歷的環(huán)境條件不同而造成的試驗結(jié)果的偏差，試樣要做預(yù)處理。

V聚氯乙烯：1010～1012

；聚乙烯：1014；天然橡膠：1014聚四氟乙烯：1016

；三元乙丙橡膠：1014

；環(huán)氧樹脂：1011云母：1010～1013；礦物油：1011～1012

；紙：105～1011空氣：1016第二節(jié)試樣與電極一、試樣

根據(jù)使用的要求，絕緣材料要制成不同的形狀和尺寸的試樣，如板、薄膜、帶、管、棒狀等等。試樣要經(jīng)過預(yù)處理或條將處理。并 放置在規(guī)定的環(huán)境條件下進(jìn)行測量。厚度：取決于材料的厚度。一般不超過4mm。大?。罕入姌O的最大尺寸至少每邊大7mm。方形板材：邊長50mm或100mm

圓形板材：直徑50mm或100mm

管狀式樣：長度50mm或100mm。二、電極系統(tǒng)電極系統(tǒng)分為兩電極和三電極系統(tǒng)。優(yōu)點(diǎn)：三電極系統(tǒng)可將體積電流和表面電流分開，可分別測得體積電阻率和表面電阻率。圖1-4平板試樣三電極系統(tǒng)測量體積電阻率時：1—被保護(hù)電極（測量電極）2—保護(hù)電極3—不保護(hù)電極（高壓電極）測量表面電阻率時：1—被保護(hù)電極（測量電極）2—不保護(hù)電極3—保護(hù)電極。圖1-5管狀試樣三電極系統(tǒng)測量體積電阻率時：1—被保護(hù)電極（測量電極）2—保護(hù)電極3—不保護(hù)電極（高壓電極）測量表面電阻率時：1—被保護(hù)電極（測量電極）2—不保護(hù)電極3—保護(hù)電極。表1-1電極尺寸單位：（mm）我國GB/T1410-1989標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的各電極的尺寸列于表1-1.三、電極材料與裝置1、電極材料需滿足以下要求：(1)電極本身是良好導(dǎo)體，而且能和試樣緊密接觸；(2)電極和試樣不能相互作用，電極應(yīng)能耐腐蝕，在實(shí)驗過程特別是在高溫下，不能因有電極存在而引起試樣性能發(fā)生變化；(3)要求電極制作方便，使用安全。2、電極的種類①銀漆和銀膏這種電極特別適合用于研究不同溫度下電阻率隨溫度變化的規(guī)律。②噴漆或真空蒸發(fā)金屬電極錫、鋁或合金這種電極與導(dǎo)電銀漆電極有相同的特點(diǎn)。③采用這種電極時，試樣必須先經(jīng)過預(yù)處理后再貼電極。金屬箔電極鋁箔、錫箔先用圓規(guī)沾上漆，畫好各電極的外緣，然后再用毛筆見整個電極涂滿?；蛘邔⒉粦?yīng)該涂電極的試樣表面用面板覆蓋，再涂上銀漆。④導(dǎo)電橡皮電極電阻率不大于3×104Ω·m，邵氏硬度不大于60這種電極使用方便，但導(dǎo)電性能差，對有彈性的試樣應(yīng)注意因加壓力而影響實(shí)際厚度。⑤膠體石墨電極制作方法與銀漆的方法相同石墨電極比較便宜，但導(dǎo)電性能不如銀漆，而且當(dāng)受潮或浸在變壓器油中試驗時，石墨容易脫落。⑥導(dǎo)電液體電極水銀電極是導(dǎo)電液體電極的一種，如圖1-10所示，這種電極與試樣接觸很好但水銀對人體有害，不能長時間使用，特別不能在高溫下使用。以上各種電極材料與裝置都是用于固體材料的。直接測量法：即直接測量施加于試樣的直流電壓U和流過試樣的電流I，通過歐姆定律計算出電阻R=U/I?；蛘呤沽鬟^試樣的電流通過一個已知的標(biāo)準(zhǔn)電阻Rs,測量其兩端的電壓而求得通過的電流I。根據(jù)采用的測量儀器類型，可分為以下幾種。第三節(jié)直測法測量絕緣電阻一、兆歐表舊式兆歐表是由一個手搖直流發(fā)電機(jī)和一個流比式電流表組成。試樣串聯(lián)在電流表的一個支路內(nèi)，見圖1-12。電流表的讀數(shù)為：式中符號見圖1-12。R1、R2都是固定的，因此可以把α讀數(shù) 直接分度為試樣的電阻Rx值。

圖1-12兆歐表電路G—手搖發(fā)電機(jī)P—流比式電流計

Rx—試樣電阻注意：①用兆歐表測絕緣電阻的靈敏度不高，只能測到100MΩ,

電壓等級有500V、1000V、2500V三種。

②在使用中要選擇適當(dāng)?shù)碾妷?，電壓太低可能暴露不出絕緣的弱點(diǎn)，太高可能發(fā)生絕緣擊穿。另外，直接測量法還包括：檢流計法、高阻計法；比較測量法包括：電橋法、電流比較法；充放電測量法包括：充電法、自放電法。第四節(jié)測量誤差的來源及消除方法一．儀器的誤差各種直讀儀表一般都有誤差的范圍說明。各種電表都可以從它的精確度等級上，知道測量值可能的誤差，有些測量方法是要通過幾個參數(shù)的測量最后由計算式計算出結(jié)果，這時可采用間接誤差計算方法計算總誤差，如用檢流計測量絕緣電阻是通過R=Un/Kα來計算出電阻，則R的相對誤差為絕緣電阻的相對誤差不超過7.5%二．漏電流在測量絕緣電阻的線路中，各部件、開關(guān)、試樣支架等本身的絕緣電阻都不是無限大的，它們中都存在著微小的漏電流，在測量很高的絕緣電阻時，由于待測的電流是極微小的，這些漏電流就可能造成極大的誤差。圖1-21中漏電流I1是從高壓部分經(jīng)過各部分的電阻（用R1

