分析直流电气设备中的电压极性装置

李建琦

摘 要：作为电气设备交接及其预防实验重要部分，电压极性装置主要功能有直流耐压及泄漏电流的测量。文章首先分析了电气设备中电压极性的特性，在此基础上分析了电渗漏及耐压，给予电气设备项目一定的借鉴方案及解决方法。

关键词：电气设备；电压极性；研究分析

作为电气设备交接及其预防实验重要部分，电压极性装置主要功能有直流耐压及泄漏电流的测量。依据国内有关电气行业电气设备中的电压极性规定，直流电气设备应该使用负接型极线，因此直流电气设备中电压极性装置，也是研究直流电气设备人最关注的问题，基于这方面考虑，文章首先分析了电气设备中电压极性的特性，在此基础上分析了电渗漏及耐压，给予电气设备的项目一定的借鉴方案及解决方法。

1 电气设备中电压极性装置的研究基础

现在国内和世界大多数国家都配有高压的变压器，有的国家还配有高达3k千伏的变压器，但是对于研究直流电气设备中的电压极性装置，其研究基础有什么，其适用于什么样的场合，文章依据已有的研究经验适用电渗这一现象来对其进行解释。

1809年罗伊斯观察到了电渗现象，其实验过程是，首先他将竖直的玻璃筒放置在一块湿润的黏土当中，随后往玻璃筒倒满水，同时配以金属的电极。如果有电势加载，负极的地方会出现高的水面，而正极的地方会出现低的水面，并且正极的地方还有残留一部分悬浮状黏土。当处于外加电场环境下，液体经过多孔型固体的现象，就是电渗，亦是胶体电动的常见情况之一。这个现象的产生根本原因是，位于多孔型固体和液体相互接触的地方，由于自身电离或者吸附了离子而带有了电荷，而液体带有反向电荷，由于外加电场环境，相对于固体，液体就出现了相对的移动。罗伊斯在整个观察过程中，因为负极电压有高的水面，所以断定水的极性为正，而黏土的粒子极性为负。

当然这种电渗现象也能够使用简单的装置对其进行简单模拟。首先在素烧瓷筒的周围缠绕一个铜线，将其作为外部电极，而瓷筒中灌满蒸馏水，之后插入作为内部电极的铜线，同时在瓷筒的电极间配以几百伏特左右的直流电源，会发现这样的现象，如果把外部电极和电源的负极相连，而内电极和电源的正极相连，就可以观察到素烧瓷筒中的水慢慢溢出，并且瓷筒表层的水也向其内部进行渗透。这个结果说明，当配有不同极性时，水可以经过多孔型固体（例如黏土和油浸纸）往各个方向扩散，这个也可以称之为电渗，这个也是电气设备中电压极性装置的研究基础。

2 分析直流电气设备中的电压极性装置

对比电压极性的数据可以看出，油浸型的电气设备（包括电缆线和变压器）绝缘型材料，其一般是从表面周围开始受潮，所以我们可以用电渗的基本原理来进行有效的解释，油浸型的电力设备绝缘型材料所拥有的水分因为处于电场环境中，所以其极性为正，当对油浸型的电力设备配以正电压，绝缘型材料所拥有的水分会从表面流出，减小了所含有的水分，今儿减小了泄漏的电流；而当对油浸型的电力设备配以负电压，绝缘型材料所拥有的水分会从表面引入，进而被油浸型的电气设备吸收，增加了所含有的水分，所以可以得到这些结论：第一，对于直流耐压及泄漏电流的测量，不会受到新直流电气设备中电压极性对设备的影响，由于油浸型的电力设备基本上尚未受潮，还有特别少的水分，在周围是电场的环境下，具有非常弱的电渗，所以不论是正极还是负极，其对应的泄漏电流大小都保持一致。第二，对于直流耐压及泄漏电流的测量，会受到旧直流电气设备中电压极性对设备的影响，这个就可以用电渗原理来解释。如果绝缘油纸具有严重的受潮现象，正负极性具有非常明显的差别，因此配置负极性的电压方式来测量泄漏电流是非常严格的，非常容易使得电气设备的絕缘油纸出现比较小的泄漏电流，大约是小于10ma，而且没有明显的电渗，如果不能忽略直流电气设备存在的电流，就需要给电气设备配以正极性电压，原因是如果直流电气设备配以了正极性的电压，则会使得电晕电压高出了电晕电压。地电场的高压引线可以配以常用的棒板型电极，实际测量开始的电晕电压为U0，而正负极性相差2两倍，也就是U+0>U-0，原因是棒极周围存在正的电荷，这样就降低了正棒周围的正电荷，增强了负棒周围电场。

