【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 介質(zhì)本身也有的來(lái)自外部雜質(zhì)外部溫度越高分子熱運(yùn)動(dòng) 就越劇烈對(duì)自由離子的約束也越小形成的電導(dǎo)電流越大這一點(diǎn)和金屬的導(dǎo)電特性是完全相反的此外介質(zhì)在外加高壓電場(chǎng)的作用下會(huì)形成一定程度的電離使得載流子數(shù)目增多?下降當(dāng)然介質(zhì)受潮后?也會(huì)下降 表征電導(dǎo)的參數(shù)是電導(dǎo)率γ在高電壓工程中一般常用電阻率ρρ 1γ來(lái)表征介質(zhì)的絕緣電阻電介質(zhì)電導(dǎo)主要是離子電導(dǎo)其電導(dǎo)隨溫度的變化規(guī)律與屬于電子電導(dǎo)的金屬材料是相反的 243 損耗 絕緣介質(zhì)在電場(chǎng)的作用下會(huì)產(chǎn)生電能的損耗這些損耗主要來(lái)自以下三個(gè)方面 1 電導(dǎo)損耗 2 極化損耗 3 游離損耗 [9] 如圖 22所示介質(zhì)兩端施加交流電壓 U時(shí)由于介質(zhì)中有 損耗所以電流 I不是電容電流而是包含有有功和無(wú)功兩個(gè)分量 Ir 和 Ic 圖 22 介質(zhì)在交流電壓作用下的電流相量圖 由圖 23 所示介質(zhì)在交流電壓作用下的功率三角形可見(jiàn)介質(zhì)損耗 P Qtanδ U2ωCtanδ 23 圖 23 介質(zhì)在交流電壓作用下的功率三角形 用介質(zhì)損耗 P表示介質(zhì)品質(zhì)好壞是不便的因此 P值和試驗(yàn)電壓試品電容量等因素有關(guān)不同試品間難以相互比較所以改用介質(zhì)損失角的正切 tanδ介質(zhì)損失角δ是功率因數(shù)角φ的余角來(lái)判斷介質(zhì)的品質(zhì) tanδ同ε r 一樣是僅取決于 材料的特性而與材料的尺寸無(wú)關(guān)的物理量 有損介質(zhì)可用電阻電容的串聯(lián)或并聯(lián)等效電路來(lái)表示如果損耗主要是電導(dǎo)引起的則常用并聯(lián)等效電路如果損耗主要由介質(zhì)極化及連接導(dǎo)線的電阻等引起則常用串聯(lián)等效電路 25 絕緣介質(zhì)的吸收現(xiàn)象 許多電氣設(shè)備的絕緣都是多層的多層介質(zhì)的特性可以粗略地用雙層介質(zhì)來(lái)分析如下圖 24 所示 圖 24a 雙層介質(zhì)的等效電路 圖 24 b 吸收曲線 C1C2介質(zhì) 12 的等效電容 R1R2介質(zhì) 12 的絕緣電阻 當(dāng)開(kāi)關(guān) Q合上直流電壓加到絕緣介質(zhì)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(shí)間很久之后電容 C1和 C2相當(dāng)于開(kāi)路回路電流為泄露電流 Ig 此時(shí) 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(guò)渡過(guò)程當(dāng)試品電容量較大時(shí)這一過(guò)渡過(guò)程進(jìn)行得很慢甚至達(dá)數(shù)分鐘或更長(zhǎng)圖 24 b 中陰影部分的面積為絕緣在充電過(guò)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(duì)應(yīng)的電流 Ia 稱為吸收電流它是由于介質(zhì)中偶極子逐漸轉(zhuǎn)向并沿電場(chǎng)方向排列而產(chǎn)生的 [9] 當(dāng)開(kāi)關(guān)合上時(shí)絕緣兩端 突然有一個(gè)很大的電壓變化在極短的時(shí)間內(nèi) t 0介質(zhì)上的電壓按電容分壓此時(shí) 24 25 當(dāng)達(dá)到穩(wěn)態(tài)后介質(zhì)上的電壓將按電阻分壓此時(shí)回路電流 26 而 27 28 由 t 0 