高電壓5-2課件

1、5.2 5.2 直流高電壓試驗(yàn)直流高電壓試驗(yàn)直流高壓試驗(yàn)的場合直流高壓試驗(yàn)的場合 被試品的電容量很大的設(shè)備被試品的電容量很大的設(shè)備(如長電纜、電力電容器如長電纜、電力電容器)常用直流高電壓試驗(yàn)來代替工頻電壓試驗(yàn)。常用直流高電壓試驗(yàn)來代替工頻電壓試驗(yàn)。對直流輸電設(shè)備進(jìn)行直流高壓試驗(yàn)。對直流輸電設(shè)備進(jìn)行直流高壓試驗(yàn)。泄漏電流測量泄漏電流測量5.2.1直流高電壓的產(chǎn)生 應(yīng)用最廣泛的產(chǎn)生直流高壓的方法是將交流電壓通過整流元件整流而獲得,對直流電源的要求 直流電壓的特性由極性、平均值、脈動等來表示。高壓試驗(yàn)的直流電源在提供負(fù)載電流時，脈動電壓要非常小，即直流電源必須具有一定的負(fù)載能力。1. 1. 半波整

2、流回路半波整流回路（a）（b）圖圖5-14半波整流電路半波整流電路(a)及輸出電壓波形圖及輸出電壓波形圖(b)T-工頻室驗(yàn)變壓器工頻室驗(yàn)變壓器 C-濾波電容器濾波電容器 VD-整流元件整流元件(高壓硅堆高壓硅堆) R-保護(hù)電阻保護(hù)電阻 Umax、Umin、Ud-試品輸出直流電壓的最大值、最小值、算術(shù)平方值試品輸出直流電壓的最大值、最小值、算術(shù)平方值 整流回路的基本技術(shù)參數(shù)有三個：（1）額定平均輸出電壓(算術(shù)平均值)Ud2minmaxUUUd（2）額定平均輸出電流（平均值）IdLddRUI（3）電壓脈動系數(shù)（紋波系數(shù)）SdUUS2minmaxUUU表示電壓脈動幅度對于半波對于半波整流電路整流電路

3、22ddI TIuCfCxdddfCRfCUIUuS212直流高電壓的產(chǎn)生直流高電壓的產(chǎn)生1. 半波整流回路和直流高壓設(shè)備的基本參數(shù)半波整流回路和直流高壓設(shè)備的基本參數(shù)T-工頻室驗(yàn)變壓器 C-濾波電容器 D-整流元件(高壓硅堆) R-保護(hù)電阻 Umax、Umin、Ud-試品輸出直流電壓的最大值、最小值、算術(shù)平方值 TDRCRxutTUminUmaxUT半波整流電路及輸出電壓波形圖（1）半波整流回路2TsmURI2. 倍壓整流回路：可獲得等于可獲得等于(23)m的直流電壓的直流電壓圖圖5-15電源變壓器兩端對地絕緣的倍電源變壓器兩端對地絕緣的倍壓電路壓電路此電路可看作兩個半波電此電路可看作兩個半

4、波電路的疊加，因而它的參數(shù)路的疊加，因而它的參數(shù)計(jì)算可參照半波電路的計(jì)計(jì)算可參照半波電路的計(jì)算原則進(jìn)行。變壓器算原則進(jìn)行。變壓器A A點(diǎn)點(diǎn)對地絕緣為對地絕緣為2 2U UT T，而點(diǎn)，而點(diǎn)AA為為U UT T。輸出電壓為。輸出電壓為變壓器變壓器二次電壓的兩倍。二次電壓的兩倍。注意：UT應(yīng)該是二次電壓的有效值T.O0 2 2TU2TU1230C11D2D常用倍壓電路 C22 2TU2TU工作原理：工作原理：1）當(dāng)電源為負(fù)時，硅堆）當(dāng)電源為負(fù)時，硅堆D1截止，截止，D2導(dǎo)通，電源經(jīng)導(dǎo)通，電源經(jīng)D2、R對對電容電容C1充電，充電，C1最高充電電壓可達(dá)最高充電電壓可達(dá)UTm；2）當(dāng)電源電壓升高時，）當(dāng)

