电气设备的绝缘性能通用测试技术简介
2017-06-02
电气设备的绝缘性能
通用测试技术简介
专家介绍
汪双灿
可靠性与绝缘事业部
绝缘技术总监
工作方向：
从事绝缘材料和绝缘系统
检测技术研究及相关标准制修订工作。
1 概述
电气设备一般包括导体、磁路、绝缘、机械结构和其他组成部分，其中绝缘部分通常属于最薄弱环节。据统计表明，电气设备在运行中发生故障的主要原因之一是绝缘破坏。例如低压电机，其绝缘破坏占总故障率的70%~80%；电力系统的停电事故，50%~80%是由绝缘故障所引起[1]。因此，对于大多数电气设备，无论是在制造环节还是使用环节，绝缘性能都是重点考核的项目。
电气设备的整个寿命周期都会涉及很多绝缘性能测试，如图1。考核电气设备绝缘性能的试验一般可分为绝缘特性试验和介电强度试验两类。绝缘特性试验主要包括：直流试验、介质损耗试验、局部放电试验。介电强度试验主要包括：交流电压试验、直流电压试验和冲击电压试验[1]。
图1 电气设备寿命周期绝缘性能测试[2]
2绝缘特性试验
2.1 直流试验
在电气设备绝缘上施加直流电压，测量电流电阻及其时间特性。工程上，近似地用加压后60s和15s的电阻比值表示吸收比。相似地，对于吸收过程较长的大容量设备，在吸收比尚不足以反映绝缘介质的电流吸收全过程，采用加压后10min和1min时测得的绝缘电阻比值表示极化指数。直流试验一般包括绝缘电阻、吸收比和极化指数，测试示意图见图2。这种方法较为简便，能够有效的反应电气设备的绝缘状况，因此广泛用于电气设备的维护检修。
图2 绝缘电阻、吸收比和极化指数的测量
2.2介质损耗试验
在电压作用下单位时间内电介质消耗的能量称为介质损耗，等效电路见图3。工程应用上，在电气设备中施加交流电压并通过电桥测量损耗因数值、介质损耗角正切tanδ-电压特性，以检查绝缘的吸潮、污秽、内部缺陷等状况及其老化程度。
图3 介质损耗角串联和并联等效电路[2]
2.3局部放电试验
局部放电（Partial Discharge）是绝缘介质中仅被部分桥接的放电现象[3]，简称局放（PD）。在电场集中、绝缘薄弱的地方出现局放是电气设备普遍存在的问题，局部放电的产生及影响如图4。
图4 局部放电引发绝缘失效的过程
局部放电是能量释放的过程，整个过程中会伴生多种现象，主要包括电磁波的发射、声音信号、气体生成物、光、发热、电流行波[4]。通过检测这些物理量来表征局部放电的状态。局部放电测试技术按照测量的物理量可分为：电测法、声测法、光测法和化学法。按照施加电源的不同可分为：工频、直流和脉冲测试法。按照测试场地的不同又可分为：离线（见图5）和在线测试法。
图5 离线状态下工频电测法[2]
3介电强度试验
3.1交流电压试验
交流电压试验时鉴定电气设备绝缘介电强度的最有效和最直接的方法。一般可分为：交流耐压和交流击穿试验。交流耐压试验用于检验样品能否在规定的时间内承受住规定的试验电压。在质量保证试验和诊断试验中应用广泛。
3.2直流电压试验
直流电压试验用于考核运行在直流电压下的电气设备的介电强度，也经常用于替代交流耐压试验测定大容量样品的介电强度。直流与交流的击穿机理不同，试验施加的直流电压通常要高于交流电压。例如，电容器的直流试验电压值为交流试验电压值（有效值）的2倍。
3.3冲击电压试验
一些电气设备在运行过程中有可能会经受不同的冲击电压，例如自然界中的雷电、电气开关的操作，带电线路的闪络和触头间击穿或多次重燃等[2]。电气设备在研发、生产质量保证和诊断试验中需要对其绝缘进行冲击电压试验。冲击电压试验一般包括：匝间冲击试验、雷电冲击电压试验和操作冲击电压试验。
参考文献
1.《电气电子绝缘技术手册》编辑委员会. 电气电子绝缘技术手册[M]. 北京:机械工业出版社, 2008. 221-340.
2. Wolfgang Hauschild, Eberhard Lemke. High-Voltage Test and Measuring Techniques[M]. Berlin Heidelberg:Springer-Verlag, 2014.14-240.
3. GB/T 7354-2003, 局部放电测量[S].
4. S, Tenbohlen, D, Denissov, S, M, Hoek, and, Z, Ring. Partial discharge measurement in the ultra high frequency (UHF) range[J]. IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, 2008, 15(6): 1544-1552.
