一、絕緣電阻、吸收比和極化指數(shù)的試驗(yàn)
該項(xiàng)試驗(yàn)是絕緣試驗(yàn)中最基本、最簡(jiǎn)便的方法。下面就絕緣電阻、吸收比和極化指數(shù)的試驗(yàn)?zāi)康暮驮?、試?yàn)用儀表、對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的判斷等方面進(jìn)行說(shuō)明。
1.測(cè)量原理
在直流電壓作用下，絕緣中將有電流通過(guò)，如圖2-1所示，從開始很高的電流下降到一個(gè)穩(wěn)定值為止。圖中的總電流可以分為三種電流。
(1) 泄漏電流iL。該電流是由離子的移動(dòng)產(chǎn)生的，其大小取決于電介質(zhì)的導(dǎo)電率。電流增加，絕緣電阻就降低，它基本上與時(shí)間無(wú)關(guān)。
(2) 電容電流iC。該電流是由快速極化而形成的，由于快速極化是瞬間完成的，因而該電流隨時(shí)間而快速地減少，直至零。
(3) 吸收電流iB。該電流是由緩慢極化(離子移動(dòng))而形成的充電電流，它隨時(shí)間的增長(zhǎng)而緩慢地減少，它與被試設(shè)備受潮情況有關(guān)。
以上三種電流的合成就是總電流i。圖2一為被試絕緣的等值電路。用RL表示泄漏回路的純電阻;用C表示電介質(zhì)的幾何電容;用RB和CB幾表示吸收回路的電阻和電容;E表示外加的直流電壓。
從吸收曲線(見圖2-1)可以看出，電容電流和吸收電流經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后趨近于零，因此i就趨近于iL。所謂絕緣電阻，就是加于試品上的直流電壓與其泄漏電流之比，它與溫度是有關(guān)的。其計(jì)算式為
R=E/iL
式中R—試品的絕緣電阻，MΩ;
E—加于試品兩端的直流電壓，V；
iL—對(duì)應(yīng)于E的泄漏電流，μA。
從圖2-1可知，用初始電流和穩(wěn)態(tài)電流之比可以表示絕緣的受潮程度，實(shí)際工程中用60s和15s時(shí)的絕緣電阻之比來(lái)表示，稱為吸收比。一般要求R60s,/R15s≥1.3。對(duì)于吸收過(guò)程較長(zhǎng)的大容量設(shè)備，可以用極化指數(shù)來(lái)判斷絕緣是否受潮，即用加壓10min和1min時(shí)的絕緣電阻的比值來(lái)表示。由于極化指數(shù)測(cè)量時(shí)間較長(zhǎng)，所以它與溫度無(wú)關(guān)。
2.絕緣電阻測(cè)試儀(又稱兆歐表，俗稱搖表)的類別和接線方式
測(cè)量絕緣電阻和吸收比的儀器是兆歐表。按電壓等級(jí)分有500, 1000, 2500, 5000V等四種，可按《預(yù)規(guī)》要求來(lái)選擇;按結(jié)構(gòu)分有手搖式、晶體管式和數(shù)字式三種。
一般兆歐表有三個(gè)接線端子:一個(gè)端子標(biāo)有"L"，稱為線路端子，它輸出負(fù)極性直流高壓，測(cè)量時(shí)接于被試品的高壓導(dǎo)體上;另一個(gè)端子標(biāo)有“E"，稱為接地端子，它輸出正極性直流高壓，測(cè)量時(shí)一般接于被試品的外殼或接地;第三個(gè)端子標(biāo)有"G"，稱為屏蔽端子，測(cè)量時(shí)接于被試品的屏蔽環(huán)上，用于消除表面或其他不需測(cè)量的部分泄漏電流的影響。圖2-3所示為用兆歐表側(cè)量電纜絕緣電阻的三種接線方式。
3.兆歐表的試驗(yàn)步驟(以手搖兆歐表為例)
