第二章 液体和固体介质的电气特性 ε —介电常数 固体电介质作用：绝缘 固定导体、非导体材料 液体电介质作用：绝缘 冷却 灭弧

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1 第二章 液体和固体介质的电气特性 ε —介电常数 固体电介质作用：绝缘 固定导体、非导体材料 液体电介质作用：绝缘 冷却 灭弧
电介质主要参数：γ—电导率 ε —介电常数 tanδ—介质损耗角正切 Eb—击穿场强

2 2.1 液体和固体介质的极化、电导和损耗 分子化学键 离子键 正、负离子由静电力结合成分子。 无极电介质：玻璃、云母、 共价键
电负性相等或接近的几个原子通过共有电子对结合，达到稳定的电子层结构，形成分子。 非极性键—分子中正、负电荷中心重合，分子对外不显示电性。 偶极性键—分子中价电子分布不对称，正、负电荷中心不重合，分子对外显示电性。

3 电介质的分类 根据化学结构分类 非极性及弱极性电介质 分子为共价键结构， 非极性电介质—由非极性分子组成的电介质。如氮气、聚四氟乙烯等。
弱极性电介质—存在分子异构或支链，稍显极性。如聚苯乙烯等。 极性电介质 由极性分子组成的电介质。如聚氯乙烯、有机玻璃、蓖麻油、胶木等。

4 离子性电介质 由离子键分子组成的电介质。只有固体形式。 一般无机介质为离子性电介质，如玻璃、云母电瓷等。

5 2.1.1 电介质极化 负电荷产生位移，介质表面出现束缚电荷 介电常数ε—表示电介质极化强弱。 平行平板电容器， 极间为真空时：
电介质的极化：在外电场作用下，使介质中彼此中和的正 负电荷产生位移，介质表面出现束缚电荷 介电常数ε—表示电介质极化强弱。 平行平板电容器， 极间为真空时： 放置固体介质,电容量将为： 相对介电常数：

6 电介质的εr值（20°C时）：气体εr接近于1，
液体和固体大多在2—6之间。 电容器： 选取εr较大的材料； 其他电气设备：选用εr较小的电介质。 交流和冲击电压下：串联的多层电介质的电场强度分 布与各层电介质的εr成反比。 极化型式：电子式、离子式极化、偶极子式、夹层极化。

7 (一)电子式极化 无外电场：介质中原子（分子）正、电 荷作用中心重合，不显电性。 有外电场 ：原子中的电子轨道发生弹 性位移，正、负电荷作用
图2-1 电子式位移极化 无外电场：介质中原子（分子）正、电 荷作用中心重合，不显电性。 有外电场 ：原子中的电子轨道发生弹 性位移，正、负电荷作用 中心不再重合，对外呈电性 电子式极化存在于一切电介质中 特点： 1、完成极化需要的时间极短；约10－15s。 2、弹性极化，外场消失，正、负电荷作用中心 重合，对外呈中性，不产生能量损耗。

8 (二) 离子式位移极化 离子式极化:存在于（离子式结构）固体无机化合物中。 无外电场时：晶体的正、负离子对称 排列，各个离子对的偶
极矩互相抵消，故平均 极矩为零。介质呈中性。 有外电场时：正、负离子将发生方向相 反的偏移，使平均偶极矩 不再为零，介质呈现电性。 特点：1、弹性位移极化，外电场消失 后即恢复原状，无损耗。 2、所需时间很短（约10－12~10－13s)， 几乎与外电场频率无关。 3、随温度的升高极化程度增强， 原因：介质体积膨胀，离子间距增大，相互作用力减弱。

9 (三)偶极子式极化—转向极化 极性电介质（胶木、橡胶等）：分子中正、负电荷作用中心 永 不重合，具有固有的电矩，为一电偶极子。
无外电场时：因分子热运动，介质 中电偶极子杂乱无序 的排列，宏观电矩等 于零，整个介质对外 不呈现电性。。 （a）无外电场 （ b）有外电场 2-3 偶极子式极化 有外电场时：介质中电偶极子沿电 场方向定向排列，介 质对外呈现电性。 特点：1、极化所需的时间也较长，10－6—10－2s。 极化程度与外施电源频率有较大关系，频率提高，极化减弱。 。 2、极化过程需要消耗一定的能量

