如何测量设备的泄漏电流？

（一）测量泄漏电流的特点

泄漏电流测量的原理和绝缘电阻测量本质上是完全相同的，而且能检出缺陷的性质也相同。但由于泄漏电流测量中所用的电源一般均由高压整流设备供给，并用微安表直接读取泄漏电流。因此，它与绝缘电阻测量相比，又有自己的特点：

（1）试验电压高，并且可随意调节。泄漏电流测量是对一定电压等级的被试设备施以相应的试验电压，这个试验电压比兆欧表额定电压高得多，所以容易将绝缘本身的弱点暴露出来。因为绝缘中的某些缺陷或弱点，只有在较高电场强度下才能暴露出来。

（2）泄漏电流可由微安表随时监视，灵敏度高，测量重复性也较好。例如，某台VMNT—220型少油断路器，用兆欧表测得各相的绝缘电阻均在10000 MΩ以上，当进行40kV直流泄漏测量时，三相电流显著不对称，其中两相都是2μA，另一相是60μA。最后检出该相支持瓷套有裂纹。

（3）根据泄漏电流测量值可以换算出绝缘电阻值，而用兆欧表测出的绝缘电阻值则不可换算泄漏电流值。因为要换算首先要知道加到被试设备上的电压是多少，兆欧表虽然在铭牌上刻有规定的电压值，但加到被试设备上的实际电压并非一定是此值，而与被试设备绝缘电阻的大小有关。如图8-21所示，当被试设备的绝缘电阻很低时，作用到被试设备上的电压也非常低，只有当绝缘电阻趋于无穷大时，作用在被试设备上的电压才接近于铭牌值。这是因为被试设备绝缘电阻过低时，兆欧表内阻压降使“线路”端子上的电压显著下降。

图8-21　泄漏电流与加压时间关系曲线

1—良好；2—受潮或有缺陷

（4）可以用I＝f（u）或I＝f（t），并测量吸收比来判断绝缘缺陷。泄漏电流与加压时间的关系曲线如图8-21所示。在直流电压作用下，当绝缘受潮或有缺陷时，电流随加压时间下降的比较慢，最终达到的稳态值也较大，即绝缘电阻较小。

关于泄漏电流与外加电压的关系曲线，将在原理部分叙述。

图8-22　绝缘的伏安特性

（二）测量原理

由上所述，当直流电压加于被试品时，其充电电流（电容电流和吸收电流）随着时间的增长而逐渐衰减至零，而漏导电流则保持不变。故微安表在加压一定时间后其指示趋于恒定，此时读取的数值则等于或近似于漏导电流，即泄漏电流。

对于良好的绝缘，其漏导电流与一定的外加电压的关系应为一直线。

但是，实际上漏导电流与电压的关系曲线，仅在一定的电压范围内才是类似直线的，如图8-22所示的OA段。超过此范围后，离子活动加剧，此时电流的增加要比电压增长快得多，如AB段。到B点后，如果电压继续再增加，则电流将急剧增长，产生更多的损耗，以至绝缘被破坏，发生击穿。

在预防性试验中，测量泄漏电流时所加的电压大都在A点以下，故对绝缘良好者，其伏安特性应是直线关系。当然，绝缘有缺陷（局部或全部）或受潮的现象存在时，则漏导电流急剧增大，使其伏安特性曲线就不再是直线关系了。因此可以通过泄漏电流的测量来分析绝缘是否有缺陷或是否受潮。在发掘局部缺陷上，泄漏电流的测量更有其特殊意义。

（三）测量接线

泄漏电流的测量接线，多采用半波整流电路，近些年来，随着电子工业的发展，出现了轻便型的直流泄漏试验装置，采用倍压整流电路或直流串接电路。它们在预防性试验中获得了越来越广泛的应用。

