何旭亮，蘇 波

（廣東電網(wǎng)公司佛山供電局，528000）

0 引言

在現(xiàn)代生活中，電的應(yīng)用在人們生活中具有不可或缺的作用。而在電力電氣材料中，主要包括導(dǎo)電體、半導(dǎo)電體及絕緣體三種材料。其中，絕緣體材料的應(yīng)用是保證電力設(shè)備安全運(yùn)行的關(guān)鍵。因此，為了避免電力引起的事故，就應(yīng)該防止電氣設(shè)備絕緣材料的失效。為此，需要對電力電氣設(shè)備的絕緣性能進(jìn)行有效的試驗(yàn)，以明確設(shè)備的絕緣效果，對保證電力電氣設(shè)備的安全運(yùn)行具有重要的意義。

1 絕緣材料的概述

絕緣材料的作用是進(jìn)行帶電與不帶電導(dǎo)體之間的隔離，保證電流按照既定的電路流動(dòng)。電力設(shè)備絕緣性能的好壞應(yīng)從兩個(gè)方面進(jìn)行考慮：（1）電氣設(shè)備本身的絕緣性能比較差，存在絕緣缺陷。如變壓器，當(dāng)其絕緣性能較差時(shí)，說明其本身并非合格。當(dāng)絕緣油中存在水分或者其他雜質(zhì)時(shí)，電力設(shè)備的絕緣性能也是無法滿足絕緣標(biāo)準(zhǔn)的。（2）電力電氣設(shè)備在長時(shí)間的運(yùn)行中受到內(nèi)外部因素影響而發(fā)展起來的，如電壓過高、機(jī)械力、熱效應(yīng)、潮濕及化學(xué)反應(yīng)等。因此，在電力電氣設(shè)備的日常監(jiān)測中，一旦發(fā)現(xiàn)設(shè)備的絕緣性能下降時(shí)，必須及時(shí)更換絕緣件及變壓器除污、加油等，以保證電氣設(shè)備的絕緣性能。

2 絕緣電阻的分析

在絕緣結(jié)構(gòu)與絕緣材料中，且主要的電性參數(shù)分別為絕緣電阻率與絕緣電阻。絕緣材料在生產(chǎn)及使用的過程中，為了了解其絕緣性能的好壞，需要經(jīng)常對其絕緣電阻率進(jìn)行測定，其中包括體積與表面電阻率的測定。采用兆歐表進(jìn)行絕緣電阻的測量，其測量方法就是在絕緣材料的導(dǎo)電位置與其殼體間進(jìn)行絕緣電阻表高壓端及測量回路的連接，通過擺動(dòng)搖柄，使發(fā)電機(jī)完成發(fā)電，見圖1。

圖1 絕緣電阻的測量

進(jìn)行設(shè)備絕緣性能的測量，其實(shí)也就是給被測物施加一定的電流電壓，對其通過的泄漏電流進(jìn)行測量，以在兆歐表中讀出絕緣電阻值。因兆歐表中的端電壓比較低，因此可施加較高的電壓，對進(jìn)行泄漏電流的有效測量，并能有效檢測出設(shè)備的絕緣缺陷。該方法也可以作為絕緣電阻測量的方法，但所采用的參數(shù)是不一樣的。

3 絕緣材料介質(zhì)擊穿強(qiáng)度的分析

采用耐壓試驗(yàn)儀對電氣設(shè)備絕緣材料的耐受交流程度及直流電壓的耐受程度進(jìn)行試驗(yàn)。如果往絕緣材料中加入的電場強(qiáng)度已高出其臨界值時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致從電介質(zhì)處通過的電流在短時(shí)間內(nèi)劇增，從而對絕緣材料造成嚴(yán)重的破壞，使電氣設(shè)備的絕緣性能完全消失，這種現(xiàn)象也就是電介質(zhì)的擊穿。其中，沿絕緣材料的分布，交流電壓與電容量之間呈反比；而直流電壓則與電阻之間呈正比。正由于這一特點(diǎn)，能有效檢查出電氣設(shè)備的不同絕緣弱點(diǎn)。其中，交流電耐壓試驗(yàn)?zāi)芨佑行У貦z查出電機(jī)槽部與其出槽口處的絕緣缺陷；而直流耐壓試驗(yàn)則能更加有效地檢查出電機(jī)頂部存在的絕緣缺陷，同時(shí)還可以進(jìn)行絕緣材料局部缺陷及大容量等問題的監(jiān)測。試驗(yàn)所采用的儀器為耐電壓測試儀，也就是介質(zhì)擊穿裝置。該試驗(yàn)方法主要是通過在絕緣材料的導(dǎo)電位置與其殼體間的施加耐電壓測試儀所輸出的高電壓，且根據(jù)國家的電氣設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行一定時(shí)間段的施加，通常為1分鐘。試驗(yàn)方法見圖2。

圖2 耐壓試驗(yàn)接線圖

因在交流耐壓試驗(yàn)中采取的測試電壓比正常的工作電壓要高出幾倍甚至十幾倍，因此對于絕緣性能較差的試驗(yàn)材料而言，是無法耐受該試驗(yàn)電壓的。因此，對于一些造價(jià)較高的試驗(yàn)材料而言，在其進(jìn)行該試驗(yàn)之前，必須要對其進(jìn)行絕緣電阻的測量、直流泄漏的測定。一旦檢查出絕緣材料存在絕緣缺陷，必須進(jìn)行及時(shí)、合理的綜合分析及判斷，以準(zhǔn)確判斷出該試驗(yàn)材料能否接受交流耐壓試驗(yàn)中的過電壓，并對試驗(yàn)材料進(jìn)行再次試驗(yàn)，以減少對試驗(yàn)材料的損傷及破壞。

