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浅谈电工绝缘材料的测试

文章出处:沃尔兴 责任编辑:peter 作者:peter 人气: 发表时间:2015-01-30 16:31
    绝缘材料的测试是电工学习中必修课题,电气设备出现故障,大多与其绝缘材料的损坏有关,绝缘电阻测试可及早发现电气设备、材料绝缘的整体性或贯通性缺陷,客观、准确地判定被测试品的绝缘性能。绝缘材料的电气性能主要是指电场作用下的导电性能、介电性能和绝缘强度,经常用电导率、相对介电常数、介质损耗角正切、以及击穿强度四个参数来描述,它对电气设备在长期运行过程中,对电气设备的使用寿命起决定性的作用。因此,需要用各种技术手段进行电气性能的定期监测,并结合局部放电测量,老化试验等其它项目,对电气设备的绝缘性能作客观的综合评价。
绝缘的好坏,主要由绝缘材料所具有的电阻值大小来反映,绝缘材料的绝缘电阻是加于绝缘材料上的电源电压与流经绝缘材料的电流(泄漏电流)之比,使材料呈现出各种绝缘特性,由体积电阻和表面电阻两者的并联值决定,绝缘材料的电阻率一般在109欧姆·厘米以上。  
    电气设备绝缘强度下降取决于各种因素的综合作用,其过程是随机无规律的,绝缘测试的目的是用多种试验方法,检测出被测试品各种缺陷引起电气性能参数的改变量,从而判断被测试品的绝缘状况,安排消除缺陷性维修、预防性维护和预知性检测,预防和消除故障,提高被测试品的可靠性、安全性和有效性,充分发挥被测试品的潜能,保证电力系统安全运行。  
一、兆欧表的选用原则   
    测量电气设备的绝缘电阻,应采用兆欧表来测量,选用原则主要是兆欧表试验电压等级和量程范围要符合规程要求,有较高的动态测量准确度和抗现场干扰能力,使用安全方便,性能价格比好,有指针式和数字式两种,使用时应该注意。指针式仪表属于模拟仪表范畴,它是由手摇发电机与磁电系比率表所构成,有100V、250V、500V、1000V、2500V等多种规格,不同电压等级的兆欧表均取决于手摇发电机的额定电压,每一电压等级的手摇发电机的额定电压是以摇把120r/min的转速来确定的。虽然根据比率表的测量原理,在测量绝缘电阻等大阻值电阻时,兆欧表指针的偏转与手摇发电机电压的波动关系不大,但过多的偏离额定测量电压,会使绝缘的缺陷不能正常反映而影响绝缘电阻的准确测量。因此,兆欧表使用时规定了手柄的转速,并应保持在(120±24)r/min。   
衡量仪器的性价比,除了价格因素外还应考虑仪器的功能,最好能选用数字式兆欧表,数字式兆欧表的性价比优势有三点。   
  (一)一台数字式兆欧表可替代数台指针式仪表,使数字式仪表的价格相对下降,例如,我校装备的一台意大利HT公司生产的ISO1100型手持式绝缘电阻测试仪有四档测量电压100V、250V、500V、1000V,购买一台数字式兆欧表,相当于购买几台指针式兆欧表。   
    (二)指针式兆欧表不能用作短路或电气连续性检查,原因是无法读数,因为线路的绝缘好坏与线路是否短路是两个不同的概念,线路绝缘能力差,并不表示短路,而线路短路则表示绝缘已损坏或线路接线错误。绝缘好坏应该用兆欧表测量,是否短路则应用欧姆表测量。   
当用指针式兆欧表测量线路绝缘,其读数为“0”时,不一定是短路,因为兆欧表无法读出100kΩ以下的值,此时要用欧姆表加以判别,若用欧姆表R×1Ω档测出电阻为几欧,则可判为短路。但数字式兆欧表可兼作短路或电气连续性检查,例如ISO1100型兆欧表用于低电阻测试时,其分辩率为0.01Ω,这一功能又使数字式仪表的相对价格下降。   
