【文章內容簡介】 其它重要特性。任何不同的絕緣材料，都可以認為是置于電極之間的電介質，并呈現(xiàn)電介質的特性，極化現(xiàn)象就是其一。極化是指置于電場中的電介質，沿著電場方向產生偶極矩、在電介質表面產生束縛電荷的現(xiàn)象。根據形成極化機理的不同，介質極化可以分為以下四種: （1）電子和離子的位移極化；（2）熱離子位移極化；（3）偶極子極化；（4）夾層極化。 電導對于理想絕緣介質而言，不含任何自由的帶電粒子，電導率σ等于0，介質是不導電的。但是實際上，σ總會呈現(xiàn)一個很小的值，就是說，介質中有少量自由的帶電粒子存在。帶電粒子在電場的作用下會定向運動，形成微弱的電流，這就是平時所說的絕緣漏電流。介質中的載流子一般是自由離子，它們來源于介質本身，也有的來自外部雜質。外部溫度越高，分子熱運動就越劇烈，對自由離子的約束也越小，形成的電導電流越大，這一點和金屬的導電特性是完全相反的。此外，介質在外加高壓電場的作用下，會形成一定程度的電離，使得載流子數(shù)目增多，σ下降。當然，介質受潮后σ也會下降。表征電導的參數(shù)是電導率γ，在高電壓工程中一般常用電阻率ρ（ρ=1/γ）來表征介質的絕緣電阻。電介質電導主要是離子電導，其電導隨溫度的變化規(guī)律與屬于電子電導的金屬材料是相反的。 損耗絕緣介質在電場的作用下會產生電能的損耗，這些損耗主要來自以下三個方面：（1）電導損耗；（2）極化損耗；（3）游離損耗。[9]如圖22所示，介質兩端施加交流電壓U時，由于介質中有損耗，所以電流I不是電容電流，而是包含有有功和無功兩個分量Ir和Ic。 圖22 介質在交流電壓作用下的電流相量圖由圖23所示，介質在交流電壓作用下的功率三角形可見，介質損耗P=Qtanδ=U2ωCtanδ （）圖23 介質在交流電壓作用下的功率三角形用介質損耗P表示介質品質好壞是不便的，因此P值和試驗電壓、試品電容量等因素有關，不同試品間難以相互比較，所以改用介質損失角的正切tanδ（介質損失角δ是功率因數(shù)角φ的余角）來判斷介質的品質。tanδ同εr一樣，是僅取決于材料的特性而與材料的尺寸無關的物理量。有損介質可用電阻、電容的串聯(lián)或并聯(lián)等效電路來表示。如果損耗主要是電導引起的，則常用并聯(lián)等效電路；如果損耗主要由介質極化及連接導線的電阻等引起，則常用串聯(lián)等效電路。 絕緣介質的吸收現(xiàn)象許多電氣設備的絕緣都是多層的，多層介質的特性可以粗略地用雙層介質來分析，如下圖24所示。圖24（a） 雙層介質的等效電路 圖24(b) 吸收曲線 CC2介質2的等效電容RR2介質2的絕緣電阻當開關Q合上，直流電壓加到絕緣介質上后，電流表A的讀數(shù)變化如圖24(b)中曲線所示。直流電壓加上瞬間，電流很大，回路電流主要由電容電流分量組成。而加壓時間很久之后，電容C1和C2相當于開路，回路電流為泄露電流Ig，此時Ig取決于絕緣電阻R1與R2之和，這就出現(xiàn)了由最初的電容電流到最終的泄露電流之間的過渡過程。當試品電容量較大時，這一過渡過程進行得很慢，甚至達數(shù)分鐘或更長。圖24(b)中陰影部分的面積為絕緣在充電過程中逐漸“吸收”的電荷Qa。這種逐漸“吸收”電荷的現(xiàn)象叫作“吸收現(xiàn)象”，對應的電流Ia稱為吸收電流。它是由于介質中偶極子逐漸轉向，并沿電場方向排列而產生的。[9]當開關合上時，絕緣兩端突然有一個很大的電壓變化，在極短的時間內（t=0+）介質上的電壓按電容分壓，此時 （） （）當達到穩(wěn)態(tài)后，介質上的電壓將按電阻分壓，此時回路電流 （）而 （） （）由t=0+至電壓達到穩(wěn)態(tài)一般有一個過渡過程，例如，當式（）中U1比式（）中的U1小時，在過渡過程中C1要放電，同時C2要進一步充電。這個過渡過程的快慢取決于時間常數(shù)τ （）由以上分析可見，加上試驗電壓后，流過試品的電流由兩部分組成。