10 (四)夹层极化---空间电荷极化 夹层极化：多种电介质组成的绝缘结构中出现的极化现象。 外施电压，各层介质上的电压将从开始时按介电常数分布逐
渐过渡到稳态时按电导率分布，在电压重新分配 的过程中，夹层界面上会积聚起电荷—夹层极化。 例：平行板电极的双层电介质绝缘 (a)双层电介质 (a)等值电路 图2-6 直流电压下双层电介质的夹层极化 t=0时合上开关，电压 分配与电容成反比： t=∞ ,电压分配将与 电导成反比：

11 一般： 设：C1< C2，而G1>G2，则： 即C1、C2上的电荷需要重新分配。 t=0时， U1>U2
→ 可见，随着时间t的增加，U1下降而U2增高，而外施电压U不 变。这就意味着C1要通过G1放掉一部分电荷（ 使U1下 降），而C2要通过G1从电源再补充一部分电荷（使 U2 上升），于是分界面上将积聚起一批多余的空间电荷， 这就是夹层极化引起的吸收电荷 吸收电流：电荷积聚过程所形成的电流。 特点：1、极化涉及电荷的移动和积聚，伴随能量损耗； 2、极化过程较慢，极化时间需要几分之一秒、几 分钟、甚至几小时。

12 2.1.2 电介质介电常数 一、气体的介电常数：相对介电常数　　εr≈1 二、液体的相对介电常数 非极性和弱极性液体: εr值1.8～2.8,(变压器油、苯、硅油等），其值随频率及温度变化较小。 极性液体电介质： εr值较大（3到80），用于绝缘介质的 εr值在3~6之间。 与频率的关系：f较小时，偶极子来得及随外加电场转向εr值较大，f>f0，偶极子转向跟不上外加电场极性变化， εr随频率的增加而减小。 　与温度的关系：温度低， εr较小；温度提高， εr增大；温度过高，分子热运动加剧，对偶极子的转向有阻滞作用， εr随温度的提高减小。

13 图2-4 极性液体电介质的 εr与频率关系 图2-5 极性液体、固体电介质的 εr与温度关系

14 三、固体电介质的介电常数 非极性和弱极性固体: 仅存在电子式和偶极子式极化，εr值较小，其值随频率及温度变化较小。 　非极性：聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯、云母、石棉等。 极性固体电介质： εr值３～６，值较大。 与频率和温度的关系：与极性液体介质相近。 　　极性固体电介质有：树脂、纤维、橡胶、有机玻璃、涤纶等

15 ２.１.３ 电介质的电导 一、液体电介质的电导 中性（弱极性）液体：杂质离子电导、电泳电导，电导率较低
２.１.３　电介质的电导 电导率：表征电介质导电性能的主要物理量，其倒数为电阻率 电介质的电导:电子电导、离子电导、电泳电导 电子电导：介质中自由电子，其数目数极少，电子电导很微弱 离子电导： 本征离子电导：介质分子本身的离解产生的带电粒子 杂质离子电导：介质中的杂质离解形成的带点粒子 电泳电导：存在于液体介质，载流子为带电的分子团，通常是 乳化状态的胶体粒子（如绝缘油中的悬浮胶粒）或 细小水珠，吸附电荷后变成了带电粒子。 一、液体电介质的电导 中性（弱极性）液体：杂质离子电导、电泳电导，电导率较低 极性液体：本征离子电导、杂质粒子电导、电泳电导，电导率较高。

16 中性（弱极性）固体：杂质离子电导、电泳电导，电导率较低 极性液体：本征离子电导、杂质粒子电导、电泳电导，电导率较高。
二、固体电介质的电导 中性（弱极性）固体：杂质离子电导、电泳电导，电导率较低 极性液体：本征离子电导、杂质粒子电导、电泳电导，电导率较高。 固体、液体介质的电导率γ与温度T 的关系： A、B 为与介质有关的常数， T 为绝对温度，K 。

