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現場型絕緣安全工器具試驗平臺設計

文檔作者：卞曉亮文檔來源：國網上海市電力公司崇明供電公司		點擊數：	更新時間： 2021年05月08日
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第36卷第5期
2015年10月 電力與能源 725
現場型絕緣安全工器具試驗平臺設計
卞曉亮
(國網上海市電力公司崇明供電公司，上海202150)
摘要：電氣絕緣安全工器具絕緣性能的好壞，直接關系到操作人員的人身安全。電氣絕緣安全工器具對絕
緣部分的試驗，通常以工頻交流耐壓試驗為主。目前使用的試驗方法存在著微安表損壞概率較高、試驗時重
復接線、試驗人員任務繁重等問題。針對這些問題，設計了現場型絕緣安全工器具平臺，通過在高壓回路，低
壓部分毫安表回路串聯電阻，并聯按鈕和放電管來解決現行試驗過程中的問題。
關鍵詞：絕緣；介質；泄漏；交流耐壓；放電管；保護電阻
作者簡介：卞曉亮(1982)，男，從事變電檢修工作。
中圖分類號：TM855 文獻標志碼：A 文章編號：2095—1256(2015)05—0725—04
Test Platform Design for Field- Type Insulation Safety Equipment
BIAN Xiao—liang
(Chongming Power Supply Company，SMEPC，Shanghai 202150，China)
Abstract：Insulation performance of electrical insulation safety instruments is directly related tO the personal
safety of operators． The insulation test usually gives priority to power frequency AC withstand voltage test．
But this test method leads tO some problems，such as higher microampere meter damage probability，repeated
wiring in test，heavy personnel assignments．To solve these problems in the process of test，this paper designs
the field-type insulation safety equipment platform．achieves series resistance through HV circuit and milliam—
meter loop in low voltage part，and shunts switch and discharge tube．
Key words：insulation；medium；leakage；AC voltage withstand；discharge tube；protective resistance
1 絕緣工器具試驗
為了保證作業操作人員在實際操作中能使用
到安全合格的電氣絕緣安全工器具，需要定期對
它們進行預防性試驗，來判斷這些電氣絕緣安全
工器具是否符合使用條件，從而保證作業操作人
員的人身安全。對電氣絕緣安全工器具進行試驗
的試驗設備，由于專業性較強、技術含量較高，并
且市場占有率和普及程度較低，使得這些設備的
價格十分昂貴，維修成本高，而且都需要成套購
買。因此，有必要在現有設備的基礎上設計一款
在試驗過程中能保護試驗人員的安全，試驗效率
高，便于使用攜帶的現場型絕緣安全工器具試驗
平臺 一 。
電氣絕緣安全工器具指的是在帶電設備上或
者附近工作時，用來保護工作人員的人身安全，防
止觸電、灼傷等事故的發生所使用的一切工器
具。根據各種常用的絕緣安全工器具預防性試驗
的項目、周期和要求，通過對現有試驗設備和方
法的認真分析和研究，發現現有的試驗方法存在
著一些不足，針對這些不足設計新的試驗電路，從
而在保護試驗人員安全的同時提高試驗效率。
2 現在所使用絕緣安全工器具的試驗方法
電氣絕緣安全工器具絕緣性能的好壞，直接
關系到操作人員的人身安全。電氣絕緣安全工器
具對絕緣部分的試驗，通常以工頻交流耐壓試驗
為主，對橡膠類材料制成的絕緣安全工器具，還應
該測量其泄漏電流，本文以絕緣靴、絕緣手套為
試驗對象 。
在試驗前，首先對絕緣靴、絕緣手套進行外
觀檢查，檢查絕緣靴、絕緣手套有無破損和漏氣，
如發現有破損或者漏氣，即判定為不合格，不得再
作為絕緣安全工器具使用。如外觀檢查合格，即
可進行后續的工頻交流耐壓試驗。
測量絕緣靴交流泄漏電流試驗裝置示意圖如
726 卞曉亮：現場型絕緣安全工器具試驗平臺設計
圖1所示。工頻交流耐壓試驗時，首先在絕緣靴
內裝滿水，并吊在經絕緣支架支撐同樣盛滿水的
金屬器皿內，露出水面的部分應保持干燥和清潔，
并按圖1進行接線。
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一
一?_j ?