至電壓達(dá)到穩(wěn)態(tài)一般有一個(gè)過(guò)渡過(guò)程例如當(dāng)式 27 中 U1比式 24 中的U1 小時(shí)在過(guò)渡過(guò)程中 C1 要放電同時(shí) C2 要進(jìn)一步充電這個(gè)過(guò)渡過(guò)程的快慢取決于時(shí)間常數(shù)σ 29 由以上分析可見(jiàn)加上試驗(yàn)電壓后流過(guò)試品的電流由兩部分組成第一部分為傳導(dǎo)電流 Ig 其大小與試品總的絕緣電阻 R1R2 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(guān)如試品為均勻介質(zhì)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(shè)備的絕緣其總電流隨時(shí)間下降的曲線不同即使同一設(shè)備絕緣受潮或有缺陷時(shí)其總電流也要發(fā)生變化當(dāng)絕緣受潮或有缺陷時(shí)電 流的吸收現(xiàn)象不明顯總電流隨時(shí)間下降較緩慢而試品的絕緣電阻與電流成反比因此根據(jù) I15I60 的變化就可以初步判斷絕緣的狀況通常用吸收比 Ka 來(lái)表示 210 式中 I15R15為加壓 15s時(shí)的電流和對(duì)應(yīng)的絕緣電阻 I60R60為加壓 60s時(shí)的電流和對(duì)應(yīng)的絕緣電阻 極化指數(shù)用 PI 來(lái)表示 211 即試品在加壓后 10 分鐘時(shí)的視在電阻值和 1 分鐘時(shí)的視在電阻值之比 顯然對(duì)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(yuǎn)大于1PI值也較大如果絕緣嚴(yán)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 1PI 也較小 推薦的 KPI 與絕緣狀況的關(guān)系見(jiàn)下表所示 表 21 KPI 與絕緣狀況的關(guān)系 狀態(tài) K PI 危險(xiǎn) 11 10 不良 11～ 25 10～ 11 可疑 11～ 125 較好 125～ 14 125～ 20 良好 14 20 吸收比極化指數(shù)與絕緣吸收 系數(shù) G 和吸收時(shí)間常數(shù)的關(guān)系式如下 212 213 絕緣吸收系數(shù) G 主要取決于介質(zhì)的不均勻程度當(dāng)絕緣材料絕緣良好或者很差時(shí) G都會(huì)表現(xiàn)出較小的值使得試品吸收比 K偏小這導(dǎo)致用吸收比 K來(lái)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(lái) 衡量絕緣狀況的優(yōu)劣有其優(yōu)越性通常 T≈100～ 200s 于是 Ge600T≈ 0 所以式 213 可以簡(jiǎn)化為式 214 214 因此可以看出 PI 與吸收時(shí)間常數(shù) T 成單調(diào)變化的關(guān)系而且因?yàn)槭窃跍y(cè)試電壓施加比較長(zhǎng)的時(shí)間后測(cè)量的受幾何電容充電電流的影響較小所以現(xiàn)在有學(xué)者提出用 PI 代替 K 作為絕緣性能判別指標(biāo)要更科學(xué)的觀點(diǎn) 但是我們應(yīng)該看到受到 G值與材料絕緣優(yōu)劣關(guān)系的不確定性的影響單純靠 K或者 PI來(lái)衡量材料絕緣性能好壞都是 片面的應(yīng)該結(jié)合絕緣電阻 Rc的值等參數(shù)來(lái)綜合判斷而且僅依據(jù)一次測(cè)量數(shù)據(jù)來(lái)判斷絕緣狀況的劣化也是不充分的重要的是對(duì)各參數(shù)進(jìn)行的長(zhǎng)期觀察和對(duì)比分析各參數(shù)的變化趨勢(shì)并以此為依據(jù)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(shù) 31 概況 