(1) 選擇兆歐表.應(yīng)按《預(yù)規(guī)》要求進(jìn)行選擇，通常額定電壓為1000V以下的設(shè)備，選用1000 V的兆歐表;額定電壓為1000 V及以上的設(shè)備，選用2500V的兆歐表;特殊條件要求的，可選用5000V的兆歐表。
(2) 檢查兆歐表。檢查方法是:先將兆歐表的接線端子間開路，按表的額定轉(zhuǎn)速(約120r/min)搖動(dòng)手柄(對(duì)手搖式兆歐表)，表針應(yīng)指"∞";然后將“L”和“E”端子短路，搖動(dòng)手柄，表針應(yīng)指"0"。如果表針指示不對(duì)，則需更換或修理后再用。
(3) 對(duì)被試設(shè)備斷電和放電。對(duì)運(yùn)行中的設(shè)備進(jìn)行試驗(yàn)前，應(yīng)確認(rèn)該設(shè)備已經(jīng)斷電，然后還應(yīng)對(duì)地充分放電。對(duì)大容量設(shè)備，放電時(shí)間不少于2min。
(4) 接線。按前述方法進(jìn)行接線。兆歐表與被試設(shè)備之間的連線應(yīng)盡量短，線路與地端子的連線間應(yīng)相互絕緣良好。
(5) 測(cè)絕緣電阻和吸收比。保持兆歐表為額定轉(zhuǎn)速，均勻搖轉(zhuǎn)手柄，觀察表針的指示，分別讀取15s和60，的絕緣電阻，以R60s作為被試設(shè)備的絕緣電阻值。讀數(shù)完成后，應(yīng)先斷開表的線路端子與被試物的接線，然后停止搖轉(zhuǎn)，否則有可能因被試物的反充電而損壞兆歐表。對(duì)大容量設(shè)備更應(yīng)注意這一點(diǎn)。
(6) 被試物的放電。測(cè)量完后，被試物應(yīng)對(duì)地進(jìn)行充分放電。對(duì)容量較大的設(shè)備，放電時(shí)間應(yīng)不少于2min。
(7) 記錄.測(cè)量完后，應(yīng)立即進(jìn)行記錄，其內(nèi)容包括設(shè)備名稱、編號(hào)、銘牌、運(yùn)行位置、被試絕緣溫度、現(xiàn)場(chǎng)濕度、測(cè)得的絕緣電阻值和吸收比。
4.對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的分析判斷
(1) 絕緣電阻值應(yīng)大于規(guī)定的允許值。允許值可參見《預(yù)規(guī)》要求，對(duì)不同設(shè)備，其允許值是不同的。
(2) 將測(cè)得數(shù)據(jù)與設(shè)備本身過(guò)去的數(shù)據(jù)、各相之間的數(shù)據(jù)、同類設(shè)備的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，不應(yīng)有較大差異。這是一種十分有效的措施。
(3) 應(yīng)充分考慮各種影響因素(如濕度、溫度、表面污染、設(shè)備剩余電荷的影響等)，并加以修正。
二、設(shè)備直流電阻的測(cè)量
電氣設(shè)備的直流電阻的測(cè)量是《預(yù)規(guī)》中一項(xiàng)十分重要又必不可少的試驗(yàn)項(xiàng)目。雖然該項(xiàng)試驗(yàn)并不直接與絕緣有關(guān)，但這是發(fā)現(xiàn)電氣設(shè)備中的導(dǎo)體缺陷的有效方法。測(cè)量直流電阻的方法很多，都有各自的特點(diǎn)和測(cè)量范圍，本節(jié)主要介紹常用的兩種測(cè)量方法.即電壓表一電流表法和電橋法。
1.電壓表一電流表法