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l
』，，』一 { i l{
l j f {
220‘ } }
{} i} { ；
÷_』_?? ～
I／ 2／
1一調壓器
4．電極
A．電流表
mA一毫安表
2．試驗變壓器
5．絕緣支架
V1．電壓表
3一被試品
6．盛水金屬器皿
V2．數顯高壓表
圖1 測量絕緣靴交流泄捅電流試驗裝置不意圖
在從圖1可以看出，工頻220 V 電壓經調壓
器平滑的調節為試驗變壓器低壓側所需要的任意
試驗電壓，通過試驗變壓器的升壓，在試驗變壓器
的高壓側形成試驗所需要的工頻試驗電壓。通過
數顯高壓可以觀測試驗電壓，達到試驗電壓后開
始計時，并觀測毫安表的讀數和變化，如絕緣靴被
擊穿，直接判定不合格，如絕緣靴未被擊穿，1 min
后調壓器歸零并斷開試驗電壓，記錄毫安表的讀
數并與表1進行比較，來判定絕緣靴的絕緣性能
是否合格，至此工頻交流耐壓試驗結束 ]。
由于工頻交流耐壓試驗屬于破壞性試驗，因
此在交流耐壓試驗前后必須要對被試品進行非破
壞性試驗『5 ]。非破壞性試驗是對被試品進行絕
緣電阻測量，來初步判斷被試品的絕緣狀況。試
驗時的試驗電壓、持續時間、泄漏電流的判定條
件如表1所示。
在進行電氣絕緣安全工器具預防性試驗時，
發現試驗過程中的一些不足之處，導致試驗的效
率較低。
(1)微安表損壞概率較高。安培表串聯在電
路中內阻十分小，幾乎可以忽略不計。以表1中
最小的工頻耐壓，低壓絕緣手套為例：試驗電壓為
2．5 kV，安培表的內阻為0．1 n，水是導電的，電
極至金屬器皿的電阻為2．4 Q，不考慮兩者的電
阻是容性的，還是感性的，使兩者直接相加，總阻
抗為2．4+0．1—2．5(Q)。當低壓絕緣手套發生
擊穿時，圖1中a，b點的電位相等，等于試驗電
壓
表1 部分安全工器具試驗項目、周期和要求
U
一
2．5
— 1(kA) (1)
根據式(1)可見，在發生擊穿時，通過微安表
的電流遠遠大于其量程。隨著試驗電壓的提高，
擊穿電流也會大大提高。根據串聯時分壓定律，
發生擊穿時微安表承受的電壓可能大于其允許承
受電壓，使微安表帶高壓，這對人和設備都是不安
全的，這些都會造成微安表的損壞。
(2)試驗時重復接線，重復操作。在實際操作
中，為節約成本減少微安表的損壞，首先會按照圖
2接線和試驗，交流耐壓通過后再按照圖1接線，
測量其交流泄漏電流。這樣做的原因是由于固體
有機絕緣發生的電擊穿、熱擊穿、電化學擊穿等現
象，在交流耐壓試驗開始至結束過程中都有可能
發生，在保證微安表不會損壞的情況下，再測量其
泄漏電流值，會增加試驗人員的工作負擔，測量一
次絕緣安全工器具的泄漏電流值要經過2次接線
和2次升壓。測量絕緣靴交流耐壓試驗裝置示意
圖如圖2所示。
l一調壓器
4．電極
A一電流表
2．試驗變壓器
5．絕緣支架
v1．電壓表
3．被試品
6．盛水金屬器皿
V2．數顯高壓表
圖2 測量絕緣靴交流耐壓試驗裝置示意圖
卞曉亮：現場型絕緣安全工器具試驗平臺設計 727
3 現場型絕緣安全工器具試驗平臺
3．1 設計思路
(1)安全性高。在任何時間、任何地點，人的
安全是第一的，任何設計都要“以人為本”，同時為
了更好地開展工作，也要注意試驗設備的安全。
(2)效率高。在保證人員和設備安全以及試
驗質量的情況下，減輕試驗人員的工作強度和提
高試驗的效率。如何在確保現有的試驗效率或者
更高試驗效率的前提下，減輕試驗人員的工作強
度，也是所要考慮的因素之一。
(3)可靠性高。設計的電路或設備，在試驗使
用過程中會受到環境和外力等因素的影響，要確
保無故障工作的時間盡可能長。設計的電路應盡
