泄漏电流和直流耐压试验.docx
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泄漏电流和直流耐压试验
泄漏电流和直流耐压试验
一、泄漏电流
由于绝缘电阻测量的局限性，所以在绝缘试验中就出现了测量泄漏电流的项目。
关于泄漏电流的概念在上节中已加以说明。
测量泄漏电流所用的设备要比兆欧表复杂，一般用高压整流设备进行测试。
由于试验电压高，所以就容易暴露绝缘本身的弱点，用微安表直测泄漏电流，这可以做到随时进行监视，灵敏度高。
并且可以用电压和电流、电流和时间的关系曲线来判断绝缘的缺陷。
它属于非破坏性试验。
由于电压是分阶段地加到绝缘物上，便可以对电压进行控制。
当电压增加时，薄弱的绝缘将会出现大的泄漏电流，也就是得到较低的绝缘电阻。
1、泄漏电流的特点
测量泄漏电流的原理和测量绝缘电阻的原理本质上是完全相同的，而且能检出缺陷的性质也大致相同。
但由于泄漏电流测量中所用的电源一般均由高压整流设备供给，并用微安表直接读取泄漏电流。
因此，它与绝缘电阻测量相比又有自己的以下特点:
（1）试验电压高，并且可随意调节。
测量泄漏电流时是对一定电压等级的被试设备施以相应的试验电压，这个试验电压比兆欧表额定电压高得多，所以容易使绝缘本身的弱点暴露出来。
因为绝缘中的某些缺陷或弱点，只有在较高的电场强度下才能暴露出来。
（2）泄漏电流可由微安表随时监视，灵敏度高，测量重复性也较好。
（3）根据泄漏电流测量值可以换算出绝缘电阻值，而用兆欧表测出
的绝缘电阻值则不可换算出泄漏电流值。
因为要换算首先要知道加到被试设备上的电压是多少，兆欧表虽然在铭牌上刻有规定的电压值，但加到被试设备上的实际电压并非一定是此值，而与被试设备绝缘电阻的大小有关。
当被试设备的绝缘电阻很低时，作用到被试设备上的电压也非常低，只有当绝缘电阻趋于无穷大时，作用到被试设备上的电压才接近于铭牌值。
这是因为被试设备绝缘电阻过低时，兆欧表内阻压降使“线路”端子上的电压显著下降。
（4）可以用i?
f（u）或i?
f（t）的关系曲线并测量吸收比来判断绝缘缺陷。
泄漏电流与加压时间的关系曲线如图1-7所示。
在直流电压作用下，当绝缘受潮或有缺陷时，电流随加压时间下降得比较慢，最终达到的稳态值也较大，即绝缘电阻较小。
i
I1
I2
图1-7泄漏电流与加压时间的关系曲线
1—良好;2—受潮或有缺陷
（5）测量原理
当直流电压加于被试设备时，其充电电流（几何电流和吸收电流）随时间的增加而逐渐衰减至零，而泄漏电流保持不变。
故微安表在加压一定时间后其指示数值趋于恒定，此时读取的数值则等于或近似等于漏导电流即泄漏电流。
对于良好的绝缘，其漏导电流与外加电压的关系曲线应为一直线。
但
是实际上的漏导电流与外加电压的关系曲线仅在一定的电压范围内才是近似直线，如图1-8中的OA段。
若超过此范围后，离子活动加剧，此时电流的增加要比电压增加快得多，如AB段，到B点后，如果电压继续再增加，则电流将急剧增长，产生更多的损耗，以致绝缘被破坏，发生击穿。
i
01
图1-8绝缘的伏安特性
在预防性试验中，测量泄漏电流时所加的电压大都在A点以下，故对良好的绝缘，其伏安特性i?