表示）流進(jìn)測試儀器，這部分漏電流就使測得的電阻值偏小了。另一種漏電流是通過試樣的待測電流，被測試的儀器輸入端并聯(lián)的低電阻分流，如圖1-21中的電流I2，這種漏電流使測得的電阻值偏大了。圖1-21漏電流的示意圖消除方法：(1)要減小I1就必須提高R1，要求R1>100Rx有時是不現(xiàn)實(shí)的。(2)用一導(dǎo)體安插在漏電流的途徑中，將漏電流引到電源的回路中，使之不流經(jīng)測試儀器?；蛘呤锹╇娏魉?jīng)的電阻與測試、線路中低電阻元件并聯(lián)，從而使漏電流的影響忽略不計。圖1-22漏電流保護(hù)技術(shù)示意圖如圖1-22中，將導(dǎo)體插入R1′和R1″中，將I1

引到電源的回路中去，而R1″變?yōu)榕cRN并聯(lián)，RN為標(biāo)準(zhǔn)電阻。三．寄生電動勢和外電場

在絕緣電阻的測試電路中，很難免存在各種寄生電動勢，如熱電動勢、接觸電動勢、電解電動勢以及其他感應(yīng)電動勢等，這些電動勢一般數(shù)值很小，但在測量很高的電阻時，或是出現(xiàn)在測試電路的敏感部位時，寄生電動勢帶來的影響不可忽略。檢查辦法：接好測試裝置，不加直流電壓，確認(rèn)儀器是否指零，如是，可忽略。

當(dāng)試樣上施加直流電壓時，試樣表面層將會積聚上極化電荷，在電極上也增加了相應(yīng)的自由電荷。之后若去除施加的電壓，并將試樣短路，電極上的電荷不會瞬間放光，而是隨著極化電荷的消失而逐漸消失。如果在一塊試樣上測量體積電阻之后，接著就測量表面電阻，就可能由于極化電荷的存在而造成誤差，如圖1-24所示。四．剩余電荷圖1-24極化電荷影響的示意圖由圖1-24可以看出，在測量體積電阻時已經(jīng)形成了極化電荷，這些電荷在測量表面電阻時不斷地消失，在電極1、3上原來被極化電荷束縛的電荷便通過測量儀器釋放，從而出現(xiàn)與表面電流IS方向相反的放電電流Id，因此儀器上測得的電流為

Ig=IS-Id這就使得測得的表面電阻偏大。除了極化電荷之外，絕緣材料在生產(chǎn)、存儲、運(yùn)輸過程中，以及在試樣的制做過程中，都有可能在試樣上殘留靜電荷，這些電荷都會影響絕緣電阻的測試結(jié)果。在測量絕緣電阻時，檢查剩余電荷的影響必不可少。檢查結(jié)果如果不正常，則可能是剩余電荷的影響，也可能是寄生電動勢的影響，這就要仔細(xì)觀察分析，找出原因并消除之，才能進(jìn)行正常試驗。第五節(jié)泄漏電流的測量絕緣電阻的測量，實(shí)際上都是測量通過試樣的泄漏電流，本節(jié)討論的泄漏電流的測量都是對電工設(shè)備而言，而且都是在較高的直流電壓下進(jìn)行。絕緣電阻與泄漏電流測量對比。相同點(diǎn)：測量原理和適用范圍相同。不同點(diǎn)：①測量泄漏電流使用的電壓更高(10KV以上)——可以發(fā)現(xiàn)一些未完全貫通的集中性缺陷；

②直流電壓逐漸增大——監(jiān)視泄漏電流的增長動向。(1)被測試樣的一端要固定接地。圖1是測量泄漏電流的裝置，微安表在高壓電源與地之間時，除了通過試樣的泄漏電流之外，還可能存在所有高壓端對地的漏電流，如高壓套管、濾波電容器及保護(hù)電阻的支架等。因此，測量時先不要接試樣，升高電壓達(dá)試驗電壓值，記下這時電流讀數(shù)I1

；然后在接上試樣，在同一電壓下測得電流為I2。若I2>>I1,則

Ix=I2-I1圖1泄漏電流測試回路a1、測量若I1

與I2

很接近，則必須消除漏電流后，才能進(jìn)行測量。圖1泄漏電流測試回路b(2)當(dāng)被測試樣的兩極都可以做到不直接接地時，微安表就可以在被測試樣低壓端和大地之間，這種讀數(shù)方便、安全，回路高壓部分對外界物體的漏電流不會流過微安表。圖1泄漏電流測試回路c(3)將微安表接在試樣的高壓端，可以消除其他泄漏電流的影響，但在高壓端讀取電流，操作很不安全，所以一般不采取這種接法。圖2測量電流裝置①為了使微安表的讀數(shù)穩(wěn)定，采用如圖2的線路與微安表串接的

