电气绝缘测试技术(全).ppt

电气绝缘测试技术,现用教材：《电气绝缘测试技术》邱昌荣 机械工业出版社 参考教材：《电气绝缘技术基础》曹晓珑 机械工业出版社 《高电压技术》 吴广宇 机械工业出版社,火力,水力,风力,核能,太阳能,地热 • • •,,,,,,,电 能,一、电能,第一章 绪论,全球截止到2030年仍将有1/5的人口，根本的不到电力供应 美国在未来20年中需要建设1300个发电厂（平均每年65个）才能保证充足的发电能力否则，加州停电问题就肯定会在全国范围内出现能源短缺将对美国所有的地区造成影响 发展中国家和不发达国家严重的能源短缺和电力工业的落后状态，已成为影响其经济发展的瓶颈我国电网基本框架,新疆,西藏,,我国的发电一次能源主要分布西部地区，而电力消费主要集中在中、东部和南部地区西电东送、南北互供，发展全国联网是解决我国能源分布与电力消费矛盾的重要措施并将形成北、中、南三个输电通道 中国电力工业分为7个跨省(区)电力集团: 东北、华北、华东、华中、西北、南方和川渝，5个独立省级电网: 山东、福建、新疆、海南、西藏 (未包括台湾和港澳地区)二、电力系统的构成,发电机,电气设备,电力电缆,变压器,电容性设备,电力系统是世界上最大的“瞬间动态平衡系统” 。

发电和用电是同时发生的，基本没有存储环节 电力系统的所有问题都是围绕这个特点展开的电力系统的特点,三、电力系统的稳定性问题,发电、输电和用电过程构成了不可分割的整体，任何环节发生故障都有可能引起链式反应，导致整个系统的崩溃美国旧金山1998年2月8日 ，太平洋天然气电力公司(PGE)变电站发生停电事故，所有从圣马特欧变电站至旧金山的5条115 kV输电线全部跳开，旧金山地区2个发电厂解列，456000多个用户停电四、历史上的大停电事故,旧金山大停电,巴西圣保罗 1999年，由于闪电击中圣保罗的一个变电站，变压器跳闸导致电网解列，引起巴西南部地区停电长达4小时之久停电波及巴西27个州的11个州，停电地区是巴西人口和工商业最密集的地区，直接影响1.7亿人的正常工作与生活，经济损失非常严重由于停电发生在午间交通高峰时间，交通灯熄灭，引起严重交通堵塞巴西大停电,纽约大停电,菲律宾大停电,加州大停电,,希腊北部地区2002年6月12日下午由于气温过高，希腊北部最大城市萨洛尼卡附近一座变电站内的变压器突然发生爆炸，造成包括该市在内的大部分希腊北部地区供电中断发生长达一个多小时的严重停电事故，造成许多城市交通瘫痪，通讯系统无法正常工作。

瑞典首都斯德哥尔摩于2002年3月11日开始，由于地下隧道的输电电缆被烧毁，连续两天发生大面积停电事件，造成许多工厂停产，严重影响了当地居民的正常生活 英国南部莱斯特郡5月11日发生大面积停电 2万多户家庭连续几天生活在黑暗中 附近的肯特郡、 萨塞克斯郡和萨里郡的3.1万户家庭的断电现象则持续了更长一段时间在我国，近20年来各大电网中规模较大的停电事故约有140余起，每次损失数以亿计近几年事故次数虽有所下降但其规模和造成的损失却大幅度扩大和上升随着全国电网的形成，电力系统重大事故也更将危及到我国国家安全台湾1999年7月29日全岛发生五十年来最大的一起停电事故，南北两条超高压输电线路损坏，进而引发连锁反应，造成台中电厂、通霄电厂、林口电厂、协和电厂、深澳电厂以及核能一、二、三厂全部跳闸，总跳机电量高达1000万千瓦，全台湾停电用户高达900万户包括机场、医院、科学园等敏感地区，都一度陷入停电状态直接经济损失在150 亿新台币以上 新竹科学园的26座晶片厂生产线因此停顿1至2天，每座晶片厂的损失估计超过5000万元，由于适逢月底出货高峰，总计这次大停电造成新竹科园区的损失约新台币100亿元以上。

