高壓電器絕緣試驗(yàn)

1、第九章 高壓電器絕緣試驗(yàn)第一節(jié) 概 述電力系統(tǒng)中的高壓電器設(shè)備，其相間絕緣、相對(duì)地絕緣與縱絕緣都是至關(guān)重要的。無(wú)論哪種絕緣出現(xiàn)失效，都將導(dǎo)致高壓電器設(shè)備放電、擊穿，將引起電力系統(tǒng)事故，甚至導(dǎo)致設(shè)備爆炸、電力系統(tǒng)大面積停電。而高壓電器設(shè)備在電力系統(tǒng)中運(yùn)行時(shí)，其絕緣不僅受到工作電壓的作用，而且還會(huì)受到大氣過(guò)電壓（雷電沖擊電壓）和內(nèi)部過(guò)電壓（操作沖擊電壓）的侵襲。因此，高壓電器設(shè)備在設(shè)計(jì)時(shí)，首先考慮絕緣問(wèn)題，但由于影響高壓電器設(shè)備絕緣問(wèn)題的因素較多，如：絕緣材料的不同、制造工藝的差別、工作狀況的多樣性及環(huán)境條件的影響等，必須使用試驗(yàn)的手段對(duì)其成品絕緣性能進(jìn)行測(cè)試和確認(rèn)。 高壓電器設(shè)備的絕緣試驗(yàn)，可以

2、分為兩類(lèi)：一類(lèi)是破壞性試驗(yàn)，它包括工頻耐壓試驗(yàn)、直流耐壓試驗(yàn)、沖擊耐壓試驗(yàn)、放電試驗(yàn)等，此類(lèi)試驗(yàn)將對(duì)被試設(shè)備造成一定的損害；另一類(lèi)是非破壞性試驗(yàn)，它主要是測(cè)量高壓電器設(shè)備的絕緣特性，它包括絕緣電阻測(cè)量、介質(zhì)損耗測(cè)量、局部放電測(cè)量等。無(wú)線電干擾試驗(yàn)，雖然不屬于絕緣試驗(yàn)，但屬于利用高壓工頻試驗(yàn)變壓器在高壓試驗(yàn)室進(jìn)行的試驗(yàn)項(xiàng)目，且該項(xiàng)目是高壓電器設(shè)備的必試項(xiàng)目，在這一章中也作詳細(xì)介紹。第二節(jié) 交流高電壓試驗(yàn) 交流高壓試驗(yàn)，指的是電壓波形為正弦的高電壓試驗(yàn)，通常是工頻高電壓試驗(yàn)。交流高壓試驗(yàn)的目的是考驗(yàn)高壓電器在長(zhǎng)時(shí)間工作電壓下及瞬時(shí)的內(nèi)過(guò)電壓下能否正常工作。 一、交流高壓試驗(yàn)系統(tǒng) 交流高壓試驗(yàn)系統(tǒng)一

3、般由調(diào)壓設(shè)備、變壓設(shè)備、保護(hù)設(shè)備、測(cè)量設(shè)備、控制設(shè)備等成，原理圖如圖9-2-1： 圖921 交流高壓試驗(yàn)系統(tǒng) T1為調(diào)壓器，它的作用是保證交流高壓試驗(yàn)系統(tǒng)能夠均勻的輸出可調(diào)電壓。它有自耦式、移圈式、感應(yīng)式、電動(dòng)發(fā)電機(jī)等幾種形式。自耦式是常用的形式，價(jià)格低、攜帶方便、漏抗小、波形好，但由于有滑動(dòng)觸頭，只適用于小容量試驗(yàn)變壓器調(diào)壓使用。移圈式?jīng)]有滑動(dòng)觸頭、適用于大容量試驗(yàn)變壓器調(diào)壓，但體積較大。感應(yīng)式、電動(dòng)發(fā)電機(jī)使用較少。T2為變壓器，它的作用是保證交流高壓試驗(yàn)系統(tǒng)能夠產(chǎn)生規(guī)定的高電壓。R為保護(hù)電阻，它的作用是防止被試品放電時(shí)所發(fā)生的截波對(duì)變壓器繞組的損傷；也用它限制過(guò)電流和抑制過(guò)電壓，減少對(duì)被試