可能簡單和實用，來保證使用的可靠性。
(4)經濟性好。在以試驗安全性和試驗數據
準確性為前提的大環境下，設計電路使用的儀器
儀表和元器件應盡可能使用市場能買到的已經定
型的產品，而不是定制的產品。批量生產的產品
和定制的產品價格可能相差幾倍或者十幾倍，使
用定型產品可以使成本大大降低，性價比更高。
(5)體積小。由于設備使用的環境是以可攜
帶型、現場型為主體的，為了減輕試驗人員負擔，
設計的設備應體積小、質量輕。
(6)維護方便。當設計的電路或設備發生故
障時，電路越簡單，就越容易發現故障。在發生故
障時，使用的定型產品和元器件能及時從市場購
買到，從而能及時排除故障，不影響使用。
(7)適用范圍廣。電路的設計應注意使用的
通用性和普遍性，這樣在其他試驗和排故過程中
也可以使用，減少設備的重復投資。
3．2 電路設計
根據實際操作中，先交流耐壓通過，后測量泄
漏電流，因此需要一種裝置能根據需要將毫安表
切除和投入。在毫安表的兩段并聯一副觸點，可
以解決毫安表的投入和切除問題。由于按鈕結構
簡單、價格便宜、工作可靠，經過綜合比較，確定使
用按鈕來控制毫安表投切。
雖然初步確定和改進了絕緣靴試驗裝置電
路，但由于擊穿發生于試驗的整個過程，特別是在
交變電場中，固體介質因介質損耗等產生的熱量
使其溫度升高。如果散熱不好，就會使溫度不斷
上升，介質損耗和發熱更大，熱平衡被破壞，最終
使最熱處的介質局部熔化、燒焦而形成熱擊穿。
如果這時正好按下按鈕，那么高壓就會經電極、絕
緣靴、金屬器皿、毫安表流人大地，此時試驗人員
接觸到的相當于金屬器皿上的電壓，造成試驗人
員觸電。因此，需要一種能夠限制電壓，當電壓超
過一定數值時就動作，把電壓控制在一定范圍內
保護試驗人員的元器件或裝置。經過綜合比較，
選用放電管作為過電壓保護元件。將放電管并聯
于毫安表兩側，以限制毫安表兩側的電壓差，由于
毫安表一端接地，并聯放電管等于限制了對地電
壓，保護試驗人員在按下按鈕時發生擊穿而引起
的觸電。
對絕緣工器具試驗電路圖的改動，解決了試
驗重復接線和按鈕上會產生過電壓的問題，但毫
安表的損壞問題，還沒有從根本上得到解決。造
成毫安表損壞的根本原因是絕緣工器具被擊穿的
瞬間有大電流通過。限制電流的方法有很多，而
最簡單、可靠、實用和經濟的是在電路中串聯電
阻。絕緣安全工器具被擊穿時電流都會通過電
阻，要求使用熱容量大的電阻。但隨著試驗電壓
的不同，為了達到限流作用，需要選用不同的限流
電阻，這樣在試驗時需要很多限流電阻以備選用。
限流電阻在位置(3)時，如果按鈕沒有按下，它都
不會工作，只有在按鈕按下常閉觸點斷開，同時發
生擊穿時才工作。由于有放電管并聯，在發生擊
穿時，毫安表、按鈕、放電管并聯模塊兩端的電壓
都不會超過放電管的額定工作電壓，這樣對于不
同的試驗電壓只需要一個電阻就可以解決所有問
題。如果放電管的額定工作電壓小些，限流電阻
的阻值大些，那么限流電阻可以選用普通的電阻
而不需要專用的限流電阻。根據這個思路設計現
場型絕緣安全工器具試驗平臺示意圖見圖3。
l一調壓器 2一試驗變壓器 3．被試品
4．電極 5．絕緣支架 6．盛水金屬器皿
7-按鈕 8．放電管 9．電阻
mA-毫安表 vl一電壓表 V2．數顯高壓表
A．電流表
圖3 現場型絕緣安全工器具試驗平臺設計示意圖
倭～ T ～
728 卞曉亮：現場型絕緣安全工器具試驗平臺設計
3．3 電路元器件的選擇
(1)放電管的選擇。放電管的作用是當電壓
超過額定工作電壓時，由絕緣狀態變為導通狀態，
使放電管兩端的電壓差不超過額定工作電壓，以
保護人和設備安全。本文中主要是用來保護試驗