17 ２.１.４、电介质的损耗 介质损耗：在电场作用下电介质中引起的能量损耗。 直流下：仅有电导引起的损耗。 交流下：电导损耗＋极化损耗 。
交流电压下，介质中的 电流及相量 （ａ）等值电路　　（ｂ）相量图 图２－６　电解质的等值电路和相量图

18 图２－７介质的并联等值电路和相量图 并联等值电路下： P=U2ωCptanδ 式中 ω—电源角频率 ； δ－介质损耗角 －介质损耗因数　

19 串联等值电路 由相量图有： 所以： 同一电介质，p相等；tanδ相等。且tanδ值很小（10-4~10-1）有：
图2-8 电介质的串联等值电路 （a) 等值电路 （b）相量图 由相量图有： 所以： 同一电介质，p相等；tanδ相等。且tanδ值很小（10-4~10-1）有：

20 电介质两种等值电路的功率损耗表达式相同：

21 气体中的电场强度达到放电起始场强E0时，气体发生局部放电，这时损耗将急剧增大。
(二)气体、液体和固体介质的损耗 1.气体介质损耗 正常工作电压下，损耗较小，可忽略。 气体中的电场强度达到放电起始场强E0时，气体发生局部放电，这时损耗将急剧增大。 2.液体介质损耗 中性和弱极性液体介质的极化损耗很小，主要由电导引起 极性液体介质除了电导损耗外，还存在极化损耗。与温度 的关系密切。 图2-10极性液体介质tanδ、Ɛ与频率的关系 图2-9 极性液体介质tanδ与温度的关系

22 3.固体介质损耗 (1)无机绝缘材料 云母、陶瓷、玻璃 云母：由电导引起损耗，介质损耗小，耐高温性能好，是 理想的电机绝缘材料，但机械性能差； 电工陶瓷：既有电导损耗，又有极化损耗；20ºC和50Hz时 ＝2％-5％； 玻璃：电导损耗＋极化损耗，损耗与玻璃成分有关。 (2)有机绝缘材料。可分为非极性和极性 非极性有机电介质（聚乙烯、聚苯乙烯、聚四氟乙烯…)： 不含杂质时，只有电子式极化，损耗取决于电导；与 频率关系较小。

23 极性有机电介质（聚氯乙烯、酚醛树脂、胶木、绝缘纸…)：
极化损耗大，其 --温度及 –频率关系与极性液体 介质相似。

24 2.2 液体介质的击穿 一、纯净液体介质的击穿理论
液体介质主要有天然的矿物油和人工合成油及蓖麻油等植物油。并不是完全纯净，含有水分、气体、固体微粒 一、纯净液体介质的击穿理论 (一)电子碰撞电离理论 在外电场足够强时，电子在碰撞液体分子可引起电离，使电子数倍增，形成电子崩。同时正离子在阴极附近形成空间电荷层增强了阴极附近的电场，使阴极发射的电子量增多，导致液体介质击穿。 纯净液体介质的击穿要比气体介质高得多。 (二)气泡击穿理论 液体击穿场强与其静压力密切相关。 气泡先发生电离，电离出来的气泡撞击油分子，使它又分解除气体。气泡在电场中排列成气体小桥，击穿可能在此通道中发生。

25 二、工程用变压器油的击穿过程及其特点 由于水和纤维的εr很大，易沿电场方向极化定向，并排列成杂质小桥。发生两种情况：
气泡击穿理论来解释工程用变压器油的击穿过程。 由于水和纤维的εr很大，易沿电场方向极化定向，并排列成杂质小桥。发生两种情况： (1)杂质小桥尚未接通电极时，纤维等杂质与油串联，纤维εr使得油中电场强度显著增高引起电离，油分解出气体，引起击穿。 (2)杂质小桥尚未接通电极时，小桥电导大导致泄漏电流增大，发热促使汽化，气泡扩大，出现气体小桥，沿气体小桥发生击穿。 判断变压器油的质量，主要依靠测量电气强度、tanδ、含水量等。 最重要是用标准油测量油的工频击穿电压

26 三、变压器油击穿电压的影响因素及其提高的方法
(一)油的品质 含水量、 含纤维量 含碳量 含气量 (二)油温 击穿电压与温度的关系比较复杂，随电场的均匀度、油的品质以及电压类型的不同而异。