4、品的損壞。R可按0.1歐姆伏選取。它可以由金屬電阻絲繞成，也可采用水電阻，長(zhǎng)度按每米150200kV（有效值）選取。除保護(hù)電阻外，系統(tǒng)中還經(jīng)常采用過(guò)電流保護(hù)、過(guò)電壓保護(hù)及保護(hù)球隙。CO為被試品（如高壓斷路器）的電容量。二、交流高壓試驗(yàn)變壓器交流高壓試驗(yàn)變壓器在原理上與電力變壓器并無(wú)區(qū)別，但由于兩者之間的運(yùn)行條件不同，因此交流高壓試驗(yàn)變壓器在設(shè)計(jì)和使用上有自己的特點(diǎn)。例如（1） 交流高壓試驗(yàn)變壓器為單相設(shè)計(jì)，而電力變壓器一般為三相設(shè)計(jì)。（2） 交流高壓試驗(yàn)變壓器輸出為高電壓、小電流，容量??；而電力變壓器一般容量大。（3） 交流高壓試驗(yàn)變壓器絕緣裕度小，工作方式為間歇式工作；而電力變壓器絕緣裕度大

5、，工作方式為連續(xù)方式。（4） 交流高壓試驗(yàn)變壓器工作在電容性負(fù)荷下；而電力變壓器工作在電感性負(fù)載下。（5） 交流高壓試驗(yàn)變壓器應(yīng)能夠經(jīng)受多次放電的考驗(yàn)。交流高壓試驗(yàn)變壓器在產(chǎn)生超過(guò)750kV電壓時(shí)，一般采用串級(jí)形式。交流高壓變壓器的內(nèi)絕緣一般采用油浸式，最近，用于封閉電器試驗(yàn)的變壓器，由于容量較小，采用六氟化硫氣體絕緣。試驗(yàn)變壓器的外殼有金屬殼和絕緣殼兩類(lèi)。金屬外殼可以分單套管和雙套管兩類(lèi)，外殼可以分接地和對(duì)地絕緣兩類(lèi)，外殼對(duì)地絕緣的雙套管形式和外殼為絕緣殼試驗(yàn)變壓器可以方便的實(shí)現(xiàn)串級(jí)高壓。交流高壓變壓器的體積、重量和價(jià)格取決于它的額定電壓和額定電流。故在選取變 壓器時(shí)應(yīng)根據(jù)被試產(chǎn)品的電壓等級(jí)

6、選取變壓器的額定電壓，并根據(jù)被試產(chǎn)品的電容量計(jì)算 出所需變壓器的額定電流和容量。試驗(yàn)電流 Is CU × 10-9A（有效值）所需變壓器容量 Ps CU × 10-9kVA 式中 U 所加的試驗(yàn)電壓kV C 被試產(chǎn)品的電容量pF 所加電壓的角頻率下表列出了常見(jiàn)產(chǎn)品的電容量產(chǎn)品名稱(chēng)電容量（pF）線路絕緣子50高壓套管50600高壓斷路器、電流互感器、電磁式電壓互感器1001000電容式電壓互感器30005000產(chǎn)品名稱(chēng)電容量（pF）電力變壓器100015000電力電纜（每米）150400三、交流高電壓的測(cè)量電力部門(mén)測(cè)量交流電壓，一般是通過(guò)電壓互感器和電壓表來(lái)實(shí)現(xiàn)的。但用這種方