4 電介質(zhì)的損耗

在電場的影響下，絕緣材料因介質(zhì)電導(dǎo)與介質(zhì)極化產(chǎn)生的滯后效應(yīng)，使材料內(nèi)部中出現(xiàn)了大量的能量消耗，這種現(xiàn)象也就是介質(zhì)損失，也稱介損。其中，電介質(zhì)損耗的作用就在于：在變電場作用下，使 電介質(zhì)內(nèi)部產(chǎn)生大量的熱量能量，而這些能量的存在會(huì)引起電介質(zhì)的溫度迅速提高，導(dǎo)致出現(xiàn)發(fā)熱量超出散熱量的惡性循環(huán)現(xiàn)象，從而導(dǎo)致電介質(zhì)出現(xiàn)熔化及燒焦等現(xiàn)象，使其絕緣性能完全消失。因此，在電氣絕緣材料中，尤其是應(yīng)用在高電場強(qiáng)度場合的絕緣材料，必須要盡可能采取介質(zhì)損耗因數(shù)，也就是電介質(zhì)損耗角正切tgδ比較低的材料。其是電介質(zhì)損耗和其電介質(zhì)無功功率的比值，即：

用公式表示，即：

如圖3-1為被試絕緣材料，其在交流電場下，可相當(dāng)于一個(gè)純電阻與純電容之間的并聯(lián)值，而其相量圖如圖3-3所示。而并聯(lián)等效電路（如圖3-2所示）中的介質(zhì)損耗因數(shù)與其有功損耗為：

若是純電阻與純電容之間的串聯(lián)，或在兩個(gè)介質(zhì)損耗點(diǎn)以上，其模擬的情況和并聯(lián)的效果相同。如完成注油的電力變壓器的主要組成部分包括：絕緣油、變壓器本身及其陶瓷管。若要對其整體進(jìn)行介質(zhì)損耗值的測試，以明確其絕緣性能的好壞情況。因此只需將測量的介質(zhì)損耗值分開，另行相加求和即可。因此，當(dāng)外部施加的交流電壓與頻率保持在一定值時(shí)，電介質(zhì)中的有功損耗P和其損耗因數(shù)通過tgδ，與被試品的電容C呈正比。另外，對于一些被試品而言，電容C就是一個(gè)定值。所以，在同種類型的絕緣材料中，其絕緣性能的好壞可直接根據(jù)tgδ值進(jìn)行判斷。由此可見，通過查閱相同類型試品的tgδ歷史數(shù)據(jù)，即可有效了解絕緣材料性能的發(fā)展。

圖3-1 絕緣示意圖

圖3-2 并聯(lián)等效電路圖

圖3-3 相量圖

總而言之，判別電氣絕緣材料性能的差劣是比較復(fù)雜的。如在不均勻介質(zhì)中產(chǎn)生的計(jì)劃現(xiàn)象，可采用物理量介電常數(shù)εr來表示，其介電常數(shù)與電介質(zhì)極化能力呈正比，常數(shù)越大，極化能力越強(qiáng)。在電氣設(shè)備中，其絕緣材料中的介電常數(shù)變化主要受到電源頻率及溫濕度的影響。另外，大氣壓力也會(huì)對氣體絕緣材料的介電常數(shù)造成影響，壓力與介電常數(shù)呈正比，壓力越大，介電常數(shù)越大。

因此，可直接根據(jù)吸收比的大小對絕緣材料的內(nèi)部缺陷及受潮程度等進(jìn)行有效的判斷。主要是由于當(dāng)向絕緣材料施加直流電流時(shí)，其電流的泄漏量會(huì)不斷增加，且隨著充電過程的不斷加快，其吸收比值逐漸減小，并逐漸趨向于1。如發(fā)電機(jī)定子繞組在相對干燥的條件下，其在10℃～30℃環(huán)境下的吸收比明顯超出1.3；而極化指數(shù)的時(shí)間比較長，從而有效、準(zhǔn)確反映出介質(zhì)的吸收過程。因此，在大型電氣設(shè)備的絕緣受潮問題中，相對于吸收比的判斷，采用極化指數(shù)進(jìn)行判斷的準(zhǔn)確性更高。

5 結(jié)束語

通過簡單介紹一些電力電氣設(shè)備的預(yù)防性試驗(yàn)，可見各種試驗(yàn)均存在一定的優(yōu)勢。因此在實(shí)際的電力電氣設(shè)備試驗(yàn)中，應(yīng)嚴(yán)格根據(jù)國家規(guī)定的預(yù)防性試驗(yàn)方法進(jìn)行，并加強(qiáng)對試驗(yàn)設(shè)備的靈活應(yīng)用，以對設(shè)備的絕緣性能進(jìn)行科學(xué)、有效、準(zhǔn)確的判斷，有利于及時(shí)、有效發(fā)現(xiàn)問題及處理，對保證電力電氣設(shè)備的正常、安全運(yùn)行具有重要的意義。

[1]吳海中.芻議電氣設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)的地位和作用[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品,2011,11:177.

[2]田秀麗,郭尚為,豐見東,孫明軍,李寶軍.高壓設(shè)備電氣預(yù)防性試驗(yàn)與安全管理探討[J].安全、健康和環(huán)境,2012,04:53-54.

[3]郝斌.發(fā)電廠電氣設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)中常見問題分析[J].黑龍江科技信息,2013,15:22.