5、電源電壓升高時，1點(diǎn)電位也抬高，點(diǎn)電位也抬高，D2截止，截止，D1導(dǎo)通，導(dǎo)通，電源經(jīng)電源經(jīng)C1向向C2充電，充電，2點(diǎn)電位逐漸升高。點(diǎn)電位逐漸升高。2 2TU0 2 2TU直流高電壓的產(chǎn)生直流高電壓的產(chǎn)生 半波整流半波整流 LRCRTV2CTV11231CV2倍壓整流倍壓整流 2Um+ - + - + - + - + - Um3. 串級直流發(fā)生器 利用圖5-17(a)的倍壓整流電路作為基本單元，多級串聯(lián)起來即可組成一臺串級直流高壓發(fā)生器，如圖5-17(b)所示。圖5-17（a）基本倍壓整流電路 圖5-17(b)兩極串級直流高壓發(fā)生器接線圖串級直流發(fā)生器串級直流發(fā)生器D1C1C1Q2Q2+Q1Q

6、2+2Q1Q2+(n-1)Q1Q12Q1nQ1Q2+(n-2)Q1RxIdD1DnDnCnCn串級直流高壓發(fā)生器原理圖串級直流高壓發(fā)生器原理圖 (1)4dn nIufC脈動幅值：322(432 )6ddmIUnUnnnfC輸出電壓平均值：32(432 )6daIUnnnfC電壓降落：(1)4dddn nIuSUfCU脈動系數(shù)：減小電壓脈動系數(shù)的方法：減小電壓脈動系數(shù)的方法：1）減小串接級數(shù)；）減小串接級數(shù)；2）增加每級電容器的電容量；）增加每級電容器的電容量；3）提高電源頻率。）提高電源頻率。 串級直流高壓發(fā)生器串級直流高壓發(fā)生器 UoRor空載輸出電壓：空載輸出電壓：Uo2nUmUm電源交流

7、電壓幅值電源交流電壓幅值n級數(shù)級數(shù)5.2.2 直流工頻高電壓的測量直流工頻高電壓的測量國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：對具有紋波的直流實(shí)驗(yàn)電壓，一般要求是測量它的算術(shù)平均值，且要求測量的總不確定度（誤差）應(yīng)不超過3%采用平均值型指示儀表對紋波小的直流電壓進(jìn)行測量時，由于雜散電容的影響可以忽略，所以不需要對測量高阻進(jìn)行屏蔽；當(dāng)對紋波較高的直流電壓的最大值進(jìn)行測量時，由于雜散電容的影響，會造成測量誤差，可將高阻進(jìn)行屏蔽或采用阻容分壓器。 高壓高阻法（電阻分壓器，阻容分壓器）高壓高阻法（電阻分壓器，阻容分壓器）2. 旋轉(zhuǎn)電位計(jì) 電極在電場中旋轉(zhuǎn)，由于電極間電容的變化，形成充放電電荷，通過測量充放電電荷的大小，從而求得

8、直流電壓的最大值和平均值的一種裝置。旋轉(zhuǎn)電位計(jì)的測量精度高， 不確定度在 1以內(nèi)。其結(jié)構(gòu)如圖5-18所示。圖5-18 旋轉(zhuǎn)電位計(jì)3. 靜電電壓表 與交流電壓的測量原理一樣，可測量直流電壓的平均值。但是，在工作原理上，它表示的是直流電壓瞬時值平方的平均值，因此，在紋波較大的情況下，測量值就不是直流電壓的平均值，這一點(diǎn)必須加以注意。5. 標(biāo)準(zhǔn)球間隙 測量裝置以及測量方法與測量交流電壓時一樣。但大氣中的灰塵或纖維等會引起放電電壓的變化，就是說長時間加壓時，放電電壓可能會變得特別低。因此，在測量直流時，推薦采用棒一棒間隙。用球隙測量直流電壓時，應(yīng)在間隙的軸垂直方向維持穩(wěn)定的氣流，氣流最低為3m/s。

