低壓電纜絕緣狀態(tài)檢測方法及壽命評估(共22頁)

1、PAGE 低壓電纜絕緣狀態(tài)檢測方法及壽命評估PAGE PAGE 21 網(wǎng)絡(luò)(wnglu)高等教育(godngjioy)本 科 生 畢 業(yè) 論 文（設(shè) 計(jì)） 題 目：低壓電纜絕緣狀態(tài)檢測方法及壽命(shumng)評估學(xué)習(xí)中心： 內(nèi)蒙古呼倫貝爾奧鵬學(xué)習(xí)中心層 次： ?？破瘘c(diǎn)本科專 業(yè)： 電氣工程及其自動(dòng)化年 級： 2013 年 秋 季學(xué) 號： 學(xué) 生： 指導(dǎo)教師： 完成日期： 2015 年 6 月 1 日內(nèi)容(nirng)摘要(zhiyo)由于交聯(lián)聚乙烯電纜絕緣性能好,易于制造和安裝方便,近年得到了迅速的發(fā)展。隨著(su zhe)城網(wǎng)改造和農(nóng)網(wǎng)改造的實(shí)施,電力電纜的利用比重也會(huì)越來越高,如何維護(hù)使

2、用好已有的電力設(shè)備,提高供電可靠性就顯得十分必要,電纜的運(yùn)行狀況直接關(guān)系到電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行及供電的可靠性。文首先論述了電纜的一般結(jié)構(gòu)，介紹了目前電纜檢測的方法及意義，分析了影響電纜絕緣性能的因數(shù)以及電纜運(yùn)行的等效電路。著重論述了電纜檢測的三個(gè)主要檢測手段，即絕緣電阻、泄露電流和介質(zhì)損耗，對電纜性能檢測的實(shí)際意義。關(guān)鍵詞：絕緣電阻；介質(zhì)損耗；電纜壽命目 錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc358884532 內(nèi)容摘要 PAGEREF _Toc358884532 h I HYPERLINK l _Toc358884533 1 緒論(xln) PAGEREF _To

3、c358884533 h 4 HYPERLINK l _Toc358884534 1.1 課題(kt)的背景及意義(yy) PAGEREF _Toc358884534 h 4 HYPERLINK l _Toc358884535 1.2 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 PAGEREF _Toc358884535 h 4 HYPERLINK l _Toc358884536 1.2.1 國外低壓電纜絕緣檢測和老化檢測發(fā)展現(xiàn)狀 PAGEREF _Toc358884536 h 4 HYPERLINK l _Toc358884537 1.2.2 我國低壓電纜絕緣檢測和老化檢測發(fā)展現(xiàn)狀 PAGEREF _Toc358884

4、537 h 4 HYPERLINK l _Toc358884538 1.3 本文的主要內(nèi)容 PAGEREF _Toc358884538 h 4 HYPERLINK l _Toc358884539 2 電纜故障類型及絕緣老化的原因 PAGEREF _Toc358884539 h 5 HYPERLINK l _Toc358884540 2.1 電纜故障的類型 PAGEREF _Toc358884540 h 5 HYPERLINK l _Toc358884541 2.1.1 接地故障 PAGEREF _Toc358884541 h 5 HYPERLINK l _Toc358884542 2.1.2

5、短路故障 PAGEREF _Toc358884542 h 5 HYPERLINK l _Toc358884543 2.1.3斷線故障 PAGEREF _Toc358884543 h 5 HYPERLINK l _Toc358884544 2.1.4閃絡(luò)性故障 PAGEREF _Toc358884544 h 6 HYPERLINK l _Toc358884545 2.2 電纜老化原因 PAGEREF _Toc358884545 h 6 HYPERLINK l _Toc358884546 2.2.1 電氣老化 PAGEREF _Toc358884546 h 6 HYPERLINK l _Toc35

6、8884547 2.2.2 熱老化 PAGEREF _Toc358884547 h 6 HYPERLINK l _Toc358884548 2.2.3 機(jī)械老化 PAGEREF _Toc358884548 h 7 HYPERLINK l _Toc358884549 2.2.4 水老化 PAGEREF _Toc358884549 h 7 HYPERLINK l _Toc358884550 2.3 電纜研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 PAGEREF _Toc358884550 h 7 HYPERLINK l _Toc358884551 3 電纜絕緣狀態(tài)的檢測與壽命分析 PAGEREF _Toc35888455

7、1 h 9 HYPERLINK l _Toc358884552 3.1 絕緣電阻的測量意義 PAGEREF _Toc358884552 h 9 HYPERLINK l _Toc358884553 3.2 絕緣電阻測量方法與分析 PAGEREF _Toc358884553 h 9 HYPERLINK l _Toc358884554 3.3 介質(zhì)損耗測量的意義 PAGEREF _Toc358884554 h 9 HYPERLINK l _Toc358884555 3.4 介質(zhì)損耗的測量與分析 PAGEREF _Toc358884555 h 9 HYPERLINK l _Toc358884556 3

8、.5 熱老化性能概述 PAGEREF _Toc358884556 h 10 HYPERLINK l _Toc358884557 3.6 熱老化實(shí)驗(yàn)及數(shù)據(jù)分析 PAGEREF _Toc358884557 h 10 HYPERLINK l _Toc358884558 4 結(jié) 論 PAGEREF _Toc358884558 h 12 HYPERLINK l _Toc358884559 參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc358884559 h 13 HYPERLINK l _Toc358884560 附 錄 PAGEREF _Toc358884560 h 141 緒論(xln)1.1 課題的背景(bi

