电压击穿强度/击穿电压强度测试仪-绝缘油电气强度试验分析

电气设备中运用绝缘油能提升电气设备的安全性与稳定性，使电气设备能够正常运行，尤其是在变压器、电容器、充油电缆、油开关等固体绝缘部位的施工，能够有效增强电气设备的绝缘性能，延长电气设备寿命。为此，本文笔者以绝缘油电气强度试验进行了分析，以此了解绝缘油在电气设备中的影响因素与存在价值。

关键词：绝缘油；电气设备；强度试验

将绝缘油运用到电气设备中能够提升电气设备的安全性与稳定性，延长电气设备施工寿命。然而，绝缘油受高温、氧气、强电场、杂质的影响较大，导致绝缘油老化，降低电气设备的安全性与稳定性。通过试验分析绝缘油电气强度的影响因素与注意事项。

一、取样方法

开展绝缘油电气强度试验时，需要严格控制取样过程，保证所获得绝缘油的样本具有代表性、真实性与科学性，防止绝缘油中掺杂灰尘和水分。其具体取样方法如下：

其一，盛样本油的容器通常选用磨口处为无色的玻璃瓶。取样前需用肥皂液、汽油或者是其它类除油物质对样本容器进行清洗，然后利用清水对其进行冲洗，保证样本容器内部PH子小于等于7，且清水能够均匀从容器口流出为止，最后利用蒸馏水对容器进行数次清洗，

并将其放入温度为105摄氏度的烤箱中进行烘干，等容器冷却后，用瓶塞将其塞紧，直到取样时方可将瓶塞打开。

其二，进行取油时，需保证储油设备中的绝缘油静止8小时以上。

其三，从油开关、变压器或者是其它类充油设备中进行取油时，需在油箱的下方放置油阀，然后对其进行取样。开展取样工作前，应将放油门进行清洁，保证放油门出干净无污，然后从中放出2千克的绝缘油。清洗油孔后，再对取样容器进行冲洗两次，方可将所取出的样本绝缘油注入容器品。塞紧瓶口。保证所取油量符合试验需求。

其四，若从绝缘油油桶中取样时，应选用玻璃管对其进行取样，在取样前应先将玻璃管进行二次清洗并烘干。

其五，若不在取油处进行试验，应选用磨口塞将取样容器的瓶口进行塞紧，并用布或者是纸巾将其擦拭干净，用绳子将其扎紧，避免杂物或者是水对其造成污染。需要进行长距离运输的样品油，需用纸或者布将其整理干净，然后用火漆或者是石蜡将其进行密封，切记火漆与石蜡均不可与瓶口发生接触，防止火漆与石蜡同绝缘油发生化学反应。最后在样品容器上注明样品油的名称、取样日期、取样人、样品来源等信息。

本文将以从变压器中所取出的绝缘油为例，进行试验分析。

二、绝缘油的试验

因绝缘油在运输过程中受电场、温度、氧气、湿度等因素的影响，导致绝缘油性能不断发生变化，此变化能够通过气体量、微水含量、色谱等形式表现出来。

（一）含气量分析

变压器中所含的绝缘油具有含气量、色谱、颗粒度、外观等物理特性，是从石油中所分离出来的一种矿物油，其化学成分包含多种烷烃、芳香族不饱和烃、环烃族饱和烃等。若变压器内部的绝缘油发生老化或者是变质，内部化学物质会发生分解反应，释放出少量的气体，例如氢气、甲烷、乙烷、乙炔、乙烯等。且变压器绝缘油受温度影响较大，随着温度的升高，气体释放量逐渐增加，导致绝缘油发生变质，使绝缘油失去稳定性与安全性，引发变压器故障。故，能够利用检测仪对绝缘油中各类气体含量进行检测，对绝缘油性能进行检测。

