一、简答题1. 为何电缆做直流耐压试验时,一般要在冷态下进行?
因为温度对泄漏电流的影响极大,温度上升,则泄漏电流增加。如果在热态下进行试验,往往泄漏电流的数值很大,并随时间增长而加大,甚至可能导致热击穿。另外,在热状态时,高电场主要移向到靠近外皮的绝缘层上,使整个绝缘上电压分布不均匀。所以,为了保证试验结果准确和不损伤完好的电缆,试验最好在冷状态下进行并记录气温,以便对照。
2. 在电缆直流耐压及泄漏试验中,为什么要用体积较大使用不甚方便的电阻作为保护电阻?
保护电阻是根据试验设备容量决定的,一般可采用每伏10Ω。这样,总电阻就较大。通常在10-1MΩ级以上。同时,又要求保护电阻有足够热容量。这样高电阻、高容量的电阻不容易找到和制做,所以一般采用具有1kcal左右热容量的水阻管。价格也很低廉。但要注意,其阻值容易变化下降,并有受热蒸发现象,所以要随时检查。蒸馏水要清洁,随制随用,用后作废。
3. 为什么统包绝缘的电力电缆作直流耐压试验时,易发生芯线对铅包的绝缘击穿,而很少发生芯线间的绝缘击穿?
统包绝缘的电力电缆作直流耐压试验时,系一芯对其他两芯及铅包间加电压,由于绝缘击穿一般发生在铅包损坏、绝缘受潮后,且芯间绝缘厚度较芯线对铅包绝缘厚度厚,所以一般绝缘击穿发生在芯线对铅包之间,而很少发生在芯线间。
4. 对电气设备做直流耐压试验时,所加的直流电压为什么均采用负极性?
在极不均匀的电场中,气体的击穿电压与电极的极性有很大的关系,在同一间隙距离中,棒带负电时的击穿电压比带正电时要高一倍多。电气设备的外绝缘接近于这种极不均匀电场,一般电气设备的外绝缘水平比内绝缘高,内绝缘的缺陷和故障也较外绝缘多,对设备做直流耐压试验虽内外绝缘受到考验,但最主要还是检查内绝缘。内绝缘主要是液体、固体材料,并采用了极间屏障等措施,其正负极性的电压对绝缘击穿的影响不会这样大。如电缆绝缘在正极性的击穿只比负极性的低约10%。因此,对设备施加直流高压且试验电压较高时,一般不希望外绝缘发生闪络,为此,采用负极性的直流电压。
5. 寻找电力电缆故障点时一般需先烧穿故障点。烧穿时采用交流有效还是直流有效?
运行中的电缆出现高阻接地,当缺乏探测仪器时,一般先将高阻故障烧穿变为低阻故障,以利于用电桥法寻找电缆的故障点。若施加交流,因电缆的电容量较大,设备的容量也要较大;另外交流电压过零时易于熄弧,故烧穿效果较差。若加以直流,只要通过的电流达1A左右就可烧穿故障点,效果较好;另外因电缆电容在直流电压作用下,不产生电容电流,设备的容量可较小。
6. 在分析泄漏电流测量结果时,可能影响测量结果的外界因素有哪些?
在分析泄漏电流测量结果时,可能影响测量结果的外界因素有:
(1)高压引线及端头对地电晕电流。
(2)空气湿度、试品表面的清洁程度。
(3)环境湿度、试品湿度。
(4)试验接线、电流表位置。
(5)强电场干扰,地网电位的干扰。
(6)硅堆的质量。
7. 介质损失角正切tgδ的含义是什么?
电气设备中都有介质(绝缘物),介质在交流电压作用下,其内部就有微小的电流通过,分为传导电流和充电电流。这些电流都会使绝缘内部发热,形成介质损耗,介质损耗越大,绝缘内部产生的热量就越多,介质的绝缘强度就会很快降低,甚至遭到破坏。因为介质损耗计算公式为:
P=U2fCtgδ
式中U——交流电压;
f——电源频率;
C——介质的电容量;
δ——相位角。
对同类介质,C是不变的,所以当电源电压U、电源频率f不变时,介质损耗只与介质损失角的正切成正比,因此用介质损失角正切表示介质损耗。
8. 测量介质损失的方法一般有哪几种,广泛使用的是哪一种?
