直流耐压试验也能确定绝缘的电气强度。与交流耐压试验相比,它有以下特点:可使试验设备轻小,也即大容量试品(电缆、电容器等),进行交流耐压试验时,试验设备容量往往过大(为使试验及调压设备轻便,可以采用谐振试验线路以减小电源设备容量)。其次是在绝缘进行直流耐压试验的同时,可通过测量泄漏电流来观察绝缘内部集中性缺陷。试验的接线同前面介绍的泄漏电流试验相同。
图3 -18为一台 30MW、10.5kV 汽轮发电机各相绕组的直流泄漏电流试验曲线,当试验电压升至14kV时,A相泄漏电流突然急剧增加,经检查,A相端部对绑环有一处放电。
直流耐压试验比交流耐压试验更能发现电机端部的绝缘缺陷。其原因是直流下没有电容电流从线棒流出,因而无电容电流在半导体防晕层上造成的压降,故端部绝缘上的电压较高,有利于发现绝缘缺陷。
在电力电缆进行直流耐压试验时,通常也利用泄漏值寻找缺陷。当测得三相泄漏值相差过大或增长较快时,可依具体情况提高试验电压或延长耐压时间来发现缺陷。
直流耐压试验对绝缘损伤较小,如果被试绝缘中有气泡时,在直流电压作用下,当作用电压较高,以至于在气泡中发生局部放电后,在电场作用下,气泡中的正负电荷将分别反向移动,停留在气泡壁上,如图3-19所示。这样,便使得外电场在气泡里的强度不断减弱,从而抑制了气泡内部的局部放电过程,当正、负电荷慢慢地通过周围的泄漏电阻中和后,才会再发生一次放电。如果在交流电场中,每当电压改变一次方向,空间电荷非但不减弱,却反而会加强气泡里的电场强度,因而加强了局部放电的发展,不仅如此,做交流耐压试验时,1/2频率周期里都要发生局部放电。这种局部放电会促使油和有机绝缘材料的分解与老化、变质等,并使其绝缘性能降低,扩大其局部缺陷,因此直流耐压试验加压时间可以长,一般采用5-10min。
与交流耐压试验相比,直流耐压试验的缺点是对绝缘的考验不如交流下接近实际和准确。
直流耐压试验电压的选取,参考交流耐压试验电压和交直流下击穿强度之比,并主要根据运行经验来确定。例如:对发电机定子绕组取2~2.5倍额定电压;对电力电缆,3、6、10kV的取5-6倍额定电压;20、35kV的取4~5倍额定电压;35kV及以上的则取3倍额定电压。直流耐压的时间可以比交流耐压长些,例如发电机试验时是每级额定电压地分段升高,每阶段停留Imin,以观察并读取泄漏电流值,电力电缆试验时,在额定电压下持续5min,以观察并读取泄漏电流值。
直流高压的测量,可以用球隙、静电电压表或用如图3-20所示的方法进行。图中R1、R2组成的电阻分压器,在直流电压作用下没有电容电流,所以电阻分压器R1中只有电流I流过,若R1为分压器的高压臂电阻,R2为低压臂电阻,则
(3-10)
电流I一般用微表测量。如用静电电压表测量,则
(3-11)
其中分压比是
R1数值的选择视被测电压大小而定,一般取流过R1的电流为数百安至1mA。R1值太高会造成测量误差,因高压下,高压臂会有电晕电流,沿绝缘材料的泄漏电流等(均是微安级)使式(3-10)、式(3-11)发生误差。若R1中的工作电流大大超过杂散电流,则这种杂散电流的影响便可不计。
正常绝缘电气设备的工频试验电压见表3-2,
此外,为考验电气设备绝缘在雷电过电压和操作过电压下的电气强度,必须用冲击高压和操作冲击高压对绝缘进行试验。正常缘电气设备的冲击试验电压见表3-3。
表3-2 正常绝缘电气设备的工烦(50Hz)试验电压
额定 电压 | 最高工 作电压 | 绝缘的1min试验电压 有效值(KV) | 外部绝缘承受住的试验电压(均匀升压) 有效值(KV) | |||||||
电力变 压器 | 电压互 感器 | 高压电 器和电 流 互 感 器 | 操作杆和 测量杆 | 单独试验的套管和绝缘子 | 干燥状态 | 淋雨状态户外装置的变压器,高压电器,套管和绝缘子 | ||||
负荷开关、隔离开关分闸位置同极触头之间和熔断器取下熔断管触头间的间隔 | 高压电器电力变压器互感器 | 单独试验的套管和绝缘子 | ||||||||
有效值(KV) | ||||||||||
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 |