9、jng)及意義 對電纜進(jìn)行狀態(tài)診斷及評估，是合理安排電纜更換(gnhun)，保證電力供應(yīng)安全可靠的一個(gè)重要技術(shù)手段，也是在智能電網(wǎng)中實(shí)現(xiàn)對電纜有效管理的極其重要的部分。隨著我國煤礦開采量的加大，電力電纜的利用比重也會(huì)越來越高。對于動(dòng)力和照明線路來說，采用的橡膠絕緣電纜在使用過程中，由于橡膠的氧化分解作用，使硫化橡膠的電物理和機(jī)械性能發(fā)生變化:變硬、變脆，在橡皮上形成裂紋，空氣和水分填充在裂紋中使電纜老化加劇，最終導(dǎo)致絕緣擊穿或短路。此外，電纜使用環(huán)境惡劣加速電纜絕緣層材料的老化。所以對電纜失效尚無合適的標(biāo)準(zhǔn)，以及對電纜壽命缺少有效的研究和估計(jì)方法，這種更換帶有很大的盲目性，并且更換電纜工序繁瑣

10、并且是一項(xiàng)價(jià)格非常昂貴且繁重的作業(yè)，其結(jié)果必然造成材料的浪費(fèi)或帶來事故的隱患。所以，對一電纜目前技術(shù)狀態(tài)的確切評價(jià)不僅從保證電力設(shè)備工作可靠性的觀點(diǎn)來看是重要的，而且從預(yù)防火災(zāi)的角度來看也是很重要的。當(dāng)前，絕大多數(shù)低壓電纜用橡膠做絕緣材料，氧化分解能硫化橡膠的電物理和機(jī)械性能，使得電纜老化迅速，絕緣擊穿或短路現(xiàn)象會(huì)最終發(fā)生。而低壓電纜絕緣狀態(tài)的在線檢測可以精確評估電纜技術(shù)和運(yùn)行狀態(tài)，盡早發(fā)現(xiàn)電纜絕緣缺陷，并采取適當(dāng)?shù)木S修措施，以確保設(shè)備的安全運(yùn)行和可靠使用，而且還具有非常重要的防火功能。1.2 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀1.2.1 國外低壓電纜絕緣檢測和老化檢測發(fā)展現(xiàn)狀20世紀(jì)60年代起，國外就開始了關(guān)于

11、XLPE (交聯(lián)聚乙烯）電纜絕緣弱點(diǎn)檢測和老化檢測技術(shù)的研究，時(shí)至今日，該項(xiàng)研究仍在不斷發(fā)展。日本是較早開展XLPE電纜絕緣老化檢測技術(shù)研究的國家之一，但是研發(fā)的電纜絕緣檢測儀只能發(fā)現(xiàn)已經(jīng)發(fā)生絕緣老化的電纜，無法描述被檢測電纜的絕緣老化程度，而且該檢測儀主要針對的是陸地所使用電纜。20世紀(jì)70年代前,世界上廣泛使用電橋法及低壓脈沖反射法進(jìn)行電力電纜故障測試,兩者對低阻故障很準(zhǔn)確,但對高阻故障不適用,故常常結(jié)合燃燒降阻(燒穿)法,即加大電流將故障處燒穿使其絕緣電阻降低以達(dá)到可以使用電橋法或低壓脈沖法測量的目的。燒穿方法對電纜主絕緣有不良影響,現(xiàn)已很少使用。近幾年來，歐美發(fā)達(dá)國家(f d u ji

12、)及日本的學(xué)者為了盡可能地等效工頻電壓并盡可能地減小試驗(yàn)設(shè)備的體積和重量(zhngling)，適應(yīng)電纜運(yùn)行現(xiàn)場試驗(yàn)的需要，先后提出多種離線破壞性試驗(yàn)方法，如0.1低頻電壓試驗(yàn)、KHz振蕩波電壓試驗(yàn)、串聯(lián)諧振(xizhn)或變頻諧振交流電壓試驗(yàn);以及離線非破壞性試驗(yàn)方法，如在0.1超低頻電壓、KHz振蕩波電壓下的電纜局部放電量試驗(yàn)，并推薦上述試驗(yàn)方法和手段作為今后電力電纜竣工交接試驗(yàn)或預(yù)防性試驗(yàn)方法。1.2.2 我國低壓電纜絕緣檢測和老化檢測發(fā)展現(xiàn)狀國內(nèi)天津大學(xué)杜伯學(xué)采用溫差法對XLPE電纜老化進(jìn)行評估，其研究對象為10KV的陸用電纜；上海交通大學(xué)王雅群采用等溫松馳電流對XLPE電纜壽命評估，但

13、是受到國內(nèi)外電纜制造工藝差異的影響，計(jì)算所得老化因子與國外學(xué)者報(bào)道的結(jié)果相差普遍較大。其中檢測技術(shù)分為非在線式和在線式：非在線式包括反吸收電流、殘留電壓、電位衰減法、直流泄漏電流、殘留電荷、直流電壓疊加法等在線式包括直流成分、脈動(dòng)法，直流電壓疊加法等。目前的應(yīng)用絕緣監(jiān)測剩余壽命評估方法都比較偏向于從定性分析的角度切入，在定量分析方面，只能給出一個(gè)比較寬泛的范圍。直流耐壓試驗(yàn)常用于油介質(zhì)電氣設(shè)備的預(yù)防性診斷試驗(yàn)，20世紀(jì)90年代初期之前，國內(nèi)外普遍沿用油紙絕緣電纜的試驗(yàn)方法，常采取離線直流耐壓破壞性試驗(yàn)作為絕緣電力電纜竣工交接試驗(yàn)和周期性預(yù)防性試驗(yàn)的唯一手段。理論分析計(jì)算、試驗(yàn)研究和長期積累的大

