直流泄漏电流的测量与直流耐压试验

一、直流泄漏电流的测量 

测量泄漏电流和用绝缘电阻表测量绝缘电阻的原理相同，不过直流泄漏电流试验中所用的直流电源一般均由高压整流设备供给，用微安表来指示泄漏电流，它比用绝缘电阻表测绝缘电阻优越之处是试验电压高，并可以随意调节， 对不同电压等级的被试设备施以相应的试验电压，可比绝缘电阻表测绝缘电阻更有效地发现一些尚未贯通的集中性缺陷，同时，在试验的升压过程中，可以随时监视微安表的指示，以便及时了解绝缘情况。另外，微安表比绝缘电阻表读数灵敏。 

图3-20为某发电机的直流泄漏电流随所加直流电压的变化曲线。在同一直流电压作用下，良好绝缘的泄漏电流较小，且随电压的增加泄漏电流正比增加。绝缘受潮时，泄漏电流增大；当绝缘有集中性缺陷时，电压升高到一定值后，泄漏电流激增；绝缘的集中性缺陷越严重，出现泄漏电流激增的电压将越低，当泄漏电流超过一定标准时，应尽可能找出原因，并加以消除。

1.直流泄漏试验接线

(1)被试品不接地。图3-21为被试品不接地时测量泄漏电流或作直流耐压试验的接线图。图中T1为调压器，它的作用是调节电压；T2为工频试验变压器，通过它将交流低压变成交流高压，其电压值必须满足试验的需要；高压硅堆起整流作用，由于被试设备的电导甚小，试验时电流一般不超过1mA。现场试验时，可用电压互感器来代替工频试验变压器。

C为滤波电容器，其作用是使整流电压平稳，C越大，加于被试品上的电压越平稳、直流电压的数值也就越接近工频交流高压的幅值。在现场试验时，当被试品的电容C_X值较大时，滤波电容C可以不加；当C_X较小时，则需接入一个0.1μF左右的电容器，以减小电压的脉动。

保护电阻R₀的作用是限制被试品击穿时的短路电流不超过高压硅堆和试验变压器的允许值，以保护工频试验变压器和硅堆，故R₀也叫限流电阻，其值可按10Ω/V来选取，通常用玻璃管或有机玻璃管充水溶液制成。

微安表用作测量泄漏电流，它的量程可根据被试品的种类及绝缘情况等适当选择。

用图3-21的接线简便，这时微安表接在接地端，读数安全、方便，而且高压引线的漏电流、整流元件和保护电阻绝缘支架的漏电流以及试验变压器本身的漏电流均直接流入试验变压器的接地端而不会流入微安表，故测量比较精确。但此接线被试品不能直接接地，故不适用于现场。

(2)被试品一极接地。为适用于现场被试品外壳接地的情况，直流泄漏试验的接线宜采用图3-22所示的方式。此时微安表接在高压端。为了避免由微安表到被试品的连接导线上产生的电晕电流以及沿支柱绝缘子表面的泄漏电流流过微安表，需将微安表及其到被试品的高压引线屏蔽起来，使其处于等电位屏蔽中，这样杂散电流就不通过微安表，不会带来测量的误差。但此种接线，微安表对地需良好绝缘并加以屏蔽，在试验中调整微安表量程时，必须用绝缘棒，操作不便，且由于微安表距人较远，读数不易看清。

(3)串级直流装置。以上的两种半波整流电路能获得的最高直流电压等于工频试验变压器输出交流电压的峰值U_Tm。如欲得更高的直流高压并充分利用试验变压器的容量，可采用图3-23所示的倍压整流电路。在图3-23中，当电源电势为负时，整流元件V2闭锁，V1导通；电源电势经V1、R_b向电容C₁充电至U_Tm；当电源电势为正时，电源与C₁串联起来经V2、R_b向C₂充电至2U_Tm。当空载时，直流输出电压U_2m=2U_Tm。V1、V2的反峰电压也都等于2U_Tm，电容C₁的工作电压为U_Tm，而C₂的工作电压则为2U_Tm。