L和C，可以抑制脈動電流；②電阻R是用來保護(hù)微安表；③放電間隙G是為了保護(hù)A點(diǎn)不出現(xiàn)高電位；④平時用開關(guān)S對微安表短接，只在需要讀數(shù)時才打開S。2、讀數(shù)在測量泄漏電流時，可能出現(xiàn)以下幾種情況：(1)微安表指針連續(xù)擺動。這可能是電源波動、直流電壓脈動系數(shù)較大以及測試回路中有充放電過程，采用圖2所示線路并加大電容，會使這種情況得到改善。(2)微安表突然出現(xiàn)不規(guī)則的大脈沖，這可能是試樣中有局部地方出現(xiàn)間斷性放電。(3)微安表讀數(shù)隨時間不斷增大，這說明試品有擊穿的危險。出現(xiàn)(2)、(3)種情況，說明絕緣系統(tǒng)有嚴(yán)重問題，應(yīng)立即停止試驗，否則試樣就有擊穿的危險！3、判斷泄漏電流的試驗，除了測量一定電壓下的泄漏電流之外，還經(jīng)常測定泄漏電流與電壓或與時間的關(guān)系，可以從這些關(guān)系中分析絕緣中存在的缺陷或受潮情況。(1)圖3是泄漏電流與加電壓時間的關(guān)系曲線。圖3泄漏電流與電壓作用時間的關(guān)系良好的絕緣泄漏電流隨加電壓時間下降很快，最后穩(wěn)定的電流也很小，如曲線 1所示；而受潮或有缺陷的絕緣體，泄漏電流變化很慢，穩(wěn)定的電流值也比較大，如曲線2所示；為簡化試驗，只測施加電壓后15s時的電流I15和60s的電流I60，用吸收比I15/I60來表示絕緣的優(yōu)劣。對于某些非極性材料，如曲線3所示，這時吸收比不大，但不能認(rèn)為絕緣不好。1良好2受潮3非極性材料21301560It1324泄漏電流i/μAUt/2U/kvUt0圖4泄漏電流與施加電壓的關(guān)系(2)圖4泄漏電流與施加電壓的關(guān)系1良好絕緣2受潮絕緣3有集中性缺陷的絕緣4有危險的集中性缺陷的絕緣絕緣良好的發(fā)電機(jī)，泄漏電流值較小，且隨電壓呈線性上升，如曲線1所示；如絕緣介質(zhì)受潮，電流值變化大，但基本上仍隨電壓線性上升，如曲線2所示；曲線3表示絕緣介質(zhì)中已有集中性缺陷，應(yīng)盡可能找出原因加以消除；如果在電壓尚未到電流耐壓試驗電壓Ut的1/2時，泄漏電流就已急劇上升，如曲線4所示，那么這臺發(fā)電機(jī)在運(yùn)行電壓下就可能發(fā)生擊穿。第三章電容相對介電常數(shù)及損耗因數(shù)的測量復(fù)習(xí)內(nèi)容一、純電感電路電壓與電流的關(guān)系：由上式可知：（1）Um=

LIm即線圈電感L越大，交流電頻率越高，則

L的值越大，也就是對交流電流的阻礙作用越大，我們把這種“阻力”稱作感抗，用XL代表。

XL=

L=2

fL（2）電感兩端電壓超前電流相位90

（或

/2弧度）（a）波形圖(b)相量圖(c)瞬時功率圖圖1純電感電路的波形圖與相量圖電容器的電容C越大，交流電頻率越高，則1/

C越小，也就是對電流的阻礙作用越小，我們把電容對電流的“阻力”稱作容抗，用XC代表。

XC與電容C和頻率f成反比。當(dāng)C一定時，電容器具有隔直通交的特性，當(dāng)f=0時，XC=∞，此時電路可視作開路，即“隔直”作用。二、純電容電路電壓與電流的關(guān)系：（1）Im=

Cum

即（2）電容的電流與它的端電壓是同頻率的正弦量，電流超前于電壓90

。（a）波形圖（b）相量圖（c）瞬時功率圖

圖2純電容電路的波形圖與相量圖第一節(jié)概述

相對介電常數(shù)和介質(zhì)損耗因數(shù)是電介質(zhì)與絕緣體的兩個主要特性。

介電常數(shù)：又稱為電容率，是描述電介質(zhì)極化的宏觀參數(shù)。

介質(zhì)損耗：介質(zhì)中的極化包括瞬間極化(電子位移極化、離子位移極化)和松弛極化(熱離子極化、轉(zhuǎn)向極化、界面極化)。當(dāng)介質(zhì)上施加較高頻率的電場時，往往只有瞬間極化能跟得上電場的變化，此時，由于極化建立過程相對電場的滯后作用，引起一部分的電能轉(zhuǎn)化為熱能，這種形式的能量損耗成為介質(zhì)損耗。在不同應(yīng)用場合下，對這兩個特性的要求也不同，用于儲能元件，要求相對介電常數(shù)要大，使單位體積中的儲能大；在用于一般絕緣體時，要相對介電常數(shù)小，以減小流過的電容電流。在一般電氣設(shè)備中用的電介質(zhì)和絕緣體，都要求損耗因數(shù)小，因為損耗因數(shù)大，不但消耗浪費(fèi)電能，而且使介質(zhì)發(fā)熱，容易造成老化或損壞，這在工作電場強(qiáng)度高、電壓頻率高的條件下尤為突出。為了檢驗評定電工設(shè)備、元件的性能，選擇合適的絕緣材料，就必須對其相對介電常數(shù)或電容、損耗因數(shù)進(jìn)行測量。一、相對介電常數(shù)(電容率)

相對介電常數(shù)εr

是在同一電極結(jié)構(gòu)中，電極周圍充滿介質(zhì)時的電容CX與周圍是真空的電容C0

之比，即若電極為平行板電極，則式中：A—電極面積（m2）;t—電極間距離（m）；

測量εr實(shí)際上是測量電容CX

及電極、試品有關(guān)的尺寸。在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，干燥空氣的相對介電常數(shù)為1.0053，因此工程上可以用空氣電容代替真空電容C0，C0稱為幾何電容。絕對介電常數(shù)在工程上，材料通常用相對介電常數(shù)來描述，而為了便于敘述，“相對”兩字有時省略，簡稱為介電常數(shù)。二、損耗因數(shù)介質(zhì)損耗因數(shù)是試品在施加電壓時所消耗的有功功率與無功功率的比值，若絕緣體或介質(zhì)本身沒有損耗，則在電場中通過它的電流與它兩端的電壓相位差為90°。若有損耗則相位差為90°-δ，如圖3所示。δ為介質(zhì)損耗角，介質(zhì)損耗角的正切tanδ即為介質(zhì)損耗因數(shù)。圖3介質(zhì)損耗角示意圖圖3介質(zhì)損耗角示意圖圖3試品的等效阻抗

a)并聯(lián)b)串聯(lián)用電路的概念來描述，可以把介質(zhì)損耗的絕緣體看成是電容和電阻并聯(lián)或串聯(lián)的等效阻抗，如圖3所示。對于并聯(lián)等效阻抗對于串聯(lián)等效阻抗式中CP、CS—分別為并聯(lián)、串聯(lián)等效阻抗中的電容；RP、RS—分別為并聯(lián)、串聯(lián)等效阻抗中的電阻；