7、法在試驗(yàn)室中測(cè)量交流高電壓是不現(xiàn)實(shí)的，因?yàn)橹谱饕粋€(gè)交流高電壓互感器是非常昂貴的，且笨重及體積龐大。因此在試驗(yàn)室中測(cè)量交流高電壓一般采用以下幾種方法；1. 利用氣體放電測(cè)量交流高電壓如測(cè)量球隙 用球隙測(cè)量交流高電壓準(zhǔn)確度可達(dá)±3，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，而且是直接測(cè)量超高電壓的唯一設(shè)備，但其使用不方便，每次測(cè)量需放電，因此不經(jīng)常使用，但可以用測(cè)量球隙對(duì)其他測(cè)量設(shè)備進(jìn)行比對(duì)。2. 利用靜電力測(cè)量交流高電壓如靜電電壓表 靜電電壓表可分為高壓靜電電壓表低壓靜電電壓表，高壓靜電電壓表可直接測(cè)量高電壓，我公司的高壓靜電電壓表為2OOkV。低壓靜電電壓表與電容分壓器配合，測(cè)量高電壓。3. 利用整流電容電流或充電

8、電壓測(cè)量交流高電壓如峰值電壓表 峰值電壓表是與電容分壓器配合測(cè)量高電壓的。由于電容分壓器的變比可以精確測(cè)定，因此，利用低壓靜電電壓表與電緣分壓器配合或峰值電壓表是與電容分壓器配合都能準(zhǔn)確測(cè)量交流高電壓。四、對(duì)交流高壓試驗(yàn)系統(tǒng)輸出電壓的要求GB16927.1對(duì)試驗(yàn)電壓的要求如下：試驗(yàn)電壓一般應(yīng)是頻率為4862Hz的交流電壓，通常稱(chēng)為試驗(yàn)電壓。試驗(yàn)電壓的波形為兩個(gè)半波相同的近似正弦波，且峰值和方均根（有效）值之比應(yīng)在2±0.07以?xún)?nèi)。在整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中試驗(yàn)電壓的測(cè)量值對(duì)規(guī)定值之差應(yīng)保持在±1之內(nèi)；當(dāng)試驗(yàn)時(shí)間超過(guò)6O秒時(shí)，整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中試驗(yàn)電壓的測(cè)量值對(duì)規(guī)定值之差可保持在±

9、;1之內(nèi)。五、高壓電器交流高壓試驗(yàn)的具體要求高壓電器交流高壓試驗(yàn)一般是在有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的電壓下，采用定時(shí)（lmin）耐壓的方式對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行驗(yàn)證。戶(hù)外產(chǎn)品利用空氣作為外絕緣的還需進(jìn)行濕耐壓試驗(yàn)。高壓電器產(chǎn)品的新產(chǎn)品型式試驗(yàn)、生產(chǎn)產(chǎn)品的出廠試驗(yàn)及產(chǎn)品的現(xiàn)場(chǎng)交接試驗(yàn)，都要進(jìn)行工頻耐壓，但產(chǎn)品的現(xiàn)場(chǎng)交接試驗(yàn)值是規(guī)定值的80。一般高壓電器產(chǎn)品都要進(jìn)行對(duì)地耐壓試驗(yàn)，有斷口的產(chǎn)品要進(jìn)行斷口耐壓試驗(yàn)，三相一體的產(chǎn)品還要進(jìn)行相間耐壓試驗(yàn)。 第三節(jié) 直流高電壓試驗(yàn)電力設(shè)備常需進(jìn)行直流高壓下的絕緣試驗(yàn)，例如測(cè)量設(shè)備的泄露電流，一些大容量的交流設(shè)備（如電力電纜），也需進(jìn)行直流高壓下的耐壓試驗(yàn)來(lái)代替交流耐壓試驗(yàn)。至于超高壓

10、直流輸電所用的電力設(shè)備更需進(jìn)行直流高壓試驗(yàn)。因此，直流高壓下的絕緣試驗(yàn)也是一項(xiàng)基本的試驗(yàn)項(xiàng)目，但由于高壓電器產(chǎn)品試驗(yàn)中使用不多，在這里僅作簡(jiǎn)要介紹。一、直流高壓的產(chǎn)生一般用整流設(shè)備來(lái)產(chǎn)生直流高壓，常用的是如圖9-3-1的半波整流電路，其中R是保護(hù)電阻，它既能在被試品閃絡(luò)時(shí)限制電流，保護(hù)硅堆和變壓器，又能抑制瞬態(tài)過(guò)電壓。圖9-3-1半波整流電路（a）及輸出電壓波形圖（b）T工頻試驗(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 Rx試品 Umax、Umin、Ud輸出直流電壓的最大值、最小值、算術(shù)平均值 UT試驗(yàn)變壓器T輸出電壓（有效值）除半波整流電路以外，常用的還有全波整流和橋式整流電