對(duì)運(yùn)行電纜實(shí)施絕緣檢測(cè)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(jìn)而評(píng)估其殘余壽命檢測(cè)方式分為破壞性與非破壞性 2 種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(yùn)行的直接方法其波形和電壓值的差別有不同篩選效果顯然對(duì)運(yùn)行電纜絕緣老化檢出與竣工交接試驗(yàn)有不 盡相同的考慮國(guó)外對(duì)高壓 XLPE 電纜絕緣老化檢測(cè)技術(shù)的研究近年來(lái)才見(jiàn)有少量報(bào)導(dǎo)只查閱到日本荷蘭 2 個(gè)國(guó)家的有關(guān)情況 1 日本日本用基于高壓 XLPE電纜線路運(yùn)行實(shí)際性能的評(píng)估來(lái)考慮實(shí)施必要的絕緣檢測(cè)主要有電纜本體 66kV電纜少數(shù)出現(xiàn) PD 老化導(dǎo)致絕緣故障是由 EVT 引起的故需有能檢出 EVT 的檢測(cè)方法東京電力公司近年來(lái)開(kāi)發(fā)出了損失電流法來(lái)用于對(duì)長(zhǎng)約 1000km 無(wú)徑向防水層的 66kV電纜水樹(shù)檢測(cè)由于 110kV以上 XLPE電纜迄今未發(fā)生過(guò)因絕緣老化而導(dǎo)致的故障又因其具有金屬套防水絕緣層厚度足以適應(yīng)水樹(shù)生長(zhǎng)故對(duì)其檢測(cè)的必要性目 前還不迫切電纜附件 66kV 預(yù)制應(yīng)力錐式終端在長(zhǎng)期運(yùn)行后曾因硅脂脫失導(dǎo)致?lián)舸?275kV 擠出模塑式接頭運(yùn)行后曾發(fā)生絕緣擊穿原因是有纖維狀雜質(zhì)混入了終端與接頭通過(guò)對(duì)擠出安裝工藝進(jìn)行改進(jìn)完善后將可避免此類缺陷但預(yù)制式附件的絕緣界面弱點(diǎn)難以杜絕故宜實(shí)施 PD 檢出且需運(yùn)用適應(yīng)有多種干擾源的現(xiàn)場(chǎng) PD 檢測(cè)儀如今對(duì) 66～ 500kV XLPE 電纜線路主要實(shí)施的是 PD 檢測(cè) 2 荷蘭荷蘭在 150kV XLPE 電纜線路運(yùn)行多年突然發(fā)生終端擊穿的情況后針對(duì)預(yù)應(yīng)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(cè)法為此他們開(kāi)發(fā)出了適合 現(xiàn)場(chǎng)用的高頻 PDHFPD 或超高頻 PDVHFFD 新型檢測(cè)儀英國(guó)澳大利亞瑞士等歐洲國(guó)家也有同類應(yīng)用 L 接地 E 保護(hù)環(huán) G 電力線路或照明線路測(cè)量絕緣電阻時(shí) L接電線 E接大地所測(cè)的是電線與大地間的絕緣電阻對(duì)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(nèi)層絕緣接于 G 端鈕上以消除因表面漏電而引起的誤差對(duì)于測(cè)量不同芯線芯數(shù)的電纜的絕緣電阻時(shí)不需被測(cè)試部分也應(yīng)短路接地 圖 31 兆歐表的使用 對(duì)于使用兆歐表的注意事項(xiàng)有以下 1 測(cè)量前須將被測(cè)試對(duì)象之額定電壓了解清楚相應(yīng)地選擇搖表之電壓等級(jí)使二者額定電壓相適應(yīng)一般 應(yīng)用的搖表有 500V 1000V 2500V 5000V 之分原則上測(cè)量低壓電氣設(shè)備的絕緣電阻應(yīng)使用低電壓的搖表測(cè)量高壓電氣設(shè)備的絕緣電阻應(yīng)使用高電壓搖表否則搖表電壓大于被測(cè)試設(shè)備電壓其測(cè)量值會(huì)偏小反之則偏大達(dá)不到應(yīng)有的要求與此同時(shí)搖表的選擇還要考慮儀表的測(cè)量范圍 儀表的量程 