14、量實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明:一方面，由于直流耐壓試驗(yàn)過程是向電纜絕緣介質(zhì)注入大量的空間電荷過程，空間電荷限于介質(zhì)良好的絕緣性能而不能及時(shí)泄漏。這些殘留空間電荷積聚形成的局部電場與外施工頻電場迭加，畸變介質(zhì)內(nèi)部電場分布，嚴(yán)重?fù)p傷電纜絕緣，往往使得試驗(yàn)合格的電力電纜在投入運(yùn)行后幾小時(shí)或幾十小時(shí)內(nèi)就發(fā)生電纜絕緣擊穿故障，甚至發(fā)生多點(diǎn)擊穿故障。另一方面，直流耐壓試驗(yàn)的電壓取值很高，試驗(yàn)時(shí)間較長，直流電場促使介質(zhì)中的水樹枝向電樹枝轉(zhuǎn)變，周期性的直流耐壓試驗(yàn)無疑是導(dǎo)致電纜絕緣早期劣化，相對縮短電纜安全運(yùn)行壽命。1.3 本文的主要內(nèi)容本文研究的是低壓電纜絕緣狀態(tài)檢測方法及壽命評估。全文共分為四章，內(nèi)容簡介如下：第一

15、章緒論(xln)，簡述(jin sh)課題的背景(bijng)和意義、論題的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀，介紹論文的主要內(nèi)容；第二章是電纜故障類型及絕緣老化的原因；第三章電纜絕緣狀態(tài)的檢測與壽命分析；第四章最后對全文進(jìn)行總結(jié)，并指出了研究課題的未來發(fā)展方向。2 電纜故障類型及絕緣老化的原因2.1 電纜(dinln)故障的類型電纜故障(gzhng)有許多種，大致分為:2.1.1 接地(jid)故障電纜一芯或多芯對地故障。其中又可分為低阻接地或高阻接地。一般接地電阻在20一100。以下為低阻故障，以上為高阻故障。因使用的電橋和檢流計(jì)靈敏度不同，對低阻與高阻的劃分也往往不一致。原則上接地電阻較低，能直接用低壓電橋

16、進(jìn)行測量的故障，稱為低阻故障。須要進(jìn)行燒穿或用高壓電橋進(jìn)行的故障，稱為高阻接地。2.1.2 短路故障電纜兩芯或三芯短路，或兩芯、三芯短路接地。其中也可分為低阻短路或高阻短路故障，其劃分原則與接地故障相同。2.1.3斷線故障電纜一芯或多芯被故障電流燒斷或受機(jī)械外力拉斷，形成完全斷線或不完全斷線，其故障點(diǎn)對地的電阻也可分為高阻或低阻故障，一般以IMQ為分界限，小于1M。為低阻。能較準(zhǔn)確地測出電纜的電容，用電容量的大小來判斷故障點(diǎn)可稱為高阻斷線故障。2.1.4閃絡(luò)性故障這類故障絕大多數(shù)在預(yù)防性試驗(yàn)中發(fā)生，并多出現(xiàn)在電纜中間接頭和終端頭。試驗(yàn)時(shí)絕緣被擊穿，形成間隙性放電，當(dāng)所加電壓達(dá)到某一定值時(shí)，發(fā)生

17、擊穿，當(dāng)電壓降至某一值時(shí)，絕緣恢復(fù)而不發(fā)生擊穿。有時(shí)在特殊條件下，絕緣擊穿后又恢復(fù)正常，即使提高試驗(yàn)電壓，也不再擊穿，這種故障稱為封閉性故障。以上兩種現(xiàn)象均屬于閃絡(luò)性故障。電纜故障是指電纜在預(yù)防性試驗(yàn)時(shí)發(fā)生絕緣擊穿(j chun)或在運(yùn)行中，因絕緣擊穿、導(dǎo)線燒斷等而迫使電纜線路停電的故障常見的故障有接地故障，短路(dunl)故障，斷線(dun xin)故障，閃絡(luò)性故障和混合型故障等。2.2 電纜老化原因電纜老化原因可分為:2.2.1 電氣老化電氣老化指的是在電場長期作用下，由于電纜制造中的質(zhì)量缺陷，施工中機(jī)械與外力作用傷害，絕緣物中的空隙、裂紋等，造成局部電場不均勻，誘發(fā)局部放電，以導(dǎo)體的變異

18、部、空隙、雜質(zhì)為起點(diǎn)，局部破壞，發(fā)展成樹枝化，漸漸地導(dǎo)致絕緣破壞。電老化機(jī)理很復(fù)雜，它包含因?yàn)榻^緣擊穿產(chǎn)生。放電引起的一系列物理和化學(xué)效應(yīng)。固體絕緣材料的絕緣擊穿機(jī)理主要有以下兩種理論:1.達(dá)到一定電場時(shí)，電子數(shù)量急劇增加，使得絕緣材料遭到擊穿破壞，由于擊穿破壞的主要原因是電子，因而稱為“電擊穿”。2.在絕緣體上加上電壓后，有微電流通過，由這一電流產(chǎn)生的焦耳熱導(dǎo)致材料擊穿破壞，這被稱為“熱擊穿”。2.2.2 熱老化熱老化指的是絕緣介質(zhì)負(fù)荷電流變化及短路電流引起的熱伸縮、材料氧化、熱分解等化學(xué)變化以及硬度變化、龜裂等物理變化引起的老化和絕緣材料性能降低。其化學(xué)結(jié)構(gòu)在熱量的作用下發(fā)生變化，使得絕緣