11、路。但是，要得到更高的直流高壓，一般采用倍壓整流電路，這種電路的優(yōu)點(diǎn)在于可以通過(guò)增加串接的級(jí)數(shù)，組成直流高壓串級(jí)發(fā)生器。二、直流高壓試驗(yàn)設(shè)備的參數(shù)直流高壓試驗(yàn)設(shè)備的基本技術(shù)參數(shù)有三個(gè)，即輸出的額定直流電壓（算術(shù)平均值）Ud，相應(yīng)的額定直流電流（算術(shù)平均值）Id以及電壓脈動(dòng)系數(shù)S。S UUd式中 U（UmaxUmin ）2 Ud（UmaxUmin）2根據(jù)國(guó)際電工委員會(huì)規(guī)定，直流高壓試驗(yàn)設(shè)備在額定電壓和額定電流下的電壓脈動(dòng)系數(shù)（或紋波系數(shù)）S不大于5。三、直流高壓的測(cè)量直流高壓的測(cè)量一般有以下幾種形式：1. 測(cè)量球隙 用球隙可測(cè)量直流電壓的最大值，但其測(cè)量誤差比用球隙測(cè)量沖擊 和交流高壓時(shí)更大，這

12、是由于空氣中的灰塵和纖維可能引起“小橋”所造成的。當(dāng)球隙距離不大于0.4D時(shí)，且灰塵較少時(shí)測(cè)量準(zhǔn)確度將在±5之內(nèi)。2. 靜電電壓表 用靜電電壓表可測(cè)量直流電壓的有效值（近似鄰于平均植），其準(zhǔn)確度比球隙高，一般在12.5之內(nèi)，但測(cè)量電壓范圍有限。3. 分壓器（或高歐姆電阻）用高歐姆電阻串聯(lián)直流毫安（或微安）表，可以測(cè)量直流電壓的平均值，是一種方便又常用的測(cè)量系統(tǒng)。用電阻分壓器低壓臂跨接電壓表，可測(cè)量直流電壓的有效值、算術(shù)平均值和最大值（依據(jù)電壓表不同而異）。第四節(jié)沖擊電壓試驗(yàn)沖擊電壓有兩種波形，即雷電沖擊電壓和操作沖擊電壓。我們知道，雷閃是一種自然現(xiàn)象，它是有帶電荷的雷云引起的。當(dāng)雷云

13、中的電荷聚集以至于空間電場(chǎng)強(qiáng)度超過(guò)了大氣的絕緣強(qiáng)度時(shí)，就會(huì)發(fā)生雷閃。當(dāng)雷擊地面或輸變電設(shè)備時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生幅值很大的沖擊電流，沖擊電流通過(guò)被擊物體就會(huì)產(chǎn)生雷電沖擊電壓。雷電沖擊電壓試驗(yàn)就是考驗(yàn)輸變電設(shè)備耐受此種過(guò)電壓的能力。電力系統(tǒng)在運(yùn)行中，由于運(yùn)行狀態(tài)發(fā)生突然變化，導(dǎo)致系統(tǒng)內(nèi)部電感元件和電容元件之間電磁能量的互相轉(zhuǎn)換，這個(gè)轉(zhuǎn)換常常是強(qiáng)阻尼的、震蕩性的過(guò)渡過(guò)程，因此就可能在某些設(shè)備上或在局部電網(wǎng)中出現(xiàn)過(guò)電壓，這就是操作過(guò)電壓。由于操作過(guò)電壓的能量來(lái)源于電源內(nèi)部，所以操作過(guò)電壓幅值與電網(wǎng)電壓等級(jí)有關(guān)。在33OkV及以上電壓等級(jí)中，用操作沖擊電壓耐壓試驗(yàn)來(lái)考驗(yàn)輸變電設(shè)備耐受此種過(guò)電壓的能力。一、標(biāo)準(zhǔn)沖