1.半波整流电路及其测量接线

测量泄漏电流的半波整流电路的接线，根据微安表及高压整流管所处的位置的不同，可有六种接线方式，但严格说来只有两种。

（1）微安表处于高电位。微安表处于不同位置的接线如图8-23所示。微安表Ⅰ处于高电位，是这里要讨论的情况。由图8-23可见，此电路由下列几部分组成：

图8-23　微安表处于不同位置时半波整流电路的原理接线

T1—自耦变压器；T2—升压变压器；V—高压整流硅堆；R1—保护电阻；μA—微安表；C—稳压电容器；mA—测压用毫安表；R—测压用电阻；CX—被试品

1）交流高压电源。这部分包括升压变压器和自耦变压器。升压变压器用来供给整流前的交流高压：其电压值的大小必须满足试验的需要，由于试验所需的电流甚小，一般不超过1 mA，故升压变压器的容量问题可不予考虑，现场试验时可用电压互感器或油试验器代替。

自耦变压器是用来调节电压的。其容量只要满足升压变压器的励磁容量要求即可。

2）整流装置。整流装置包括高压整流硅堆和稳压电容器。高压整流硅堆的额定反向峰值电压应大于所加最高交流电压有效值的倍。稳压电容器也叫滤波电容器，其作用是使整流电压平稳。这个电容越大，加于被试品上的电压越平稳，而且电压的数值越接近于交流电压的幅值。现场一般取为0.01～0.1μF，可以满足脉动因数小于3％的要求。

当然，在试验大型发电机和变压器及电缆等被试品时因其本身电容较大，故可省去稳压电容。

3）保护电阻R1。其作用是限制被试品击穿时的短路电流，以保护高压变压器，整流硅堆及微安表，故有时也叫限流电阻。其值可按硅堆的短时最大允许电流Ial（μA）来选择，一般认为在0.2～0.5s内可允许的电流Ial为持续工作电流10倍以上。保护电阻的计算公式为

式中　U——试验时所加的直流电压；

Ial——硅堆短时最大允许电流；

R1——保护电阻。

保护电阻常取为几十千欧。试验中常用玻璃管、有机玻璃管或透明硬塑料管充水溶液配制。其表面绝缘距离常按3～4kV/cm考虑。

4）微安表。微安表的作用是测量泄漏电流，它的量程可根据被试设备的种类、绝缘情况适当选择，误差应小于2.5％。

由于微安表是精密贵重的仪器，因此在使用中必须十分爱护，一般都有专门的保护装置，其接线图如图8-24所示。

图8-24　微安表的保护接线图

L—电感线圈；R—增压电阻；SB—短路刀闸；C—滤波电容器；VE—放电管；μA—微安表

保护装置的工作原理是：在微安表的回路中串联一个阻值较大的电阻R，当有电流通过回路时，就在AB两端产生一个电压降，电压降的大小为通过R的电流和电阻的乘积，当这个乘积能使放电管放电时，放电管工作，电流就从放电管中流过，而不通过微安表起到保护作用。

具体说来各元件的作用是：

a.滤波电容器C：能滤掉泄漏电流中的交流分量和通过微安表的交流电流，从而减小微安表的摆动，便于录取读数；能够保证保护装置在任何情况下正常工作；还能使放电管放电时较为稳定。其数值可为0.5～20μF（150～300 V）。

b.放电管VE：当回路中出现危及微安表的电流时，它能迅速放电，构成微安表短路，好像一个自动切合的刀闸。它可用霓虹放电管或验电笔上的氖气管，也可用稳压管，如2CW12或CT—4C，但用硅稳压管时它不能给出明确信号。

c.增压电阻R：由于放电管的放电电压一般较高，即使微安表中已经流过较大的电流，其两端的压降仍不能使放电管放电，故须串入适当的电阻，以增加放电管两端的压降。R最小的数值可按下式确定

