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直流泄漏電流的測量與直流耐壓試驗
閱讀：678發布時間：2024-4-1
一、直流泄漏電流的測量
測量泄漏電流和用絕緣電阻表測量絕緣電阻的原理相同，不過直流泄漏電流試驗中所用的直流電源一般均由高壓整流設備供給，用微安表來指示泄漏電流，它比用絕緣電阻表測絕緣電阻*之處是試驗電壓高，并可以隨意調節， 對不同電壓等級的被試設備施以相應的試驗電壓，可比絕緣電阻表測絕緣電阻更有效地發現一些尚未貫通的集中性缺陷，同時，在試驗的升壓過程中，可以隨時監視微安表的指示，以便及時了解絕緣情況。另外，微安表比絕緣電阻表讀數靈敏。
圖3-20為某發電機的直流泄漏電流隨所加直流電壓的變化曲線。在同一直流電壓作用下，良好絕緣的泄漏電流較小，且隨電壓的增加泄漏電流正比增加。絕緣受潮時，泄漏電流增大；當絕緣有集中性缺陷時，電壓升高到一定值后，泄漏電流激增；絕緣的集中性缺陷越嚴重，出現泄漏電流激增的電壓將越低，當泄漏電流超過一定標準時，應盡可能找出原因，并加以消除。
1.直流泄漏試驗接線
(1)被試品不接地。圖3-21為被試品不接地時測量泄漏電流或作直流耐壓試驗的接線圖。圖中T1為調壓器，它的作用是調節電壓；T2為工頻試驗變壓器，通過它將交流低壓變成交流高壓，其電壓值必須滿足試驗的需要；高壓硅堆起整流作用，由于被試設備的電導甚小，試驗時電流一般不超過1mA。現場試驗時，可用電壓互感器來代替工頻試驗變壓器。
C為濾波電容器，其作用是使整流電壓平穩，C越大，加于被試品上的電壓越平穩、直流電壓的數值也就越接近工頻交流高壓的幅值。在現場試驗時，當被試品的電容CX值較大時，濾波電容C可以不加；當CX較小時，則需接入一個0.1μF左右的電容器，以減小電壓的脈動。
保護電阻R0的作用是限制被試品擊穿時的短路電流不超過高壓硅堆和試驗變壓器的允許值，以保護工頻試驗變壓器和硅堆，故R0也叫限流電阻，其值可按10Ω/V來選取，通常用玻璃管或有機玻璃管充水溶液制成。
微安表用作測量泄漏電流，它的量程可根據被試品的種類及絕緣情況等適當選擇。
用圖3-21的接線簡便，這時微安表接在接地端，讀數安全、方便，而且高壓引線的漏電流、整流元件和保護電阻絕緣支架的漏電流以及試驗變壓器本身的漏電流均直接流入試驗變壓器的接地端而不會流入微安表，故測量比較精確。但此接線被試品不能直接接地，故不適用于現場。
(2)被試品一極接地。為適用于現場被試品外殼接地的情況，直流泄漏試驗的接線宜采用圖3-22所示的方式。此時微安表接在高壓端。為了避免由微安表到被試品的連接導線上產生的電暈電流以及沿支柱絕緣子表面的泄漏電流流過微安表，需將微安表及其到被試品的高壓引線屏蔽起來，使其處于等電位屏蔽中，這樣雜散電流就不通過微安表，不會帶來測量的誤差。但此種接線，微安表對地需良好絕緣并加以屏蔽，在試驗中調整微安表量程時，必須用絕緣棒，操作不便，且由于微安表距人較遠，讀數不易看清。
(3)串級直流裝置。以上的兩種半波整流電路能獲得的最高直流電壓等于工頻試驗變壓器輸出交流電壓的峰值UTm。如欲得更高的直流高壓并充分利用試驗變壓器的容量，可采用圖3-23所示的倍壓整流電路。在圖3-23中，當電源電勢為負時，整流元件V2閉鎖，V1導通；電源電勢經V1、Rb向電容C1充電至UTm；當電源電勢為正時，電源與C1串聯起來經V2、Rb向C2充電至2UTm。當空載時，直流輸出電壓U2m=2UTm。V1、V2的反峰電壓也都等于2UTm，電容C1的工作電壓為UTm，而C2的工作電壓則為2UTm。
