什么是绝缘耐压试验?

[拼音]：jueyuan naiya shiyan

[外文]：dielectric strength test

检验和评定电工设备绝缘耐受电压能力的一种技术手段。一切电工设备的带电部分与接地部分之间，或与其他非等电位的带电体之间，都需要采用绝缘结构使它们互相隔离，以保证设备正常运行。单一绝缘材料的介电强度是以沿厚度的平均击穿电场强度来表示（单位是kV/cm）。电工设备的绝缘结构，如发电机、变压器的绝缘等，由多种材料组合而成，结构形状也极为复杂。绝缘结构任一局部范围内的破坏都会使整个设备丧失绝缘性能。因此，一般只能用可以耐受多高的试验电压（单位为kV）来表示设备的整体绝缘能力。绝缘耐压试验电压可表明设备能耐受的电压水平，但这并不等同于该设备所实际具有的绝缘强度。电力系统绝缘配合的具体要求就是协调和制定各种电工设备的绝缘耐压试验电压，以表明对该设备的绝缘水平要求。绝缘耐压试验是一种破坏性试验（见绝缘试验），因此，对一些缺少备品或修复时间较长的运行中关键设备，应慎重考虑是否进行绝缘耐压试验。

电力系统中的各种电工设备在运行时，除承受交流的或直流的工作电压外，还会遭受各种过电压。这些过电压不仅幅值高，而且波形和持续时间都与工作电压很不相同，对绝缘的影响和可能引起绝缘击穿的机理也不尽相同。因此，需要采用对应的试验电压进行电工设备的耐压试验。中国国家标准对于交流电力系统规定的绝缘耐压试验有：

（1）短时（1 分钟）工频耐压试验；

（2）长时间工频耐压试验；

（3）直流耐压试验；

（4） *** 作冲击波耐压试验；

（5）雷电冲击波耐压试验。并且规定3～220kv的电工设备在工频运行电压、暂时过电压和 *** 作过电压下的绝缘性能，一般用短时工频耐压试验予以检验，可不进行 *** 作冲击试验。对330～500kv的电工设备，需用 *** 作冲击试验检验 *** 作过电压下的绝缘性能。长时间工频耐压试验是针对电工设备内绝缘劣化和外绝缘污秽的情况而进行的一种试验检验。

绝缘耐压试验标准，在各个国家都有具体规定。中国国家标准(GB311.1-83)规定了3～500kv输变电设备的基准绝缘水平；3～500kv输变电设备雷电冲击耐受电压，一分钟工频耐受电压；以及330～500kv输变电设备 *** 作冲击耐受电压。电工设备制造部门和电力系统运行部门在选择耐压试验的项目和试验电压值时，都应符合国家标准的规定。

用于检验和评定电工设备绝缘耐受工频电压的能力。试验电压应是正弦波的，频率应与电力系统频率相同。通常规定用一分钟耐压试验来检验绝缘的短时耐压能力，用长时间耐压试验来检验绝缘内部的渐进性劣化，如局部放电的破坏和介质损耗及泄漏电流引起的热破坏等。户外电力设备的外绝缘受大气环境因素的影响，除做表面干燥状态下的工频耐压试验外，还要做人工模拟大气环境（如湿、污状态）下的耐压试验。

交流正弦电压可以用峰值或有效值来表示。峰值与有效值之比为匇。试验中实际施加的试验电压的波形和频率难免与标准规定有偏差。中国国家标准（GB311.3-83）规定，试验电压的频率范围应是45～55Hz，试验电压的波形应接近正弦波，其条件为正负两个半波应完全一样，其峰值和有效值之比等于


±0.07。一般所谓试验电压值是指有效值，就是其峰值除以


。

试验所用电源由高压试验变压器和调压装置组成。试验变压器的原理与一般电力变压器的相同，它的额定输出电压应满足试验要求并留有余地；试验变压器的输出电压应足够稳定，不因预放电电流在电源内阻上的压降而使输出电压明显波动，以免测量困难，甚至影响放电过程。因此，试验电源要有足够的容量，内部阻抗应尽可能小。一般都以在试验电压下能输出多大短路电流来规定对试验变压器容量的要求。例如对于固体、液体或两者组合的绝缘小样品在干燥状态下的试验，要求设备短路电流为0.1A


