電力設(shè)備中的絕緣材料(電介質(zhì))是不導(dǎo)電的物質(zhì),但并不是的不導(dǎo)電。在直流電壓作用下,電介質(zhì)中有微弱的電流經(jīng)過(guò)。根據(jù)電介質(zhì)材料的性質(zhì),構(gòu)成及結(jié)構(gòu)等的不同,這部分電流可視為由三部份電流構(gòu)成,如圖2-1所示。
圖2-1中,i1為電容電流。直流電壓作用到絕緣材料上,加壓瞬間相當(dāng)于給電容充電。這部分隨時(shí)間較快衰減的電容電流與絕緣材料的電容量和外加電壓有關(guān),它對(duì)時(shí)間的變化曲線如圖2-1(c)i1曲線所示。其電流回路在等值電路[見圖2-1(b)]中用一個(gè)純電容C1表示。i2為吸收電流。不均勻介質(zhì)中吸收電流由緩慢化和夾層式化產(chǎn)生,即在直流電壓加上的瞬間,介質(zhì)上的電壓按電容分布,而電壓穩(wěn)定后介質(zhì)上的電壓按電阻分布;由于不同介質(zhì)的電容與電阻不成比例,因此在加上直流電壓瞬間到穩(wěn)定這一過(guò)程中,介質(zhì)上電荷要重新分配,重新分配的電荷在回路中形成電流i2,其電流回路在等值電路[見圖2-1(b)]中用一個(gè)電容C和電阻r串聯(lián)表示。吸收電流i2隨時(shí)間衰減的快慢與介質(zhì)電容量大小有很大關(guān)系,如圖2-1(c)i2曲線所示,i3為泄漏電流。電介質(zhì)中有少數(shù)束縛很弱的或自由的離子,當(dāng)介質(zhì)在直流電壓作用下,正負(fù)離子就分別向兩移動(dòng)而形成電流,如圖2-1(c)i3曲線所示,其電流回路在等值電路[見圖2-1(b)]中用一個(gè)純電阻R表示。
三個(gè)電阻加起來(lái),即i=i1+i2+i3,可得到在直流電壓作用下流過(guò)絕緣介質(zhì)的總電流i隨時(shí)間變化的曲線,通常稱為吸收曲線,如圖2-1(c)曲線所示。
從吸收曲線可以看出,電容電流和吸收電流i2經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后趨近于零,因此i趨近于i3。所謂絕緣電阻就是指加于試品上的直流電壓與流過(guò)試品的泄漏電流之比,即近于。所謂絕緣電阻就是指加于試品上的直流電壓與流過(guò)試品的泄漏電流之比,即
R=U/i3(2-1)
式中U——加于試品兩端的電壓,V;
i3——對(duì)應(yīng)于電壓U,試品中的泄漏電流,μA;
R——試品的絕緣電阻,MΩ。
由于電容電流的吸收電流經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后趨于零,因此在絕緣電阻表(俗稱兆歐表、搖表)進(jìn)行絕緣電阻測(cè)量時(shí),必須等到絕緣電阻表指示穩(wěn)定后才能讀數(shù)。對(duì)電容量較小的一般試品,通常認(rèn)為搖1min后,泄漏電流趨于穩(wěn)定(即電容電流、吸收電流趨于零)。
由于i3的大小取決于絕緣材料的狀況,當(dāng)介質(zhì)受潮、老化、表面臟污或有其他缺陷(如有裂縫、灰化、氣泡等)時(shí),R降低,i3會(huì)增大。因此測(cè)量絕緣電阻是了解電力設(shè)備絕緣的簡(jiǎn)便常用的手段之一。
由于流過(guò)絕緣介質(zhì)的電流有表面電流的體積電流之分,所以絕緣電阻也有體積絕緣電阻和表面絕緣電阻之分。我們真正關(guān)心的是體積絕緣電阻。當(dāng)絕緣受潮或有其他貫通性缺陷時(shí),體積絕緣電阻降低。因此,體積絕緣電阻的大小標(biāo)志著絕緣介質(zhì)內(nèi)部絕緣的優(yōu)劣。在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量中,當(dāng)測(cè)量得到的試品絕緣電阻低時(shí),應(yīng)采取屏蔽措施,排除表面絕緣電阻的影響,以便測(cè)得真實(shí)準(zhǔn)確的體積絕緣電阻值。
對(duì)大容量試品(如變壓器、發(fā)電機(jī)、電纜),《規(guī)程》除要求測(cè)量其絕緣電阻外,還要求測(cè)量吸收比或/和化指數(shù)。
大容量試品的吸收曲線i隨時(shí)間衰減較慢,其中尤其是吸收電流i2隨時(shí)間衰減緩慢,有的可達(dá)數(shù)十分鐘。常把60s的絕緣電阻之比稱為吸收比K,即
K===
為便于分析理解,我們來(lái)分析端情況。時(shí)間=與=15s時(shí)的絕緣電阻之比,即
==1+
絕緣受潮劣化時(shí),泄漏電流比15s時(shí)的電容電流和吸收電流之和(i1+i2)增加得快,R/R趨近于1;絕緣良好時(shí),i3很小,i2相對(duì)較大,則R∞/R15S>1。這就是說(shuō),吸收比的數(shù)據(jù)與絕緣狀況有很大的關(guān)系。而且K是一個(gè)比值,與絕緣結(jié)構(gòu)的幾何尺寸無(wú)關(guān),易于比較。
由于無(wú)法測(cè)量R∞,只能根據(jù)經(jīng)驗(yàn)測(cè)量吸收比K,一般認(rèn)為當(dāng)K=R60S/R15S≥1.3~1.5時(shí)絕緣是良好的,這一數(shù)據(jù)對(duì)分析35~110kV變壓器、中型容量發(fā)電機(jī)是有效的。近年來(lái),隨和電力設(shè)備電壓等級(jí)的提高,發(fā)現(xiàn)用吸收比K判斷大容量變壓器有很多的誤判斷現(xiàn)象。如西北某供電局90000KVA及以上的15臺(tái)變壓器,在132次吸收比測(cè)量結(jié)果中,有76次小于1.3,占58%。上述變壓器油的試驗(yàn)及其他試驗(yàn)均未發(fā)現(xiàn)異常,且運(yùn)行一直正常。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因很多,其中一條是由于大容量變壓器的吸收電流衰減時(shí)間長(zhǎng),吸收比K反映不了絕緣吸收現(xiàn)象的整體,僅反映吸收現(xiàn)象的局部,而且與絕緣結(jié)構(gòu)、油質(zhì)、溫度等有很大關(guān)系。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明,沈陽(yáng)變壓器廠生產(chǎn)的變壓器較西安變壓器廠生產(chǎn)的變壓器吸收比合格率高,但絕緣電阻值較低;而西安變壓器廠生產(chǎn)的變壓器絕緣電阻值高,但吸收比低。
為克服這種測(cè)量吸收比可能產(chǎn)生的誤判斷,常采用對(duì)吸收比小于1.3的試品測(cè)量其10min與1min的絕緣電阻之比,即用測(cè)量化指數(shù)P的方法來(lái)判斷絕緣優(yōu)劣。如《規(guī)程》要求,電力變壓器化指數(shù)不低于1.5。容量為6000kW及以上的同步發(fā)電機(jī),瀝青浸膠及烘卷云母絕緣吸收比不應(yīng)小于1.3或化指數(shù)不應(yīng)小于1.5;環(huán)氧粉云母絕緣吸收比不應(yīng)小于1.6或化指數(shù)不應(yīng)小于2.0。
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