ω—電壓角頻率。實(shí)際上介質(zhì)損耗是很微小的，一般不能普通的功率表來測損耗因數(shù)，而是把試品視為上述的等效阻抗，測得1/(ωCPRP)或ωCsRs

以求得試品的tanδ。測得1/(ωCPRP)或ωCsRs以求得試品的tanδ。圖3試品的等效阻抗

a)并聯(lián)b)串聯(lián)上述等效電路是表示有損介質(zhì)的一種電路模型，采用哪種等效電路由具體的問題確定，如果損耗主要由電導(dǎo)引起，一般應(yīng)用并聯(lián)等效電路；如果損耗主要由介質(zhì)極化及連接導(dǎo)線的電阻引起，則常用串聯(lián)等效電路。對于tanδ兩者完全等效，即同一電介質(zhì)用不同的等效電路表示時，其等效電容和電阻不相等。三、影響相對介電常數(shù)與介質(zhì)損耗因數(shù)的因素1、電壓幅值

一般情況下，相對介電常數(shù)及損耗因數(shù)與施加的電壓幅值無關(guān)；若有夾層極化，在高場強(qiáng)下將會使相對介電常數(shù)及損耗因數(shù)增大；若在絕緣體中有氣泡，在電壓超過起始放電電壓后，測得的相對介電常數(shù)及損耗因數(shù)都會增大。2、頻率

各種極化過程都需要一定時間，若這時間比交變電場的周期長得多時，這種極化就來不及完成，相對介電常數(shù)就變小，如圖4所示，頻率低時，各種極化都存在，所以εr

就大，而頻率高時，夾層極化、偶極子極化可能來不及完成，只剩下電子極化、原子極化，所以εr就小了。電介質(zhì)的極化：電介質(zhì)在電場作用下，其束縛電荷相應(yīng)與電場方向產(chǎn)生彈性位移現(xiàn)象和偶極子的取向現(xiàn)象。圖4εr、tanδ與頻率的關(guān)系損耗因數(shù)主要由偶極子極化、夾層極化造成的，但若頻率很低，當(dāng)交變電場的周期比該極化過程所需的時間長得多時，極化完全跟得上電場變化而沒有滯后現(xiàn)象，極化形成的電容電流與外加電壓的相位差為90°，這時也不會產(chǎn)生損耗，只有在該極化有滯后現(xiàn)象時才會出現(xiàn)介質(zhì)損耗，所以在εr

有變化時，介質(zhì)損耗因數(shù)出現(xiàn)最大值，如圖4所示。3、溫度

溫度升高會使分子間的束縛力減小，極化容易形成，因而介電常數(shù)增大；但當(dāng)溫度升高時，物質(zhì)密度降低，而且分子間的熱運(yùn)動加劇，從而使極化強(qiáng)度降低，如圖5所示。圖5εr、tanδ與溫度的關(guān)系在溫度較低時，損耗因數(shù)也是在介電常數(shù)變化時出現(xiàn)最大值，而在溫度很高時，由于電導(dǎo)產(chǎn)生的介質(zhì)損耗占主要地位，介質(zhì)損耗就和電導(dǎo)一樣隨溫度上升而指數(shù)式增長，如圖5所示。同時溫度升高，極化松弛時間減小，tanδ隨頻率變化的最大值向高頻方向移動。4、濕度水的相對介電常數(shù)很大（εr=81），同時水分滲入會起增塑作用，使極化更容易形成，使得介電常數(shù)明顯增大，再加上水的電導(dǎo)也較大，損耗因數(shù)也明顯增大。四、試樣與電極在工頻電壓下測量εr

和tanδ時，所用的試樣和電極與第一章第二節(jié)所述的測量電阻時采用的基本一樣。對于電極材料的導(dǎo)電性能的要求更高，石墨電極一般不用。采用三電極系統(tǒng)，不但可以使測量電極邊緣的電場分布均勻化，消除表面電流造成的附加損耗，而且可以消除測量電極對地或?qū)ζ渌矬w的分布電容的影響。在高頻電壓下，用諧振法的測量裝置，只能提供兩端測量，因而只能采用兩電極系統(tǒng)。第二節(jié)電橋法測量CX及tanδ在測量頻率不高時，(一般低于MHz)都可以用電橋法來測εr

及tanδ。常用的電橋有兩大類，即阻容電橋和變壓器電橋(亦稱電感比例臂電橋)。阻容電橋：電橋的四個橋臂都是由電阻電容組成的電橋。變壓器電橋：又稱為電感比例臂電橋，電橋除了試品和標(biāo)準(zhǔn)電容器各為一個橋臂之外，還有兩個橋臂由電感組成。阻容電橋高壓西林電橋低壓工頻電橋精密西林電橋大電容電橋反接和對角線接地電橋電容比例臂電橋電阻比例臂電橋變壓器電橋電流比變壓器電橋電壓比變壓器電橋自動平衡電橋(一)高壓西林電橋1、原理西林電橋的兩個高壓橋臂，分別由試品ZX