f（u）应近似于直线。
当绝缘有缺陷（局部或全部）或有受潮的现象存在时，则漏导电流急剧增长，使其伏安特性曲线就不是直线了。
因此，可以通过测量泄漏电流来判断绝缘是否有缺陷或是否受潮。
将直流电压加到绝缘上时，其泄漏电流是不衰减的，在加压到一定时间后，微安表的读
数就等于泄漏电流值。
绝缘良好时，泄漏电流和电压的关系几乎呈一直线，且上升较小;绝缘受潮时，泄漏电流则上升较大;当绝缘有贯通性缺陷时，泄漏电流将猛增，和电压的关系就不是直线了。
因此，通过泄漏电流和电压之间变化的关系曲线就可以对绝缘状态进行分析判断。
在图1-9和图1-10中绘出了泄漏电流和电压及时间的关系曲线。
对于良好的绝缘，其泄露电流应随所加的电压值线性上升，并在规定的试验电压作用下，其泄露电流不应随加压时间的延长而增大。
i（μA）
i（μA）
图1-9泄漏电流和电压的关系曲线图1-10泄漏电流和时间的关系曲线
2、影响测量结果的主要因素
（一）高压连接导线
由于接往被测设备的高压导线是暴露在空气中的，当其表面场强高于约20kV/cm时（决D.C
定于导线直径、形状等），沿导线表面的空气发生电离，对地有一定的泄漏电流，这一部分电流会流过微安表，因而影响测量结果的准确度。
一般都把微安表固定在升压变压器的上端，这时就必须用屏蔽线作为引线，也要用金属外壳把微安表屏蔽起来。
屏蔽线宜用低压的软金属线，因为屏蔽和芯之间的电压极低，致使仪表的压降较小，金属的外壳屏蔽一定要接到仪表和升压变压器引线的接点上，要尽可能地靠近升压变压器出线。
这样，电晕虽然还照样发生，但只在屏蔽线的外层上产生电晕电流，而这一电流就不会流过微安表，这样可以完全防止高压导线电晕放电对测量结果的影响。
由上述可知，这样接线会带来一些不便，为此，根据电晕的原理，采取用粗而短的导线，并且增加导线对地距离，避免导线有毛刺等措施，可减小电晕对测量结果的影响。
（二）表面泄漏电流
（a）
（b）
图1-11通过被试设备的体积泄漏电流和表面泄漏电流及消除示意图
（a）未屏蔽（b）屏蔽
泄漏电流可分为体积泄漏电流和表面泄漏电流两种，如图1-11所示。
表面泄漏电流的大小，只要决定于被试设备的表面情况，如表面受潮、脏污等。
若绝缘内部没有缺陷，而仅表面受潮，实际上并不会降低其内部绝缘强度。
为真实反映绝缘内部情况，在泄漏电流测量中，所要测量的只是体积电流。
但是在实际测量中，表面泄露电流往往大于体积泄漏电流，这给分析、判断被试设备的绝缘状态带来了困难，因而必须消除表面泄漏电流对真实测量结果的影响。
消除的办法是使被试设备表面干燥、清洁、且高压端导线与接地端要保持足够的距离;另一种是采用屏蔽环将表面泄漏电流直接短接，使之不流过微安表。
（三）温度
与绝缘电阻测量相似，温度对泄漏电流测量结果有显著影响。
所不同的是温度升高，泄漏电流增大。
由于温度对泄漏电流测量有一定影响，所以测量最好在被试设备温度为30,80oC时进行。
因为在这样的温度范围内，泄漏电流的变化较为显著，而在低温时变化小，故应在停止运行后的热状态下进行测量，或在冷却过程中对几种不同温度下的泄漏电流进行测量，这样做也便于比较。
（四）电源电压的非正弦波形
在进行泄漏电流测量时，供给整流设备的交流高压应该是正弦波形。
如果供给整流设备的交流低压不是正弦波，则对测量结果是有影响的。
影响电压波形的主要是三次谐波。
必须指出，在泄漏电流测量中，调压器对波形的影响也是很多的。
实践证明，自耦变压器畸变小，损耗也小，故应尽量选用自耦变压器调压。
另外，在选择电源时，最好用线电压而不用相电压，因相电压的波形易畸变。