14、擊電壓波形國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB16927.11997高電壓試驗(yàn)技術(shù)第一部分：一般試驗(yàn)要求中規(guī)定了標(biāo)準(zhǔn)雷電沖擊電壓、標(biāo)準(zhǔn)雷電沖擊截波和標(biāo)準(zhǔn)操作沖擊波形。標(biāo)準(zhǔn)雷電沖擊電壓是指波前時(shí)間T1為1.2s，半峰值時(shí)間T2為50s的雷電沖擊全波，如圖9-4-1所示。圖9-4-1 標(biāo)準(zhǔn)雷電沖擊電壓波形其中規(guī)定值和實(shí)測(cè)值之間允許有如下偏差： 峰值：±3 波前時(shí)間 T1：±30 半峰值時(shí)間T2：±20標(biāo)準(zhǔn)雷電沖擊截波是指經(jīng)過(guò)25s被外部間隙截?cái)嗟臉?biāo)準(zhǔn)沖擊，如圖9-4-2所示。有關(guān)設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)可以規(guī)定不同的截?cái)鄷r(shí)間。圖9-4-2 標(biāo)準(zhǔn)雷電沖擊電壓截波波形（a）波頭截?cái)?（b）波尾截?cái)鄻?biāo)準(zhǔn)操作沖擊是

15、指波前時(shí)間 TP為 250s，半峰值時(shí)間T2為 25O0s的沖擊電壓，如圖9-4-3所示。圖9-4-3標(biāo)準(zhǔn)操作沖擊電壓波形其中規(guī)定值和實(shí)測(cè)值之間允許有如下偏差。 峰值：±3 波前時(shí)間：±20 半峰值時(shí)間：±60二、沖擊電壓的產(chǎn)生沖擊電壓的產(chǎn)生一般是由沖擊電壓發(fā)生器產(chǎn)生，操作沖擊也可有工頻試驗(yàn)變壓器產(chǎn)生。單級(jí)沖擊電壓發(fā)生器的基本回路如圖9-4-4所示。圖9-4-4單級(jí)沖擊電壓發(fā)生器回路（a）和（b）均為實(shí)際回路C1放電電容C2負(fù)荷電容R1波前或阻尼電阻R2放電電阻電容器C1由直流緩慢充電，直至火花間隙G擊穿，間隙擊穿的同時(shí)，電容器C1經(jīng)由波前電阻R1向試品C2充電，

16、形成沖擊電壓的波前，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，電容器C1和試品C2經(jīng)由波尾R2放電，形成沖擊電壓的波尾。由于電容器C1和火花間隙G的限制，單級(jí)沖擊電壓發(fā)生器不可能產(chǎn)生較高的沖擊電壓，若要產(chǎn)生很高的沖擊電壓，必須采用多級(jí)沖擊電壓發(fā)生器。三、多級(jí)沖擊電壓發(fā)生器多級(jí)沖擊電壓發(fā)生器的主體是由許多電容器組成，電容器先由直流電源并聯(lián)充電，然后通過(guò)球隙放電將電容器串聯(lián)，對(duì)包含試品在內(nèi)的回路放電。公司技術(shù)中心高壓試驗(yàn)室的36O0kV沖擊電壓發(fā)生器的原理圖如 9-4-5所示。圖9-4-5 36O0kV沖擊電壓發(fā)生器的原理圖圖中：C主體電容 C2試品電容 G點(diǎn)火球隙 R充電電阻 RO保護(hù)電阻 R1波頭電阻 R2波尾電阻 D