（二）微水含量分析

通常把1000ppm低含水量成为“微量水分"，经试验得知“微水含量"对绝缘油影响较大，杂质、水分和温度是影响绝缘油电强度的基本因素，在水中主要由三种形式存在：沉积水、悬浮水喝溶解水。其中溶解水可以提升绝缘油的酸度，影响绝缘油的氧化稳定性，导致绝缘油发生老化或者是编制。绝缘油微水检测一般是使用库伦法对其进行检测，能够精确检验出绝缘油的污染程度。伴随着我国电网系统建设逐渐朝着智能化、一体化、自动化水平发展，在线微水监测水平利益提升，如介电常数法、谐振腔微扰法、红外光谱法等应用越来越广泛。

（三）色谱分析

“色谱分析技术"是利用一起对变压器绝缘油中所含的溶解气体进行检测，以此分析变压器内部是否存在安全隐患。“色谱分析"是利用仪器对烃类气体产生速率进行检测，分析绝缘油样品中溶解气体的成本与含量。局部或者是电弧过热会使变压器产生故障，利用色谱分析法，对变压器内部温度与气体成分进行探测，寻找变压器内部绝缘油所存在的隐患问题。此种办法精准、快速、用量少，准确率ji高。

三、绝缘油电气强度试验

对所采集的样本绝缘油进行试验，其基本操作如下：第一步，确保试验前所选取的样本绝缘油温度与室温相接近，将样品油倒入准备好的试验容器中，颠倒数次，使样品油能够均匀混合，确保没有产生气泡。试验室的温度通常在15摄氏度到30摄氏度之间，相对湿度小于75%。绝缘油电气强度试验通常是在试验室中开展，确保试验样品温度与试验室内部温度相吻合。利用玻璃棒，将样品油沿着玻璃棒缓缓注入容器中，然后将其静置10到15分钟左右，再将试验容器倾倒，当样品油中有气泡产生，方可进行试验。第二步，回路闭合，将电源接通，对其实施升压试验。缓慢升高电压，直到电压强度达到变压器绝缘油电介质的击穿强度，直到电解质出现电火花为止，及时记录绝缘油击穿瞬间电压数值。将标准电压施加在试验容器的两极之间，并将升压速率控制在3000V/s，确保击穿电流小于4毫安。升压速度对击穿电压值影响较大，若升压速度太快，击穿电压值会随之升高；若升压速度较慢，击穿电压值会素质降低。若击穿电流较大，会导致绝缘油电气防电后碳元素会发生沉积，降低绝缘油的绝缘性能。第三步，试验样品进行6次升压试验，将6次数据中的平均值作为绝缘油气体强度试验的最终结果。在试验过程应及时对试验容器和电极表进行清理，且每次击穿过后应利用不锈钢棒、玻璃棒对其均匀搅拌，等其静止后才能够进行后续试验。停止使用时期应将试验容器和电极中盛满新油，以此更好地保护电极和试验容器。第四步，将试验的最高电压控制为50kV，若试验结果达到绝缘油电气强度的最高电压时，样品绝缘油并没有出现任何击穿现象，说明被测绝缘油为合格产品。

四、结论

综上所述，绝缘油受高温、氧气、强电场、杂质的影响较大，导致绝缘油老化，降低电气设备的安全性与稳定性。经绝缘油电气强度试验，得知绝缘油击穿电压有以下几种情况：其一，当电压速度上升均匀时，合格绝缘油每次所击穿的电压值较稳定。其二，合格的绝缘油若升压速度变化较大，每次击穿电压值波动较大，呈现高低起伏的状态。其三，若绝缘油内部含有水分，击穿电压值呈上升趋势，即每次击穿电压值逐步增高。这种现象多是因绝缘油较为纯净，在放电时产生带电粒子、气泡和碳泄量，导致绝缘油的性质受到破坏。其四，若绝缘油中含有杂质，击穿电压值呈下降趋势，即每次击穿电压值逐步降低。若处理不及时会导致绝缘油受潮，不断发生放电现象。其五，合格绝缘油击穿电压平均值大于等于标准值。针对不合格的绝缘油，需对其进行干燥处理、净化处理等。其六，shou次对样品油进行放电实验，火花防电值较低，次现象是受外界影响因素干扰。