式中　UVE——放电管的实际放电电压，V；

LμA——微安表的额定电流，μA。

d.电感L：用来防止突然短路时，放电管来不及动作，由于这个冲击电流而损坏微安表。因为电容器也具有这个作用，故有时不用它。如果使用时，电感量可取1 H左右，可用小变压器来代替，如电能表上的电压线圈也可以。(www.xing528.com)

e.短路刀闸SB：它在一般情况将微安表短路，只有在读数时才将其打开，以保护微安表免于损坏。

5）电压的测量。当确认输出电压较为平稳，即被试品是一个相当容量的电容器，同时负荷电流又非常小时，可在低压侧进行测量，然后换算出高压侧电压，其公式为

式中　U——试验应加的直流电压；

U1——试验变压器低压侧应加的交流电压有效值；

K——试验变压器的变比。

一般情况下，最好在高压侧进行测量，常用的测量方法是采用直流毫安表串联电阻来测量，如图8-23所示。电阻值应稳定，误差应不大于1％。电流取1～2 mA。

图8-23位置Ⅰ接线的优点是：高压变压器只需要一个引出套管，由于微安表处于高电位，故测出的泄漏电流准确，不受杂散电流的影响。但这种接线也有很多缺点：微安表对地需良好的绝缘，并必须遮蔽；在试验中调整微安表的量程时，应用绝缘棒，操作不便；微安表距人较远，读数时不易看清，有时需用望远镜，也有不便。

（2）微安表处于低电位。由于微安表处于高电位时存在读数和操作不方便等缺点，在现场试验中往往将微安表接在低电位，即接在图8-23中的位置Ⅱ，但是，这样一接又产生了新的问题，即变压器需要有两个套管。高压导线对地的电晕电流将通过微安表，电晕电流有时会严重影响测量结果。例如，在50kV及潮湿天气下，电晕引起的电流可以达数百微安，以致比被试品的泄漏电流还大。若将微安表接至图8-23位置Ⅲ，则可克服这一缺点，但有时被试品下端接地，这就要采取图8-23中的位置Ⅰ或位置Ⅱ的接线了。

应当指出，在有条件的地方宜尽量采用位置Ⅲ的接线，它既可以获得相当准确的测量结果，操作也很简便。而尽量不采用位置Ⅱ的接线，以减小测量误差。

2.串级整流电路及其接线

当需要更高的试验电压时，半波整流电路就很难满足要求，通常采用倍压整流电路或串级整流电路，目前，我国生产的成套直流试验器均采用后者。其接线如图8-25所示，它是一个三级串级电路，在空载情况下输出电压可达6UTm。

图8-25　三级串级整流电路的接线

电路在空载时，各级电容的充电过程简单分析如下：在电源负半波时，电源经V1、R向C1充电至UTm；正半波时，电源与C1串联（U30由0～2UTm变化）经V2、R向C2充电，使C2上的电压达到2UTm，同样在负半波减电源还与C2串联（U21由UTm～3UTm变化）经R、V3向C3及C1充电，使C3及C1上的总电压达到3UTm，即C3上电压达到2UTm。而在正半波时，电源与C1、C3串联（U50由2UTm～4UTm，变化）经R、V4向C4及C2充电，使C4及C2上的总电压达到4UTm，即C4上的电压达到2UTm。依此类推，最终可使点6上电位，即直流输出电压达到6UTm。

由于上级电容的电荷需要由下级电容供给和补充，串级电路在接上负载时的电压脉动δU和电压降ΔU都比较大，级数越多及负载电流越大时，δU和ΔU越大。因此由这种串级电路构成的直流高压装置的输出电流较小，一般只能做到10 mA左右。

（四）影响泄漏电流的因素

1.杂散电流的影响

泄漏电流试验的电压比较高，在高压导体处总要产生杂散电流。产生杂散电流的原因之一是高压导体与接地部分距离太近。另一原因是高压导线直径太小或导体部分有尖角，当曲率半径较小处的电场强度达到2 MV/m时，该处的空气开始游离，便有电晕电流产生。由于杂散电流的影响，即使绝缘并无缺陷，在高电压下也会出现泄漏电流与电压不成比例增加的现象。针对上述原因，应使高压引线与接地部分的距离尽量大一些；高压引线宜用直径大一些的绝缘线；由微安表至试品这一段导线应采用屏蔽线。