9、用球間隙測量直流電壓時，會出現(xiàn)用球間隙測量直流電壓時，會出現(xiàn)較大的分散性，因此，較大的分散性，因此，IEC規(guī)定中，推薦規(guī)定中，推薦使用左圖的棒間隙。標(biāo)準(zhǔn)棒間隙測量直使用左圖的棒間隙。標(biāo)準(zhǔn)棒間隙測量直流電壓時，其測量不準(zhǔn)確度在流電壓時，其測量不準(zhǔn)確度在3%以內(nèi)，以內(nèi)，測量方法與球間隙一樣。測量方法與球間隙一樣。sVk V 非標(biāo)況：)11(014. 01hk 棒間隙直接測量直流電壓時也非常費(fèi)時，棒間隙直接測量直流電壓時也非常費(fèi)時，一般用于求取直流高壓輸出值與直流發(fā)生器低一般用于求取直流高壓輸出值與直流發(fā)生器低壓側(cè)的儀表讀數(shù)間的比例關(guān)系。壓側(cè)的儀表讀數(shù)間的比例關(guān)系。dVs534. 02 標(biāo)況下，正、

10、負(fù)極性的直流電壓下，標(biāo)況下，正、負(fù)極性的直流電壓下，棒間隙棒間隙10次放電電壓的平均值為：次放電電壓的平均值為： 4. 標(biāo)準(zhǔn)棒一棒間隙圖5-19直流電壓測量用棒間隙6. 6. 紋波電壓的測量紋波電壓的測量rUfCRjfCRjU)21 (2如果如果 ，則，則U UU Ur r，可得，可得到紋波電壓。到紋波電壓。 12fCR圖5-20 紋波電壓測量 利用利用高壓電容與電阻串聯(lián)高壓電容與電阻串聯(lián)來測量直流電壓的脈動。若來測量直流電壓的脈動。若直流高壓含有脈動電壓分量直流高壓含有脈動電壓分量Ur，當(dāng)脈動電壓的頻率為，當(dāng)脈動電壓的頻率為f，則，則電阻電阻R兩端的電壓為：兩端的電壓為： 也可以采用電容器電

11、流整流法來也可以采用電容器電流整流法來測量直流電壓脈動的幅值，其測量方測量直流電壓脈動的幅值，其測量方法與交流峰值測量的方法相同。法與交流峰值測量的方法相同。小結(jié)：穩(wěn)態(tài)高電壓的測量小結(jié)：穩(wěn)態(tài)高電壓的測量高壓測量系統(tǒng)：高壓測量系統(tǒng)：轉(zhuǎn)換裝置、至試品間的引線、接地連線、 低壓測量回路、測量儀表等 對測量結(jié)果的要求：對測量結(jié)果的要求：（1）交流電壓的測量，要求蜂值或有效值時的總不確定度在3之內(nèi)；（2）直流電壓的測量，要求電壓算術(shù)平均值時的總不確定度不超過3%，直流電壓的紋波幅值總不確定度不超過10%，或脈動系數(shù)測量的不確定度應(yīng)小于1%。 穩(wěn)態(tài)高電壓：穩(wěn)態(tài)高電壓：工頻交流高壓、直流高壓利用氣體放電測量

12、交流高電壓，例如測量球隙利用氣體放電測量交流高電壓，例如測量球隙,棒隙。棒隙。利用靜電力測量高電壓，例如靜電電壓表。利用靜電力測量高電壓，例如靜電電壓表。利用整流電容電流或充電電壓來測量高電壓，利用整流電容電流或充電電壓來測量高電壓，例如峰值電壓表。例如峰值電壓表。利用分壓器測量高電壓，如電容分壓器和電阻利用分壓器測量高電壓，如電容分壓器和電阻分壓器。分壓器。實(shí)驗(yàn)室中測量穩(wěn)態(tài)高壓常用的方法：實(shí)驗(yàn)室中測量穩(wěn)態(tài)高壓常用的方法：5.2.3 絕緣的直流耐壓試驗(yàn)1.直流高電壓試驗(yàn)特點(diǎn)直流高電壓試驗(yàn)特點(diǎn)(1) 試驗(yàn)設(shè)備的容量較小試驗(yàn)設(shè)備的容量較小。特別是采用電力電子變。特別是采用電力電子變換的高頻電源后，