台湾大停电,,辽沈地区2001年2月22日遭遇最严重大面积停电事故，沈阳市区停电面积已经超过70%辽沈停电事故是从高压输电线路的燃弧放电开始的辽沈为我国重工业区，含盐的空气污染物附着在绝缘瓷瓶上，大雾湿气使瓷瓶绝缘能力降低，电流沿着瓷瓶表面爬升，出现闪烙放电现象辽沈停电事故中，几乎所有的高压输电线路都“火冒三丈”，停电事故最厉害的就是工业集中、污染严重的铁西区，该区全部停止了电力供应，损失巨大辽沈大停电,★停电原因,( % ),事后修理或故障维修； 定期检修或预防性维修； 状态维修或预知性维修五、电力系统维修方式的演变过程,早期技术及管理水平都很低 ，即使再重要的设备也只能坏了再修以致工作毫无计划性，供电可靠性很低 简单方便，对消耗性产品是有效的 随着电力系统的不断扩大，设备故障所造成的停电损失也越来越大，事后维修无法满足系统对运行稳定性的需求1、事后维修体制,预防性试验是电力设备运行和维护工作中的一个重要环节，是保证电力系统安全运行的有效手段之一在我国已有50年的使用经验 预防性试验、大修和小修构成了定期维修制的基本内容2、现行维修体制——定期维修,,（1） 维修周期频繁,（2）预防性试验项目过多,电力变压器 32项 发电机 25项 互感器 11项,★定期维修制的弊端,,大修一台220 kV开关需投入100多个工作人日，资金2万元。

长时间停电检修，将造成大量的电量损失300MW机组停运一天，少发电720万度，直接损失150万元3）经济性差,（4）增大不安全因素,易发生人身和设备安全事故 发生在检修、试验人员身上的伤亡事故占全部供电伤亡事故的77.8% 停送电过程易造成误操作5）过度维修,对110台高压变压器进行的162台次定期吊检大修结果进行统计共发现缺陷24项，其中一般性缺陷23项，危及安全运行的仅1项 对110kV及以上油开关大修统计表明，95%以上未发现部件损坏 定期检修虽有成效，但过于保守实践证明，频繁检修非但不能改善设备性能，反而常常会引入新的故障因素6）维修不足,由于采用周期性定期检查，很难预防由于随机因素引起的偶发事故设备仍可能在试验间隔期间内由于微小缺陷的持续发展导致发生故障状态维修方式的基本思想 “治于未病”,3、发展中的维修体制——状态维修,,状态维修即根据具体设备的实际情况来确定检修周期和检修内容的维修体制 通过对设备运行情况的实时监测，随时查明设备可能“存在着什么样的隐患，什么时候会发生故障”，预先得知将要发生事故的部位和时间，设备管理人员因此可以从容地安排停电计划和组织维修人力，采购必须的备件，以便在短时间内完成高质量的维修工作。

实现“无病不修、有病才修、修必修好”的目的1）状态维修的必要性,,虽然设备内部缺陷的出现和发展具有很强随机性，但大多都具有一个的较为缓慢的发展过程，在这期间，会产生各种前期征兆，表现为其电气、物理、化学等特性发生渐进的量变根据这些特征量值的大小及变化趋势，即可对设备的可靠性随时做出判断，从而发现早期潜伏性故障2）状态维修的技术可行性,,,六、电气绝缘测试技术的特点,测量范围大； 绝缘电阻可达1010欧姆，微电流可小到10-16安 特性参数的测量； 例如：空间电荷 数据处理复杂； 懂得数理统计和概率论第二章 电阻与微电流的测量,第一节 绝缘电阻与电阻率,一、绝缘电阻与电阻率,1、绝缘体基本功能是阻止电流通过，使得电能按设计的途径传 输，保证设备的正常工作 2、绝缘电阻就是用以表征绝缘体阻止电流流通的能力，是表征 绝缘体特性的基本参数之一★一个绝缘体在施加电压以后，通过的电流随时间的变化如下：,在开始时电流成分很多，除了泄漏电流之 外，还有充电电流、极化电流以及净化电 流等，这些电流都是随时间减小的，最后 这个稳定的电流才是表征电介质本征电导 的泄漏电流。