應(yīng)用電壓表一電流表法測(cè)量直流電阻時(shí)，測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確度不很高，而且測(cè)量過(guò)程比較繁雜。但是，這種測(cè)量方法有個(gè)很大的好處，就是它的測(cè)量條件與被測(cè)電阻的實(shí)際工作條件基本一致，特別適宜于測(cè)量非線性電阻。
用電壓表一電流表法測(cè)量直流電阻有兩種接線，如圖2-4所示。實(shí)際測(cè)量中，無(wú)論采用哪種測(cè)量接線，由于儀表本身總是具有一定的內(nèi)阻，測(cè)量得到電壓U和電流I值后，用Rx=Ux/Ix關(guān)系式求得的直流電阻Rx，并不是真正被側(cè)電阻R值，而是存在著由于測(cè)量接線造成的誤差。下面分別討論圖2-4中兩種接線產(chǎn)生的測(cè)量誤差。
在圖2-4(a)中，電壓表接在電流表的前面，電壓表讀數(shù)U不僅包括了被測(cè)電阻Rx上的電壓降Ux，還要加上電流表內(nèi)阻上產(chǎn)生的壓降UA，即U=Ux+UA。這樣，根據(jù)電壓表讀數(shù)U和電流表讀數(shù)I計(jì)算得到的電阻R，是一個(gè)由被測(cè)電阻Rx和電流表內(nèi)阻RA串聯(lián)起來(lái)的等效電阻值，也就是R=Rx+RA，由此產(chǎn)生的誤差為:
γ=(R-Rx)/Rx=RA/Rx
在圖2-4(b)中，電壓表接在電流表的后面，流過(guò)電流表的電流I是兩個(gè)電流之和:一個(gè)是流過(guò)被測(cè)電阻Rx的電流Ix，另一個(gè)是通過(guò)電壓表的電流IV。因此，根據(jù)電流表讀數(shù)I和電壓表讀數(shù)U計(jì)算求得的電阻值R,就是RS和RV兩個(gè)電阻相并聯(lián)的等效電阻值，即R=RxRV/(Rx+RV)?？梢?，這種測(cè)量接線帶來(lái)的誤差是:
γ=(R-Rx)/Rx=-RX/(Rx+RV)
對(duì)圖2-4(a)的接線，為了提高測(cè)量的準(zhǔn)確度，減少測(cè)量誤差，一方面，應(yīng)選擇內(nèi)阻RA盡可能小的電流表。另一方面，當(dāng)電流表內(nèi)阻RA為一固定值時(shí)，凡越大，誤差Y越小。因此，圖2-4 (a)的測(cè)量接線適合于測(cè)量電阻值較大的電阻。為了減少測(cè)量誤差，對(duì)圖2-4(b)的接線，應(yīng)盡可能選擇內(nèi)阻大的電壓表，Rv越大，γ越小。同時(shí)，當(dāng)電壓表的Rv一定時(shí)，Rx越小，γ也越小。因此，圖2-4 (b)的接線適宜于測(cè)量阻值較小的電阻。
用電壓表一電流表法測(cè)量直流電阻時(shí)，可以使測(cè)試時(shí)通過(guò)被測(cè)電阻的電流等于它工作時(shí)的電流。這一點(diǎn)對(duì)于電阻數(shù)值與電流大小有關(guān)的非線性電阻是非常重要的。
2.電橋法
直流電橋是測(cè)量直流電阻的常用儀器，有單臂電橋和雙臂電橋兩種，下面分別進(jìn)行說(shuō)明。
(1) 單臂電橋。這種電橋又稱為惠斯登電橋，適宜測(cè)量1Ω或10Ω以上的電阻(10Ω~1MΩ).按其使用條件，可分為攜帶式和實(shí)驗(yàn)室兩種，按阻值可測(cè)量范圍，可分為普通電橋和高阻電橋。攜帶式電橋有Q123型(0.2級(jí))和Q124型(0.1級(jí))。圖2-5是該種電橋的原理接線。由電工學(xué)可知，單臂電橋的平衡方程式為(即a,b點(diǎn)電位相等)