如果电压是直接在高压直流侧测量的，则上述影响可以消除。
（五）加压速度
对被试设备的泄漏电流本身而言，它与加压速度无关，但是用微安表所读取得并不一定是真实的泄漏电流，而可能是保护吸收电流在内的合成电流。
这样，加压速度就会对读数产生一定的影响。
对于电缆、电容器等设备来说，由于设备的吸收现象很强，这是的泄漏电流要经过很长的时间才能读到，而在测量时，又不可能等很出的时间，大都是读取加压后1min或2min时的电流值，这一电流显然还包含着被试设备的吸收电流，而这一部分吸收电流是和加压速度有关的。
如果电压是逐渐加上的，则在加压的过程中，就已有吸收过程，读得的电流值就较小，如果电压是很快加上的，或者是一下子加上的，则在加压的过程中就没有完成吸收的过程，而在同一时间下读得的电流就会大一些，对于电容大的设备就是如此，而对电容量很小的设备，因为他们没有什么吸收过程，则加压速度所产生的影响就不大了。
但是按照一般步骤进行是泄漏电流测量时，很难控制加压的速度，所以对大容量的设备进行测量时，就出现了问题。
（六）微安表接在不同位置时
在测量接线中，微安表接的位置不同，测得的泄漏电流数值也不同，
因而对测量结果有很大影响。
图1-12所示为微安表接在不同位置时的分析用图。
由图1-12可见，当微安表处于μA1位置时，此时升压变压器T和CB及C12（低压绕组可看成地电位）和稳压电容C的泄漏电流与高压导线的电晕电流都将有可能通过微安表。
这些试品的泄漏电流有时甚至远大于被试设备的泄漏电流。
在某种程度上，当带上被试设备后，由于高压引线末端电晕的减少，总的泄漏电流有可能小于试品的泄漏电流，这样的话从总电流减去试品电流的做法将产生异常结果。
特别是当被试设备的电容量很小，又没有装稳压电容时，在不接入被试设备来测量试品的泄漏电流时，升压变压器T的高压绕组上各点的电压与接入被试设备进行测量时的情况有显著的不同，这使上述减去所测试品泄漏电流的办法将产生更大的误差。
所以当微安表处于升压变压器的低压端时，测量结果受杂散电流影响最大。
为了既能将微安表装于低压端，又能比较真实地消除杂散电流及电晕电流的影响，可选用绝缘较好的升压变压器。
这样，升压变压器一次侧对地及一、二次侧之间杂散电流的影响就可以大大减小。
经验表明，一、二次侧之间杂散电流的影响很大的。
另外，还可将高压进线用多层塑料管套上，被试设备的裸露部分用塑料、橡皮之类绝缘物覆盖上，能提高测量的准确度。
R
C12
TRB
CB
V
1
A?
A1?
ACR1CxRx2?
A2
图1-12微安表接在不同位置时的分析图
除采用上述措施外，也可将接线稍加改动。
如图1-12所示，将1、2两点，3、4两点连
接起来（在图中用虚线表示），并将升压变压器和稳压电容器对地绝缘起来。
这样做能够得到较为满意的测量结果，但并不能完全消除杂散电流等的影响，因为高压引线的电晕电流还会流过微安表。
当被试设备两极对地均可绝缘时，可将微安表接于μA2位置，即微安表处于被试设备低电位端。
此位置处理受表面泄漏的影响外，不受杂散电流的影响。
当微安表接于图1-12中的μA位置时，如前所述，若屏蔽很好，其测量结果是很准确的。
（七）试验电压极性
（1）电渗透现象使不同极性试验电压下油纸绝缘电气设备的泄漏电流测量值不同电渗透现象是指在外加电场作用下，液体通过多孔固体的运动现象，它是胶体中常见的电渗现象之一。
由于多孔固体在与液体接触的交界面处，因吸附离子或本身的电力而带电荷，液体则带相反电荷，因此在外电场作用下，液体会对固体发生相对移动。