绝缘电阻是施加于绝缘体上的两个导体之间的直流电压与流过绝 缘体的泄漏电流之比，,体积电阻 RV 绝缘电阻 表面电阻 RS,,—通过绝缘体内部的电流,—通过绝缘体表面的电流,绝缘电阻是体积电阻与表面电阻并联组成的，如左图示：,,,,,,V  ,绝缘体的体积电阻与导体间绝缘体的厚度成正比，与导体和绝缘体接触的面积成反比 以平板形绝缘体为例，假定导体（或电极）也是平板形，导体间绝缘体内电场均匀，则有,h U A IV,RV  V,U / h EV IV / A JV,,,,,式中：h —绝缘体的厚度（m） A—电极的面积（m2 ）,EV —电场强度（V/m） ρV—体积电阻率（Ω·m） JV —绝缘体内的电流密度（ A / m2）,,体积电阻率实际等于单位立方体的绝缘电阻值,表面电阻与绝缘体表面上放置的导体的长度成反比，与导体间绝缘体表面的距离成正比，以图1-3所示的简单平板形绝缘体为例l,,S  ,S--表面电阻率（ ）,I S d,d U l I S,RS  S,ES ,式中 d—导体间的距离（m）; l—导体的长度（m）; ES--表面电场强度（V/m）;  --电流线密度（A/m）;,U / d I S / l,,,,,,表面电阻率等于正方形面积内的表面电阻值。

小结：,1、绝缘电阻不仅与绝缘材料的性能有关，还决定于绝缘系统的形 状和尺寸；而电阻率则完全决定于绝缘材料的性能2、由于表面电阻率对外界的影响很敏感，所以绝缘材料的电阻率 一般是指体积电阻率3、电导率为电阻率的倒数，单位为S/M二、影响绝缘电阻的因素,1、温度：在绝缘材料中，导电主要是靠离子迁移，温度升高 时，离子容易摆脱周围分子的束缚而产生位移，从而 使体积电阻率呈指数下降2、湿度：水的电导比绝缘材料的电导大得多，同时水的介电常 数大，它能降低离子的电离能，因此绝缘材料吸湿 后，电阻率明显下降 ★ 电气设备在潮湿的环境中停放后，在重新投入运行之前， 必须先测其电阻，若下降很多，则烘干后再投入运行3、电场强度：当电场强度很高时，电子电导起明显作用，电导 随电场强度增高而明显增加4、辐照：许多有机材料强光或射线、射线的辐照下，会产生各 种光电流，而使绝缘电阻率明显下降现行标准中推荐采用在温度为（23±2）℃，相对湿度为50%±5%条件下处理24h若要测定试样在某一特定条件下的性能，在预处理后，还要进行试验条件处理例：,提示： 为消除由于试样在试验之前所经历的环境条件不同而造成的试验结果的偏差，试样要做预处理。

V 聚氯乙烯：1010～1012 ；聚乙烯：1014；天然橡胶：1014 聚四氟乙烯：1016 ；三元乙丙橡胶：1014 ；环氧树脂：1011 云母：1010～1013 ；矿物油：1011 ～1012 ；纸：105～1011 空气： 1016,第二节 试样与电极,一、试样,根据使用的要求，绝缘材料要制成不同的形状和尺寸的试样， 如板、薄膜、带、管、棒状等等试样要经过预处理或条将处理并 放置在规定的环境条件下进行测量厚度：取决于材料的厚度一般不超过4mm 大小：比电极的最大尺寸至少每边大7mm 方形板材：边长50mm或100mm 圆形板材：直径50mm或100mm 管状式样：长度50mm或100mm二、电极系统 电极系统分为两电极和三电极系统 优点：三电极系统可将体积电流和表面电流分开，可分别测得体积电阻率和表面电阻率图1-4 平板试样三电极系统,测量体积电阻率时： 1—被保护电极（测量电极） 2—保护电极 3—不保护电极（高压电极）,测量表面电阻率时： 1—被保护电极（测量电极） 2—不保护电极 3—保护电极图1-5 管状试样三电极系统,测量体积电阻率时： 1—被保护电极（测量电极） 2—保护电极 3—不保护电极（高压电极）,测量表面电阻率时： 1—被保护电极（测量电极） 2—不保护电极 3—保护电极。

表1-1 电 极 尺 寸,单位：（mm）,我国GB/T 1410-1989标准规定的各电极的尺寸列。