27 (三)电场均匀度 (四)电压作用时间 (五)油压的影响 改善电场的均匀度，能使优质油的工频击穿电压显著增大。
油隙的击穿电压随电压作用时间的增加而下降。 (五)油压的影响 工频击穿电压总是随油压的增加而增大。 经过脱气处理的油，其工频击穿电压几乎与油压无关。

28 2.3 固体介质的击穿 一、固体介质的击穿理论 固体击穿由电过程（电击穿）、热过程（热击穿）、电化学（电化学击穿）引起的。
固体击穿后，会在击穿路径留下放电痕迹，永远丧失其绝缘性能、为非自恢复绝缘。 一、固体介质的击穿理论 (一)电击穿理论 固体介质的电击穿是指仅仅由于电场的作用而直接使介 质破坏并丧失绝缘性能的现象。 传导电子与晶格结点上的原子（或离子）碰撞，当能使 晶格原子（或离子）发生电离的水平时，引起电子崩。 电击穿场强可达105~106kv/m 与环境温度无关；与电压作用时间无关；介质不发热不显著；电场的均匀程度对击穿有显著影响。

29 (二)热击穿理论 由于固体介质内热不稳定造成的， 发热大于散热，介质温度将不断上 升，导致介质分解、熔化、碳化或 烧焦，从而引起热击穿。
发热大于散热，介质温度将不断上 升，导致介质分解、熔化、碳化或 烧焦，从而引起热击穿。 热平衡问题。 介质的发热和散热与其 温度关系 a－稳定的热平衡点 b－不稳定的热平衡点 图 2-11 固体介质的发热和散热示意图 图 2-12 固体介质的发热和散热与温度的关系

30 1)产生活性气体对介质氧化、腐蚀 2)温升使局部介质损耗增加 3)切断分子结构，导致介质破坏 电化学击穿场强与加电压
(三)电化学击穿 由于介质内部发生局部放电等原因，使绝缘劣化，电气强度逐步下降并引起击穿的现象。 局部放电是介质内部的缺陷（如气隙或气泡）引起的局部性质的放电。 原因： 1)产生活性气体对介质氧化、腐蚀 2)温升使局部介质损耗增加 3)切断分子结构，导致介质破坏 电化学击穿场强与加电压 时间的关系，见图2-13 图2-13 固体介质击穿场强与电压作用时间的关系 1-聚乙烯 2-聚四氟乙烯 3-硅有机玻璃云母带

31 二、影响固体介质击穿电压的主要因素 (一)电压作用时间 (二)电场均匀程度 (三)温度 (四)受潮 (五)累积效应
当介质内部出现局部损伤，并留下局部碳化、烧焦或裂缝等痕迹。多次加电电压时，局部损伤会逐步发展。导致击穿电压下降。

32 2.4 组合绝缘的电气强度 绝缘要求：优异的电气性能、良好的热性能、机械性能及 物理-化学性能。
组合绝缘结构--由多种电介质组成（多种固体、固体 和液体） 组合绝缘的电气强度：取决于所用的各种介质的电气特性， 并与各种介质的特性相互之间的配合是否得当有关系。 配合原则：使各层电介质所承受的电场强度与其电气强度 成正比。 各层电介质所受电压与其材料特性和作用电压的类型有关。 直流下—各层电介质分担的电压与其绝缘电阻成正比 工频交流及冲击电压下--各层电介质分担的电压与其介电常 数成反比。

33 一、“油－屏障”式绝缘 油隙中放置若干个屏障，能将电气强度提高30%~50%。 三种形式：复盖、绝缘层、屏障 1. 复盖 紧紧包在小曲率半径电极上的薄（零点几毫米）固体绝缘 层。可阻断杂质小桥直接接触电极，能显著提高油隙的工 频击穿电并减小其分散性。 2. 绝缘层 覆盖的厚度能分担一定的电压，成为绝缘层。数毫米到数十毫米。降低最大电场强度，提高油隙的工频击穿电压 3. 屏障—在油隙中放置板（筒）屏障 在极不均匀电场中采用屏障可使油隙的工频击穿电压提高 到无屏障时的2倍或更高。