第一部分為傳導電流Ig，其大小與試品總的絕緣電阻（R1+R2）成反比；第二部分為吸收電流Ia，其大小與試品絕緣的均勻程度密切相關，如試品為均勻介質，或R1C1≈R2C2,則吸收電流很小，吸收現(xiàn)象便不明顯。如果試品很不均勻，或者R1C1與R2C2相差很大，則吸收現(xiàn)象十分明顯。在相同的電壓下，不同設備的絕緣其總電流隨時間下降的曲線不同。即使同一設備，絕緣受潮或有缺陷時，其總電流也要發(fā)生變化。當絕緣受潮或有缺陷時，電流的吸收現(xiàn)象不明顯，總電流隨時間下降較緩慢，而試品的絕緣電阻與電流成反比。因此，根據I15/I60的變化，就可以初步判斷絕緣的狀況。通常用吸收比Ka來表示 （）式中，I15,R15為加壓15s時的電流和對應的絕緣電阻；I60,R60為加壓60s時的電流和對應的絕緣電阻。極化指數(shù)用PI來表示 （）即試品在加壓后10分鐘時的視在電阻值和1分鐘時的視在電阻值之比。顯然，對于不均勻試品的絕緣，如果絕緣狀況良好，則吸收現(xiàn)象明顯，Ka值遠大于1，PI值也較大。如果絕緣嚴重受潮，松弛極化變得不明顯，由于Ig大增，Ia迅速衰減，Ka值接近于1，PI也較小。推薦的K,PI與絕緣狀況的關系見下表所示：表21 K,PI與絕緣狀況的關系狀態(tài)KPI危險不良～～可疑～較好～～良好吸收比、極化指數(shù)與絕緣吸收系數(shù)G和吸收時間常數(shù)的關系式如下: () ()絕緣吸收系數(shù)G主要取決于介質的不均勻程度。當絕緣材料絕緣良好或者很差時，G都會表現(xiàn)出較小的值，使得試品吸收比K偏小，這導致用吸收比K來判別絕緣狀況的優(yōu)劣變得不確定。與吸收比K相比,用極化指數(shù)PI來衡量絕緣狀況的優(yōu)劣有其優(yōu)越性。通常,T≈100～200s,于是Ge600/T≈0，所以，式()可以簡化為式(): （）因此可以看出，PI與吸收時間常數(shù)T成單調變化的關系，而且，因為是在測試電壓施加比較長的時間后測量的，受幾何電容充電電流的影響較小，所以現(xiàn)在有學者提出用PI代替K作為絕緣性能判別指標要更科學的觀點。但是，我們應該看到受到G值與材料絕緣優(yōu)劣關系的不確定性的影響，單純靠K或者PI來衡量材料絕緣性能好壞都是片面的，應該結合絕緣電阻Rc的值等參數(shù)來綜合判斷。而且，僅依據一次測量數(shù)據來判斷絕緣狀況的劣化也是不充分的，重要的是對各參數(shù)進行的長期觀察和對比，分析各參數(shù)的變化趨勢，并以此為依據，判斷絕緣老化情況和剩余絕緣壽命。第3章 電纜絕緣診斷技術 概況對運行電纜實施絕緣檢測的目的是了解電纜及其附件的老化情況，以其判斷是否能繼續(xù)可靠工作，進而評估其殘余壽命。檢測方式分為破壞性實驗與非破壞性實驗2種。 破壞性試驗又稱絕緣耐壓試驗，是指在高于設備工作電壓下進行的試驗，它是在特定波形電壓下使缺陷部位擊穿，以篩選出能繼續(xù)可靠運行的直接方法。它主要有交流耐壓和直流耐壓兩種試驗，旨在揭露危險性大的集中性絕緣缺陷，保證絕緣有一定的裕度。需要指出的是，耐壓試驗可能會對試品產生某些損壞，從而影響絕緣壽命。其波形和電壓值的差別有不同篩選效果，顯然，對運行電纜絕緣老化檢出與竣工交接試驗有不盡相同的考慮。[10]非破壞性試驗又稱為絕緣特性試驗，是指在較低電壓下用其它不會損傷絕緣的方法來測量絕緣的各種特性，從而判斷絕緣內部有無缺陷。目前國外對高壓XLPE電纜絕緣老化檢測技術的研究近年來才見有少量報導，只查閱到日本、荷蘭2個國家的有關情況。（1） 日本：日本用基于高壓XLPE電纜線路運行實際性能的評估來考慮實施必要的絕緣檢測，主要有：①電纜本體。66kV電纜少數(shù)出現(xiàn)PD老化導致絕緣故障是由EVT引起的，故需有能檢出EVT的檢測方法。