电气设备绝缘特性的优良与否直接影响到电气设备的安全可靠运行。据统计，电力系统中60%以上的事故都是由绝缘故障所引发，即是由绝缘的老化及击穿面引起的事故。由于设备运行中不可避免会出现绝缘缺陷或绝缘老化，因此人们通常需要通过各种形式的试验来监测电气设备的绝缘状况，目前，电力系统中普遍推行的DL/T596-1996《电力设备绝缘预防性试验规程》就是保证电气设备安全可靠运行的重要技术措施之一。

绝缘预防性试验分为两大类。一类通过测试绝缘的某些特性参数来判断绝缘的状况，称为检查性试验。这类试验一般是在较低电压下进行的，不会对绝缘造成损伤，因此亦称为非破坏性试验、另一类通过对绝缘施加各种较高的试验电压来考核其电气强度，称为耐压试验。由于这类试验所加电压一般都高于设备的实际工作电乐，试验中可能会对绝缘造成某种程度的损伤，比如试验导致绝缘发生某种电离或使局部放电进一步扩大，甚至造成绝缘的直接击穿等，因此将这类试验又称为破坏性试验、

绝缘缺陷往往是引发设备绝缘故降的主要原因。绝缘缺陷通常可以分为两大类：一类是集中性的缺陷，如悬式绝缘子的瓷质开裂，发电机绝缘局部损、挤压破裂等；另一类是分布性的缺陷，这是指电气设备整体绝缘性能下降，如电机、变压器、套管等绝缘中的有机材料的受潮、老化、变质，等等。绝缘内部有了上述这两类缺陷后，它的特性往往会发生一定的变化，这样就可以通过相应试验将隐藏的缺陷检查出来。

本章主要介绍几种常用非破坏性试验的基本原理和测试方法，在具体判断某一电气设备的绝缘状况时，应注意对各项试验结果进行综合判断，并采用将试验数据与同一设备的历次试验数据相比较(纵向比较)及与同类设备试验数据相比较(横向比较)的分析方法。

5.1 绝缘电阻和吸收比测量

5.1.1 多层介质的吸收现象及吸收比测量

许多电气设备的绝缘都是多层的，如电机绝缘中的云母带就是用胶将纸或绸布和云母片黏合而制成的，变压器绝缘中用的油和纸等。参考图1-7(b)，用绝缘电阻R代替电导G后的等效电路如图5-1所示，它可以描绘在测量多层介质绝缘电阻时遇到的吸收现象。

合上S将直流电压U加到绝缘上后，电流表PA的读数变化如图5-2中曲线所示，开始电流很大，以后逐渐减小，最后趋向于稳定值I_g。图中用斜线表示出的面积为介质在充电过程中逐渐“吸收”的电荷Q_a，这种逐渐“吸收”电荷的现象称为“吸收现象”。有关这一现象的物理解释在1.2节中已有叙述，这里济联系吸收曲线作进一步的分析。

由电路可知，当S合上时各介质上有一个很大的电压变化，在极短的时间内(t≈0)将介质1和介质2分别允电到

当达到稳态以后，回路电流将只通过电阻；此时回路电流为

而

所以，t＞0后一般有一个过渡过程，例如，当式(5-4)中的U₁比式(5-1)中的U₁小时，在过渡过程中C₁就要放电，同C₂要进一步充电。

在过度过程中，电压U起始电压U₀逐渐过度到稳态电压U_∞，即

即

如果电源内阻可以不计，故回路过渡过程的时间常数τ为

τ越大，表示上述过渡过程进行得越慢。

过渡过程中流过C₂的充电流i_C2为

同时，流过R₂的电流i_R2为

流过外电路的电流，即流过电流表PA的电流i为

令

故

i_a为吸收电流，其大小与试品绝缘的均匀程度密切相关。如果绝缘比较均匀，或R₁C₁≈ R₂C₂，则吸收电流小，吸收现象看不出来。如果试品绝缘很不均匀，或R₁C₁与R₂C₂相差较大，则吸收现象将十分明显。

图5-3所示为某30MVA、10.5kV同步电机定子绕组的充电电流随时间的变化曲线。

此外，从式(5-9)和式（5-12）还可知，如果被试绝缘受潮严重，或是绝缘内部有集中性导电通道，由于绝缘电阻值显著降低，I_g将大大增加，i_a将迅速衰减。

当试验电压U一定时，试品的绝缘电阻R即与i成反比。因此，由式（5-12)即可得到此情况下被试品的绝缘电阻R随时间的变化规律。当式(5-12)中的t以不同的加压时间代入，例如以t为15、60s代入，即可分别得到加电压后15s时的绝缘电阻值R_15´´和60s时的绝缘电阻值R_60´´，将R_60´´和R_15´´之比定义为吸收比K，通常用于反映绝缘的吸收现象。其表达式为