R1=Rx=I3/I1·R3=I4/I2·R3=R2·R3/R4
在式(2-2)中，R3, R4為已知電阻，R2為可調(diào)電阻，故可求得被測(cè)電阻值R1。我們稱R3、R4為比例臂，R2為比較臂,Rx為未知臂。在QJ23型電橋(見圖2-6)中，比例臂由R1~R8等8個(gè)電阻元件組成，改變開關(guān)SA4觸點(diǎn)位置，可得到從10-3~103共7個(gè)不同的比例系數(shù)。比較臂由4組電阻元件組成，從而可測(cè)量10-3~107Ω電阻。圖2-6中，SA1是電源開關(guān)，SA2是檢流計(jì)開關(guān)，SA3是選擇開關(guān)。
(2)雙臂電橋。為了測(cè)量1Ω以下至若干微歐的低值電阻(1μΩ~100Ω)，應(yīng)使用雙臂電橋(也稱為凱爾文電橋)。其原理接線如圖2-7所示，圖中R3, R4構(gòu)成外比例臂，R3、R4構(gòu)成內(nèi)比例臂.R3和R'3, R'4和R'4都是同軸聯(lián)動(dòng)。RN為已知標(biāo)準(zhǔn)電阻，RX為待測(cè)未知電阻。RN和R二之間應(yīng)用電阻很小的粗銅線連接(稱為跨線電阻)。當(dāng)電橋平衡時(shí)，可以求得
Rx=RN*R3/R4
圖2-8所示為一種便攜式凱爾文電橋的測(cè)量接線，適用于在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量0.0001-220的電阻。其測(cè)量方法和步驟如下:
1) 拔下檢流計(jì)鎖扣，讓檢流計(jì)指針自由擺動(dòng)至零的位置。
若指針不能停留在零點(diǎn)，可旋動(dòng)檢流計(jì)調(diào)整一器，將指針校正到零位。
2) 將被測(cè)電阻凡按圖2-8要求接人待測(cè)回路，即凡的電壓端P1', P2'接到電橋的P1, P2接線柱上，Rx的電流端c1',C2'接到電橋的C1, C2接線柱上，測(cè)量用引線應(yīng)盡量粗而短，長(zhǎng)度相等，阻值小于0. 015Ω.
3)先大致估計(jì)一下凡的近似值，參考表2-1將電橋的倍率開關(guān)放到相應(yīng)的位置。
4) 先按下電橋的電池按鈕E，再按下檢流計(jì)按鈕P，轉(zhuǎn)動(dòng)滑線刻度盤，調(diào)整到檢流計(jì)指針指示在零位。
5) 讀取刻度盤讀數(shù)，將該讀數(shù)乘以所選的電橋倍率數(shù)，所得數(shù)值就是被測(cè)電阻Rx的值。應(yīng)注意當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)滑線刻度盤時(shí)，檢流計(jì)指針始終調(diào)不到零位，而是向左或向右偏離很大，說(shuō)明原來(lái)所選倍率不合適，應(yīng)將倍率開關(guān)轉(zhuǎn)到稍大或稍小的一擋重新調(diào)整，直至檢流計(jì)指針指到零位。
6) 在測(cè)量電機(jī)或變壓器繞組的直流電阻時(shí)，應(yīng)該特別注意:必須先按下電池按鈕E，然后按檢流計(jì)按鈕P;斷開時(shí)，必須先放開P，以免沖擊電流損壞檢流計(jì)。
7) 測(cè)量結(jié)束后，先松開按鈕P，再松開按鈕E，拆除測(cè)量引線。注意務(wù)必將檢流計(jì)鎖扣推上，使指針不再偏轉(zhuǎn)，以防移動(dòng)電橋時(shí)因檢流計(jì)圈晃動(dòng)而損壞指針。
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