東京電力公司近年來開發(fā)出了損失電流法來用于對長約1000km、無徑向防水層的66kV電纜水樹檢測。由于110kV以上XLPE電纜迄今未發(fā)生過因絕緣老化而導致的故障，又因其具有金屬套防水，絕緣層厚度足以適應水樹生長，故對其檢測的必要性目前還不迫切。②電纜附件。66kV預制應力錐式終端在長期運行后曾因硅脂脫失導致?lián)舸?75kV擠出模塑式接頭運行后曾發(fā)生絕緣擊穿，原因是有纖維狀雜質混入了終端與接頭，通過對擠出安裝工藝進行改進完善后將可避免此類缺陷，但預制式附件的絕緣界面弱點難以杜絕，故宜實施PD檢出，且需運用適應有多種干擾源的現(xiàn)場PD檢測儀。如今，對66～500kV XLPE電纜線路主要實施的是PD檢測?！　。?） 荷蘭：荷蘭在150kV XLPE電纜線路運行多年突然發(fā)生終端擊穿的情況后，針對預應力錐硅脂流失等絕緣界面缺陷的檢出，明確了需采取PD檢測法。為此，他們開發(fā)出了適合現(xiàn)場用的高頻PD（HFPD）或超高頻PD（VHFFD）新型檢測儀。英國、澳大利亞、瑞士等歐洲國家也有同類應用。 電纜絕緣停止運行診斷法 絕緣電阻的測量 絕緣電阻是反應絕緣性能的最基本指標之一，通常用兆歐表進行測量。規(guī)定所加電壓60s后測得的數(shù)值為該試品的絕緣電阻。兆歐表的接線柱有三個(見圖31):“線路”(L)、“接地”(E)、“保護環(huán)”(G)。電力線路或照明線路測量絕緣電阻時L接電線,E接大地,所測的是電線與大地間的絕緣電阻。對于電纜線路,除了E接纜殼L接纜芯外,還需將電纜殼芯之間的內層絕緣接于G端鈕上,以消除因表面漏電而引起的誤差。對于測量不同芯線芯數(shù)的電纜的絕緣電阻時,不需被測試部分也應短路接地。圖31 兆歐表的使用對于使用兆歐表的注意事項有以下：（1）.測量前須將被測試對象之額定電壓了解清楚，相應地選擇搖表之電壓等級，使二者額定電壓相適應。一般應用的搖表有500V ，1000V ，2500V ，5000V之分，原則上測量低壓電氣設備的絕緣電阻應使用低電壓的搖表，測量高壓電氣設備的絕緣電阻應使用高電壓搖表，否則，搖表電壓大于被測試設備電壓，其測量值會偏小，反之則偏大，達不到應有的要求。與此同時，搖表的選擇還要考慮儀表的測量范圍(儀表的量程)是否合適，即搖表的測量范圍不應過多的超過被測試設備的絕緣電阻值，不然的話讀數(shù)誤差較大。另外，有的搖表儀表盤刻度(標尺)不是從零開始，而是從1兆歐或2兆歐開始，這種表不適宜測潮濕場所低壓電氣設備或低阻值電氣設備的絕緣電阻值，因為低于1兆歐儀表不能顯示準確數(shù)值。（2）.測量前檢查搖表是否完好。為此，先將搖表的端鈕“L”與“E”端開路(不接被測品)搖動手柄達到其額定轉速，此時觀察搖表指針是否指“∞”位置。然后將端鈕“L”與“E”端短封，再慢速搖動手柄，此時觀察搖表指針是否指“0”位置。若開路指“∞”，短路指“0”說明搖表處在完好狀態(tài)。反之，則說明搖表有問題。（3）.被測試對象若是運行中的電纜，應先停電，實行安全技術措施，經過充分的放電后才可進行測試工作，以保證表和人身安全。測試前應將搖表放在干燥、清潔、平穩(wěn)、安全、離被測試設備距離適當并遠離磁場干擾的位置，這是使用搖表應具有的必要條件。測試前應記錄周圍環(huán)境的濕度和溫度。應該使用專用的測量導線或者絕緣強度高的多芯軟導線，將搖表端鈕“L”連接至被測試對象的“相線”，端鈕“E”連接至被測試對象的外殼上。（4）.測量開始應將搖表搖柄轉至額定轉速后開始計時。有的人忽視或做不到這一點，這將導致測量數(shù)據的誤差，應引起注意。（5）.正確讀取測量數(shù)據和對測量結果妥善地分析、處置以及做好測試記錄是正確使用搖表的注意事項之一。搖表的轉動，即便到了規(guī)定的測量時間1分鐘或更長的時間后，除觀看指示數(shù)值外，應先斷開“L”測試導線，再停止搖表轉動，切莫反其道而行之。測量工