34 二、油纸绝缘 以绝缘纸（或塑料薄膜）为主，液体介质（变压器油）只是用作填充空隙的浸渍剂。 油纸组合绝缘的击穿场强达500~600kV/cm

35 三、组合绝缘中的电场 1.均匀电场双层介质模型 ε1、E 1为油层的介电常数和电场强度 ε2、E 2为浸渍纸的介电常数和电场强度
图2-14 均匀电场双层介质模型

36 可见在交流电压下，场强分布按介质的介电常数（成反比）分配，使油层的电场强度高于油纸层的电场强度，电场分布不合理，（油的耐电强度低于油纸的耐电强度）
直流电压下，场强分布按介质的电导率（成反比）分配，，因 G1>G2,, E1<E2,,油层的电场强度低于油纸层的电场强度，电场分布合理。 所以，同一根电缆，直流耐压远高于交流耐压（一般为3倍以上）

37 2. 分阶绝缘 分阶绝缘—由介电常数不同的多层电介质构成的组合绝缘 超高压交流电缆一般采用分阶结构，以减小缆芯附近的最 大电场强度。 各层电介质介电常数不同，以改善电场均匀程度。 内层绝缘采用高密度的薄纸，其介电常数较大（使其所承 受的电场强度减小），击穿场强较大； 外层绝缘采用密度较低、厚度较大的纸，其介电常数较 小，击穿场强较小。

38 第二篇 电气设备绝缘试验 绝缘往往是电力系统中的薄弱环节，绝缘故障通常是引发电力系统事故的首要原因
借助于各种绝缘试验来检验和把握绝缘的状态和性能 绝缘试验可分为非破坏性试验和破坏性试验两类 非破坏性试验：主要检测除电气强度以外的其他电气性能，不损伤绝缘，具有非破坏性的性质 破坏性试验：检测绝缘的电气强度，如耐压试验和击穿试验，具有破坏性质，所加的电压很高，以考验绝缘耐受各种过电压的能力，可能带来不可逆转的局部损伤或整体破坏。

39 第四章 电气设备绝缘预防性试验 绝缘缺陷： 1)集中性缺陷；裂缝、局部破损、气泡等 2)分散性缺陷：内绝缘受潮、老化、变质等

40 4.1 绝缘的老化 一、电介质的热老化 二、电介质的电老化
电气设备的绝缘在长期运行过程中会发生一系列物理变化和化学变化，致使电气、机械及其他性能逐渐劣化（例如电导和介质损耗增大、变脆、开裂等）的现象，称为绝缘的老化。 一、电介质的热老化 在高温的作用下，电介质在短时间内就会发生明显得劣化；即使温度不太高，但如作用时间很长，绝缘性能也会发生不可逆的劣化。 热老化”8℃规则 ”，“油－屏障”式绝缘工作温度超过规定值8℃，寿命约缩短一半。 固体介质的热老化 液体介质的热老化，油的氧化、裂解 二、电介质的电老化 指在外加高电压或强电场作用下发生的老化。 主要原因：介质中出现局部放电。

41 三、其他影响因素 局部放电引起固体介质腐蚀、老化、损坏的原因： 1) 破坏高分子的结构，造成裂解；
2) 一部分转化为热能，不易散出，引起热裂解，气隙膨胀 3) 在局部放电区，产生高能辐射线，引起材料分解 4) 产生臭氧核硝酸，氧化剂和腐蚀剂，发生化学破坏 三、其他影响因素 机械应力对绝缘老化有很大影响 环境条件，紫外线，户外条件

42 4.2 绝缘电阻、吸收比和泄漏电流的测量 一、电介质的吸收现象 绝缘电阻，最基本的综合性特性参数
组合绝缘和层式结构，在直流电压下均有明显得吸收现象，使外电路中有一个随时间而衰减的吸收电流。 吸收比，检验绝缘是否严重受潮或存在局部缺陷。 泄漏电流，所加直流电压高得多 一、电介质的吸收现象