;对于自恢复绝缘（绝缘子、隔离开关等）在干燥状态下的试验，要求设备短路电流不小于0.1A


；做外绝缘人工雨试验，要求设备短路电流不小于0.5A


；对外形尺寸较大的试品的试验，要求设备短路电流为1A


。一般说来，额定电压较低的试验变压器多采取0.1A制，即允许变压器高压线圈中持续流过0.1A


，如50kV试验变压器的容量定为5kVA，100kV试验变压器容量为10kVA。额定电压较高的试验变压器，多采取1A制，即允许变压器高压线圈中持续流过1A


，如250kV试验变压器容量为250kVA，500kV试验变压器容量为500kVA，因为较高电压的被试设备的外形尺寸较大，设备等效电容也较大，需要试验电源提供更多的负荷电流。单台试验变压器的额定电压过高，制造时会在技术上和经济上引起一些困难。中国单台试验变压器的最高电压为750kV，世界上单台试验变压器的电压超过750kV的也很少。为了满足超高压和特高压电力设备交流电压试验的需要，通常用几台试验变压器串接来获得高电压，如3台750kV试验变压器串接获得2250kV试验电压，这就叫做串接试验变压器。变压器串接时的内部阻抗增加很快，大大超过几台阻抗的代数和，因此常把串接台数限制在3台。试验变压器还可以并接来提高输出电流，或接成△或Y型作三相运行。

为了对具有大静电电容量的试品如电容器、电缆和大容量发电机做工频耐压试验，要求电源装置既是高电压又是大容量。实现这种电源装置会遇到困难，一些部门采用了工频高压串联谐振试验设备（见交流高压串联谐振试验装置）。

通过人工模拟雷电流波形和峰值以检验电工设备绝缘耐受雷电冲击电压的能力。根据雷闪放电的实测结果，认为雷电波波形是波头长几微秒、波尾长几十微秒的单极性双指数曲线。大多数雷为负极性。世界各国的国家标准都把标准雷电冲击波标定为：视在波头时间T1=1.2μs，又称波头时间；视在半波峰值时间T2＝50μs，又称波尾时间（见图）。

实际试验装置产生的电压峰值和波形与标准波之间的容许偏差为：峰值，±3％;波头时间，±30％；半波峰值时间，±20％；通常把标准雷电波形表示成1.2/50μs。

雷电冲击试验电压由冲击电压发生器产生。冲击电压发生器的多个电容器由并联转串联是通过许多点火球隙实现的，即控制点火球隙使它放电时把多个电容器串联起来。受试设备上的电压上升速度和经过峰值后电压下降的快慢，可以通过电容电路中的电阻值调节。影响波头的电阻称为波头电阻，影响波尾的电阻称为波尾电阻。试验时，通过改变波头电阻和波尾电阻的阻值，获得标准冲击电压波的预定波头时间和半波峰值时间。改变整流电源输出电压的极性和幅值，就可以获得所需要的冲击电压波的极性和峰值。由此可以实现从几十万伏到几百万伏，甚至千万伏的冲击电压发生器。中国自己设计安装的冲击电压发生器的最高电压为6000kV。

内容包括 4项。

（1）冲击耐电压试验：通常用于非自恢复绝缘，如变压器、电抗器等的绝缘，目的是检验这些设备能否耐受绝缘等级所规定的电压。

（2）50％冲击闪络试验：通常以自恢复绝缘如绝缘子、空气间隙等为对象，目的是要确定闪络概率为50％的电压值U


。有了这个电压值与闪络值间的标准偏差，还可确定其他闪络概率，如5％的闪络电压值， 一般把U


作为耐受电压。

（3）击穿试验：目的是确定绝缘的实际强度。主要在电工设备制造厂进行。

（4）电压时间曲线试验（伏秒曲线试验）：电压时间曲线是表示施加电压到绝缘破坏（或瓷绝缘闪络）与时间之间的关系。伏秒曲线(V-t曲线) 可为考虑变压器等被保护设备与避雷器等保护设备间的绝缘配合提供依据。

除用雷电冲击全波进行试验外，有时对变压器、电抗器等有绕组的电工设备，还要做截断时间为2～5μs的截断波试验。截断可发生在波头，也可以发生在波尾。这种截断波的产生、测量以及对设备造成的损坏程度的确定等，都比较复杂而困难。雷电冲击电压试验由于过程快，幅值高，对试验和测量的技术要求较高，常常规定出详尽的试验程序、方法和标准，在进行试验时参阅执行。