运行经验表明，电缆或变压器的绝缘受潮通常是从外皮或外壳附近开始的。
根据电渗现象，电缆或变压器的绝缘中的水分在电场作用下带正电，当电缆心或变压器绕组加正极性电压时，绝缘中的水分被其排斥而渗向外皮或外壳，使绝缘中水分含量相对减小，从而导致泄漏电流减少;当电缆
心或变压器绕组加负极性电压时，绝缘中的水分会被其吸引而渗过绝缘向电缆心或变压器绕组移动，使其绝缘中高场强区的水分相对增加，导致泄漏电流增大。
1）实验电压的极性对新的电缆和变压器的测量结果无影响。
因为新电缆和变压器绝缘基本没有受潮，所含水分甚微，在电场作用下，电渗现象很弱，故正、负极性试验电压下的泄漏电流相同。
2）实验电压的极性对旧的电缆和变压器的测量结果有明显的影响。
（2）试验电压极性小于对引线电晕电流的影响
在不均匀、不对称电场中，外加电压极性不同，其放电过程及放电电压不同的现象，称为极性效应。
根据气体放电理论，在直流电压作用下，对棒,板间隙而言，其棒为负极性时的火花放电电压比棒为正极性时高得多，这是因为棒为负极性时，游离形成的正空间电荷，使棒电极前方的电场被削弱;而在棒为正极性时，正空间电荷使棒电极前方电场加强，有利于流注的发展，所以在较低的电压下就导致间隙发生火花放电。
对电晕起始电压而言，由于极性效应，会使棒为负极性的电晕起始电压较棒为正极性时略低。
这是因为棒为负极性时，虽然有利于从电场最强的棒端附近开始，但正空间电荷使棒极附近的电场增强，故其电晕起始电压较低;而棒为正极性时，由于正空间电荷的作用棒电极的“等效”曲率半径有所增大，故其电晕起始电压较高。
在进行直流泄漏电流试验时，其高压引线对地构成的电场可等效为棒—板电场，由上述分析可知，当实验电压为负极性时，电晕起始电压较低，
所以此时的电晕电流影响较大。
从这个角度而言，测量泄漏电流较小的设备（如少油断路器等）时，宜采用正极性试验电压。
3、测量时的操作规定
（1）按接线图接好线，并由专人认真检查接线和仪器设备，当确认无误后，方可通电及升压。
（2）在升压过程中，应密切监视被试设备、实验回路及有关表记。
微安表的读数应在升压过程中，按规定分阶段进行，且需要有一定的停留时间，以避开吸收电流。
（3）在测量过程中，若有击穿、闪络等异常现象发生，应马上降压，以断开电源，并查明原因，详细记录，待妥善处理后，再继续测量。
（4）实验完毕、降压、断开电源后，均应对被试设备进行充分放电。
放电前先将微安表短接，并先通过有高阻值电阻的放电棒放电，然后直接接地，否则会将微安表烧坏，例如在图1-12中，无论在哪个位置放电，都会有电流流过微安表，即使微安表短接，也发生由
于冲击而烧表现象，因此必须严格执行通过高电阻放电的办法，而且还应注意放电位置。
对电缆、变压器、发电机的放电时间，可以其容量大小由1min增至3min，电力电容器可长至5min，除此之外，还应注意附近设备有无感应静电电压的可能，必要时也应放电或预先短接。
（5）若是三相设备，同理应进行其它两项测量。
（6）按照规定的要求进行详细记录。
4、测量中的问题
在电力系统交接和预防性实验中，测量泄漏电流时，常遇到的主要异
常情况如下。
（一）从微安表中反映出来的情况
（1）指针来回摆动。
这可能是由于电源波动、整流后直流电压的脉动系数比较大以及试验回路和被试设备有充放电过程所致。
若摆动不大，又不十分影响读数，则可取其平均值;若摆动很大，影响读数，则可增大主回路和保护回路中的滤波电容的电容量。
必要时可改变滤波方式。
（2）指针周期性摆动。