对于大型电机或大型电力变压器以及电容器等设备，由于吸收现象特别严重，时间常数较大，应采用10min和1min时的绝缘电阻值之比(极化系数)来判断绝缘的状况。

对于多层绝缘结构，如果绝缘状况良好，吸收现象将很明显，K值便远大于1。如果绝缘受潮严重或是内部有集中性的导电通道，由于I_g大增，i_a迅速衰减，当t=15´´和60´´时，使或K值接近于1。所以，利用绝缘的吸收曲线的变化或K值的变化，有助于判断设备整体受潮或有集中贯穿性绝缘缺陷的状况。

显然，只是当被试品电容比较大时，吸收现象才明显，才能用来判断绝缘状况。

通常在绝缘预防性试验中，为方便起见，不是直接测量电流，而是用兆欧表测量被试品绝缘电阻的变化，即R_15´´和R_60´´的值，并由式(5-15)计算出K值的大小。

5.1.2 兆欧表工作原理

兆欧表又称绝缘电阻表，它是测量绝缘电阻的专用仪器设备。由于绝缘电阻数值较大，所以兆欧表的指示刻度都是以(MΩ)兆欧为单位.故此而得名。图5-4所示为兆欧表的原理结构图。

兆欧表利用流比计原理构成，它有两个相互垂直并固定在一起的线圈，即电压线圈LV和电流线圈LⅠ，它们处在同一个磁场中。由于两个线圈都没有弹簧游丝，当没有电流通过时，指针可停在任意偏转角位置。测量时端子E接被试品的接地端、外壳或法兰等处，端子L接被试品的另一极（绕组、芯柱或其他）。摇动发电机手柄，产生一定的直流电压。于是在电压线圈LV中将流过正比于直流电压的电流(电压线圈LV的内阻恒定)，而由接线端E经被测绝缘流到接线端L的电流将流过电流线圈LⅠ，这个电流反映了被测绝缘中的泄漏电流，它与设备的绝缘电阻和直流电压有关。这两个电流流经各自的线圈时所产生的转矩的方向是相反的，在两转矩差值的作用下，线圈带动指针旋转，直到两个转矩平衡为止。此时，指针偏转角度只与两电流的比值有关，因外施电压U为同一直流电压，所以偏转角就反映了被测绝缘电阻的大小，设M_V、M_Ⅰ分别代表电流流过线圈LV、线圈LⅠ时产生的力矩M_V=I_LVF_V (α)，M_Ⅰ=I_LⅠF_Ⅰ(α)，其中Fv，F_Ⅰ随指针转动角度α而变，与气隙中磁通密度的分布有关。 (其中R₁和R₂分别为电压线圈和电流线圈的电阻，一般为定值；R_X为试品绝缘电阻)可得

即指针读数反映R_x的大小。

接线端子G称为屏蔽端。当希望单独测量体积绝缘电阻时，可以在需屏蔽的位置设置一个金属屏蔽环极，并将此环极接到兆欧表的端子G。这样使沿绝缘表面的漏导电流到了屏蔽环极后就经由端子G直接流回发电机负极，从而只有通过体积绝缘电阻的漏导电流才流经电流测量线圈而反映到指针的偏转中去。图5-5为测量套管的绝缘电阻时使用屏蔽端G的接线图。

5.1.3 绝缘电阻测量的工程意义

兆欧表的额定直流输出电压有500、1000、2500、5000V等不同规格，对于额定电压为1kV及以上的电气设备一般选用2500V的兆欧表，1kV及以下设备常用1000V或500V的兆欧表。用兆欧表进行绝缘电阻测量时，规定以加电压60s时测得的数值为该试品的绝缘电阻。这是因为一般认为加压60s时，通过绝缘的吸收电流已衰减至接近于零。

(1)当被试品绝缘中存在贯通的集中性缺陷时，反映I_g的绝缘电阻往往明显下降，用兆欧表检查时使可以发现。例如，变电站常用的针式支柱绝缘子，最常见缺陷为瓷质开裂，开裂后绝缘电阻值明显下降，用兆欧表可以直接检测出来。

但对于许多电气设备(如电机)，反映的绝缘电阻往往变动大，这与被试品的形状及尺寸都有关系，往往难以给出一定的绝缘电阻判断标准。通常是将处于同样运行条件下的不同相的绝缘电阻进行比较，或是将这一次测得的绝缘电阻和过去对它测出的绝缘电阻进行比较来发现问题，但要注意到绝缘电阻还随温度上升而有所下降。