17、1、D2高壓硅堆該沖擊電壓發(fā)生器每級(jí)充電電壓為 30OkV，共 12級(jí)。四、沖擊電壓的測(cè)量沖擊電壓，無(wú)論是雷電沖擊還是操作沖擊，都是快速變化的過(guò)程。因此，測(cè)量沖擊電壓的儀器和測(cè)量系統(tǒng)必須具有良好的瞬變響應(yīng)特性。目前常用的測(cè)量方法由以下幾種：1. 測(cè)量球隙使用符合 GB311.6的球隙可以測(cè)量沖擊電壓，但應(yīng)該注意標(biāo)準(zhǔn)中所列的是50放電電壓值。球隙測(cè)量的可靠性決定于測(cè)量結(jié)果的分散性，影響分散性的主要困素有兩個(gè)：球面的灰塵和球隙間空氣是否游離充分。2. 分壓器示波器（或瞬態(tài)記錄儀）沖擊電壓的分壓一般采用電阻分壓器、電容分壓器、或阻容分壓器，影響分壓器性能的主要方面有雜散電容、高壓引線電感、電暈和電阻

18、參數(shù)的穩(wěn)定性。這就要求分壓器比例系數(shù)的誤差在± 1之內(nèi)，且頻率響應(yīng)和方波響應(yīng)要好。原來(lái)采用高壓示波器對(duì)波形進(jìn)行觀察和測(cè)量，準(zhǔn)確度低且使用不方便，現(xiàn)在常用的是瞬態(tài)記錄儀或數(shù)字示波器，它不但可以對(duì)波形進(jìn)行觀察和測(cè)量，還可以對(duì)波形進(jìn)行進(jìn)行儲(chǔ)存和處理。3. 分壓器峰值電壓表由于使用峰值電壓表測(cè)量只能測(cè)得沖擊電壓的峰值，因此此種測(cè)量方法只能作為輔助設(shè)備。五、沖擊電壓試驗(yàn)步驟由于沖擊電壓是單極性脈沖波，且沖擊電壓發(fā)生器的輸出效率、波形隨試品電容不同而異，其試驗(yàn)步驟一般為：1. 調(diào)波先對(duì)試品施加較低電壓，根據(jù)實(shí)際波形，調(diào)整波頭、波尾電阻，使輸出波形滿(mǎn)足國(guó)標(biāo)要求。2. 求效率根據(jù)充電電壓和實(shí)際輸出電

19、壓，求出效率。再利用效率精確算出規(guī)定電壓下沖擊發(fā)生器每級(jí)充電電壓值。3. 耐壓試驗(yàn)根據(jù)試品人求施加電壓，要求正、負(fù)極性各15次，每種極性自恢復(fù)放電不超過(guò)兩次即為合格。 第五節(jié) 局部放電測(cè)量國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GBT7374（eqv IEC 60270：2000）中對(duì)局部放電給出了如下定義：導(dǎo)體間絕緣僅被部分橋接的電氣放電。這種放電可以在導(dǎo)體附近發(fā)生也可以不在導(dǎo)體附近發(fā)生。一、局部放電概述人們?cè)缫颜J(rèn)識(shí)到放電對(duì)絕緣壽命的影響。每次放電中，高能量的電子和加速離子的沖擊會(huì)引起多種形式的化學(xué)變化，致使材料損壞（主要液體或固體介質(zhì)，對(duì)氣體介質(zhì)影響不大）。局部放電發(fā)生在很小的空間內(nèi)，放電的能量很小，但構(gòu)成局部的重復(fù)擊穿

20、和熄滅，因此，它的存在不影響電氣設(shè)備的短時(shí)絕緣強(qiáng)度，只影響絕緣壽命。根據(jù)局部放電的定義，局部放電可以發(fā)生在含有氣泡（固體內(nèi)的）、雜質(zhì)（液體的）的絕緣體內(nèi)，也可以發(fā)生在絕緣體與電極的結(jié)合面上，并認(rèn)為電暈（常發(fā)生在遠(yuǎn)離固體或液體絕緣的導(dǎo)體周?chē)臍怏w介質(zhì)中）也是局放的一種形式。分析局部放電的機(jī)理，都是以三電容模型為基礎(chǔ)的。圖9-5-1（a）中畫(huà)出了一個(gè)簡(jiǎn)單的電容器模型，表示電極A和B之間含有固體或液體介質(zhì)材料和一個(gè)氣泡。圖9-5-1 固體介質(zhì)內(nèi)部氣隙放電的三電容模型（a）通過(guò)氣孔的介質(zhì)剖面 （b）等值回路圖 9-5-1（b）是圖 9-5-1（a）的等值回路。Cg代表了氣泡的電容，Cb代表和 Cg串聯(lián)