2.表面泄漏的影响

泄漏电流分为体积泄漏电流和表面泄漏电流两种，表面泄漏电流的大小，主要决定于被试设备的表面情况，如表面受潮、脏污等。若绝缘内部没有缺陷，而仅表而受潮，实际上并不会降低其绝缘强度。为真实反映绝缘内部情况，在泄漏电流测量中，所要测量的只是体积电流。但是在实际测量中，表面泄漏电流往往大于体积泄漏电流，这给分析判断被试设备的绝缘状态带来了困难，因而必须消除表面泄漏电流对真实测量结果的影响。

消除的办法，一个是使被试设备表面干燥、清洁，且高压端导线与接地端要保持足够的距离，另一个是采用屏蔽环，将表面泄漏直接短接，使之不流过微安表Ⅰ。

3.温度的影响

与绝缘电阻测量相似，温度对泄漏电流测量结果有显著影响。所不同的是温度升高，泄漏电流增大。经验证明，发电机泄漏电流在温度每增高10℃时，增加0.6倍。

由于温度对泄漏电流测量有一定影响，所以测量最好在被试设备温度为30～80℃时进行。因为在这样的温度范围内，泄漏电流的变化较为显著，而在低温时变化小，故应在停止运行后的热状态下进行测量，或在冷却过程中对几种不同温度下的泄漏电流进行测量。这样做也便于比较。

4.非正弦波形的影响

在进行泄漏电流测量时，供给整流设备的交流高压应该是正弦波形。如果供给整流设备的交流电压不是正弦波，则对测量结果是有影响的。

影响电压波形的主要是三次谐波。分析表明，尖顶波影响较大，因为它的合成波最大值要比基波最大值大。因此，电源侧波形属于这种形状时，加于被试设备上的直流电压要大于交流基波电压有效值的倍。具体大多少要看波形畸变的程度，波形畸变越严重，大得越多。

尖顶的波形在实际的泄漏电流测量中，是经常存在的，只不过是在“尖”的程度上有所差别罢了。

必须指出，在泄漏电流测量中，调压器对波形的影响也是很大的，实践证明，自耦变压器畸变小，损耗也小，故应尽量选用自耦变压器调压。另外，在选择电源时，最好用线电压而不用相电压，因相电压的波形易畸变。

5.升压速度的影响

对于具有大电容量的试品，由于存在缓慢的吸收过程，升压速度快慢的不同使得所读得的电流值也不一样。在试验时，大都是读取加压后1 min或5 min时的电流值：如果电压是逐渐加上的，就存在吸收过程，读数会偏小；如果电压是很快加上的，就没有完成吸收过程，读数会偏大。故要求升压速度以1～2kV/s为宜，同时电压应平稳上升，避免忽升忽降。最好采取逐级加压的方式，并将升压速度和电压稳定时间加以规定，以获得正确的试验结果。

（五）测量时的操作要点

1.自行设计接线的情况

（1）按接线图接好线，并由专人认真检查接线和仪器设备，当确认无误时，方可通电及升压。

（2）在升压过程中，应密切监视被试设备、试验回路及有关表计。微安表的读数应在升压过程中，按规定分阶段进行，且需要有一定的停留时间，以避免吸收电流的影响。

（3）在测量过程中。若有击穿、闪络等异常现象发生，应马上降压，以断开电源，并查明原因，详细记录，待妥善处理后，再继续测量。

（4）试验完毕、降压、断开电源后，均应对被试设备进行充分放电；放电前先将微安表短接，并用带有高值电阻器的放电棒进行放电。否则会将微安表烧坏。

对电缆、变压器、发电机的放电时间，依其容量大小可为1～3 min，电力电容器可长至5 min。除此之外，还应注意附近设备有无感应静电电压的可能，必要时也应放电或预先短接。

（5）若是三相设备，同理应进行其他两相测量。

（6）按规定的要求进行详细记录。

2.成套试验设备

若采用成套试验设备进行测量，其操作方法应按说明书执行。