43 二、绝缘电阻和吸收比的测量 普遍的一种试验方法：利用仪表测量稳态绝缘电阻值以判断 绝缘状态。能揭示绝缘整体受潮、局部严重受潮、存在贯穿性
缺陷等情况。有局限性。 对于某些大型被试品，用测“吸收比”的方法来替代 原理：令t=15s和t=60s瞬间的两个电流值I15 、 I60的比值。 K1 = R60/R15 = I15/I60 R60已经接近于稳态绝缘电阻值R∞ K1恒大于1,越大表示吸收现象越 显著，绝缘性能越好。 极化指数K2：将t=10min和t=1min时的绝缘电阻比值。 K2 = R10min/R1min 测量绝缘电阻最常用的仪表为手摇使兆欧表（俗称摇表） .

44 三、泄漏电流的测量 反映绝缘电阻值，一些特点： 1)加在试品上的直流电压比兆欧表的工作电压高得多。 2)在升压过程中监视泄漏电流的增长动向。
图4-2是发电机的几种不同的泄漏电流变化曲线，图4-3试验接线图 图 图4-3

45 4.3 介质损耗因数的测量 介质的功率损耗P与介质损耗因数tanδ 成正比。
1. 高压交流平衡电桥（西林电桥），见图4-5. tanδ = ωC4R (4-20) 简化为： 图 tanδ = C (4-21)

46 tanδ的测量 1、 西林（QS1）电桥法 调节电桥平衡后有： 据上式，可求得： 图4-5 QS1电桥测量原理（正接线）

47 2、 电流比较式电桥 图 电流比较仪式电桥原理图 电桥平衡时有： 因： 可得：

48 二、 tanδ的影响因素 (一)外界电磁场的影响 干扰包括高压电源和试验现场高压带电体引起的电场干扰 (二)温度的影响 (三)试验电压的影响
(四)试品电容量的影响 电容量大的试品，发现整体分布性缺陷。 (五)试品表面泄漏的影响

49 4.4 局部放电试验 一、局部放电基本概念

50

51 二、 局部放电测量的理论基础 介质电容： 气隙上电压： 每放电一次，气隙上电压降： 每放电一次，气隙上释放的电荷量：

52 气隙每次放电，Ca上电压降： 气隙每次放电，整个介质放掉电荷： 可见：qr与q成正比,通过测量q,相对地反映qr的大小

53 二、 局部放电试验 高压电气设备绝缘内部由于各种原因，存在一些气泡，杂质等局部性缺陷，在运行电压作用下，在局部缺陷处就会发生放电，称为局部放电，局部放电并不能立即引起绝缘击穿，但长时间持续的局部放电，会使绝缘不断劣化最终导致绝缘事故。 表征局部放电的参数有：视在放电量q，放电重复率N， 放电能量w等 通过局部放电试验，可发现高压电气设备绝缘内部局部放电的严重程度，并可根据局部放电图形判断放电的部位。

54 局部放电检测主要采用下述方法： （1）脉冲电流法：局部放电时，被试品两端会产生瞬时电压变化，从而在检测回路产生脉冲电流，通过检测仪器，测出脉冲电流，以判定局部放电的强度，此法应用最为广泛。 （2）超声波法：高压电气设备绝缘内部发生局部放电时，会产生声波，通过安装于高压电气设备外壁不同位置的多个超声波传感器，可检测到局部放电所产生的声波信号。超声波检测法和脉冲电流法结合，可对局部放电进行定位。 （3）无线电波法：高压电气设备绝缘内部发生局部放电时，产生无线电波，通过安装于高压电气设备内部不同位置的电波检测器，可检测到局部放电所产生的电波信号。可对局部放电进行定位。 （4）气相色谱分析法：对充油的高压电气设备（如变压器，互感器等），由于局部放电时，会使油中产生各种气体，主要是H2 ，CH4，C2H2，CO，CO2等，利用变压器油气相色谱分析仪检测溶于油中的气体组分，可判断高压电气设备绝缘内部局部放电的严重程度及发生部位