电压击穿强度/击穿电压强度测试仪-水阻法进行绝缘油击穿电压施工现场自检测试

电力行业施工现场施工过程中，安装不同等级油变压器、不同等级油开关、不同等级油电抗器等电气设备会进行多次绝缘油测试，以检验绝缘油经过滤油装置滤油处理后是否合格。由于施工现场多为偏远地区，绝缘油送检困难，且现场采购专用绝缘油击穿电压测试仪器价格昂贵，若多次送检绝缘油既费时费力又增加成本。若为减少送检次数，保障一次送检成功而增加绝缘油滤油时间，会导致滤油成本增加，造成浪费。现钻研绝缘油击穿电压测试原理，利用现场电气设备耐压试验仪器，经过创新、改造，研制一种新方法，可实现施工现场绝缘油击穿电压测试，进行自检，自检合格后再进行送检，减少送检次数、提高送检目的性、节约成本、减少资源浪费。

关键词：水阻法；击穿电压；自检测试；节约成本；资源浪费

1.社会概况

近年来我国电力行业处于快速发展状态，尤其在各大型化工矿产企业、变电站、发电企业，或是发电，或是配电，或是用电。电力工程绝大部分电力设备的绝缘介质都采用绝缘油。电力设备在安装时需要进行绝缘油滤油处理，将绝缘油中水分、化学成分经过加热、循环过滤后降低到使用要求范围内，以保证电力设备能安全、可靠运行。绝缘油测试需要进行击穿电压测试及化学分析，化学分析必须在击穿电压测试完成且合格后才能进行，所以绝缘油击穿电压测试显得尤为重要。

由于各大型企业多在偏远地区建设，距离具有绝缘油测试资质的单位较远，造成绝缘油送检测试困难。若现场采购专用绝缘油测试仪器价格昂贵；若在滤油过程中多次送检测试既费时费力又增加了成本；若为减少送检次数，保障一次送检成功而增加绝缘油旅游时间，会导致滤油成本增加，造成浪费。而且大型企业的大型电力设备较多，需要测试的油样较多，增加了绝缘油送检测试的困难及成本，增加了企业或个人的经济负担。

2.应对措施

由于绝缘油测试需要进行击穿电压测试及化学分析，化学分析必须在击穿电压测试完成且合格后才能进行，所以现钻研绝缘油击穿电压测试原理，利用现场电气设备耐压试验仪器，经过创新、改造，研制一种新方法，可实现施工现场绝缘油击穿电压测试，进行自检，待击穿电压自检合格后再进行送检，减少送检次数、提高送检目的性、节约成本、减少资源浪费，有效的解决了目前电力行业绝缘油送检困难、成本高的问题。首先我们进行工艺原理原理分析，确认在原理上选用耐压试验仪器可以完成应对措施。

3.工艺原理分析

绝缘油击穿电压测试亦属电气设备高压试验，原理等同于交流耐压试验。试品对地有一定电容性，试品一端接地一端与耐压仪器高压输出端连接，利用交流耐压仪器高压输出端输出高压对试品进行绝缘测试，防止试品在运行过程中由于绝缘受损造成击穿。

绝缘油击穿电压测试与电气设备耐压试验不同之处在于试品的不同，电气设备耐压试验试品是各电气设备，仪器高压输出线与试品连接，如高压电缆、高压电机、变压器等等。绝缘油击穿电压测试试品为绝缘油，需要一个合适的器皿进行油样盛装，并且采用绝缘支架将器皿支撑、固定。盛装绝缘油的器皿是一个带电极板的油杯，油杯由绝缘支架固定，电极板间隙距离可由样规调节，仪器高压输出端与油碗电极板连接。