及無損耗(tanδ≈0)的標(biāo)準(zhǔn)電容CN

組成；兩個低壓橋臂分別由無感電阻R3

及R4

與電容C4

并聯(lián)組成，如圖2-5所示。圖2-5西林電橋原理圖各橋臂的阻抗為

1

1=+jCP；ZX RP1j

CN；Z3= R3；

1R4

1Z4

j

C4調(diào)節(jié)R3、C4

使電橋達(dá)到平衡時，應(yīng)滿足ZXZ4

Z3ZN

即ZN=

=1ZX

1Z4=1ZN1Z3··導(dǎo)納：在正弦電流電路中，通過電路的電流除以端電壓，即阻抗的倒數(shù)。符號Y，單位是西門子，簡稱西(S)。

由ZXZ4

Z3ZN解得：

1

CPRPtan

X

C4R4

R4CPCN

R3

11

tan2

X當(dāng)tanδ<0.1,誤差允許不大于1%時，2、測量高壓西林電橋是用于工頻電壓；同時電橋中的R4

取104

Ω，這時tan

X

R4C4

KC4

106式中：C4

的單位是F；K=1F-1(1)測得1/(ωCPRP)或ωCsRs以求得試品的tanδ。tanδ可以由C4直接分度出，直接讀數(shù)。(2)測量εr實(shí)際上是測量電容及電極、試品有關(guān)的尺寸。利用式中：CN一般用100pF，50pF或1000pF；

R3可以直接讀出，R4已知。Cp電極的面積A試品的厚度tεr電橋的靈敏度與電橋本身的結(jié)構(gòu)、電橋上施加的電壓幅值及頻率、以及電橋的平衡指示器有關(guān)。電橋比例臂的兩阻抗相等時，電橋的靈敏度最高；電壓、頻率愈高、指示器可測出的電流或電壓愈小，電橋的靈敏度愈高。(二)低壓阻容電橋（----不是西林電橋）1.電容比例臂電橋圖2-12電容比例臂電橋原理圖對于薄膜及電子器件，不允許施加高壓(電源電壓<100V)。調(diào)節(jié)C4、R3可使電橋平衡(試品用串聯(lián)電阻等效阻抗來表示)推出：

CCsN

C3

C4tan

C3R3

1Rs

+

jCs2.電阻比例臂電橋（略）二、變壓器電橋（略）第三節(jié)測量誤差及消除方法在介電常數(shù)和損耗因數(shù)的測量中，不但有來自儀器本身(標(biāo)準(zhǔn)電容損耗、雜散電流、殘余電感及零電容等)的誤差，還有外界條件(電磁場干擾、外來阻抗耦合以及電極、接線使用不當(dāng)?shù)?帶來的誤差。為了能準(zhǔn)確測量很小的tanδ(10-5)，對電橋結(jié)構(gòu)上可能造成的誤差，應(yīng)采取如下措施予以消除或減小。一、儀器本身誤差及消除方法1、標(biāo)準(zhǔn)電容器的損耗設(shè)CN的損耗因數(shù)為tanδN,則等效阻抗應(yīng)并聯(lián)上RN，式（2-6）改寫為只有tanδN

<<tanδx

時,tanδN

造成的誤差才可忽略，否則測得的tanδm

就會偏小，甚至出現(xiàn)負(fù)值（這時要把試品與標(biāo)準(zhǔn)電容器兩個橋臂對換，電橋才能調(diào)節(jié)平衡)。解此方程得到tan

m

C4R4

tan

X

tan

N2、雜散電容的影響消除外電場干擾需要采用屏蔽線(例試品低壓端連接到橋臂R3，接地)。B點(diǎn)接地的，C點(diǎn)、D點(diǎn)對地電容分別為C1，C2，且分別與R3、C4并聯(lián)。要去除C1、C2

是不可能的，但可以使B點(diǎn)不接地，并使C點(diǎn)和D點(diǎn)在電橋平衡時都為0電位，這樣C1、C2上沒有電壓、沒有電流通過，它的存在就不會影響電橋的平衡。圖2-6西林電橋原理圖要實(shí)現(xiàn)C點(diǎn)和D點(diǎn)都為0電位所采用的方法常用的是如圖2-6所示：?B點(diǎn)通過電源E2接地，E2幅值相位 可調(diào)節(jié)；?先將S接C點(diǎn)，調(diào)節(jié)R3和C4使橋體平衡，(C1/C2存在并參與，C、D

不是0電位)；?再把S接地，調(diào)節(jié)E2使橋體平衡，指示器顯示為0，D點(diǎn)0電位(平衡

C1/C2)；?再把S接C，調(diào)節(jié)R3和C4使橋體平衡，C、D點(diǎn)電位發(fā)生改變，較前次平衡接近0電位；?如此反復(fù)，開關(guān)S置于C或地時，指示器總是0，直到O/C/D均平衡。圖2-7精密西林電橋原理圖3、殘余電感及零電容的影響。

R3、R4都是無感電阻，但實(shí)際上仍有殘余電感L3、L4。電容C4

刻度為零時，也還有殘余電容C40

。在電橋平衡時它們間相互有補(bǔ)償作用，但不能完全相互抵消。為了能更好的相互補(bǔ)償，可在R4的中點(diǎn)與地之間接一可調(diào)電容Ca。二、外來電場干擾IUδ1′δxI1cIxcIiIxIi′I1′δ1I1

在試驗環(huán)境中，特別是在變電站等現(xiàn)場進(jìn)行測量時，往往存在高壓設(shè)備，在試品所在的空間存在電場，測試回路中會有干擾電流。實(shí)際測得電流IxI1損耗因數(shù)tanδxtanδ1電容：Ixc/UI1c/U設(shè)：Ix—試驗電壓產(chǎn)生的電流Ii—干擾電流I1—通過試品的電流消除外來電磁干擾最常用的方法是屏蔽法和倒相法兩種。1、屏蔽法：在試品的測試系統(tǒng)與干擾源間用金屬板或網(wǎng)屏蔽起來，使電磁場透過屏蔽層大大衰減。衰減程度與屏蔽材料的電導(dǎo)率、磁導(dǎo)率、金屬板的厚度以及被衰減的電磁波的頻率有關(guān)。衰減值用A(dB)表示★只適用于實(shí)驗室內(nèi)。f—被衰減的電磁波的頻率；G—屏蔽材料相對于銅的電導(dǎo)率比