21、部分的介質(zhì)的電容，Cm代表其余部分絕緣的電容。由于體積的關(guān)系，有CmCg如在電極間加上交流電壓UtUmsin t，出現(xiàn)在 Cg上的電壓為 Ug Ug = Ut = UmsintUg隨Ut升高，當(dāng)Ut上升到Us（瞬時(shí)值），Ug到達(dá)Cg的放電壓Ug時(shí)，Cg氣隙放電。于是Cg上的電壓（Ug是放電前Cg上按電容分布的電壓，但是放電后在Cg上重建電壓不同于Ug）很快從Ug降到Ur放電熄滅。Ur叫做殘余電壓，它可以為零，也可以為小于 Ug其他值。外加電壓仍在上升，Cg上電壓將類(lèi)似于Ug上升趨勢(shì)，再次上升，當(dāng)升到 Ug時(shí)，Cg再次放電，放電再次熄滅，電壓再次降到Ur。Cg上電壓變動(dòng)UgUUr的時(shí)間，就是局部

22、放電脈沖的形成時(shí)間，此時(shí)能過(guò)Cg有一脈沖電流。局部放電時(shí)氣隙中的電壓和 電流變化如圖9-5-2。圖9-5-2局部放電時(shí)氣隙中的電壓和電流變化二、與局部放電有關(guān)的重要參數(shù)及術(shù)語(yǔ)由于局部放電的特殊性，它有許多術(shù)語(yǔ)及參數(shù)，這里僅就幾個(gè)重要術(shù)語(yǔ)進(jìn)行介紹：1. 視在電荷q 我們知道，局部放電的發(fā)生是在Cg上，而Cg上電荷的轉(zhuǎn)換無(wú)法測(cè)量，但可以測(cè)量電極兩端的電壓變化，從而得到局部放電的電量。因此定義：局部放電的視在電荷等于在規(guī)定的試驗(yàn)回路中，如果在非常短的時(shí)間內(nèi)對(duì)試品兩端間注入使測(cè)量?jī)x器上所得的讀數(shù)與局部放電電流脈沖本身相同的電荷。視在電荷通常用（pC）表示。2. 脈沖重復(fù)頻卒N(xiāo) 就等間隔脈沖而言，脈沖重

23、復(fù)頻率N是每秒局放脈沖數(shù)。3. 局放脈沖的相角i和發(fā)生瞬時(shí)ti其關(guān)系式是i 360（ti/T）式中ti是在試驗(yàn)電壓最近一次朝正向過(guò)零時(shí)刻與局放脈沖之間的時(shí)間間隔，T試驗(yàn)電壓的周期，相位角i一般用度表示。4. 平均放電電流I導(dǎo)出量，等于在選定的參考時(shí)間間隔Tref內(nèi)的單個(gè)視在電荷qi的絕對(duì)值的總和除以該時(shí)間間隔： I = (|q1|+|q2|+|qi|)平均放電電流一般用庫(kù)侖每秒（Cs）或安洛（A）表示。5. 局放起始放電電壓Ui當(dāng)施加于試品的試驗(yàn)電壓某一觀察不到局放的較低值開(kāi)始遂漸增加到初次觀察到試品中產(chǎn)生重復(fù)性局放時(shí)的電壓。實(shí)際上，起始電壓Ui是局放脈沖參量幅值等于或超過(guò)某一規(guī)定的低值時(shí)的最