    (三)在生产中测量绝缘电阻往往是连续的,例如:三相五线制母线槽,每段母线槽绝缘电阻的测量有相间、相和地间等,至少要测八、九个数据以上。如果采用ISO5000型智能绝缘电阻测试仪,可储存200个数据,并打印输出,不仅免除人工差错,还可以节约大量时间。
一、绝缘试验   
绝缘测试的方法分为两类:
    一类是绝缘特性试验,属于非破坏性试验,用以及早发现被测试品绝缘的局部或整体受潮和污秽(如:绝缘油严重劣化,绝缘表面留有放电或击穿痕迹,严重热老化)等整体性或贯通性缺陷。使用较低的试验电压或不会损伤被测试品绝缘的方法,根据绝缘介质中发出的各种物理过程(极化、吸收、电导等),测量绝缘的各种参数(绝缘电阻、吸收比、极化指数、泄漏电流、介质损耗角正切等),以及与极化吸收过程有关的特性(如图一),和绝缘冷却媒质的一系列其它特性(化学成分、油中水分及气体含量等),从而判断绝缘性能,及时发现可能的劣化迹象。还可以通过历次试验积累的数据,综合分析绝缘特性随时间的变化趋势。实践证明,这类方法对检出和判别绝缘内部缺陷是有效的;缺点是比较间接,不容易做出准确判断。   
    第二类是绝缘耐压试验,属于破坏性试验,采用直流耐压试验或工频耐压试验。是在被测试品上施加高于工作电压的试验电压,以求揭示危险性较大的集中性缺陷的存在,并直接检验绝缘的耐压水平或裕度。它的优点是对被测试品绝缘可靠性的考验比较直接和严格;缺点是试验可能恢复的缺陷在试验过程中发展为不可逆转的击穿,因此,耐压试验通常是在绝缘特性试验之后进行。如果绝缘特性试验表明绝缘存在不正常情况,则必须在查明原因并予以排除后再作耐压试验。   绝缘电阻测量时,被测试品电流和电阻的典型变化曲线见图一,一般情况下,常以测量1分钟的示值R60S作为被测试品实际电阻值,对被测试品的绝缘能力进行判别和比较。   
二、潮湿天气下的绝缘试验   
    测量绝缘电阻时,一般应在干燥条件下进行,因湿度较大的环境里,物体表面都会出现凝露或附有水膜,某些绝缘材料还有毛细管作用,会吸附较多的水分,还有积灰存在,将会造成表面电阻大为降低,表面泄漏电流上升。《电力设备预防性试验规程》中规定,空气相对湿度较大时,电力设备绝缘表面泄漏将使现场预防性试验值有明显的误差,将使绝缘电阻减小而泄漏电流增加。介质损tanδ测量值在西林电桥正接线时有偏小的测量结果,反接线时则有偏大的测量结果,即使tanδ试验值很小亦不表明绝缘良好。因此,当空气相对湿度大于80﹪时,绝缘试验值无论是合格还是不合格,均不能代表其实际绝缘水平,必须在相对湿度小于80﹪时测得的试验结果才能作为电力设备绝缘状况判断的依据。为避免测试时带来的影响,提高测试时的准确度,可采取以下措施。   
    (一)潮湿环境下摇测绝缘电阻,兆欧表的相线要悬空,且相线与地线之间的绝缘表面及被测试品表面应擦干净,还应在被测试品上加屏蔽环。屏蔽环不能远离相线端面而过分靠近接地端,因屏蔽环至地表面距离近,泄漏大,会造成兆欧表发电机过负荷,引起发电机端电压降低而影响测量准确度。  
    (二)对于直流耐压及泄漏试验,在潮湿环境下,应保护瓷套管的洁净,可用电吹风吹干瓷套表面。由于试验电压较高,屏蔽环的装设不能简单地用裸铜线加以绑扎,必须使其与绝缘表面有紧密接触,可用质地柔软的多股细软铜线紧绕数匝,还可在底层敷设锡箔等金属导电纸、布或涂一薄层凡士林或导电膏。   
    (三)要减少大气放电等造成杂散电流的影响,应尽量减少试验回路中的尖端,加大带电线路与地之间的距离,减少高压导线与大气直接接触的面积。可用外包截面较大的导线作为高压引线,且要尽量缩短。对于多尖端的被测试品,例如:电力电缆,解开接头的电机定子线圈等,应将非加压端的各相线头分别用绝缘物罩住,现场可用合格的绝缘手套罩住各个裸露线头。