—屏蔽材料相對空氣的磁導(dǎo)率之比t—屏蔽板厚度(mm)

2、倒相(移相電源)法：在正相和反相電壓下，兩次測量電容和損耗因數(shù)。在正相和反相電壓下，兩次測量電容和損耗因數(shù)分別記為C1、C2和tanδ1、tanδ2，則試品的電容為C1

C2

2Cx

試品的損耗因數(shù)為tan

x

C1tan

1

C2tan

2

C1

C2三、外來磁場干擾磁場的干擾主要是影響指示電橋平衡的檢流計的正常工作，即改變檢流計的固有磁場。解決方法：測量前先把檢流計的輸入開關(guān)置于斷開位置，這時若指示不為零，則說明有外來磁場干擾，移動電橋和檢流計的位置，直到指示為零，說明已避免了外來磁場的影響；若不完全避免，可改變檢流計的極性開關(guān)，進(jìn)行兩次測量。設(shè)在正極性下測得的結(jié)果是C1和tanδ1，反極性下測得的是C2和tanδ2，則試品的電容和損耗因數(shù)分別為：2C1C2C1+C2Cx

tan

x

tan

1

tan

22習(xí)題課1、什么是絕緣電阻、體積電阻、表面電阻，影響絕緣電阻的因素有那些？6、利用高壓西林電橋測量絕緣材料εr和tanδ時，如何消除雜散電容及其外來電場的影響2、測量絕緣電阻能發(fā)現(xiàn)材料的哪些絕緣缺陷？4、什么是介質(zhì)損耗，影響介質(zhì)損耗的因素有哪些？5、簡述西林電橋測量εr和tanδ的工作原理？3、進(jìn)行絕緣材料介電性能測試時，電極材料選擇的基本原則是什么？第四章介電強(qiáng)度試驗第一節(jié)概述一、定義1、電氣擊穿：絕緣材料或結(jié)構(gòu)，在電場作用下瞬間失去絕緣特性，造成電極間短路。(試樣上有貫穿的小孔，裂紋以及碳化的痕跡)YJV2210KV3*120電纜線芯擊穿后打開線芯擊穿處削去外屏，打壓定位時電壓較高，已燒出一個洞。進(jìn)一步削開查看2、在試驗中或在使用中，絕緣材料或結(jié)構(gòu)發(fā)生擊穿時所施加的電壓，稱為擊穿電壓；擊穿點(diǎn)的場強(qiáng)稱為擊穿場強(qiáng)。3、絕緣材料的介電強(qiáng)度是指材料能承受而不致遭到破壞的最高電場場強(qiáng)。對于平板試樣UB

dEB

式中：EB—擊穿場強(qiáng)(MV/m或kV/mm)UB—在規(guī)定試驗條件下，電極間擊穿電壓(MV或kV)d—兩電極間擊穿部位的距離，即試樣在擊穿部位的厚度(m或mm)4、在氣體或液體中，電極之間發(fā)生放電，當(dāng)放電至少有一部分沿著固體材料表面時，稱為閃絡(luò)。通常試樣表面閃絡(luò)后，還可以恢復(fù)絕緣特性。閃絡(luò)時試樣上施加的電壓稱為閃絡(luò)電壓。發(fā)出弧光說明：(1)閃絡(luò)電壓比空氣間隙的擊穿電壓要低得多。

(2)容易吸濕、介質(zhì)表面粗糙、介質(zhì)與電極非緊密接觸的固體沿面的閃絡(luò)電壓降低。0246810d/cmU/kV120804043211—空氣間隙擊穿2—石蠟3—電瓷4—與電板接觸不緊密的電瓷圖4-1均勻電場中不同介質(zhì)的閃絡(luò)電壓石蠟表面不易吸水，而電瓷表面吸附水的能力大，固體介質(zhì)表面吸附水分形成水膜時，水膜中離子在電場作用下向電極移動，會使沿面電壓分布不均勻，而使閃絡(luò)電壓降低；固體介質(zhì)與電極間存在氣隙時，由于氣體介質(zhì)的介電常數(shù)比固體介質(zhì)低，氣隙中的場強(qiáng)比平均場強(qiáng)高得多，因此氣隙中將發(fā)生局部放電。氣隙放電產(chǎn)生的帶電質(zhì)點(diǎn)到達(dá)固體介質(zhì)與氣體的交界面時，畸變電場，使閃絡(luò)電壓明顯降低?！镌嚇訐舸┗蜷W絡(luò)時，試樣上的電壓突然降落，通過試樣的電流突然增大，有時會發(fā)出光或聲。最終判斷是否擊穿，還要觀察是否在試樣上有貫穿的小孔、裂紋以及碳化的痕跡等。二、介電強(qiáng)度試驗介電強(qiáng)度試驗分為兩種類型，即擊穿試驗和耐電壓試驗。擊穿試驗是在一定的試驗條件下，升高電壓直到試驗發(fā)生擊穿為止，測得擊穿場強(qiáng)或擊穿電壓。耐電壓試驗是在一定試驗條件下，對試樣施加一定的電壓，經(jīng)歷一定時間，若在此時間內(nèi)試樣不發(fā)生擊穿，即認(rèn)為試樣是合格的。三、影響介電強(qiáng)度的因素1、電壓波形

