絕緣特性試驗(yàn)實(shí)驗(yàn)介紹

檢驗(yàn)電工設(shè)備絕緣性能的技術(shù)手段。電工設(shè)備中的絕緣缺陷，有的是先天性的，是在制造過(guò)程中由于材料、工藝等原因潛伏下來(lái)的；有的是后天性的，是在運(yùn)行過(guò)程中由于電應(yīng)力、機(jī)械應(yīng)力、大氣影響（如光照、潮濕、臟污影響）、溫度、化學(xué)等因素造成的。及早發(fā)現(xiàn)這些缺陷，及時(shí)進(jìn)行維護(hù)與檢修，才能保證設(shè)備安全運(yùn)行。

常用的試驗(yàn)方法有絕緣電阻測(cè)量、吸收比測(cè)量、泄漏電流的測(cè)量、介質(zhì)損耗角正切值的測(cè)量和局部放電測(cè)量。

絕緣電阻測(cè)量

絕緣材料的基本特性是絕緣電阻高。電工設(shè)備的額定電壓越高，要求絕緣電阻越高。但如果絕緣受潮、表面臟污或劣化變質(zhì)，絕緣電阻都會(huì)劇烈下降；如有貫穿性裂縫或擊穿通道（見(jiàn)介質(zhì)擊穿），絕緣電阻將降到零。通常用高阻計(jì)（搖表）來(lái)測(cè)量設(shè)備的絕緣電阻。高阻計(jì)的額定電壓有 500、1000、2500、5000伏。1000伏以上電工設(shè)備用2500伏高阻計(jì)，1000伏以下的用1000伏或 500伏高阻計(jì)。用高阻計(jì)測(cè)絕緣電阻是最簡(jiǎn)單的檢查方法，也是預(yù)防性試驗(yàn)中第一道程序。絕緣電阻值與設(shè)備容量和尺寸有關(guān)，不能簡(jiǎn)單規(guī)定某一數(shù)值。通常將設(shè)備的數(shù)據(jù)與出廠前數(shù)據(jù)比較，或把同一設(shè)備的每相分別測(cè)得的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，以此判定絕緣電阻是否有差異。

吸收比測(cè)量

電工設(shè)備絕緣既有電阻性質(zhì), 又有電容性質(zhì),對(duì)有些設(shè)備,如電纜、電容器、變壓器、電機(jī)等的電容是很大的。在理論分析中，常把絕緣結(jié)構(gòu)看成一個(gè)RC并聯(lián)的等值電路。但許多設(shè)備的絕緣都是多層的，每層的RC值不可能相同。為了便于分析，常用雙層介質(zhì)的等值電路來(lái)代表。吸收比測(cè)量就是檢驗(yàn)絕緣體的等效電阻和電容的相對(duì)關(guān)系有無(wú)異常，以判斷絕緣狀況的優(yōu)劣?？梢钥闯?剛合K時(shí),電流表指示的主要是電容的充電電流，必須等電容充滿電，電流表指示的才是決定于絕緣電阻的泄漏電流。從合閘開(kāi)始到穩(wěn)定，電流是隨時(shí)間衰減的，稱做吸收現(xiàn)象，即絕緣電阻是隨時(shí)間增大，最后到達(dá)穩(wěn)定值。到達(dá)穩(wěn)定時(shí)間的長(zhǎng)短,決定于時(shí)間常數(shù)RC或R1R2(C1 C2)/(C1 R2)。干燥絕緣的時(shí)間常數(shù)大，吸收電流衰減慢，絕緣電阻上升慢。受潮絕緣的時(shí)間常數(shù)小，吸收電流衰減快，絕緣電阻到達(dá)穩(wěn)定的時(shí)間短。

泄漏電流測(cè)量

測(cè)量絕緣電阻的另一種方式。將大于、等于10千伏的整流高壓電源接到絕緣體上，用微安表測(cè)量流經(jīng)絕緣結(jié)構(gòu)的泄漏電流，以判斷絕緣電阻的大小。與高阻計(jì)不同的是，此種方法施加電壓較高，可以發(fā)現(xiàn)一些尚未完全貫通的集中性缺陷。