當需要更高的直流輸出電壓時，可把若干個如圖3-23所示的電路單元串接起來，構成串級直流高壓裝置。圖3-24是一個三級串級高壓裝置的接線，在空載情況下其直流輸出電壓可達6 UTm。
電路在空載時，各級電容的充電過程簡單分析如下：在電源電勢為負半波時，V1導通，電源電勢經V1、Rb向電容C1充電至UTm；正半波時，電源與C1串聯起來(U30由0～2 UTm變化)，經V2、Rb向C2充電，使C2上的電壓達到2 UTm。同樣在負半波時，電源還與C2串聯(U21由UTm～3 UTm變化)，經Rb、V3向C3及C1充電，使C3及C1上的總電壓達到3 UTm，即C3上的電壓達到2UTm；而在正半波時，電源與C1、C3串聯(U50由2 UTm~4 UTm變化)經Rb、V4向C4及C2充電，使C4及C2上的總電壓達到4 C4及C2，即C4上的電壓達到2 C4及C2。依此類推，最終可使點6上的電位即直流輸出電壓達到6 UTm。
由于上一級電容的電荷需要由下一級電容供給和補充，串級裝置在接上負載時的電壓脈動δU和電壓降?U都比較大，級數越多及負載電流越大時，δU和?U越大。因此，這種串級直流高壓裝置的輸出電流較小，一般只能做到10mA左右。
2.試驗方法
(1)進行直流泄漏試驗時，對被試品額定電壓為35kV及以下的電氣設備施加10～30kV的直流電壓；對額定電壓為110kV及以上的設備施加40kV的直流電壓，試驗時按每級0.5倍試驗電壓分階段升高電壓，每階段停留1min后，微安表的讀數即為泄漏電流值；同時還可以把泄漏電流與加壓時間的關系和泄漏電流與試驗電壓的關系繪制成曲線進行全面的分析。
(2)直流泄漏試驗時，泄漏電流的判斷標準在試驗規程中作了一些規定。對泄漏電流有規定的設備，應按是否符合規定值來判斷。對規程中無明確規定的設備，以同一設備各相之間相互比較，或與歷年的試驗結果比較及同類型的設備互相比較，就其變化來分析判斷。
3.微安表的保護
微安表是精密儀表，使用中應十分愛護。一般微安表都有專門的保護裝置，其接線如圖3-25所示。在微安表回路中串聯一個阻值較大的電阻R(稱為增壓電阻)，當有電流流過時，就在AB兩端產生一個電壓降。當電流超過微安表的額定電流時，AB兩端的電壓使放電管F放電，電流就從放電管中流過，保護了微安表。 由于整流后的直流電壓含有交流分量，所以并聯一個電容器C，以濾去整流后的交流分量，以減少微安表指針的擺動，同時，C還可以穩定放電管F的放電電壓。當試驗回路因突然短路而出現電流時，放電管來不及動作，為此串入一個電感L以阻止大電流流過微安表，以避免微安表的損壞。因電容C也具有這個作用，故有時可不加電感L。在微安表表頭兩端并一開關S，在升壓或降壓過程中合上開關S，將微安表短接，只有在穩定時才將S打開，保護微安表。
二、直流耐壓試驗
直流耐壓試驗與測量直流泄漏電流在方法上是一致的，但從試驗的作用來看是有所不同的，前者是試驗絕緣強度，其試驗電壓較高；后者是檢查絕緣情況，試驗電壓較低。目前在發電機、電動機、電纜、電容器等設備的絕緣預防性試驗中廣泛地應用這一試驗。它與交流耐壓試驗相比，主要有以下一些特點：
(1)在進行工頻耐壓試驗時，試驗設備的容量
,當試驗電容量較大的試驗時，需要較大容量的試驗設備，在一般情況下不容易辦到。而在直流電壓作用下，沒有電容電流，故做直流耐壓試驗時，只需供給較小的(最高只達毫安級)泄漏電流，加上可以用串級的方法產生直流高壓，試驗設備可以做得體積小而且比較輕巧，適用于現場預防性試驗的要求。
(2)在進行直流耐壓試驗時，可以同時測量泄漏電流，并根據泄漏電流隨所加電壓的變化特性來判斷絕緣的狀況，如圖3-20所示，以便及早地發現絕緣中存在的局部缺陷。