工頻交流電壓下的擊穿場強(qiáng)比直流和沖擊電壓下的低得多。2、電壓作用時間0.51510501005001000電壓作用時間/μs/(kV/mm)擊穿場強(qiáng)700600500400300200圖4-2PE的擊穿強(qiáng)度與電壓作用時間的關(guān)系隨著加壓時間的增長，擊穿電壓明顯下降；t<幾微妙，t>幾秒時，擊穿電壓隨電壓作用時間增長而明顯下降；幾微妙<t<幾秒時，擊穿電壓變化不大。3、電場的均勻性及電壓的極性(1)

電場不均勻，會出現(xiàn)局部放電，擴(kuò)展到試樣擊穿，所測得的擊穿電壓降低。(2)針尖對平板電極系統(tǒng)中，當(dāng)針尖電極為正極性時，擊穿電壓要比針尖電極為負(fù)極時低，這是由于空間電荷的改變了電極間介質(zhì)中的電場分布，從而影響了擊穿電壓。4、試樣厚度與不均勻性試樣厚度增加，電極邊緣電場就更不均勻，試樣內(nèi)部的熱量更不容易散發(fā)，試樣內(nèi)部含有缺陷的機(jī)率增大，使擊穿場強(qiáng)下降。薄膜試樣，厚度減小，電子碰撞電離的機(jī)率就減小，使擊穿場強(qiáng)提高。510152025厚度/μm/(kV/mm)擊穿場強(qiáng)40302010圖4-3絕緣紙的擊穿場強(qiáng)與厚度的關(guān)系5、環(huán)境條件(1)溫度升高，擊穿場強(qiáng)下降；(2)濕度增大，擊穿場強(qiáng)下降；(3)氣壓—?dú)怏w，氣壓增高，擊穿場強(qiáng)會升高；接近真空時，擊穿場強(qiáng)升高。0.11101001000氣壓*電極距離/Pa·mm/kV擊穿電壓1010.1圖4-4巴申曲線圖第二節(jié)試樣和電極一、均勻電場下?lián)舸┰囼炗玫脑嚇雍碗姌Oa)板材b)薄膜圖4-5均勻電場下?lián)舸┰囼炗玫脑囼炁c電極凹腔部分全部圖上金屬導(dǎo)體作為電極，使試樣擊穿發(fā)生在最薄處。在最薄處的厚度δ要不大于試樣厚度的1/5，球電極的半徑r要比δ大20倍。二、例行試驗中的試樣和電極對稱電極不對稱電極Ф1=25mm；Ф2=75mm；h1=25mm；h2=15mm；r=3mm三、液體材料用的電極液體擊穿試驗用電極沖擊電壓下第三節(jié)工頻電壓下的介電強(qiáng)度試驗一、升壓方式做介電強(qiáng)度試驗時，電壓要從零按一定的方式和速度上升到規(guī)定的試驗電壓或擊穿電壓。1、快速升壓升壓時間：10～20s

升壓速度：100V/s、200V/s、、1000V/s、2000V/s、5000V/s。

500V/s2、20s逐級升壓升壓方式：電壓逐級升高，每級停留20s；初級(第一級)電壓：快速升壓擊穿值的40%；

擊穿前至少加過5級電壓，擊穿發(fā)生在第6級或更高等級

擊穿電壓選?。耗軌虺惺?0s的最高一級的電壓值。0.50.550.60.650.70.750.80.850.90.951.01.11.21.31.41.51.61.71.81.92.02.22.42.62.83.03.23.43.63.84.04.24.44.64.85.05.56.06.57.07.58.08.59.09.51011121314151617181920222426283032343638404244464850556065707580859095100110120130140150160170180200測得的擊穿電壓比較低3、慢速升壓升壓方式：從快速升壓的擊穿電壓的40%開始升壓，慢速升壓，使擊穿發(fā)生在120～240s內(nèi)。升壓速度：2V/s、5V/s、10V/s、20V/s、50V/s、100V/s、200V/s、500V/s、1000V/s。4、60逐級升壓與20s逐級升壓相似，每級停留時間為60s。5、極慢速升壓升壓方式：從快速升壓的擊穿電壓的40%開始升壓，極慢速升壓，使擊穿發(fā)生在300～600s內(nèi)。升壓速度：1V/s、2V/s、5V/s、10V/s、20V/s、50V/s、100V/s、200V/s。測得的擊穿電壓更低，試驗結(jié)果比較可靠。二、試驗設(shè)備與裝置1、高壓試驗變壓器獲得試驗所需的電壓

要求：有足夠的額定電壓和容量，輸出電壓的波形沒有畸變。2、調(diào)壓器使試驗電壓以一定的方式和速度上升種類：自耦調(diào)壓器和移圈調(diào)壓器。3、控制電路要求：①試驗人員撤離高壓試驗區(qū)，并關(guān)好安全門之后，才能加電壓；②升壓從零開始，以一定的方式和速度上升；③試樣擊穿后可自動切斷電源，在自動控制線路中，自動使電壓下降到零。4、保護(hù)和接地試驗回路的低壓部分有可能出現(xiàn)高壓的點(diǎn)設(shè)置放電間隙；防止短時電流過大，設(shè)置保護(hù)電阻，保護(hù)電阻取值考慮：避免電阻本身壓降過大，擊穿時電流不能太小使得過流保護(hù)不動作；接地點(diǎn)與接地體的連線應(yīng)采用盡量短的多股線，以減小接地電阻與電感；

圍欄，帶電顯示器，警示燈。三、工頻高電壓的測量(球間隙法)1、試驗裝置：水平式

(球直徑在25cm及以下)和垂直式(直徑大于25cm)2、測量原理當(dāng)球隙距離s與直徑D之比不大時，球隙間的電場為稍不均勻電場，當(dāng)電壓加于球隙間形成稍不均勻電場時，氣體放電時，其擊穿電壓取決于球隙間的距離。圖2垂直球隙及應(yīng)保證的尺寸要求：①球面光滑、干燥，曲率均勻；②球隙間距s和球的直徑D應(yīng)滿足