19、性能下降的現(xiàn)象。熱老化的本質(zhì)是絕緣材料在熱量的影響下發(fā)生了化學(xué)變化，所以熱老化也被稱為化學(xué)老化。一般情況下，化學(xué)反應(yīng)的速度隨著環(huán)境溫度的升高而加快。用于絕緣的高分子有機(jī)材料會(huì)在熱的長期作用下發(fā)生熱降解，主要是氧化反應(yīng)，這種反應(yīng)也被稱為自氧化游離基連鎖反應(yīng)，如聚乙烯的氧化反應(yīng)就是從C一H鍵中H的脫離開始的。熱老化使得絕緣材料的電氣和機(jī)械性能同時(shí)產(chǎn)生劣化，絕緣壽命減少，但是最顯著的表現(xiàn)還是材料的伸長率、拉伸強(qiáng)度等機(jī)械特性的變化。例如，XLPE材料被認(rèn)為當(dāng)拉伸率從初始的400%一600%降低到1O0%時(shí)壽命終止。2.2.3 機(jī)械(jxi)老化機(jī)械老化是電纜系統(tǒng)在生產(chǎn)、安裝、運(yùn)行過程中受到各種機(jī)械應(yīng)力

20、的作用發(fā)生的老化。這種老化主要是絕緣材料在機(jī)械應(yīng)力作用下產(chǎn)生微觀的缺陷，這些微小的缺陷隨著時(shí)間的流逝(lish)和機(jī)械應(yīng)力的持續(xù)作用慢慢惡化，形成微小裂縫并逐漸擴(kuò)大，直至引起局部放電等破壞絕緣的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象也被稱為“電一機(jī)械(jxi)擊穿。2.2.4 水老化水浸入電纜后(制造時(shí)或施工與運(yùn)行中接頭浸潮等)，由于電場的疊效果，在電場不均勻及電場力集中點(diǎn)形成水樹枝化。通常有內(nèi)導(dǎo)水樹枝化、蝴蝶水樹枝化和外導(dǎo)水樹枝化陣。橡皮、塑料電纜等浸水后施加電壓作長期試驗(yàn)時(shí)，與不加電壓只浸水的情況相比較絕緣介質(zhì)特性要低。這一現(xiàn)象被稱為“浸水課電現(xiàn)象”。對產(chǎn)生“浸水課電現(xiàn)象”的緣材料進(jìn)行顯微觀察，發(fā)現(xiàn)有和電樹枝相似

21、的樹枝狀結(jié)構(gòu)的存在，因?yàn)檫@種樹枝結(jié)構(gòu)水有關(guān)，并且是在低電場強(qiáng)度、長時(shí)間作用下形成的，為與電樹枝區(qū)別，稱之為水樹水樹枝在充滿水的狀態(tài)下看起來是白色的，但是干燥后就不易觀察到。水樹枝多見結(jié)晶性材料如聚乙烯和交聯(lián)聚乙烯，而在無定型材料的PVC、丁基橡膠等聚合物中少發(fā)現(xiàn)。此外，水樹枝在直流電壓的作用下較難產(chǎn)生，但是在交流電壓作用下較易產(chǎn)生，頻電壓也能促使水樹枝的產(chǎn)生。電纜老化原因可分為:電纜老化的因素一般涉及電、熱、機(jī)械與環(huán)境等方面。2.3 電纜研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢電力電纜試驗(yàn)技術(shù)嚴(yán)重滯后于電力電纜制造和應(yīng)用技術(shù)。國家關(guān)于絕緣電力電纜(XLPE)投運(yùn)后的試驗(yàn)方法、標(biāo)準(zhǔn)和運(yùn)行規(guī)程大多在20世紀(jì)70年代頒布

22、，比較陳舊落后，有的甚至是沿用油紙絕緣電力電纜的試驗(yàn)方法。直流耐壓試驗(yàn)常用于油介質(zhì)電氣設(shè)備的預(yù)防性診斷試驗(yàn)，20世紀(jì)90年代初期之前，國內(nèi)外普遍沿用油紙絕緣電纜的試驗(yàn)方法，常采取離線直流耐壓破壞性試驗(yàn)作為絕緣電力電纜竣工交接試驗(yàn)和周期性預(yù)防性試驗(yàn)的唯一手段。直流耐壓試驗(yàn)常用于油介質(zhì)電氣設(shè)備的預(yù)防性診斷試驗(yàn)，20世紀(jì)90年代初期之前，國內(nèi)外普遍沿用油紙絕緣電纜的試驗(yàn)方法，常采取離線直流耐壓破壞性試驗(yàn)作為絕緣電力電纜竣工交接試驗(yàn)和周期性預(yù)防性試驗(yàn)的唯一手段。理論分析計(jì)算、試驗(yàn)研究和長期積累的大量實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明:一方面，由于直流耐壓試驗(yàn)過程是向電纜絕緣介質(zhì)注入大量的空間電荷過程，空間電荷限于介質(zhì)良

23、好的絕緣性能而不能及時(shí)泄漏。這些殘留空間電荷積聚形成的局部電場與外施工頻電場迭加，畸變介質(zhì)內(nèi)部電場分布，嚴(yán)重?fù)p傷電纜絕緣，往往使得試驗(yàn)合格的電力電纜在投入運(yùn)行后幾小時(shí)或幾十小時(shí)內(nèi)就發(fā)生電纜絕緣擊穿故障，甚至發(fā)生多點(diǎn)擊穿故障。另一方面，直流耐壓試驗(yàn)的電壓取值很高，試驗(yàn)時(shí)間較長，直流電場促使介質(zhì)中的水樹枝向電樹枝轉(zhuǎn)變，周期性的直流耐壓試驗(yàn)無疑是導(dǎo)致電纜絕緣早期劣化，相對縮短電纜安全運(yùn)行壽命。據(jù)統(tǒng)計(jì):在1962-1999年間，直流耐壓試驗(yàn)合格后投入運(yùn)行的電纜在短期內(nèi)發(fā)生故障的次數(shù)約占電纜運(yùn)行故障總次數(shù)的。這一事實(shí)再次說明了直流耐壓試驗(yàn)不僅不能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)電纜運(yùn)行缺陷，反而使電力電纜的絕緣損傷較大，縮短