由于与绝缘油为液态介质，不同于其他电气设备，测试时极板在绝缘油中发生放电且放电电流较大时，绝缘油内会产生拉弧现象，使油样在油杯内糊锅，损坏油样，同时放电电流过大会烧毁仪器，所以必须在高压侧回路里加设电阻以减小电流。选用1米长ø20软塑料管及自制绝缘支架制作一个水阻，充当串入高压侧的电阻，以减小放电电流。

4.措施实施

4.1原理问题解决

通过对工艺原理进行分析，已经确定利用施工现场高压试验设备-交流耐压器进行方法的创新可以完成应对措施，目前首要问题是对工艺原理提出问题的解决与实施，制作出水阻及绝缘支架。

4.1.1材料准备

解决工艺原理提出的问题，首先需要采用绝缘板制作水阻绝缘支架，再将1米长的ø20软塑料水管挂设在制作好的绝缘支架上，水管成“U"型固定，使用时水管内注水作为测试用水阻；购买绝缘油击穿电压测试用油杯一套，固定、支撑油杯也需要采用绝缘板制作绝缘支架。制作水阻及绝缘支架所需材料为：∅30空心绝缘棒2米，∅30对接头两套，500×50010mm绝缘板一块，∅20软塑料水管1米，∅20PVC水管200mm，∅32PVC“U"型卡两个，∅25PVC“U"型卡两个，∅32钢管200mm，∅1005mm钢板两块，电极油杯一个。

4.1.2水阻、绝缘支架制作

1）水阻及绝缘支架制作

①将两米长空心绝缘杆等分成四节，分别将两套Ø30对接头安装、固定在绝缘杆顶端，制作出可对接的两跟绝缘杆，使用时两两对接，分别长1米，作为水阻绝缘支架。

②将200mm长PVC水管等分两节，分别插入1米长Ø20软塑料水管上，使用时注满水作为水阻。

③分别将Ø32、Ø25PVC“U"型卡背靠背用螺丝紧固，制作出两套水阻固定卡，使用时分别卡主水管与绝缘杆。

④将200mm长Ø32钢管等分成两节，分别沿Ø1005mm钢板圆心焊接牢固，作为绝缘支架底座。

2）油杯绝缘支架制作

①市场上购买带样规调节间隙距离的电极油杯一个。作为盛装油样器皿及测试线接线端子。

②用角磨机在500×50010mm绝缘板上切割出两个支腿、一块中间连板。支腿顶部沿中心线打磨出豁口，便于卡住油杯；中间连板起固定支腿作用，尺寸由油杯尺寸决定。使用时将支腿与中间连板组装，作为油杯支架。

4.2绝缘油击穿电压测试

4.2.1测试前准备

1、清理现场，选择好测试区域，接好操作电源。

2、安检人员在测试区拉设警戒绳，悬挂警示牌，做好测试区域安全措施。

3、测试人员将仪器运输到位，仪器按操作规范就位，将测试线可靠连接，等待测试。

4、滤油人员准备好取样瓶，提前一个小时取好油样，静置一小时，等待测试。

4.2.2试验工艺流程

设备选取及运输→测试前准备→绝缘油取样→测试接线→绝缘油测试→数据记录

4.2.3测试方法及步骤

1、将制作好的水阻、油杯分别固定在支架上，同仪器摆设就位，分别命名软塑料管两个管口为1#口、2#口。

2、在水管里注水，水位到达距两个管口5cm处时停止注水，作为试验用水阻。

3、将羊角式交流耐压器1#羊角输出端高压测试线插入水阻1#口中，用水wan全浸没高压测试线的裸露导体部分，再将1根高压引线的一端插入水阻2#口中，用水浸没导体部分，引线另一端与油杯1#极板可靠连接，测试线用绝缘塑料带挂起，防止测试线接触地面影响测试。(选用普通交流耐压器时，将高压输出端测试线插入水阻1#口中，用水wan全浸没高压测试线的裸露导体部分，将1根高压引线的一端插入水阻2#口中，用水浸没导体部分，引线另一端与油杯1#极板可靠连接）。