0.05D≤s≤0.5D；③周圍物體與銅球間的距離不小于銅球直徑的5倍；④球隙間的大氣為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)溫度為20℃，濕度為65%，氣壓為

1.013×105Pa～～～～～～～～～T2R1R2TOQ～～～T1圖3工頻高壓測量接線原理圖3、測量過程上球接高壓，下球接地測量時，先讓球隙放電幾次，放電穩(wěn)定后進(jìn)行測量。重復(fù)測量三次，每次時間間隔不少于1min，取平均值，平均值之差不超過3%，然后對照附錄E查出相應(yīng)的電壓?！锶绻麥y量時大氣條件與標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)有差異，需要進(jìn)行大氣條件校正。

U=KUH

U—試驗中大氣條件下的放電電壓

UH—標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下的放電電壓

K—修正系數(shù)根據(jù)下式計算空氣的相對密度δ，查表，得到K值。

51.45

p273

tP—大氣壓力(Pa)t—溫度(℃)空氣相對密度δ0.700.750.800.850.901.001.051.10校正系數(shù)K0.720.770.810.860.911.001.051.09表3-2球隙擊穿電壓的校正系數(shù)在不均勻電場中，空氣濕度增加會使間隙的放電電壓有所升高，當(dāng)空氣相對濕度大于90%時，球極表面可能凝聚水珠，將使放電電壓顯著降低，分散性增大；被測電壓越高，球徑越大，所占用空間越大。第五章局部放電測量第一節(jié)概述一、局部放電1、局部放電的定義及產(chǎn)生原因定義：在電場作用下，絕緣系統(tǒng)中只有部分區(qū)域發(fā)生放電，而沒有貫穿施加電壓的導(dǎo)體之間，即尚未擊穿，這種現(xiàn)象稱之為局部放電。

產(chǎn)生原因：在電工產(chǎn)品中，絕緣體各區(qū)域承受的電場一般是不均勻的，而且電介質(zhì)也是不均勻的，有的是有不同材料組成的復(fù)合絕緣體(如氣體—固體復(fù)合絕緣、液體—固體復(fù)合絕緣、固體—固體復(fù)合絕緣)，或者單一的材料在制造或使用過程中會殘留一些氣泡或其他雜質(zhì)，于是，在絕緣體內(nèi)部或表面就會出現(xiàn)某些區(qū)域的電場強(qiáng)度高于平均電場強(qiáng)度，擊穿場強(qiáng)低于平均擊穿強(qiáng)度，因此在這些區(qū)域就會首先發(fā)生放電，而其他區(qū)域仍然保持絕緣的特性，就形成了局部放電。局部放電會逐漸腐蝕、損壞絕緣材料，使放電區(qū)域不斷擴(kuò)大，最終導(dǎo)致整個絕緣體擊穿。

舉例：絕緣系統(tǒng)在交變電場下，當(dāng)介質(zhì)損耗因數(shù)不太大時(如小于0.1)，介質(zhì)中的電場分布是與介電常數(shù)成反比。在油紙絕緣體中含有氣泡，油浸紙的相對介電常數(shù)ε1=3.5，tanδ1=0.01；氣泡的ε2=1，tanδ2=10-6；設(shè)油浸紙中的電場為E1，氣泡中的電場強(qiáng)度為E2，則有可見，氣泡中的電場比油浸紙中的電場約大3.5倍，而氣體的擊穿場強(qiáng)G2=3KV/mm(標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下)，油浸紙擊穿場強(qiáng)G1=15KV/mm。顯然，當(dāng)外加電壓上升，使氣泡中的電場先到達(dá)其擊穿場強(qiáng)，氣泡先放電，但油浸紙絕緣中的電場遠(yuǎn)低于其擊穿場強(qiáng)，仍有絕緣特性，這就出現(xiàn)了局部放電。2、局部放電的種類內(nèi)部局部放電：發(fā)生在絕緣體內(nèi)；表面局部放電：發(fā)生在絕緣體表面；電暈：發(fā)生在導(dǎo)體邊緣而周圍都是氣體。二、局部放電的表征1、介質(zhì)內(nèi)部的局部放電圖4-1局部放電的等效分析圖由于氣泡中每次放電時間都是短暫的，大約為10-9～10-7s，即放電產(chǎn)生的脈沖頻率很高，因此，阻抗比容抗大得多，可以忽略電阻，只考慮由Cc、Cb、Ca組成的等效電路。氣泡C的阻抗b部分的阻抗a部分的阻抗圖4-2放電過程示意圖圖4-3介質(zhì)內(nèi)部氣泡的放電圖形放電多產(chǎn)生在試驗電壓幅值絕對值上升的部分相位上，放電劇烈時會發(fā)生擴(kuò)展。假設(shè)：每次放電累積的電荷沒有泄露掉2、表面局部放電圖4-4表面局部放電圖放電過程與內(nèi)部局部放電過程類似，不同之處在于，氣隙只有一邊時介質(zhì)，而另一邊是導(dǎo)體，放電產(chǎn)生的電荷只能累積到介質(zhì)的一邊，因此累積的電荷少了，更不容易在外加電壓絕對值的下降相位上出現(xiàn)放電。負(fù)半周放電量少，放電次數(shù)多正半周放電量大，次數(shù)少3、電暈放電針對板電極放電模型針尖附近場強(qiáng)最高，當(dāng)外加電壓上升到該處的場強(qiáng)達(dá)到氣體的擊穿場強(qiáng)時，在針尖附近就發(fā)生放電，由于在負(fù)極性時容易發(fā)射電子，使得放電總是在針尖為負(fù)極性時先出現(xiàn)，這時正離子很快移向針尖