3 | 3.5 | 18 | 24 | 24 | 36 | 25 | 28 | 26 | 27 | 20 |
6 | 6.9 | 25 | 32 | 32 | 48 | 32 | 40 | 34 | 36 | 26 |
10 | 11.5 | 35 | 42 | 42 | 63 | 42 | 53 | 45 | 47 | 34 |
15 | 17.5 | 45 | 55 | 55 | 82 | 57 | 70 | 60 | 63 | 45 |
(20) | 23 | 55 | 65 | 65 | 100 | 68 | 85 | 70 | 75 | 55 |
35 | 40.5 | 85 | 95 | 95 | 150 | 100 | 130 | 105 | 110 | 85 |
60 | 69 | 140 | 140 | 155 | 235 | 165 | 215 | 170 | 180 | 140 |
110 | 126 | 200 | 200 | 250/200 | — | 265 | 355 | 280 | 295 | 215 |
154 | 177 | 275 | 275 | 320/275 | — | 340 | 460 | 355 | 375 | 290 |
220 | 252 | 400 | 400 | 470/400 | — | 490 | 675 | 520 | 550 | 425 |
注 1.第8~11栏中试验电压值适用于标准大气条件(气压760mmHg,温度20℃,绝对湿度11g/m3),如果试验时大气条件不符标准条件,应对试验电压进行校正。
2.第5栏中斜线下的数值适用于外部绝缘能分别试验的油浸式电器设备的内部绝缘。
表3-3 正常绝缘电气设备的冲击试验电压
额定电压 | 最高工作电压 | 内部绝缘试验电压最大值(KV) | 外部绝缘试验电压最大值(KV) | ||||||||
高压电器和电流互感器,试验中带激磁的电力变压器、电压互感器和分流电抗器 | 试验中不带激磁的电力变压器、电压互感器和分流电抗器 | 高压电器、电力变压 器和互感器 | 高压电器、电力变压 器和互感器 | 单独试验的套管和绝缘子 | 负荷开关、隔离开关分闸位置同极触头之间和熔断器取下熔断管触头间的间隔 | ||||||
全波 | 截波 | 全波 | 截波 | 全波 | 截波 | 全波 | |||||
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | ||
3 | 3.5 | 42 | 43.5 | 50 | 42 | 50 | 44 | 52 | 50 | ||
6 | 6.9 | 57 | 60 | 70 | 57 | 70 | 60 | 73 | 65 | ||
10 | 11.5 | 75 | 80 | 90 | 75 | 90 | 80 | 100 | 90 | ||
15 | 17.5 | 100 | 108 | 120 | 100 | 120 | 105 | 125 | 115 | ||
20 | 23 | 120 | 130 | 150 | 120 | 150 | 125 | 158 | 140 | ||
35 | 40.5 | 180 | 200 | 225 | 185 | 230 | 195 | 240 | 220 | ||
60 | 69 | 300 | 330 | 390 | 320 | 400 | 335 | 420 | 375 | ||
110 | 126 | 425 | 480 | 550 | 460 | 570 | 480 | 600 | 570 | ||
154 | 177 | 585 | 660 | 760 | 630 | 785 | 660 | 825 | 790 | ||
220 | 252 | 835 | 945 | 1090 | 900 | 1130 | 950 | 1190 | 1100 |
注 第6~10栏中试验电压适用于标准大气条件(气压气压760mmHg,温度20℃,绝对湿度11g/m3),如实验时大气条件和标准条件不符,应对试验电压进行校正。
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