24、電纜運(yùn)行壽命。到目前為止，許多國家包括中國在內(nèi)，已不再采用直流耐壓試驗(yàn)作為交聯(lián)聚乙烯絕緣電力電纜的預(yù)防性試驗(yàn)手段。 (1.1)其中(qzhng)，R，S分別(fnbi)為抗力和載荷效應(yīng)的均值。3 電纜(dinln)絕緣狀態(tài)的檢測與壽命(shumng)分析3.1 絕緣(juyun)電阻的測量意義電氣設(shè)備的絕緣電阻，是反映絕緣體在一定直流電壓作用下，通過它的穩(wěn)定傳導(dǎo)電流的大小。在某一電壓下，電流越小，絕緣電阻就越大;電流越大，絕緣電阻就越小，表明了絕緣體在直流電壓作用下的特性。對于良好潔凈的絕緣體，無論絕緣體內(nèi)或是表面的離子數(shù)都很少，電導(dǎo)電流很小，絕緣電阻值很大。如果絕緣存在貫通的集中性缺陷，例如

25、開裂、臟污，特別是受潮以后，絕緣體的導(dǎo)電離子數(shù)要急劇增加，電導(dǎo)電流明顯上升，絕緣電阻大大下降。實(shí)踐證明，絕緣電阻大小常能靈敏地反映絕緣情況，有效地發(fā)現(xiàn)設(shè)備普遍受潮、局部嚴(yán)重受潮和貫穿性缺陷。因此，測定絕緣電阻也是研究絕緣材料的品質(zhì)和特性，研究絕緣結(jié)構(gòu)，以及產(chǎn)品在各種運(yùn)行條件下的使用性能等方面的重要手段。對于己經(jīng)投入運(yùn)行的電纜，絕緣電阻是判斷電纜品質(zhì)變化的重要依據(jù)。3.2 絕緣電阻測量方法與分析測量絕緣電阻的方法較多:有通過試驗(yàn)變壓器來操作的，這種方法電壓較高，設(shè)備價(jià)格也貴，接線復(fù)雜;也有用兆歐表來操作的，這種方法價(jià)格便宜，接線簡單，使用方便，容易操作。目前現(xiàn)場普遍是用兆歐表來進(jìn)行測量的。由于把

26、兆歐表的測量作為對設(shè)備的一種前期測試，是對設(shè)備絕緣情況的一種初步的檢查，再結(jié)合一些其他的試驗(yàn)，就可以對電氣設(shè)備進(jìn)行綜合的判斷，所以使用兆歐表測量絕緣電阻是非常重要的，缺之不可。本實(shí)驗(yàn)用兆歐表的方式來對電纜進(jìn)行測量，儀器采用數(shù)字式絕緣測試器和數(shù)字高阻計(jì)。(1)數(shù)字兆歐表與傳統(tǒng)搖表的比較絕緣電阻是我國計(jì)量法規(guī)定的電氣安全檢測項(xiàng)目中的強(qiáng)檢項(xiàng)目。兆歐表是測量絕緣電阻的專用儀表，所以應(yīng)用非常廣泛。傳統(tǒng)的兆歐表主要是指手搖指針式兆歐表。它的主要不足之處有以下幾點(diǎn):1.測量時(shí)必須用手搖動(dòng)發(fā)電機(jī)并保證有120轉(zhuǎn)/分的速度才能維持正常的輸出電壓。2.同一臺搖表的電壓等級少，量程范圍小。3.由表針指示讀數(shù)，刻度為

27、非線形，測量誤差和讀數(shù)誤差都較大。4因?yàn)闊o法輸出比較穩(wěn)定的電壓，所以在鋇(量試品的吸收比和極化系數(shù)時(shí)會(huì)存在較大誤差，并且操作復(fù)雜。5.指針式搖表在關(guān)機(jī)時(shí)反向(fn xin)沖擊電流大，不小心會(huì)損壞指針。6.需要人工抄表，沒有數(shù)據(jù)保存(bocn)功能，不符合試驗(yàn)數(shù)據(jù)信息化的要求。7.體積重量大，不便(bbin)攜帶，給使用帶來不便?，F(xiàn)在市場上還出現(xiàn)了一種利用電機(jī)取代手搖的搖表，其輸出電壓較手搖式的搖表準(zhǔn)確，但是仍然擺脫不了機(jī)械式儀表固有的缺點(diǎn)。數(shù)字兆歐表的出現(xiàn)克服了傳統(tǒng)搖表的種種缺陷，使得停電時(shí)絕緣電阻測量的測量精度、自動(dòng)化程度和信息化程度等都有了一個(gè)很大的進(jìn)步。數(shù)字式兆歐表較傳統(tǒng)搖表的優(yōu)越性主