4、将羊角式交流耐压器2#羊角输出端高压测试线与油杯2#极板可靠连接，测试线用绝缘塑料带挂起，防止测试线接触地面影响测试。(选用普通交流耐压器时，油杯2#极板用引线与大地可靠连接）。

5、用扳手松开样规螺丝，调节螺丝，使样规间隙调整到2.5cm。距离调整好后用扳手紧固螺丝。

6、将静置好的油样慢慢倒入油杯中，让油样将极板间隙wan全浸没。倒油时一定要放慢速度，且要匀速，防止油样倒入油杯中产生气泡。

7、接通仪器电源，合上操作箱输出开关，旋转调压旋钮，开始绝缘油击穿电压测试，过程中注意应无放电现象，测试电流表应平稳。

8、重复第七步2～3次，保障每次操作油样中都无放电现象，测试电流表应平稳。若操作过程中放电明显，测试电流表指针摆动不定且幅度较大，说明绝缘油还未合格，需要继续滤油处理。

4.3质量标准及控制

4.3.1执行《电气装置安装工程电气设备交接试验标准》GB50150-2016。

4.3.2连接线与仪器要可靠连接，测试线与极板、水阻连接可靠。

4.3.3油样要静置一小时，使油样中无气泡。倒油时要匀速缓慢，防止倒油过程中产生气泡，影响试验。

4.3.4测试过程中应耐心操作试验仪器，匀速调节调压旋钮，发现放电现象应及时停止测试。

4.3.5每个油样要反复测试2～3次，保证耐压测试的准确，准确判断油样是否合格。

4.3.6不同规格绝缘油耐压要求不同，具体参考《电气装置安装工程电气设备交接试验标准》GB50150-2016国标规程。

4.4安全措施

4.4.1整个测试过程严格按照《电业安全工作规程》进行工作，严格遵守第十一章“电气试验"第一节“高压试验"第228-235条规定。

4.4.2进入测试现场，测试人员必须戴安全帽，穿绝缘鞋。

4.4.3所有测试现场人员均应听从测试负责人的指挥。测试前，负责人应对全体测试人员详细说明在测试区域应注意的安全注意事项。

4.4.4测试场地周围设置围栏，悬挂警示牌，并设专人监护。

4.4.5试验仪器设备与油杯支架及水阻管固定支架接地必须良好可靠，

4.4.6高压引线的接线要牢固并尽量缩短，高压引线必须使用绝缘物支持固定，水阻管应可靠固定在绝缘支架上。

4.4.7测试仪器的电源开关，应具有明显断开点，并有可靠的过载，过压保护装置。

4.4.8测试仪器加电前必须先检查接线，将所有仪器、设备归零位，并通知现场人员离开高压试验区域。

4.4.9测试前，测试仪器先自行空升电压一次，确认设备工作正常，性能稳定，仪器仪表指示正确，指标参数能满足要求，保护功能正常。

4.4.10操作时必须有监护人监护并呼唱。加压过程中，工作人员应精神集中，监护人传达口令应清楚准确，防止异常情况的发生。当出现异常情况时，应立即停止试验，断开电源，并将升压设备的高压部分短路接地后方可检查，查明原因后，方可继续试验。

4.4.11测试装置的高压输出端在非加压试验期间应用接地棒接地。

4.4.12更改接线或测试结束时，首先断开测试电源，再进行放电，并将升压设备的高压部分短路接地后方更改接线。

4.4.13遇有雷雨和六级以上大风时应停止测试。

介电强度的测试：

大多数高分子材料在一定电压范围内是绝缘体，但是随着施加电压的升高，性能会逐渐下降。电压升到一定值时变成局部导电，此时称为材料的击穿。

定义:介电强度：试样击穿时,单位厚度承受的击穿电压值，单位为kv/mm或Mv/m。有时也称为电气强度或击穿强度。通常介电强度越高,材料的绝缘质量越好：Eb＝Ub/h.