55 局部放电测试---脉冲电流法 试验电源的获得： 直接通过试验变压器获得（适用于互感器等小电容量设备试验）
CX—被试绝缘 CK—耦合电容 Zm—检波阻抗 M—局部放电测试仪图 4-7 局部放电试验原理接线 （a）并联接线法 （b）串联接线法 （c）平衡接线法 试验电源的获得： 直接通过试验变压器获得（适用于互感器等小电容量设备试验） 通过串联谐振法获得（变频谐振取得异频高压电源，参数谐振获得工频高电压） 采用0.1HZ超低频高压电源（适用于高压电缆试验）

56 判断：在u2 加压30分钟期间，放电量不超过允许值，且无明显增大趋势
局部放电试验步骤和加压时间： 1. 升压至 持续5分钟，读取放电量及升压过程中的起始放电电压 2. 再升压至 持续5秒钟，读取放电量 3. 降压至 每5分钟，读取一次放电量，持续 分钟，降压至零，读取 降压过程中的熄灭电压值。 u 预加电压 ， U2-----测量电压，um-----设备最大工作线电压 判断：在u2 加压30分钟期间，放电量不超过允许值，且无明显增大趋势

57 4.5 绝缘油中溶解气体分析 一、绝缘油中溶解气体
由于电，热，水分及其他因素作用。绝缘油和有机绝缘材料会分解出少量气体，在油中形成气泡，在油的对流，扩散时不断溶于油中。通过对绝缘油中气体组分及其含量进行检测，可发现设备内部存在的潜伏性故障，并随时监视故障的发展情况。 判断高压电气设备潜伏性故障的主要气体：氢气（H2）， 甲烷（CH4），乙烷（C2H6），乙烯（C2H4），乙炔 （C2H2），一氧化碳（CO），二氧化碳（CO2）。 （C2H2）四种气体的总和称为总烃，总烃记为C1+C2。

58 二、油中溶解气体气相色谱分析 TCD－热传导检测器，FID－氢火焰离子化检测器，Ni－甲烷转化器 图 4-15 气相色谱分析流程图 以高纯度氮（或氢、氩）气为载气，将从油中脱出的气体从分流进样器注入，载气推动样气分别通过色谱柱I和色谱柱II，使不同组分的气体按先后次序排出色谱柱，实现了气体组分的分离。经热导检测器（TCD）可得到反映H2、O2 (N2)气体组分的电气量。经镍触媒转换器（Ni）、氢火焰离子检测器(FID)可得到反映CO、CO2和烃类气体组分的电气量。再经信号放大，数据处理后，便可得到各气体组分及其含量。

59 气体组分检测： TCD ， FID法；气敏传感器法
脱气方法：机械振荡法，薄膜透析法 气体组分检测： TCD ， FID法；气敏传感器法 三、高压电气设备故障诊断 特征气体法 不同故障产生不同的气体组分 表 不同故障类型产生的气体组分 故障类型 主 要 气 体 组 分 次 要 气 体 组 分 油过热 CH4, C2H4 H2, C2H6 油和纸过热 CH4, C2H4, CO, CO2 H2, C2H6, 油纸绝缘中局部放电 H2, CH4,C2H2, CO CO2,C2H6, 油中火花放电 H2, C2H2, 油中电弧 CH4,C2H4, ,C2H6 油和纸中电弧 H2, C2H2, CO, CO2, CH4,C2H4, C2H6 进水或油中气泡 H2

60 2. 根据气体含量及产期速率判断 （1） 油中气体注意值
2. 根据气体含量及产期速率判断 （1） 油中气体注意值 故障性质愈严重，各种气体含量就越高，将油中气体含量与《导则》规定的注意值比较，大于注意值时，应跟踪分析查明原因。 表 kV及以下电压等级变压器、电抗器和套管油中溶解气体含量注意值 μL/L 设 备 名 称 气 体 组 分 含 量 变压器和电抗器 总 烃 150 乙 炔 5 氢 气 套 管 甲 烷 100 2 氢 500 注：总烃---烃类气体（甲烷、乙烷、乙烯、乙炔）含量的总和

61 表4-4 互感器油中溶解气体含量注意值 μL/L
设 备 名 称 气 体 组 分 含 量 220kV及以上 110kV及以下 电流互感器 总 烃 100 乙 炔 1 2 氢 气 150 电压互感器 3

