直流耐压试验在电机、电缆等预防性试验中的重要性

（一）特点

直流耐压试验和直流泄漏试验的原理及方法完全相同。差别在于直流耐压试验的试验电压较高，所以它除能发现设备受潮、劣化外，对发掘绝缘的局部缺陷具有特殊的作用。

直流耐压试验与交流耐压试验相比，有以下几个特点：

（1）设备较轻便。在试验大容量的电气设备（如发电机），特别是在试验电压较高时，交流耐压试验需要较大的试验变压器（详见交流耐压）。当进行直流耐压试验时，试验变压器的容量就不必考虑。因为负荷一般不超过几个毫安，核算到变压器侧的容量是微不足道的。因此，直流耐压试验的试验设备较轻便。

（2）绝缘无介质极化损失。在直流耐压试验时，绝缘没有极化损失，因此不致使绝缘发热，从而避免因热击穿而损坏绝缘。交流耐压试验时，则有介质损失，致使绝缘发热。

（3）可制作伏安特性曲线。直流耐压试验时，可制作伏安特性曲线，根据伏安特性曲线的变化来发现绝缘缺陷，并可由此来预测击穿电压，如图8-44示。预测击穿电压的方法是将泄漏电流与电压的关系曲线延长，泄漏电流急剧增长的地方，表示即将击穿，此时即停止试验。如图中的U0即为击穿电压。

图8-44　延长伏安特性曲线预测击穿电压

根据预测的直流击穿电压，可以换算出交流击穿电压的幅值，换算公式为

式中　K——巩固系数，与设备的绝缘材料和结构有关，可由直流击穿电压与交流击穿电压的幅值来表示。其数值一般在1.0～4.2范围内。

根据所算出的交流击穿电压来判断设备今后安全运行的可靠性。

（4）在进行直流耐压试验时，一般都兼做泄漏电流试验，由于直流耐压时所加电压较高，故容易发现缺陷。例如：某电厂有一台6kV，12500kW的水轮发电机，1970年进行直流耐压试验时，测得的三相泄漏电流基本平衡。该机运行一年后，进行直流耐压试验时，在0.5UN以下时三相泄漏电流值相差不大，但在1倍UN及以上时，三相泄漏电流严重不平衡，C相泄漏电流剧增，解体后发现C相绝缘端部有缺陷。

（5）易于发现某些设备的局部绝缘缺陷。对发电机来说，直流耐压试验时，多发现发电机端部绝缘缺陷，而交流耐压试验多发现发电机槽部及出槽口的绝缘缺陷。其原因是：交直流电压沿绝缘元件的分布是不一样的。交流电压沿绝缘元件的分布与电容成反比，而直流电压分布则与电阻成正比。

图8-45为发电机绕组在端部附近的结构示意图，其等值电路如图8-46所示，先根据等值电路来进行定性分析。

图8-45　发电机端部附近的结构示意图

（a）端部结构图；（b）放大图
1—铁芯；2—绝缘；3—导体

图8-46　端部绕组绝缘的等值电路

对于图8-46，在交直流分别作用下，根据交直流的特点，又可进一点简化成图8-47的形式。在图8-47（a）中，由于R绝缘电阻，其数值很大，可以近似看成开路，所以r上的电流就近似相等，因此槽口和端部的电压基本相等，也即端部承受了较高的电压，当端部有缺陷时，进行直流耐压就容易被发现。在图8-47（b）中，由于交流电流可以流过电容，所以r上的电流就彼此不再相等了。显然，靠近槽口处的一上电流大，导致电压也高，因而大部分电压降落在槽部和槽口，而端部承受的电压就很小，故在交流耐压时易发现发电机槽部和槽口的缺陷。上面只是为了搞清物理概念，所进行的定性分析。实际上，沿绝缘表面各点的电压分布可应用无穷长导线的电压分布公式计算（推导从略）

图8-47　图8-46对应于直流和交流情况下的等值电路

（a）直流；（b）交流

U＝U0e－al

式中　U——绝缘表面各点的电压；

U0——导体对铁芯的电压；(www.xing528.com)

l——计算点与铁芯的距离；

a——衰减常数，在交流和直流电压下分别等于和

r——单位长度绝缘的表面电阻；

R——单位长度绝缘的体积电阻；

X0——单位长度绝缘在50周时的容抗。

图8-48是按上述原则对一台6kV，290kW电动机端部绕组绝缘表面各点电位分布的计算及实测情况。由图可见，在交流电压下，距槽口30 mm处，绝缘所承受的电压已降低至试验电压的12％，而在直流电压下则为85％。

图8-48　定子绕组端部绝缘自槽口开始的电压分布曲线

统一计算值：圈点—实测值

对于电缆来说，直流试验也容易发现其局部缺陷。

综上所述，直流耐压试验能够发现某些交流耐压试验所不能发现的缺陷，但是交流耐压试验对绝缘的作用更近于运行情况，因而能检出绝缘在正常运行时的最弱点。因此，这两种试验不能互相代替，必须同时应用于预防性试验中，特别是电机、电缆等更应当做直流耐压试验。另外，对110kV及以上的变电设备，由于试验条件限制，目前《规程》中还不要求做交流耐压试验，而只要求做直流耐压试验。

（二）试验电压的确定

进行直流耐压试验时，外施电压的数值通常应参考该绝缘的交流耐压试验电压和交直流下击穿电压之比，但主要是靠运行经验来确定。例如，原规程规定发电机在小修时或大修结束后试验电压的标准为2.0～2.5UN，但华北的一些电厂反映2.5UN偏高，况且小修时目前采用2.0UN的试验电压要求后也未出现问题，所以根据现场经验，DL/T 596将2.5UN改为2.0UN。

（三）试验电压的极性

DL/T 596规定，在进行直流高压试验时，应采用负极性接线。简要说明如下：

电气设备的绝缘分为内绝缘和外绝缘，外绝缘对地电场可以近似用棒-板构成的电场来等效。

研究表明，在棒-板电极构成的不对称、极不均匀电场中，气体间隙相同时，由于极性效应，负棒-正板的火花放电电压是正棒-负板的火花放电电压的2倍多，如图8-49所示。

由图8-49可见，当间隙距离为100cm时，正、负极性的火花放电电压分别为450kV和1000kV，即1000/450＝2.2倍。这种极性效应是由于电晕空间电荷对电场畸变造成的。

通常，电气设备的外绝缘水平比其内绝缘水平高，显然，施加负极性试验电压外绝缘更不容易发生闪络，这有利于实现直流耐压试验检查内绝缘缺陷的目的。另外，对电缆等油浸纸绝缘的电气设备，由于电渗现象，其内绝缘施加负极性试验电压时的击穿电压较正极性低10％左右，也就是说，电缆芯接负极性试验电压检出缺陷的灵敏度更高，即更容易发现绝缘缺陷。

图8-49　棒-板空气间隙的直流

（四）试验结果判断

直流耐压试验结果的判断分析，可参阅交流耐压试验分析判断的有关原则。