(3)直流耐壓試驗比交流耐壓試驗更能發現電機端部的絕緣缺陷。其原因是由于交流電壓作用下，絕緣內部的電壓分布是按電容分布的。在交流電壓作用下，電機繞組絕緣的電容電流沿絕緣表面流向接地的定子鐵芯，在繞組絕緣表面半導體防暈層上產生明顯的電壓降落，離鐵芯越遠，繞組上承受的電壓越小。而在直流電壓下，沒有電容電流流經線棒絕緣，端部絕緣上的電壓較高，有利于發現繞組端部的絕緣缺陷。
(4)直流耐壓試驗對絕緣的損傷程度比交流耐壓小。交流耐壓試驗時產生的介質損耗較大，易引起絕緣發熱，促使絕緣老化變質。對被擊穿的絕緣，交流耐壓試驗時的擊穿損傷部分面積大，增加修復的困難。
(5)由于直流電壓作用下在絕緣內部的電壓分布和交流電壓作用下的電壓分布不同，直流耐壓試驗對交流設備絕緣的考驗不如交流耐壓試驗接近實際運行情況。絕緣內部的氣隙也不像在交流電壓作用下容易產生游離、發生熱擊穿，因此，相對來說，直流耐壓試驗發現絕緣缺陷的能力比交流耐壓試驗差。因此，不能用直流耐壓試驗代替交流耐壓試驗，兩者應配合使用。
(6)直流耐壓試驗時，試驗電壓值的選擇是一個重要的問題。如前所述，由于直流電壓下的介質損耗小，局部放電的發展也遠比交流耐壓試驗時弱，故絕緣在直流電壓作用下的擊穿強度比交流電壓作用下高，在選擇直流耐壓試驗的試驗電壓值時，必須考慮到這一點，并主要根據運行經驗來確定。例如對發電機定子繞組，按不同情況，其直流耐壓試驗電壓值分別取2～3倍額定電壓；對油紙絕緣電力電纜，2～10kV電纜取5倍額定電壓，15～30kV取4倍額定電壓；35kV及以上分別取2.6～2倍額定電壓。直流耐壓試驗時的加壓時間也應比交流耐壓試驗長一些。如發電機試驗電壓是以每級0.5倍額定電壓，分階段升高的，每階段停留1min，讀取泄漏電流值；電纜試驗時，在試驗電壓下持續5min，以觀察并讀取泄漏電流值。
三、直流高壓的測量
當試驗時，若被試品的電容量CX較大，或濾波電容器C的數值較大，同時其泄漏電流又非常小時，輸出的直流電壓較為平穩，此時，被試品上所加的直流電壓值可在工頻試驗變壓器的低壓側進行測量，然后換算出高壓側的直流電壓值。一般情況下，最好在高壓側進行測量。高壓側測量直流高電壓的方法通常有下列幾種。
(1)用高值電阻串聯微安表或高值電阻分壓器。這兩種方法是測量直流高壓的常用而又比較方便的方法，其接線如圖3-26所示，被測電壓為
或 
(3-19)
使用分壓器時，應選用內阻高的電壓表，如靜電電壓表、晶體管電壓表、數字電壓表或示波器等。
電阻R1是一個能夠承受高電壓且數值穩定的高值電阻，通常由多個碳膜電阻或金屬膜電阻串聯而成。由于高壓直流電源的容量較小，為了使R1的接入不致影響其輸出電壓，也為了使R1本身不致過熱，通過R1的電流不應太大；另一方面，這一電流也不應太小，以免由于電暈放電和絕緣支架的漏電流而造成測量誤差。一般按照通過R1的電流為0.1～1mA來選取R1值，并把R1放在絕緣筒中，并充以絕緣油，可以抑制或消除電暈放電和漏電，并降低溫升，從而提高R1阻值的穩定性。
(2)用高壓靜電電壓表測量直流高壓的平均值。
(3)用球一球間隙測量直流高壓的峰值。
四、試驗時的注意事項
(1)試驗時，微安表必須按圖3-25接線進行保護。
(2)試驗完畢，必須先將被試品上的殘余電荷放掉，放電時最好先通過電阻放電。
(3)試驗小容量的試品時，需接入0.lμF左右的濾波電容C，以減小被試品上的電壓脈動。
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