这可能是由于回路存在的反充电所致，或者是被试设备绝缘不良产生周期性放电造成的。
（3）指针突然冲击。
若向小冲击，可能是电源回路引起的;若向大冲击，可能是试验回路或被试设备出现闪络或产生间歇性放电引起的。
（4）指针指示数值随测量时间而发生变化。
若逐渐下降，则可能是由于充电电流减小或被试设备表面绝缘电阻上升所致;若逐渐上升，往往是被试设备绝缘老化引起的。
（5）测压用微安表不规则摆动。
这可能是由于测压电阻断线或接触不良所致。
（6）指针反指。
这可能是由于被试设备经测压电阻放电所致。
（7）接好线后，未加压时，微安表有指示。
这可能是外界干扰太强或地电位抬高引起的。
遇到（3）、（4）两种情况时，一般应立即降低电压，停止测量，否则可能导致被试设备击穿。
（二）从泄漏电流数值上反映出来的情况
（1）泄漏电流过大。
这可能是由于测量回路中各设备的绝缘状况不
佳或屏蔽不好所致，遇到这种情况时，应首先对实验设备和屏蔽进行认真检查，例如电缆电流偏大应先检查屏蔽。
若确认无上述问题，则说明被试设备绝缘不良。
（2）泄漏电流过小。
这可能是由于线路接错，微安表保护部分分流或有断脱现象所致。
（3）当采用微安表在低压侧读数，且用差值法消除误差时，可能会出现负值。
这可能是由于高压线过长、空载时电晕电流大所致。
因此高压引线应当尽量粗、短、无毛刺。
（三）硅堆的异常情况
在泄漏电流测量中，有时发生硅堆击穿现象，这是由于硅堆选择不当、均压不良或质量不佳所致。
为防止硅堆击穿，首先应正确选择硅堆，使硅堆不致在反向电压下击穿;其次应采用并联电阻的方法对硅堆串进行均压，若每个硅堆工作电压为5kV时，每个并联电阻常取为2M?
。
5、测量结论
对某一电气设备进行泄漏电流测量后，应对测量结果进行认真、全面地分析，以判断设备的绝缘状况，做出结论是合格或不合格。
对泄漏电流测量结果进行分析、判断可从下述几方面着手。
（一）与规定值比较
泄漏电流的规定值就是其允许的标准，它是在生产实践中根据积累多年的经验制订出来的，一般能说明绝缘状况。
对于一定的设备，具有一定的规定标准。
这是最简便的判断方法。
（二）比较对称系数法
在分析泄漏电流测量结果时，还常采用不对称系数（即三相之中的最大值和最小值的比）进行分析、判断。
一般说来不对称系数不大于2。
（三）查看iL?
f（u）关系曲线法
利用泄漏电流和外加电压的关系曲线即iL?
f（u）曲线可以说明绝缘在高压下的状况。
如果在实验电压下，泄漏电流与电压的关系曲线是一近似直线，那就说明绝缘没有严重缺陷，如果是曲线，而且形状陡峭，则说明绝缘有缺陷。
（四）空载电流对试验结果的影响
如果试验时天气比较潮湿，绝缘支架受潮、试验回路有尖端毛刺，等尖端放电现象存在，则不加被试品就有较大的空载泄漏电流存在，对试验结果会造成较大的影响，有些人会用先测一下空载电流，然后再加上被试品测出负载试验泄漏电流，用负载试验泄漏电流减去空载泄漏电流的办法进行校正，实际上这是不科学的，因为带上被试品后会改变电位分布，有时会出负载试验泄漏电流小于空载泄漏电流的现象，因而正确的做法是，先不带负载，加压到额定值，看空载泄漏电流在什么水平，如果较小可以忽略不计，如果较大，则应排除造成空载泄漏电流较大的原因，如清擦或烘干绝缘支架，改变微安表的位置，清除试验回路的尖端毛刺，直到空载泄漏电流合格为止。
二、直流耐压试验
直流耐压试验和直流泄漏试验的原理、接线及方法完全相同，差别在于直流耐压试验的试验电压较高，所以它除能发现设备受潮、劣化外，对发现绝缘的某些局部缺陷具有特殊的作用、往往这些局部缺陷在交流耐压