13、整套直流耐壓試驗(yàn)裝置的體積、換的高頻電源后，整套直流耐壓試驗(yàn)裝置的體積、重量大大減小，便于現(xiàn)場進(jìn)行試驗(yàn)；重量大大減小，便于現(xiàn)場進(jìn)行試驗(yàn)；(2) 可同時測量泄漏電流可同時測量泄漏電流，能有效地顯示絕緣內(nèi)部，能有效地顯示絕緣內(nèi)部的集中性缺陷或受潮，提供有關(guān)絕緣狀態(tài)的補(bǔ)充信的集中性缺陷或受潮，提供有關(guān)絕緣狀態(tài)的補(bǔ)充信息；息；(3) 比交流耐壓試驗(yàn)比交流耐壓試驗(yàn)更能發(fā)現(xiàn)電機(jī)端部的絕緣缺陷更能發(fā)現(xiàn)電機(jī)端部的絕緣缺陷。(4) 在某種程度上帶有非破壞性試驗(yàn)的性質(zhì)在某種程度上帶有非破壞性試驗(yàn)的性質(zhì)，對絕對絕緣損傷小緣損傷??；在直流高壓下，局部放電較弱，不會加；在直流高壓下，局部放電較弱，不會加快有機(jī)絕緣材料分

14、解或老化；快有機(jī)絕緣材料分解或老化；(5) 對交流電氣設(shè)備絕緣的考驗(yàn)不如交流試驗(yàn)?zāi)菢訉涣麟姎庠O(shè)備絕緣的考驗(yàn)不如交流試驗(yàn)?zāi)菢咏咏鼘?shí)際情況接近實(shí)際情況。對于絕大多數(shù)組合絕緣來說，它們。對于絕大多數(shù)組合絕緣來說，它們在直流電壓下的電氣強(qiáng)度遠(yuǎn)高于交流電壓下的電氣在直流電壓下的電氣強(qiáng)度遠(yuǎn)高于交流電壓下的電氣強(qiáng)度，因而交流電氣設(shè)備的直流耐壓試驗(yàn)必須提高強(qiáng)度，因而交流電氣設(shè)備的直流耐壓試驗(yàn)必須提高試驗(yàn)電壓，才能具有等效性。試驗(yàn)電壓，才能具有等效性。試驗(yàn)設(shè)備容量小，重量輕，便于現(xiàn)場試驗(yàn)；試驗(yàn)設(shè)備容量小，重量輕，便于現(xiàn)場試驗(yàn)；可同時進(jìn)行泄漏電流測量可同時進(jìn)行泄漏電流測量直流耐壓試驗(yàn)更能有效發(fā)現(xiàn)電機(jī)直流耐壓試驗(yàn)

15、更能有效發(fā)現(xiàn)電機(jī)定子端部的絕緣缺陷定子端部的絕緣缺陷對絕緣損傷小對絕緣損傷小對交流電氣設(shè)備絕緣的考驗(yàn)對交流電氣設(shè)備絕緣的考驗(yàn)不如交流耐壓試驗(yàn)接近實(shí)際不如交流耐壓試驗(yàn)接近實(shí)際5.2.3 絕緣的直流耐壓試驗(yàn)1.直流高電壓試驗(yàn)特點(diǎn)直流高電壓試驗(yàn)特點(diǎn)（1）直流高壓試驗(yàn)要根據(jù)不同試品、不同的試驗(yàn)要求選直流高壓試驗(yàn)要根據(jù)不同試品、不同的試驗(yàn)要求選擇合適的電源容量。擇合適的電源容量。 一般情況下，直流高壓試驗(yàn)所需的一般情況下，直流高壓試驗(yàn)所需的試驗(yàn)電流通常在幾試驗(yàn)電流通常在幾mA到幾十到幾十mA，但是某些試品在擊穿前瞬時泄漏電流還，但是某些試品在擊穿前瞬時泄漏電流還是很大，將達(dá)到安培級。這樣大的泄漏電流將使