测量介质损失的方法一般有平衡电桥法、不平衡电桥法和瓦特表法三种。目前广泛使用的是根据平衡电桥原理制成的QS型电桥法。
9. 简述QS型电桥法测量介质损失的原理。
QS型电桥(西林电桥)是交流电桥,电桥由四个臂组成,臂1为被试设备Zx,臂2为一标准无损空气电容Z2,臂3为一可变无电阻Z3(R3),臂4为无感电阻R4与无损可变电容C4并联组成Z4。Z3与Z4的节点为电源输入端,Zx与Z3、ZN与Z4的节点为检流计连接端。调节R3、C4可使电桥平衡,即检流计中通过的电流为零。此时,各桥臂的阻抗关系为
ZxZ4(Φx+Φ4)=ZNZ3(ΦN+Φ3)
式中Zx、Z4、ZN、Z3——四个桥臂的阻抗值。
Φx、Φ4、ΦN、Φ3——Zx、Z4、ZN、Z3的阻抗相位角。
分解该等式,得tgδ=fC4R4和Cx=CNR4/R3。
式中f——电源频率。
根据电桥上的R3、R4、CN、C4等,即可算出被试品的电容量Cx和介质损失角的正切值tgδ。
10. QS1型电桥在试验中有哪几种接线法,常用的是哪一种?
QS1型电桥在试验中的接线一般有正接法、反接法和对角接法三种。
正接法被试设备的两极对地均应绝缘,实用于实验室中。现场一般电气设备都是一极固定接地的,因此不能利用正接法。
对角接法被试设备一极可以接地,但屏蔽比较复杂。
反接法虽被试设备一极可以接地,但调整部分处于高压,而QS1型电桥的内部各元件对地均有足够的绝缘强度(对地工作电压10kV),故试验时,按工作需要既可以作正接线又可以反接线,非常方便。所以,在现场常用的是反接法。
11. 目前现场测量介质损tgδ的仪器有哪些?
目前现场测量介质损tgδ的仪器主要有:
(1)传统的仪器:QS1型平衡电桥和M型不平衡电桥。
(2)自动测量仪器:WJC-1型微电脑绝缘介质损耗测量仪、GCJS-2型智能型介损测量仪、WG-25型微电脑异频介损测量仪、GWS-1型光导微机介质损耗测量仪、便携式数字介质损耗测量仪、BM3A系列抗干扰测试仪和DTS系列抗干扰介损试验器等。
12. 测量介质损tgδ时的一般注意事项是什么?
测量介质损tgδ时的一般注意事项是:
(1)测量介质损失角的试验电压,一般不应高于被试设备的额定电压,至多亦不应高于被试设备额定电压的110%。
(2)为减少干扰感应电流的影响,应将试验设备尽量靠近被试设备。
(3)表面泄漏时测量影响很大,为避免这些影响,必须清除绝缘表面的潮气、脏污,并将表面进行屏蔽。
(4)可分相试验的被试设备,必须分相进行试验,以便将所得结果互相比较。
(5)为便于比较,一般将不同温度下的介质损失角值换算为相当于20℃时的数值。
13. 用QS1型高压电容电桥测量110kV及以上串级式电压互感器的tgδ时,如tgδ值较大,是否表示互感器内部绝缘有缺陷?
不是。因为110kV及以上串级式电压互感器上有低压接线板或小套管,因此在用QS1型高压电容电桥按常规测量tgδ时,就引入了接线板或小套管的介质损失,使tgδ值较大。如用“自激法”、“末端屏蔽法”测量,或者将接线板或小套管拆除后再进行测量,这样就可以区别出是接线板或小套管造成的影响,还是互感器内部绝缘存在着缺陷。
14. 用QS1型电桥测量电气设备介质损,测量结果为(-tgδ)时,是否表明电气设备介质损耗很小?