试验中是不能被发现的。
直流耐压试验与交流耐压相比有以下几个特点:
（1）设备较轻便。
在对大容量的电力设备（如发动机）进行试验，特别是在试验电压较高时，交流耐压试验需要容量较大的试验变压器，而当进行直流耐压试验时，试验变压器的容量可不必考虑。
通常负荷的泄漏电流都不超过几毫安，核算到变压器侧的容量微不足道。
因此，直流耐压试验的试验设备较轻便。
（2）绝缘无介质极化损失。
在进行直流耐压试验时，绝缘没有极化损失，因此不致使绝缘发热，从而避免因热击穿而损坏绝缘。
进行交流耐压试验时，既有介质损失，还有局部放电，致使绝缘发热，对绝缘的损伤比较严重，而直流下绝缘内的局部放电要比交流下的轻得多。
基于这些原因，直流耐压试验还有些非破坏性试验的特性。
（3）可制作伏安特性。
进行直流耐压试验时，可制作伏安特性曲线，可根据伏安特性曲线的变化来发现绝缘缺陷。
并可由此来预测击穿电压，如图1-13所示。
预测击穿电压的方法是将泄漏电流与电压关系曲线延长，泄漏电流急剧增长的地方，表示即将击穿，此时即停止试验，如图4-13中的,,即为近似的击穿电压。
I0
图1-13延长伏安特性曲线预测击穿电压
根据预测的直流击穿电压，有人认为可以估算出交流击穿电压的幅值，换算公式为:
交流击穿电压幅值,1?
直流击穿电压K
式中,——巩固系数，与设备的绝缘材料和结构有关，可用直流击穿
电压与交流击穿电压的幅值来表示，其直一般在1.0~4.2范围内。
（4）在进行直流耐压试验时，一般都兼做泄漏电流测量，由于直流耐压试验时所加电压较高，故容易发现缺陷。
（5）易于发现某些设备的局部缺陷。
对电缆来说，直流试验也容易发现其局部缺陷。
综上所述，直流耐压试验能够发现某些交流耐压所不能发现的缺陷。
但交流耐压对绝缘的作用更近于运行情况，因而能检出绝缘在正常运行时的最弱点。
因此，这两试验不能互相代替，必须同时应用于预防性试验中，特别是电机、电缆等更应当作直流试验。
直流耐压试验应注意以下两点:
（一）试验电压的确定
进行直流耐压试验时，外施电压的数值通常应参考该绝缘的交流耐压试验电压和交、直流下击穿电压之比，但主要是根据运行经验来确定。
（二）实验电压的极性
电力设备的绝缘分为内绝缘和外绝缘，外绝缘对地电场可以近似用棒—板电极构成的不对称、极不均匀电场中，气体间隙相同时，由于极性效应，负棒—正极的火花放电电压是正棒—负极的火花放电电压的2倍多，如图1-14所示，图中示例为棒,板间隙，d表示间隙距离。
直流火花放电电压U（kV）900
750
600
450
300
150
间隙距离d（cm）
图1-14棒—板空气间隙的直流火花放电电压与间隙距离的关系
由图4-14可见，当间隙距离为100cm时，正、负极性的火花放电电压分别为450kV和1000kV，即1000,450,2.2倍。
这种极性效应是由于电晕空间电荷对电场畸变造成的。
通常，电力设备的外绝缘水平比其内绝缘水平高，显然，施加负极性试验电压外绝缘更不容易发生闪络，这有利于实现直流耐压试验检查内绝缘缺陷的目的，另外，对电缆等油浸纸绝缘的电力设备，由于电渗现象，其内绝缘施加负极性试验电压时的击穿电压较正极性低10,左右，也就是说，电缆心接负极试验电压检出缺陷的灵敏度更高，即更容易发生绝缘缺陷。
应指出，直流耐压试验的时间可比交流耐压试验的时间（1min）长些。
直流耐压试验结果的分析判断，可参阅交流耐压试验分析判断的有关原则。
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