当需要更高的直流输出电压时，可把若干个如图3-23所示的电路单元串接起来，构成串级直流高压装置。图3-24是一个三级串级高压装置的接线，在空载情况下其直流输出电压可达6 U_Tm。

电路在空载时，各级电容的充电过程简单分析如下：在电源电势为负半波时，V1导通，电源电势经V1、R_b向电容C₁充电至U_Tm；正半波时，电源与C₁串联起来(U₃₀由0～2 U_Tm变化)，经V2、R_b向C₂充电，使C₂上的电压达到2 U_Tm。同样在负半波时，电源还与C₂串联(U₂₁由U_Tm～3 U_Tm变化)，经R_b、V3向C₃及C₁充电，使C₃及C₁上的总电压达到3 U_Tm，即C₃上的电压达到2U_Tm；而在正半波时，电源与C₁、C₃串联(U₅₀由2 U_Tm~4 U_Tm变化)经R_b、V4向C₄及C₂充电，使C₄及C₂上的总电压达到4 C₄及C₂，即C₄上的电压达到2 C₄及C₂。依此类推，最终可使点6上的电位即直流输出电压达到6 U_Tm。

由于上一级电容的电荷需要由下一级电容供给和补充，串级装置在接上负载时的电压脉动δU和电压降∆U都比较大，级数越多及负载电流越大时，δU和∆U越大。因此，这种串级直流高压装置的输出电流较小，一般只能做到10mA左右。

2.试验方法

(1)进行直流泄漏试验时，对被试品额定电压为35kV及以下的电气设备施加10～30kV的直流电压；对额定电压为110kV及以上的设备施加40kV的直流电压，试验时按每级0.5倍试验电压分阶段升高电压，每阶段停留1min后，微安表的读数即为泄漏电流值；同时还可以把泄漏电流与加压时间的关系和泄漏电流与试验电压的关系绘制成曲线进行全面的分析。

(2)直流泄漏试验时，泄漏电流的判断标准在试验规程中作了一些规定。对泄漏电流有规定的设备，应按是否符合规定值来判断。对规程中无明确规定的设备，以同一设备各相之间相互比较，或与历年的试验结果比较及同类型的设备互相比较，就其变化来分析判断。

3.微安表的保护

微安表是精密仪表，使用中应十分爱护。一般微安表都有专门的保护装置，其接线如图3-25所示。在微安表回路中串联一个阻值较大的电阻R(称为增压电阻)，当有电流流过时，就在AB两端产生一个电压降。当电流超过微安表的额定电流时，AB两端的电压使放电管F放电，电流就从放电管中流过，保护了微安表。 由于整流后的直流电压含有交流分量，所以并联一个电容器C，以滤去整流后的交流分量，以减少微安表指针的摆动，同时，C还可以稳定放电管F的放电电压。当试验回路因突然短路而出现电流时，放电管来不及动作，为此串入一个电感L以阻止大电流流过微安表，以避免微安表的损坏。因电容C也具有这个作用，故有时可不加电感L。在微安表表头两端并一开关S，在升压或降压过程中合上开关S，将微安表短接，只有在稳定时才将S打开，保护微安表。

二、直流耐压试验

直流耐压试验与测量直流泄漏电流在方法上是一致的，但从试验的作用来看是有所不同的，前者是试验绝缘强度，其试验电压较高；后者是检查绝缘情况，试验电压较低。目前在发电机、电动机、电缆、电容器等设备的绝缘预防性试验中广泛地应用这一试验。它与交流耐压试验相比，主要有以下一些特点：

(1)在进行工频耐压试验时，试验设备的容量,当试验电容量较大的试验时，需要较大容量的试验设备，在一般情况下不容易办到。而在直流电压作用下，没有电容电流，故做直流耐压试验时，只需供给较小的(最高只达毫安级)泄漏电流，加上可以用串级的方法产生直流高压，试验设备可以做得体积小而且比较轻巧，适用于现场预防性试验的要求。