人員安全的，因此電壓越低越好。放電管的電壓
范圍為75～3 500 V，本文選用75 V 的放電管。
在發生擊穿時，調壓器上的保護會馬上動作切斷
電源，因此在放電管上過電壓持續的時間很短。
放電管的耐沖擊電流較大，一般都能滿足試驗要
求。由于設計的電路應盡可能集成、小巧，經綜合
分析，選用2RM075—8的放電管。
(2)電流表的選擇。由表1可以看出，在試驗
時，泄漏電流不會超過10 mA。但在實際試驗過
程中，被試品的的泄漏電流可能超過20～ 30
mA，甚至達到5O～60 mA。電流表在測量時，讀
數在其量程的三分之二處，精度是最高的。為了
降低成本，也為了便于以后的維護和維修，應盡量
采用通用型的而不是采用非通用型的專用定制型
號，因此選用100 mA 的毫安表。實際使用過程
中發現，如果使用指針式的毫安表，受環境因素的
影響較嚴重，例如手機來電電場發生變化等，都會
造成指針偏轉，導致試驗數據出現誤差。為了反
應試驗數據的真實性，使用抗干擾能力較強的數
顯毫安表。因此，電流表選擇量程為100 mA 的
毫安表。
(3)保護電阻的選擇。為了使電阻能在沖擊
電流下仍能充分限制毫安表回路的電流，給它一
個冗余系數K(取3～4)，即在3至4倍的電壓
下，仍能很好的保護毫安表。在放電管的作用下，
毫安表、按鈕、放電管并聯模塊兩端的電壓差不會
超過75 V，毫安表的量程為100 mA，得到電阻為
3 kQ。
同樣是由于放電管和保護電阻的共同作用，
在發生擊穿時毫安表回路的電流，最高只有100
mA，不需要熱容量大的專用限流電阻，因此只需
要普通的2．25～3．00 kgt電阻，提高了設備的經
濟性和可維護性。
(4)點動開關的選擇。點動按鈕開關作用于
毫安表、按鈕、放電管并聯模塊，工作在低壓回路，
對地電壓不超過75 V。可以選用AC一1lO／lOA
的按鈕，為了安全性選用AC一220／5A 的按鈕。
4 應用舉例
按照圖3進行絕緣靴的交流耐壓試驗，根據
表l的5 kV、l min交流耐壓試驗，開始試驗時與
現行的試驗方法相同，電壓到達15 kV 時，計時
開始，毫安表讀數為“0”。此時如果發生擊穿，電
流直接經按鈕的常閉觸點與大地相連，不經過毫
安表。反之，繼續保持電壓，接近60 S試驗結束
時，按下按鈕，按鈕的常閉觸點斷開，讀取毫安表
上面的試驗數據。如這時發生擊穿，試驗人員的
手還在按鈕上，放電管由絕緣變導通，進行放電，
從而保護了試驗人員。在電阻的作用下，限制了
毫安表回路的電流，保護了毫安表。
正常情況，絕緣靴的交流耐壓試驗的電壓為
15 kV，泄漏電流判定的合格條件為7．5 mA，在
不考慮試驗變壓器和被試品負載特性是容性還是
感性的情況下，回路的阻抗為2 000 kQ。
正常工作情況下，測量泄漏電流時與保護電
阻(R取3 kQ)串聯時，總阻抗為2003 kEt。
泄漏電流為7．49 mA。與實際比較，誤差為一
0．15 。在實際測量中，影響測量精度造成誤差
的有很多，例如試驗變壓器的誤差，儀表的誤差等
等，一0．15 的誤差可以忽略。
在保護電阻上的電壓降u阻一k Z阻一0．007 5
×3 000—22．47(V)，小于75 V，可得放電管在
絕緣狀態，不工作。現場型絕緣安全工器具平臺
在正常工作狀態。
參考文獻：
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E63 劉笙．電氣工程基礎(第2版)[M]．北京：科學出版社，
2008．
收稿日期：2015—07—01
(本文編輯：趙艷粉)

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