28、要表現(xiàn)為以下幾點(diǎn):1.依靠儀表自身具有的直流電源可以產(chǎn)生精確的直流高壓，而且針對不同的被檢測對象可以方便選擇不同的電壓等級。2.量程范圍大，可以根據(jù)實(shí)際測量數(shù)值進(jìn)行自動(dòng)實(shí)現(xiàn)量程切換。3.采用高精度AD，使得測量精度較傳統(tǒng)搖表有數(shù)量級上的提高，而且采用液晶顯示屏直接顯示讀數(shù)，避免了指針式儀表的讀數(shù)誤差。4.可以方便、準(zhǔn)確的測量試品的吸收比和極化系數(shù)。5.有完備的歷史數(shù)據(jù)記錄保存的功能，便于歷史數(shù)據(jù)的回溯。同時(shí)還具有同微機(jī)的接口，可以進(jìn)行數(shù)據(jù)上傳以及儀器參數(shù)的下載。6.體積小、重量輕，便于攜帶，提高了測量的效率。當(dāng)然，取得數(shù)字式兆歐表的這些優(yōu)越性是要付出某些代價(jià)的。比如，它需要額外的電源、制造成本

29、較傳統(tǒng)搖表要高、存放的環(huán)境要求較高等。綜合考慮測量的準(zhǔn)確性和實(shí)用性，本實(shí)驗(yàn)采用數(shù)字兆歐表來對電纜進(jìn)行測量。(2)絕緣電阻測量的方法數(shù)絕緣測試器的測量方法大致相同，現(xiàn)以KEW 3023(數(shù)字式絕緣測試器)為例把測試方法簡述如下:1.測量前的準(zhǔn)備測量前必須切斷被測量各設(shè)備的電源，并接地短路放電決不允許用兆歐表測量帶電設(shè)備的絕緣電阻。以防發(fā)生人身和設(shè)備事故。有可能感出高電壓的設(shè)備，在可能性沒有消除，不可進(jìn)行測量。被測物的表面應(yīng)擦干凈。測定電力設(shè)備的絕緣電阻。目的是在于了解電氣設(shè)備內(nèi)部絕緣性能，而要避免表面絕緣隨各種外界的影響。2.兆歐表的擺放位置表應(yīng)放在平穩(wěn)位置上，以免發(fā)生度數(shù)偏差。放置點(diǎn)注意遠(yuǎn)離大

30、電流的導(dǎo)體(dot)和有外磁場的場合。測量前應(yīng)對本身檢查(jinch)一次，即開路時(shí)是否是oo，短路是否是為零(“線路(xinl)”,“接地”短接)。3.3 介質(zhì)損耗測量的意義絕緣介質(zhì)損耗是作為絕緣材料的電介質(zhì)在較高電壓電場作用下，由于介質(zhì)電導(dǎo)和介質(zhì)極化的滯后效應(yīng)，在其內(nèi)部引起的能量損耗。也叫介質(zhì)損失。介質(zhì)損耗角正切(tan)值表示。Tan值能夠較全面的反映在交流電場中絕緣的品質(zhì)，例如:絕緣材料的分子結(jié)構(gòu)與組成;絕緣中含氣、受潮，或微粒雜質(zhì)存在的程度;工藝處理的完善程度(干燥是否充分，浸漬是否均勻和充分);結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是否合理(如外屏蔽層與絕緣接觸是否良好，導(dǎo)線表面有否均勻電場的屏蔽層)，以及運(yùn)行

31、中的產(chǎn)品絕緣是否老化等。因此tan的測試對控制用于交流系統(tǒng)的電力電纜是十分重要的。絕緣介質(zhì)在電場作用下，除了會(huì)出現(xiàn)電老化、水樹枝、擊穿等老化現(xiàn)象外，還呈現(xiàn)出極化、電導(dǎo)、損耗等其它重要特性。1極化任何不同的絕緣材料，都可以認(rèn)為是置于電極之間的電介質(zhì)，并呈現(xiàn)電介質(zhì)的特性，極化現(xiàn)象就是其一。極化是指置于電場中的電介質(zhì)，沿著電場方向產(chǎn)生偶極矩、在電介質(zhì)表面產(chǎn)生束縛電荷的現(xiàn)象。根據(jù)形成極化機(jī)理的不同，介質(zhì)極化可以分為以下四種:1)電子和離子的位移極化分子中的電子在電場的作用下，電子軌道發(fā)生彈性位移，從而使得原本呈電中性的分子變成呈現(xiàn)正負(fù)極的偶極子。由離子組成的分子結(jié)構(gòu)也會(huì)出現(xiàn)類似的情況，正負(fù)離子在電場作

32、用下偏離原來的位置，形成偶極子。位移極化程度隨電場強(qiáng)度增大而增大，而且形成的速度極快，外電場一旦消失，極化隨即也消失。這種極化過程中沒有能量損耗，故稱為無損極化或彈性極化。2)熱離子位移極化介質(zhì)中少量與周圍分子聯(lián)系較弱的帶電離子(一般為雜質(zhì))在外電場的作用下，其熱運(yùn)動(dòng)趨向于順電場方向在有限范圍內(nèi)位移，造成這些離子在介質(zhì)中分布不均，形成偶極化。這種極化受到分子熱運(yùn)動(dòng)的限制，溫度越高，熱運(yùn)動(dòng)越活躍，極化越困難。因此(ync)，這種極化建立速度較緩慢，電場消失后，復(fù)原也較緩慢。3)偶極子極化(j hu)在介質(zhì)中存在一種特殊的分子，即使沒有電場的作用，它本身也呈現(xiàn)(chngxin)為一個(gè)偶極子。沒有外