介質(zhì)損耗角正切值(tg δ)的測(cè)量

絕緣材料或結(jié)構(gòu)在交流電壓作用下有能量損耗。這種損耗稱為介質(zhì)損耗。它包括電導(dǎo)損耗、極化損耗和氣隙中放電引起的損耗。在交流電壓作用下,流過(guò)介質(zhì)的電流由兩部分組成:電容電流分量；有功電流分量(圖1)。介質(zhì)損耗角正切值通常>>，δ小，tgδ也小。介質(zhì)中的功率損耗P為利用此式可求得絕緣結(jié)構(gòu)的功率損耗。式中 U與絕緣厚度有關(guān)系,與絕緣面積有關(guān)系,所以U標(biāo)志絕緣的體積；tgδ代表單位體積中的損耗,它反映材料的性質(zhì)。當(dāng)絕緣受潮，絕緣油或浸漬液受潮、污穢，材料劣化變質(zhì)和絕緣結(jié)構(gòu)中的氣隙有放電現(xiàn)象時(shí),tgδ就增大。有些損耗與頻率有依存關(guān)系,如極化;有些損耗與電壓有依存關(guān)系,如氣隙中的放電。如改變測(cè)量tgδ時(shí)的電壓幅值，可得到tgδ與外施電壓U的關(guān)系(圖2)。圖2中曲線說(shuō)明絕緣結(jié)構(gòu)中存在氣隙放電。放電開(kāi)始時(shí)的外施電壓為Uc,從tgδ增加的陡度,可反映出老化的程度。雖然從理論上講,tgδ能顯示氣隙放電，但如氣隙放電損耗只占總損耗的極小份量,由代表單位體積損耗的tgδ來(lái)顯示氣隙放電是不靈敏的。測(cè)量介質(zhì)損失角正切值tgδ的常用儀器是西林電橋（見(jiàn)經(jīng)典交流電橋）。

局部放電測(cè)量

通常以局部放電儀測(cè)量引起固體絕緣破壞的局部放電。這種局部放電的存在形式大致有：在電極附近的沿介質(zhì)表面的放電；層壓材料中界面間的放電；固體絕緣中空穴內(nèi)的放電；層繞絕緣中的樹(shù)枝狀放電等。這些局部放電的起因，可能是絕緣材料中存在先天性缺陷，也可能是制造工藝不完善，當(dāng)電壓施加到絕緣結(jié)構(gòu)上時(shí)，缺陷部分電場(chǎng)超過(guò)臨界值。局部放電的初期階段范圍很小，損耗很小。測(cè)量絕緣電阻或介質(zhì)損耗角均難以發(fā)現(xiàn)異常。2100433B

絕緣特性與絕緣水平

電工設(shè)備絕緣可分為自恢復(fù)絕緣和非自恢復(fù)絕緣兩大類。自恢復(fù)絕緣的絕緣性能破壞后可以自行恢復(fù)，一般是指空氣間隙和與空氣接觸的外絕緣。非自恢復(fù)絕緣放電后其絕緣性能不能自行恢復(fù)，通常是由固體介質(zhì)、液體介質(zhì)構(gòu)成的設(shè)備內(nèi)絕緣。

設(shè)備的絕緣強(qiáng)度與電極的形狀、絕緣材料、電極間的距離，電壓的波形等等因素有關(guān)，具有分散性。因此在實(shí)際工程中非常重視電工設(shè)備真型的絕緣試驗(yàn)。

電工設(shè)備的絕緣水平就是指該設(shè)備能夠耐受（不發(fā)生閃絡(luò)、放電或其他損壞）的試驗(yàn)電壓值。根據(jù)電工設(shè)備在系統(tǒng)中可能承受到的各種作用電壓、保護(hù)裝置的特性以及設(shè)備絕緣對(duì)各種作用電壓的耐受特性，制定了一些表明設(shè)備基本絕緣水平的試驗(yàn)電壓值。它們是：①短時(shí)工頻耐受電壓值；②雷電沖擊耐受電壓值；③操作沖擊耐受電壓值；④長(zhǎng)時(shí)間工頻試驗(yàn)電壓值。

上述試驗(yàn)電壓的波形、數(shù)值、試驗(yàn)電壓施加的方法、時(shí)間、次數(shù)等，在各國(guó)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中都有明確規(guī)定。

拓?fù)浣^緣體是一種具有新奇量子特性的物質(zhì)狀態(tài)，物理學(xué)的重要科學(xué)前沿之一。根據(jù)能帶理論，傳統(tǒng)上固體材料可以按照其導(dǎo)電性質(zhì)分為絕緣體、導(dǎo)體和半金屬，其中絕緣體材料在其費(fèi)米能處存在著有限大小的能隙，因而沒(méi)有自由載流子；金屬材料在費(fèi)米能級(jí)處存在著有限的電子態(tài)密度，進(jìn)而擁有自由載流子；半導(dǎo)體材料在費(fèi)米能處沒(méi)有能隙，但是費(fèi)米能級(jí)處的電子態(tài)密度仍然為零。而拓?fù)浣^緣體是一類非常特殊的絕緣體，從理論上分析，這類材料的體內(nèi)的能帶結(jié)構(gòu)是典型的絕緣體類型，在費(fèi)米能處存在著能隙，然而在該類材料的表面則總是存在著穿越能隙的狄拉克型的電子態(tài)，因而導(dǎo)致其表面總是金屬性的。拓?fù)浣^緣體這一特殊的電子結(jié)構(gòu)，是由其能帶結(jié)構(gòu)的特殊拓?fù)湫再|(zhì)所決定的。