Eb表征了材料所能承受的最大电场强度，是高聚物绝缘材料的一项重要指标。聚合物绝缘材料的 Eb 一般为107V/cm左右。

耐电压：在规定的试验条件下,对试验施加规定的电压及时间,试样不被击穿所能承受的最高电压。

塑料的电击穿机理：

问题复杂---介电击穿机理可分为本征击穿（电击穿）、热击穿、化学击穿、放电击穿等，往往是多种机理综合发生。通常把不随温度变化的击穿称为电击穿，把随温度变化的击穿称为热击穿。

热击穿：外部表现是介电强度随温度升高而迅速下降；与电压作用的长短有关；与电场畸变及周围介质的电性能关系不大；击穿点多发生在电极内部。

介质在电场中产生的热量大于它能散发的热量．使其内部温度不断升高。温度升高导致其电阻下降，流经试样电流增大．产生的热量更多，如此循环不已，致使介质转变为另一种聚集态，失去耐电压能力,材料被破坏。

电击穿：特点是介电强度受温度的影响不大；电作用时间对结果无影响；与周围介质的电性能有关；击穿点常常出现在电极边缘其至电极以外。

在固体介质中，总有一些自由电子存在,它们在外电场作用下被加速而撞击中性原子,致使原子电离，在这种作用继续下造成材料击穿.

一般来说，工作温度高散热条件差，介质电导及损耗大的材料．发生热击穿的几率高。

介电强度实验采用的基本装置是一个可调变压器和一对电极。试验中使用的试样厚度为1.59mm.实验方法有两种 (参见GB/T1408-2016 ):短时法，将电压以平均速度率逐渐增加到材料发生介电破坏；低速升压法，是将预测击穿电压值的一半作为起始电压，然后以均匀速度率增加电压直到发生击穿。

介电强度测试的影响因素：电压波形及电压作用时间影响 

材料在电场作用下，单位时间产生的热量为QF介质散发出去的热量为Qs，当QF略大时就产生热不平衡，进而介质温度升高,最后发生击穿。因此, 可根据极限条件QF＝QS来求得热击穿电压VB：

当电压频率增加时值要下降，当波形失真大时，—般都会有高次谐波出现，这样会使VB降低，因此必须限制这个量。

作用时间的影响：多因热量积累而使击穿电压值随电压作用时间增加而下降.

处于热击穿形式的试样，基本上随升压速度的提高击穿强度也增大。因此，一般规定试样击穿电压低于20kv时升压速度为1.0kv/s;大于或等于20kv时升压速度为2.0kv/s。

温度的影响：试样厚度对介电强度的影响 湿度影响：因水分浸入材料而导致其电阻降低，必然降低击穿电压VB值。如有机硅玻璃布板。常态下E＝18kv／mm，受潮后E＝12kV／mm。

电极倒角的影响：电极边缘处电场强度远远高于内部,但边缘效应极难消除。为避免电极边缘成一直角,需采用一定倒角r 。国家标准中规定r＝2.50mm。

媒质电性能影响：

高压击穿试验往往把样品放在一定媒质(如变压器油)中．其目的为缩小试样尺寸防止飞弧。但媒质本身的电性能对属于电击穿为主的材料有明显影响，而以热击穿为主的材料影响极小.故标准中对要求油的击穿电压 VB＞=25kv/2.5mm.

Pvc电缆料及酚醛模塑料击穿点在电极边缘，当油脏时在试样边缘处有很明显的集聚物的痕迹，而在净油中没有。

对于酚醛层压板击穿点在电极内部，以热击穿为主。油的性能对该材料没什么影响