不一定。用QS1型西林电桥测量时,出现(-tgδ)值的原因主要是由电场、周围构架、墙壁和电气设备介质损小于标准电容介质损等干扰引起的,而被试电气设备出现(-tgδ)时,是没有物理意义的。因此,出现(-tgδ)时,必须查明原因,消除(-tgδ)的测量值。
15. 为什么电容型试品绝缘受潮或元件击穿时,一般电容量上升,而介质损tgδ既可能上升也可能下降?
电容型绝缘(耦合电容器、套管等)一般由很多电容元件串联组成。当进水受潮时,因水的介质的电容率远大于内部绝缘介质的电容率,故使实测电容量增加。内部元件放电击穿时,因串联元件击穿而串联元件数减小会使电容量增加。但元件击穿开始阶段,一般是内部局部放电,实测tgδ随放电的出现而增加。当放电强烈,放电处等值介质损tgδJ>>1,甚至元件完全击穿短路时,出现tgδ下降的试验结果。因此,无论进水受潮或元件击穿时,电容量要相应增加;但tgδ在进水受潮时一般要增加,而在元件放电到击穿过程中,既可能增加也可能减少。
16. 为什么高压电容式结构不仅要监测其绝缘介质损,还要监测其电容量的相对变化?
高压电容式结构(电容套管、互感器、耦合电容器等)的绝缘一般是由多个电容元件串联而成。当绝缘劣化或受潮时会使元件击穿短路,不仅其绝缘介质损发生变化,而且电容量也会增加;而渗漏。油时使绝缘材料漏出油面,则使电容量减小。所以不仅要监测其介质损,而且还要监测其电容量的相对变化。一般电容式结构的高压电气设备在铭牌上都注出了出厂试验时的电容值,以供安装及运行时作比较。
17. 绝缘油的tgδ试验要求在70~90℃条件下进行是为什么?
大量的试验表明,不同绝缘水平的绝缘油,其tgδ与温度关系相差很大。绝缘良好的绝缘油,其tgδ随温度增加而变化很小;而对绝缘受潮或劣化的绝缘油,tgδ随温度的增加将按指数规律上升,因为变压器油的温度常能达到70~90℃,所以70~90℃绝缘油的tgδ值对保证变压器安全运行是一个较重要的参数,因此不能用低温下的tgδ值表征高温下绝缘油的tgδ值。另外,高温下易于监测绝缘油的绝缘缺陷。所以,绝缘油的tgδ试验要求在70~90℃条件下进行。
18. 多油断路器合闸时一相绝缘tgδ是否一定介于分闸两侧单套管的绝缘tgδ值之间?
不一定。由介质理论知,几个元件的并联或串联的等值tgδ总是介于各个元件tgδ值之间。分闸时作单套管试验,包括套管、消弧室和绝缘油等,而合闸时除了上述部件外,还有可动绝缘提升杆,同时作合闸与分闸试验时,在给定的试验电压下其每个部件上的电场分布也不完全相同。因此不仅合闸时被试绝缘部件的等值电路不同于分闸时,而且其电场分布也不相同,所以合闸一相绝缘tgδ值不一定介于分闸两侧单套管的绝缘tgδ值之间。
19. 为何测量变压器的介质损耗和吸收比时铁芯必须接地?
变压器做绝缘特性试验时,如果变压器的铁芯未可靠接地,将使介质损耗测量值tgδ和吸收比(R60"/R15")测量值分别有偏大和偏小的误差,造成对设备绝缘状况的误判断,因为铁芯未接地时,测得的tgδ值实际上是铁芯对地间绝缘介质的介质损耗。由于绕组对铁芯的电容较大,而铁芯对下夹铁的电容很小,故其容抗很大,所以试验电压的大部分降于铁芯与下夹铁之间。再则铁芯与下夹铁之间,只垫有2~5mm厚的硬纸板,其绝缘强度较低,当电压升高时,该处由电离可能发展为局部放电,致使介质损耗测量值增大。
在吸收比的测量过程中,若铁芯未接地,使绕组对外壳间串入了铁芯对外壳间的绝缘介质而使绝缘值升高,而小电容的串入使R15"有较大幅度的提高,从而导致了吸收比R60"/R15"的减小。
20. 为什么要既要进行大型变压器套管连同绕组的介质损tgδ试验,又要测单套管的tgδ?