3 直流电气设备中电极性的耐压情况

对于直流电气设备，还有一个指标就是耐压特性，但是绝缘状况是核心的检测目标，电极对其的影响也是最大的。绝缘状况基本原理是在配以低电压的情况下，亦或是用那些不会损害绝缘的方法来对绝缘进行每个特性的测量，进而分析绝缘出是否存在缺陷，如果存在要及时进行弥补。如对绝缘电阻及相应介质正切损耗角值的测量，还有对油中还有气体色谱和局部的超声波进行测量。实际表明，这个方法非常有效，但是不能依靠其来决定绝缘的耐压特性。

对于电气设备中的绝缘耐压特性研究，其可以观察电流量存在的变化而观察具有大危险性的特殊缺陷，保证绝缘耐压的探测标准。在变化电极性测试耐压时，首先比较正负电极，给试品提供较高的电压，使用球隙型测压仪对电压测试，或者是试品承受的电压值。因为一些试品不存在非常大的电容量，所以对于测量电压极性需要考虑一些客观的因素。从基本理论角度，增大了容性地电流，也会提高绝缘耐压特性；若改变了电压的极性，绝缘特性也会减小一些，不仅改变了电压的极性，其竖直也和其反比例的改变。针对具有高电压和大容量标准的试品，也增大了调压和升压器的整体容量，所以需要在没有破坏性检测后进行高压性的耐压测试，防止了变化电压极性而导致了经济发生损失。

4 分析直流电气设备中直流耐压特性

对于直流电气设备来讲，直流耐压特性也受到了电极性作用。直流电气设备中对于电压极性数据分析可以看出，如果在具有非常不均匀且不对称的电场环境下，同时保证相同的气体间隙，因为存在电极性特点，负棒上正极的电压大约大于正棒上负极电压的一倍，如果有100cm的间隙距离，就有了2倍的正负极性电压关系。这个电极性特点是因为电场畸变受到了电晕电荷的影响。一般情形下，电气设备外部绝缘能力要高于内部的绝缘能力，很明显对电气设备平配以负极电压，让外部绝缘更难出现闪路，更有益于使用直流耐压对内部绝缘存在的缺陷进行测量。在对直流电气设备进行测量时，配以负极性测量方式比正极性测量方式更容易测量电气设备绝缘特性，尤其是配以油浸纸的绝缘材料。而且对于一些特殊电气设备的泄漏电流测量，如果没有明显的电渗，并且测量结果又受到了电流地影响，就可以使用正极性测量方式，这样可以降低电晕电流对其产生的影响，分析直流耐压特性。

5 结束语

作为一个高技术含量高的项目，直流电气设备的电压极性装置，不仅具有管理、评估、监测、诊断方面，还包括了经济分析及人员能力方面，而且因为电气设备具有不一样的工作环境，使得测试人员必须加强测量电气的熟练度，提升测试水平，减小主客观对其的影响，更大范围对其耐压的特性进行理解，并提供有效的方案进行解决。但是，对于电气设备的研究，还有许多方面亟需解决，更要更多人进行相应的研究工作，那么在电气技术人员的协同合作下，研究成果可以到一个新的高度，其成果也会给社会和人民引入大量的经济和社会效益。

参考文献

[1]郑学召.矿井救援无线多媒体通信关键技术研究[D].西安科技大学，2013.

[2]王尧.复杂波形条件下剩余电流检测技术研究[D].河北工业大学，2012.

[3]王颖.电气设备直流局部放电信号的检测与研究[D].天津大学，2010.