16、設(shè)備內(nèi)部是很大，將達(dá)到安培級。這樣大的泄漏電流將使設(shè)備內(nèi)部產(chǎn)生很大壓降而使試驗(yàn)結(jié)果不正確。產(chǎn)生很大壓降而使試驗(yàn)結(jié)果不正確。（2）保護(hù)電路保護(hù)電路 當(dāng)試品放電，或者發(fā)生器輸出端可能發(fā)生對地短路時，當(dāng)試品放電，或者發(fā)生器輸出端可能發(fā)生對地短路時，為了限制電容器柱的放電電流和流經(jīng)高壓硅的電流，需在為了限制電容器柱的放電電流和流經(jīng)高壓硅的電流，需在試品與高壓輸出端之間試品與高壓輸出端之間串接一保護(hù)電阻串接一保護(hù)電阻。2. 直流高電壓試驗(yàn)注意事項(xiàng)直流高電壓試驗(yàn)注意事項(xiàng)（3）直流高壓試驗(yàn)電壓值的選擇。直流高壓試驗(yàn)電壓值的選擇。主要根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)來確定，一般為主要根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)來確定，一般為額定電壓的兩倍額定電

17、壓的兩倍以上，以上，且是逐級升壓，一旦發(fā)現(xiàn)異常現(xiàn)象，可及時停止試驗(yàn)，進(jìn)且是逐級升壓，一旦發(fā)現(xiàn)異?，F(xiàn)象，可及時停止試驗(yàn)，進(jìn)行處理。行處理。小 結(jié)獲得直流高電壓的方法有半波整流回路、倍壓整流回路和串級直流發(fā)生器。6種直流工頻高電壓的測量方法。利用直流高壓對電器設(shè)備進(jìn)行耐壓試驗(yàn)有重要的實(shí)際意義，并隨著直流輸電系統(tǒng)的應(yīng)用將會有更大的發(fā)展。5-1簡述直流耐壓試驗(yàn)與交流相比有哪些主要特點(diǎn)。簡述直流耐壓試驗(yàn)與交流相比有哪些主要特點(diǎn)。答：（答：（1）直流下沒有電容電流，要求電源容量很小，加上可么）直流下沒有電容電流，要求電源容量很小，加上可么用串級的方法產(chǎn)生高壓直流，所以試驗(yàn)設(shè)備可以做得比較輕巧，用串級的方法

18、產(chǎn)生高壓直流，所以試驗(yàn)設(shè)備可以做得比較輕巧，適合于現(xiàn)場預(yù)防性試驗(yàn)的要求。特別對容量較大的試品，如果做適合于現(xiàn)場預(yù)防性試驗(yàn)的要求。特別對容量較大的試品，如果做交流耐壓試驗(yàn)，需要較大容量的試驗(yàn)設(shè)備，在一般情況下不容易交流耐壓試驗(yàn)，需要較大容量的試驗(yàn)設(shè)備，在一般情況下不容易辦到。而做直流耐壓試驗(yàn)時，只需供給絕緣泄漏電流（最高只達(dá)辦到。而做直流耐壓試驗(yàn)時，只需供給絕緣泄漏電流（最高只達(dá)毫安級），試驗(yàn)設(shè)備可以做得體積小而且比較輕便，適合現(xiàn)場預(yù)毫安級），試驗(yàn)設(shè)備可以做得體積小而且比較輕便，適合現(xiàn)場預(yù)防性試驗(yàn)的要求。防性試驗(yàn)的要求。（2）在試驗(yàn)時可以同時測量泄漏電流，由所得的）在試驗(yàn)時可以同時測量泄漏電流，由所得的“電壓一電流電壓一電流”曲線能有效地顯示絕緣內(nèi)部的集中性缺陷或受潮，提供有關(guān)絕曲線能有效地顯示絕緣內(nèi)部的集中性缺陷或受潮，提供有關(guān)絕緣狀態(tài)的補(bǔ)充信息。緣狀態(tài)的補(bǔ)充信息。（3）直流耐壓試驗(yàn)比之交流耐壓試驗(yàn)更能發(fā)現(xiàn)電機(jī)端部的絕緣）直流耐壓試驗(yàn)比之交流耐壓試驗(yàn)更能發(fā)現(xiàn)電機(jī)端部的絕緣缺陷。其原因是直流下沒有電容電流流經(jīng)線棒絕緣，因而沒有電缺陷。其原因是直流下沒有電容電流流經(jīng)線棒絕緣，因而沒有電容電流在半導(dǎo)體防暈層上造成的電壓降，故端部絕緣上分到的電容電流在半導(dǎo)體防暈層上造成的電壓降，故端部絕緣上分到的電壓較高，有利于發(fā)現(xiàn)該處絕緣缺陷。壓較高，有