33、電場時(shí)，它們隨著熱運(yùn)動(dòng)隨機(jī)排列，因此整體對外不顯電極性。但在電場作用下，偶極子會(huì)隨著電場力發(fā)生偏轉(zhuǎn)，如圖4. 1所示。這種極化在偶極子轉(zhuǎn)向時(shí)需要克服分子間的吸引力，因而要消耗能量。4)夾層極化絕緣介質(zhì)中的自由離子和電子在外電場的作用下沿著電場方向遷移，改變分布狀況，在遷移過程中被介質(zhì)中的電極或缺陷捕獲，不能及時(shí)放電或復(fù)合，于是在某一空間產(chǎn)生宏觀感應(yīng)電偶極矩，形成空間電荷極化。當(dāng)絕緣介質(zhì)由多層不同材料組成時(shí)，這些帶電粒子將停留在組合材料的交界面上，最終形成各層上的電荷積累。這種電荷移動(dòng)和積聚，稱為夾層極化過程。這種極化屬于松弛極化，需要消耗能量，而且建立和復(fù)原的時(shí)間最長，達(dá)數(shù)秒，甚至數(shù)日之久。在

34、施加低頻交變電場時(shí)，松弛極化和彈性極化都會(huì)發(fā)生。而施加高頻電場時(shí)，由于空間電荷來不及移動(dòng)，將不存在松弛極化。松弛極化需要消耗能量，彈性極化不消耗能量。松弛極化受到分子熱運(yùn)動(dòng)限制，因此極化強(qiáng)度與溫度成反比。此外，水分有增塑作用，介質(zhì)受潮后，松弛極化時(shí)間縮短，同樣時(shí)間長度內(nèi)建立的極化強(qiáng)度將增大。2電導(dǎo)對于理想絕緣介質(zhì)而言，不含任何自由的帶電粒子，電導(dǎo)率。等于0，介質(zhì)是不導(dǎo)電的。但是實(shí)際上，a總會(huì)呈現(xiàn)一個(gè)很小的值，就是說，介質(zhì)中有少量自由的帶電粒子存在。帶電粒子在電場的作用下會(huì)定向運(yùn)動(dòng)，形成微弱的電流，這就是平時(shí)所說絕緣漏電流。介質(zhì)中的載流子一般是自由離子，它們來源于介質(zhì)本身，也有的來自外部雜質(zhì)。外

35、部溫度越高，分子熱運(yùn)動(dòng)就越劇烈，對自由離子的約束也越小，形成的電導(dǎo)電流越大，這一點(diǎn)和金屬的導(dǎo)電特性是完全相反的。此外，介質(zhì)在外加高壓電場的作用下，會(huì)形成一定程度的電離，使得載流子數(shù)目增多，。下降。當(dāng)然，介質(zhì)受潮后6也會(huì)下降。3損耗絕緣介質(zhì)(jizh)在電場的作用下會(huì)產(chǎn)生電能的損耗，這些損耗主要來自以下三個(gè)方面：1)電導(dǎo)(din do)損耗如前文所述，絕緣介質(zhì)(jizh)存在一定的值，于是電流在介質(zhì)中運(yùn)動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生焦耳熱現(xiàn)象電能轉(zhuǎn)化為熱量散發(fā)。2)極化損耗電場對介質(zhì)中運(yùn)動(dòng)的電荷做功，產(chǎn)生絕緣介質(zhì)因松弛極化而引起的熱損耗，這就是極化損耗。隨著交變電場頻率的增加，電荷往復(fù)運(yùn)動(dòng)更加頻繁，極化損耗也越大。

36、3)游離損耗游離損耗是絕緣介質(zhì)內(nèi)部由于氣泡、油隙、凸起電極等電場集中處電場強(qiáng)度高于某一數(shù)值時(shí)產(chǎn)生游離放電引起的。游離損耗只有當(dāng)電壓超過一定數(shù)值時(shí)才會(huì)發(fā)生，并且隨著電壓的升高而急劇增加。經(jīng)過上述分析，絕緣介質(zhì)在直流電場作用下，由于介質(zhì)沒有周期性的極化過程，介質(zhì)中的損耗僅由電導(dǎo)引起。在交流電壓下，除電導(dǎo)損耗外，還存在由于周期性的極化而引起的能量損耗。為表征某種絕緣材料或結(jié)構(gòu)的介質(zhì)損耗，使用介質(zhì)損耗功率P表示絕緣介質(zhì)的品質(zhì)好壞是不方便的，因?yàn)镻值與試驗(yàn)電壓、介質(zhì)尺寸等因素有關(guān)，不同設(shè)備間難以進(jìn)行比較，而是用絕緣介質(zhì)中流過的電流的有功分量和無功分量的比值來表示，即tans。它的好處是只與絕緣材料的性質(zhì)

37、有關(guān)，而與它的結(jié)構(gòu)、形狀、幾何尺寸等無關(guān)，這樣便于不同設(shè)備之間進(jìn)行比較。3.4 介質(zhì)損耗的測量與分析目前測試介質(zhì)損耗的儀器有很多，可以用工DA20O來對電纜進(jìn)行測量研究，IDAZOO采用頻率響應(yīng)原理，測試介質(zhì)損耗、電容等絕緣參數(shù)。頻率范圍從0.0001Hz-1KHz。根據(jù)介質(zhì)損耗、電容值的頻譜響應(yīng)，從而診斷判定各種絕緣介質(zhì)的老化程度，區(qū)分影響絕緣的因素。如水分、溫度、氧化等。適用于對變壓器、套管、電纜(交鏈聚乙烯電纜XLPE及油浸紙電纜)、CTPT互感器、發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)及斷路器的絕緣測試。圖3.1 IDA200的測試(csh)原理圖此儀器測量介損的同時(shí)，也能得到試品的電容量。如果多個(gè)電容屏中的