通过人工模拟电力系统 *** 作冲击过电压波形，检验电工设备绝缘耐受 *** 作冲击电压的能力。电力系统中存在的 *** 作过电压的波形和峰值类型很多，与线路参数和系统状态有关。一般情况下是个衰减振荡波，频率从几十赫到几千赫，其幅值与系统电压有关，通常以相电压的若干倍来表示，最高可达最大相电压的3～4倍。 *** 作冲击波比雷电冲击波作用时间长，对电力系统绝缘的影响也有所不同。 220kV及以下的电力系统，可近似地用短时工频耐压试验来等效地检验设备绝缘在 *** 作过电压下的情况。 330kV及以上的超高压、特高压系统和设备， *** 作过电压对绝缘的影响更大，不能再用短时工频电压试验来近似代替 *** 作冲击电压试验。从试验数据看出，对2m以上的空气间隙， *** 作放电电压的非线性显著，即间隙距离加大时耐受电压增加缓慢，甚至还低于短时工频放电电压。所以必须模拟 *** 作冲击电压对绝缘进行试验。

对于长间隙、绝缘子和设备外绝缘，模拟 *** 作过电压的试验电压波形有两种。

（1）非周期性指数衰减波：与雷电冲击波相似，只是波头时间和半峰值时间都比雷电冲击波长许多。国际电工委员会推荐 *** 作冲击电压的标准波形为250/2500μs；当标准波形不能满足研究要求时，可选用 100/2500μs和 500/2500μs。非周期性指数衰减波也可由冲击电压发生器产生，与产生雷电冲击波的原理基本相同，只是波头电阻、波尾电阻和充电电阻都要增大许多倍。高压实验室内常用一套冲击电压发生器，备有两套电阻，既供产生雷电冲击电压，又供产生 *** 作冲击电压。按规定，所产生的 *** 作冲击电压波形与标准波形间允许偏差为：峰值，±3％;波头，±20％；半峰值时间，±60％。

（2）衰减振荡波：要求其第一个半波持续时间为2000～3000μs，而第二个半波的幅值大致要达到第一个半波幅值的80％。衰减振荡波是利用电容器对试验变压器低压侧放电而在高压侧感应产生的。此法多用在变电所现场做电力变压器 *** 作波试验，利用被试变压器本身来产生试验波形，以检验自身的耐压能力。

*** 作冲击过电压试验的内容包括5项：

（1） *** 作冲击耐电压试验；

（2）50％ *** 作冲击闪络试验；

（3）击穿试验；

（4）电压时间曲线试验（伏-秒曲线试验）；

（5） *** 作冲击电压波头曲线试验。前 4项试验与雷电冲击电压试验中的相应试验要求相同。第 5项试验是 *** 作冲击放电特性所要求的，因为长空气间隙在 *** 作冲击波作用下的放电电压会随冲击波头而改变。在某一波头长度，如150μs时，放电电压最低，此波头叫做临界波头。临界波头长度随间隙长度的增长而稍有增长。

应用直流电源检验电工设备的绝缘性能。其目的是：

（1）确定直流高压电工设备耐受直流电压的能力；

（2）由于受交流试验电源容量的限制，用直流高电压代替交流高电压对大电容交流设备进行耐压试验。

直流试验电压一般是由交流电源通过整流装置产生，实际上是单极性的脉动电压。波峰处有电压极大值U


，波谷处有电压极小值U


。所谓直流试验电压值，是指此脉动电压的算术平均值，即

显然不希望脉动过大，因此规定直流试验电压的脉动系数S不超过3％，即

直流电压分正、负极性。不同极性对各种绝缘的作用机制有差别。试验中必须规定一种极性，一般采用对绝缘性能考验较严重的一种极性进行试验。

通常用单级的半波或全波整流回路来产生直流高电压。由于受电容器和高压硅堆额定电压的限制，这种回路一般能输出200～300kV。若需要更高的直流电压，可采用串级的方法。串级直流电压发生器的输出电压可为电源变压器峰值电压的2n倍，n代表串接的级数。这种装置输出电压的电压降和脉动值是串级数、负荷电流和交流电源频率的函数。如串级数过多，电流过大，会使压降和脉动达到不可容许的程度。这种串级直流电压发生装置能输出电压约2000～3000kV，输出电流仅几十毫安。在做人工环境试验时的预放电电流可达几百毫安，甚至1安，此时应增设可控硅稳压装?美刺岣呤涑龅缪沟闹柿浚蟮背中奔湮?500ms、幅值为500mA的预放电电流脉冲每秒流过一次时，引起的压降不超过5％。

在电力系统设备的绝缘预防性试验(见绝缘试验)中，常以直流高压来测量电缆、电容器等的泄漏电流和绝缘电阻，同时也做绝缘耐压试验。试验表明，当频率在0.1～50Hz范围内，多层介质内部的电压分布基本都按电容分布，因而用0.1Hz超低频进行耐压试验可以和工频耐压试验相当，这样既避免了采用大容量交流耐压试验设备的困难，又能反映受试设备绝缘的状况。目前对电机端部绝缘进行超低频耐压试验，认为比工频耐压试验更有效。