是否合適即搖表的測(cè)量范圍不應(yīng)過(guò)多的超過(guò)被測(cè)試設(shè)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(pán)刻度 標(biāo)尺 不是從零開(kāi)始而是從 1兆歐或 2兆歐開(kāi)始這種表不適宜測(cè)潮濕場(chǎng)所低壓電氣設(shè)備或低阻值電氣設(shè)備的絕緣電阻值因?yàn)榈陀?1 兆歐儀表不能顯示準(zhǔn) 確數(shù)值 2 測(cè)量前檢查搖表是否完好為此先將搖表的端鈕 L 與 E 端開(kāi)路 不接被測(cè)品 搖動(dòng)手柄達(dá)到其額定轉(zhuǎn)速此時(shí)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(dòng)手柄此時(shí)觀察搖表指針是否指 0位置若開(kāi)路指∞短路指 0說(shuō)明搖表處在完好狀態(tài)反之則說(shuō)明搖表有問(wèn)題 3 被測(cè)試對(duì)象若是運(yùn)行中的電纜應(yīng)先停電實(shí)行安全技術(shù)措施經(jīng)過(guò)充分的放電后才可進(jìn)行測(cè)試工作以保證表和人身安全測(cè)試前應(yīng)將搖表放在干燥清潔平穩(wěn)安全離被測(cè)試設(shè)備距離適當(dāng)并遠(yuǎn)離磁場(chǎng)干擾的位置這是使用搖表應(yīng)具有的必要條件測(cè)試前應(yīng)記錄周圍環(huán)境的濕度和溫度應(yīng)該使用專用的測(cè)量導(dǎo)線或者 絕緣強(qiáng)度高的多芯軟導(dǎo)線將搖表端鈕 L連接至被測(cè)試對(duì)象的相線端鈕 E連接至被測(cè)試對(duì)象的外殼上 4 測(cè)量開(kāi)始應(yīng)將搖表?yè)u柄轉(zhuǎn)至額定轉(zhuǎn)速后開(kāi)始計(jì)時(shí)有的人忽視或做不到這一點(diǎn)這將導(dǎo)致測(cè)量數(shù)據(jù)的誤差應(yīng)引起注意 5 正確讀取測(cè)量數(shù)據(jù)和對(duì)測(cè)量結(jié)果妥善地分析處置以及做好測(cè)試記錄是正確使用搖表的注意事項(xiàng)之一搖表的轉(zhuǎn)動(dòng)即便到了規(guī)定的測(cè)量時(shí)間 1 分鐘或更長(zhǎng)的時(shí)間后除觀看指示數(shù)值外應(yīng)先斷開(kāi) L 測(cè)試導(dǎo)線再停止搖表轉(zhuǎn)動(dòng)切莫反其道而行之測(cè)量工作完畢對(duì)被測(cè)試設(shè)備要先行放電尤其對(duì)容性的電力電容器高壓長(zhǎng)距離電力電纜等要長(zhǎng)時(shí)間的充分放電確認(rèn)無(wú)電壓后再作收尾工作 322 泄露電流的測(cè)量 在直流電壓作用下測(cè)量泄露電流 實(shí)際上也就是測(cè)量絕緣電阻經(jīng)驗(yàn)表明當(dāng)所加的直流電壓不高時(shí)有泄露電流換算得出的絕緣電阻值比兆歐表測(cè)絕緣電阻能獲得更多的信息但當(dāng)用較高的電壓來(lái)測(cè)泄露電流時(shí)就有可能發(fā)現(xiàn)兆歐表所不能發(fā)現(xiàn)的絕緣損壞或弱點(diǎn)一個(gè)良好的絕緣在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的試驗(yàn)電壓作用下其泄露電流不應(yīng)隨加壓時(shí)間的延長(zhǎng)而增大讀取泄露電流值的時(shí)間一般規(guī)定為達(dá)到試驗(yàn)電壓后 1 分鐘 在進(jìn)行泄露電流試驗(yàn)時(shí)要求整流回路的高壓直流電源必須穩(wěn)定主要測(cè)量隨時(shí)間變化與吸收電流相比絕緣材料受潮后泄露電流會(huì)增加當(dāng)介質(zhì)上所加電壓去掉 后介質(zhì)放電會(huì)出現(xiàn)吸收過(guò)程類似的過(guò)程但沒(méi)有泄露電流現(xiàn)象可根據(jù)下面的極化指數(shù)和泄露指數(shù)來(lái)判斷受潮程度 極化指數(shù) 31 泄露指數(shù)