38、一個(gè)或幾個(gè)發(fā)生短路、斷路，電容量就有明顯的變化，因此被測電纜的電容量能反映出電纜絕緣材料的性能變化。測量時(shí)儀器對試品施加相同幅值不同頻率的交流電壓，自動(dòng)計(jì)算被測試品的有功功率和無功功率，最后給出不同頻率下被測試品的介質(zhì)(jizh)損耗角正切值。1.實(shí)驗(yàn)室內(nèi)測試(csh)流程除產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中另有規(guī)定者外，試樣有效長度應(yīng)不小于3m，試樣兩端絕緣外的覆蓋物應(yīng)小心地剝除，注意不得損傷絕緣表面。試樣應(yīng)在試驗(yàn)環(huán)境中放置足夠長的時(shí)間，使試樣溫度與試驗(yàn)溫度平衡，并保持穩(wěn)定。浸入水中試驗(yàn)時(shí)，試樣兩個(gè)端頭露出水面的長度不小于250mm，絕緣部分露出的長度應(yīng)不小于150mm。在空氣中試驗(yàn)時(shí)，試樣端部絕緣部分露出護(hù)套的長

39、度應(yīng)不小于10011m。露出的絕緣表面應(yīng)保持干燥和潔凈。金屬護(hù)套電纜、屏蔽型電纜或愷裝電纜試樣，單芯者，應(yīng)測量整個(gè)電纜的介質(zhì)損耗(從0. 01Hz到);多芯者，應(yīng)分別就電纜每個(gè)線芯對其余線芯與絕緣層的介質(zhì)損耗進(jìn)行測量。非金屬護(hù)套電纜，非屏蔽電纜或無愷裝的電纜試樣，應(yīng)浸入水中，單芯者測量整個(gè)電纜的介質(zhì)損耗(從0. 01Hz到);多芯者，應(yīng)分別就電纜每個(gè)線芯對其余線芯與絕緣層的介質(zhì)損耗進(jìn)行測量。3.5 熱老化性能概述電線電纜產(chǎn)品在正常使用條件下，性能緩慢地變壞直至喪失其工作性能得過程稱為“老化”。對于電氣裝備用電線電纜所采用得橡皮、塑料等高分子材料，促使老化得因素有:氧氣得存在;在受熱條件下工作;

40、受日光輻射;臭氧的作用;以及低溫下彎曲移動(dòng)、磨耗;材料的裂解或聚合。材料組分的遷移和揮發(fā);受油或溶劑的侵蝕等等。在這些因素中熱與氧是材料老化的主要因素，熱氧老化將普遍發(fā)生于各種使用環(huán)境中，尤其是在大氣中，因此研究和考核產(chǎn)品的熱氧老化是極為重要的。橡皮、塑料等高分子材料能夠吸收外界的氧氣，并在本體內(nèi)擴(kuò)散，氧原子可以與橡膠、樹脂起化學(xué)反應(yīng)(氧化)而引起交聯(lián)以至使材料喪失優(yōu)良的彈性、柔軟性并使機(jī)械性能逐步變壞，最后也引起電氣性能的喪失。橡塑材料中的部分配合劑(如增塑劑)被氧化，氧化生成物有的可揮發(fā)，有的有可促進(jìn)老化過程，產(chǎn)品在熱狀態(tài)下工作，因?yàn)闇囟扔撸牧系姆肿訜徇\(yùn)動(dòng)將大大增加，同時(shí)由于熱的作用(

41、zuyng)，材料的裂解，組分的遷移或揮發(fā)也必然加劇，這些現(xiàn)象統(tǒng)稱為“熱老化(lohu)”。因此產(chǎn)品所采用的橡塑材料的熱老化與材料的品質(zhì)、配方工藝有很大的關(guān)系、如橡皮的熱老化除了與橡膠品種有關(guān)外，還取決于防老體系和硫化體系。加入防老劑能夠使氧化生成的中間產(chǎn)物(chnw)鈍化而延遲氧化，但防老劑本身在一定溫度下也會(huì)揮發(fā)、消耗以致失去作用。聚氯乙稀塑料的熱老化性能主要與穩(wěn)定體系有關(guān)。3.6 熱老化實(shí)驗(yàn)及數(shù)據(jù)分析熱老化試驗(yàn)主要采用烘箱法。熱壽命評定試驗(yàn)的目的就是要通過一系列的試驗(yàn)研究得出產(chǎn)品的壽命與使用溫度之間的關(guān)系曲線(稱為壽命曲線)，這樣就可以得出在各個(gè)使用溫度下相應(yīng)的工作壽命，從而根據(jù)使用的要

42、求合理的選擇產(chǎn)品的工作溫度。使產(chǎn)品在可靠而又經(jīng)濟(jì)的條件下工作。因此熱壽命評定試驗(yàn)可以確定產(chǎn)品的耐溫等級。1)試驗(yàn)溫度在一定溫度范圍內(nèi)，材料吸收氧氣并在內(nèi)部擴(kuò)散，以每部分較均勻地緩慢氧化，溫度增加，氧化速度上升，因此提高試驗(yàn)溫度可縮短試驗(yàn)周期。但試驗(yàn)溫度高過某一臨界溫度時(shí)，吸氧與擴(kuò)散的過程就會(huì)不平衡，以造成試品表面加速強(qiáng)力老化，生成一種硬膜，阻止氧往里滲入，使老化不均勻，影響試驗(yàn)的效果。試驗(yàn)溫度應(yīng)選擇低于這個(gè)臨界溫度。臨界溫度與材料品種有關(guān)，與試樣厚度也有明顯關(guān)系。試樣厚，臨界溫度低，臨界溫度應(yīng)通過大量的試驗(yàn)決定。2)試驗(yàn)時(shí)間長期的試驗(yàn)表明，96h的熱老化試驗(yàn)已能反映出材料機(jī)械性能的明顯變化，也反映了橡皮護(hù)套中游離硫?qū)^緣橡皮遷移的影響，因此一般選96h。對于耐熱橡皮等特殊材料則適當(dāng)延長。