套管连同绕组的tgδ试验结果中,包括套管、不同电压的绕组和绕组对地几部分的并联等值介质损。所以并联等值电路的tgδ主要是反映体积较大(即电容量较大)部分的绝缘状况。一般情况下,大型变压器套管的电容量约为其余部分的百分之几。因此,即使套管绝缘严重劣化,tgδ值超过规定,仍不能由套管连同绕组的tgδ试验中反映出来。而在实际运行中,套管的绝缘缺陷和事故又较多,所以还必须进行套管单独的tg3试验。
21. 为什么测量三相变压器某一相高压电容套管tgδ时,同电压的三相套管高压必须短接加压?
三相变压器绕组一般是按接线组连接的。进行某一相高压电容套管tgδ测量时,如果绕组不短接而仅在被试套管高压端加压,此时试验电压经过绕组和高压对地电容,形成对绕组的励磁并有一定的励磁电感和空载损耗。这一电感性干扰电流可以耦合到套管电容层间并流过测量tgδ的QS1电桥桥臂,使实测套管tgδ明显增大。实测证明,一般增大为10~20倍。当三相高压短接加压(若非被测套管绕组也短接更好)时,这一励磁电感和空载损耗的影响大大减小并可忽略不计。因此,为保证测量准确,规定进行某一相电容套管tgδ测量时,必须同电压绕组三相短接加压,并且其他电压等级绕组也应短接为宜。
22. 为什么用实测的电气设备的绝缘电阻和电容量来计算绝缘介质损tgδ,往往要比实测的绝缘介质损tgδ要小?
绝缘电阻是在直流电压下测得的电阻(一般用2500V兆欧表),仅代表绝缘介质电导性电流。而绝缘介质损tgδ则是在交流电压下的一切损耗,既包括直流电压下的电导性电流的等值损耗,还包括交流电压下介质极化损耗。由于用绝缘电阻和电容计算的等值介质损未能计及极化损耗,故比交流电压下实测的介质损tgδ要小。
23. 耦合电容器试验标准中,为什么电容量的相对误差△C/C要小于+10%、大于-5%?
耦合电容器的绝缘结构是由多个电容元件串联而成的。运行中主要故障是进水受潮、内部局部放电而使部分元件击穿,以及渗油而造成缺油。当进水受潮或元件击穿时都将使实测电容量增加,因此规定△C/C≤+10%;而当缺油时却使电容量减小,因此规定电容量的降低值,即△C/C≥-5%。
24. 为什么高压电容绝缘结构进行tgδ试验时,如条件许可,一般是测量tgδ与试验电压U的关系曲线,而不是测量一个电压下的tgδ值?
高压电容绝缘结构,如套管、耦合电容、互感器等进行tgδ与试验电压的关系曲线tgδ=f(U),在有不同绝缘缺陷时,其缺陷是不同的。当有放电性故障和进水受潮时,随U增加,tgδ一般也增加;而当有离子性杂散时,随着U的上升,tgδ值却减小。因此测量tgδ=f(U)曲线能全面地反映其绝缘缺陷。若仅测量一个电压(高压或低压)下的tgδ,则不能全面监测出其绝缘缺陷。
25. 测量电容型套管的介质损tgδ如何接线?
测量装在三相变压器上的任一只电容套管的tgδ和电容时,相同电压等级的三相绕组及中性点(若中性点有套管引出者)必须短接加压,将非测量的其他绕组三相短路接地,否则会造成较大的误差。现场常采用高压电桥正极法或M型试验器测量,将相应套管的测量用小套管引线接至电桥的Cx端或M型试验器的接地点一个一个地进行测量。
具有抽压和测量端之(小套管引出线)引出的电容型套管,tgδ及电容的测量,可分别在导电杆和各端子之间进行。
(1)测量导电杆对测量端子的tgδ和电容时,抽压端子悬空。
(2)测量导电杆对抽压端子的tgδ和电容时,测量端子悬空。
(3)测量抽压端子对测量端子的tgδ和电容时,导电杆悬空,此时测量电压不应超过该端子的正常工作电压。