(2)对于电容量较大的设备，如电机、变压器、电容器等，利用上述吸收现象来测量这些设备的绝缘电阻随时间的变化，即吸收比K值的大小，可以更有利于判断绝缘的状态。

以发电机为例，其定子绝缘的吸收现象是十分明显的。而且由于吸收比K值是两个绝缘电阻的比值，它和电气绝缘的尺寸没有关系，只取决于绝缘本身的特性，所以可以更有利于反映绝缘的状态。例如，对于B级绝缘的发电机定子绕组，如果绝缘干燥，则在10～30℃时测出的吸收比K均远大于1.3；如果K＜1.3，则可判断为绝缘可能受潮；如果绝缘受潮严重，则60s时的电流基本等于15s时的电流，或R_60´´≈R_15´´，因此K值将大大下降，K≈1。

有时当绝缘有严重集中性缺陷时，K值也可以反映出来。例如，当发电机定子绝缘局部发生裂纹，变压器绝缘纸板、支架、线圈上沉积有油泥时，形成了局部性传导电流较大的通道，于是K值便大为降低而近于1。

使用兆欧表测量绝缘电阻判断绝缘状态是一种简单而有一定效果的方法，故使用十分普遍。需要注意的是，当某些集中性缺陷虽已发展得很严重，以致在耐压试验中被击穿，但耐压试验前测出的绝缘电阻值和吸收比仍可能很高。这是因为这些缺陷虽然严重，但还没有贯通，而兆欧表的额定电压较低又不足以使其击穿的缘故。因此，只凭绝缘电阻的测量来判断绝缘是不可靠的。

5.2直流泄漏电流的测量

在直流电压作用下测量通过被试品的泄漏电流，实际上也是测量其绝缘电阻。不同的是加在被试品上的电压较高，并可测出泄漏电流随试验电压的变化出线：经验表明：当所加的直流电压不高时，由泄漏电流换算得到的绝缘电阻值与兆欧表所测值极为接近，此时测泄漏电流并不比兆欧表测绝缘电阻能获得更多的信息；但当用较高的电压来测泄漏电流时，就有可能发现兆欧表所不能发现的绝缘损坏或弱点。如图5-6所示，当u＜U_cr时，泄漏电流i_1k与所加电压u接近成正比；当u＞U_cr时，泄漏电流增长较快，这就表示该绝缘不宜长时间承受高于U_cr的电压。当然在较高的试验电压作用下，能发现被试品中一些尚未贯通的集中性缺陷，因此比兆欧表更有效。

在标准规定的试验电压作用下，一般要求读取泄漏电流值的时间为到达试验电压后1nin，测量泄漏电流时，除了和测量绝缘电阻时一样需要注意温度、时间和表面泄漏的影响外，

还应注意下列问题：

(1)电压的稳定性。一般都用从交流电压通过整流来获得直流电压，直流电压的脉动系数不大于3%。

(2)测量仪表的保护。可采用图5-7所示电路。电阻R的取值是考虑电流表PA所允许的最大电流在电阻R上的压降应稍大于放电管(可以是试电笔中用的氖管)的起始放电电压。并联电容C的作用不仅使电流表的读数稳定，更重要的是使作用在放电管P上的电压陡波前能有足够的平缓，使P来得及动作、故其电容量应较大(＞1μF)。在加压过程中电流表被旁路开关K短接，只在需要读数时才将K打开。

(3)电晕造成的误差。为了观察的方便，通常将测量仪表接在低电位侧，如果高压连线上或被试品高压极 (H)上发生电晕，将会形成电晕电流，将使仪表指示的电流值比实际流经被试绝缘的泄漏电流大很多，所以要求直流高压部分不发生电晕。如果做不到这一点，则应将被试品的低压极(L)和测量机构用法拉第笼S屏蔽起来，并将法拉第笼接地，如图5-7所示。

(4)被试品的接地。在图5-7中，被试品两端均不允许接地。但有时，特别是已经安装在现场的设备，或是埋入地中的电缆，常常是无法做到对地绝缘，此时应将测量系统串接在高压侧电路中。由于测量系统包含有仪表及其他辅助元件，不易做到防电晕，故应将测量系统放在金属屏蔽盒中，并尽可能将被试品的高压极和引线也屏蔽起来。这时屏敲层应与直流高压电源的高压引线相连，从而使屏蔽盒及引线屏蔽对地的电晕电流和泄漏电流不通过测量仪表，因此也就不会造成误差了，由于此时测量仪表接在高压侧，观察时应特别注意试验安全。