(2)在进行直流耐压试验时，可以同时测量泄漏电流，并根据泄漏电流随所加电压的变化特性来判断绝缘的状况，如图3-20所示，以便及早地发现绝缘中存在的局部缺陷。

(3)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。其原因是由于交流电压作用下，绝缘内部的电压分布是按电容分布的。在交流电压作用下，电机绕组绝缘的电容电流沿绝缘表面流向接地的定子铁芯，在绕组绝缘表面半导体防晕层上产生明显的电压降落，离铁芯越远，绕组上承受的电压越小。而在直流电压下，没有电容电流流经线棒绝缘，端部绝缘上的电压较高，有利于发现绕组端部的绝缘缺陷。

(4)直流耐压试验对绝缘的损伤程度比交流耐压小。交流耐压试验时产生的介质损耗较大，易引起绝缘发热，促使绝缘老化变质。对被击穿的绝缘，交流耐压试验时的击穿损伤部分面积大，增加修复的困难。

(5)由于直流电压作用下在绝缘内部的电压分布和交流电压作用下的电压分布不同，直流耐压试验对交流设备绝缘的考验不如交流耐压试验接近实际运行情况。绝缘内部的气隙也不像在交流电压作用下容易产生游离、发生热击穿，因此，相对来说，直流耐压试验发现绝缘缺陷的能力比交流耐压试验差。因此，不能用直流耐压试验代替交流耐压试验，两者应配合使用。

 (6)直流耐压试验时，试验电压值的选择是一个重要的问题。如前所述，由于直流电压下的介质损耗小，局部放电的发展也远比交流耐压试验时弱，故绝缘在直流电压作用下的击穿强度比交流电压作用下高，在选择直流耐压试验的试验电压值时，必须考虑到这一点，并主要根据运行经验来确定。例如对发电机定子绕组，按不同情况，其直流耐压试验电压值分别取2～3倍额定电压；对油纸绝缘电力电缆，2～10kV电缆取5倍额定电压，15～30kV取4倍额定电压；35kV及以上分别取2.6～2倍额定电压。直流耐压试验时的加压时间也应比交流耐压试验长一些。如发电机试验电压是以每级0.5倍额定电压，分阶段升高的，每阶段停留1min，读取泄漏电流值；电缆试验时，在试验电压下持续5min，以观察并读取泄漏电流值。

三、直流高压的测量

当试验时，若被试品的电容量C_X较大，或滤波电容器C的数值较大，同时其泄漏电流又非常小时，输出的直流电压较为平稳，此时，被试品上所加的直流电压值可在工频试验变压器的低压侧进行测量，然后换算出高压侧的直流电压值。一般情况下，最好在高压侧进行测量。高压侧测量直流高电压的方法通常有下列几种。

(1)用高值电阻串联微安表或高值电阻分压器。这两种方法是测量直流高压的常用而又比较方便的方法，其接线如图3-26所示，被测电压为

或                                                 (3-19)

使用分压器时，应选用内阻高的电压表，如静电电压表、晶体管电压表、数字电压表或示波器等。

电阻R₁是一个能够承受高电压且数值稳定的高值电阻，通常由多个碳膜电阻或金属膜电阻串联而成。由于高压直流电源的容量较小，为了使R₁的接入不致影响其输出电压，也为了使R₁本身不致过热，通过R₁的电流不应太大；另一方面，这一电流也不应太小，以免由于电晕放电和绝缘支架的漏电流而造成测量误差。一般按照通过R₁的电流为0.1～1mA来选取R₁值，并把R₁放在绝缘筒中，并充以绝缘油，可以抑制或消除电晕放电和漏电，并降低温升，从而提高R₁阻值的稳定性。

(2)用高压静电电压表测量直流高压的平均值。

(3)用球一球间隙测量直流高压的峰值。

四、试验时的注意事项

(1)试验时，微安表必须按图3-25接线进行保护。

(2)试验完毕，必须先将被试品上的残余电荷放掉，放电时最好先通过电阻放电。

(3)试验小容量的试品时，需接入0.lμF左右的滤波电容C，以减小被试品上的电压脉动。