62 （2）产气速率法 为了对故障的严重程度作出判断，除了看油中气体含量的 绝对之外，还应看气体的变化趋势----产气率 绝对产气率—每天产生某种气体的平均值 ---绝对产气速率，ml/d ---第二次采样测得某种油中气体的浓度，µl/l ---第一次采样测得某种油中气体的浓度，µl/l ⊿t----两次采样时间间隔，d; G----设备中总油量，t ----油的密度，t/m3

63 表4--5 变压器和电抗器绝对气速率注意值 (Ml/d)
气 体 组 分 开 放 式 隔 膜 式 总 烃 6 12 乙 炔 0.1 0.2 氢 气 5 10 一氧化碳 50 100 二氧化碳 200

64 相对对产气率—每个月某种气体含量平均增加值的百分数
---绝对产气速率，%/月 ---第二次采样测得某种油中气体的浓度，µl/l ---第一次采样测得某种油中气体的浓度，µl/l ⊿t----两次采样时间间隔中设备实际运行时间，月; 总烃的相对产气率大于10%应引起注意 对总烃起始含量很低的设备，不宜采用此判据

65 3. 三比值法 将气相色谱分析所得的五种特征气体（H2、CH4、C2H2、C2H4、C2H6）浓度构成三对比值，作为判断充油高压电气设备故障性质的方法，称为三比值法。 表4-6 三比值法编码规则 特征气体 的比值 比值范围编码 说明 C2H2/C2H4 CH4/H2 C2H4/C2H6 <0.1 1 例如：C2H2/C2H4=1~3时，编码为1；CH4/H2=1~3时，编码为2； C2H4/C2H6=1~3时，编码为1 0.1~＜1 1~3 2 ≥3

66 表4-7 基于三比值法的故障性质判断 序 号 故 障 性 质 比值范围编码 典 型 例 子 （参 考） C2H2/C2H4 CH4/H2
表4-7 基于三比值法的故障性质判断 序 号 故 障 性 质 比值范围编码 典 型 例 子 （参 考） C2H2/C2H4 CH4/H2 C2H4/C2H6 低温过热（低于150℃） 1 绝缘导线过热 低温过热（150℃～300℃） 2 分接开关接触不良，引线夹件螺丝松动或接头焊接不良，涡流引起铜过热，铁芯漏磁，局部短路，层间绝缘不良，铁芯多点接地等 中温过热（300℃～700℃） 3 高温过热（高于700℃） 0, 1, 2 4 局部放电 高湿度、高含气量引起油中低能量密度的局部放电。 5 低能放电 0， 1 0，1，2 引线对电位未固定的部件之间连续火花放电，分接抽头引线和油隙闪络,不同电位之间的油中火花放电或悬浮电位之间的火花放电 6 低能放电兼过热 7 电弧放电 0，1 线圈匝间、层间短路，相间闪络，分接头引线间油隙闪络，引线对箱壳放电，线圈熔断，分接开关飞弧，因环路电流引起电弧，引线对其他接地体放电等 8 电弧放电兼过热

67 三比值法应用原则： 只有根据气体组分含量的注意值或气体增长率的注意值判断设备可能存在故障时，才能进一步用三比值法判断其故障性质，对气体含量正常，三比值法无意义。 表4-7中每一种故障对应一组编码，多种故障同时作用时，无法用其进行准确判断。 实际可能出现表中没有的编码组合，此类情况的故障判断仍在研究之中。 4.其他判断法 TD图判断法 三角图法

68 4.5 电压分布的测量 通过测量绝缘表面上的电压分布发现某些绝缘缺陷。 表面比较清洁的悬式绝缘子为例，分析电压分布状况。 图4-13
装设均压金具 劣化绝缘子（低值或零值绝缘子）

69 4.6 绝缘状态的综合判断 种种非破坏性试验项目，各具功能，也各有局限性。 必须将各项试验结果联系起来进行综合分析。
当有个别试验项目不合格时，宜用“三比较”办法来处理： ①与同类型设备比较 ②在同一设备的三相试验结果之间进行比较 ③ 於该设备技术档案中的历年试验所得数据作比较