24、低施加電壓。6. 局放熄滅電壓Ue當(dāng)施加于試品的試驗(yàn)電壓某一觀察到局放脈沖參量的較高值逐漸減少直到試品中停止出現(xiàn)重復(fù)性局放時(shí)的電壓。實(shí)際上，熄滅電壓Ue是當(dāng)所選的局放脈沖參量幅值等于或小于某一規(guī)定的低值時(shí)的最低施加電壓。7. 背景噪音水平是在局放試驗(yàn)中檢測(cè)到的不是由試品產(chǎn)生的信號(hào)。三、局部放電的試驗(yàn)回路和測(cè)量系統(tǒng)局部放電的測(cè)量分為電測(cè)量法和非電測(cè)量法，非電測(cè)量法包括聲學(xué)、光學(xué)及化學(xué)的方法，也包括對(duì)試品放電效應(yīng)的持續(xù)觀測(cè)。非電測(cè)量法一般不適用于定量測(cè)量，主要用于局放的定位和監(jiān)測(cè)。電測(cè)量法用于局放的定量測(cè)量，下面介紹了電測(cè)量法的一些基本回路。（a）耦合裝置CD與耦合電容器串聯(lián) （b）耦合裝置CD與

25、試品串聯(lián)（c）平衡回路布置 （d）極性辨別回路布置圖9-5-3 局放基本檢測(cè)回路交流電壓所使用的大多數(shù)局放檢測(cè)回路可以有圖9-5-3（a）（b）所示的基本回路演變而來(lái)。每個(gè)回路的組成主要有：a. 試品，通常被認(rèn)為是一個(gè)電容器Ca；b. 耦合電容器Ck，或第二個(gè)試品Cal，Ck應(yīng)設(shè)計(jì)為低電感電容，Cal則類(lèi)似于試品Ca，Ck和Cal一般要求應(yīng)具有足夠低的局放水平。由于Ca/Ck測(cè)量靈敏度與有關(guān)，當(dāng)CkCa時(shí)可以達(dá)到最高靈敏度，通常Ck在1nF或更高時(shí)可以獲得可接受的靈敏度；c. 帶輸入阻抗的測(cè)量系統(tǒng)；d. 背景噪音足夠低的高壓電源，一般稱(chēng)無(wú)局放試驗(yàn)變壓器系統(tǒng)；e. 背景噪音足夠低的高壓連線，一般

26、為直徑足夠粗的金屬管；f. 有時(shí)在高壓端接入一個(gè)阻抗或?yàn)V波器，以減少來(lái)自供電電源的背景噪音；g. 對(duì)視在電荷測(cè)量系統(tǒng)，耦合裝置CD的主要部分，它通常是一個(gè)有源或無(wú)源四端網(wǎng)絡(luò)，把輸入電流轉(zhuǎn)換成輸出電壓信號(hào)，這些信號(hào)由傳輸系統(tǒng)傳給測(cè)量?jī)x器。四、局部放電測(cè)量中的應(yīng)注意的問(wèn)題由于對(duì)試品局部放電的測(cè)量是檢驗(yàn)試品的自身特性，所以，試驗(yàn)之前試品宜按有關(guān)規(guī)定進(jìn)行預(yù)處理，如：試品試驗(yàn)時(shí)應(yīng)處于環(huán)境溫度；試品外絕緣的表面必須是清潔和干燥的（絕緣表面的污穢或受潮會(huì)產(chǎn)生局放）。試驗(yàn)時(shí)還應(yīng)注意：1. 試驗(yàn)程序，試驗(yàn)應(yīng)按有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的預(yù)處理過(guò)程、試驗(yàn)電壓水平及頻率、施加電壓的上升及下降速率、施加電壓的次序和施加時(shí)間的長(zhǎng)短以

27、及局放測(cè)量和其它絕緣試驗(yàn)的關(guān)系等進(jìn)行；2. 試驗(yàn)回路中的測(cè)量系統(tǒng)中的校準(zhǔn)，因?yàn)樵嚻冯娙輹?huì)影響回路特性，因此要對(duì)每一個(gè)新試品分別進(jìn)行校準(zhǔn)，以確定視在電荷的測(cè)量因數(shù)。校準(zhǔn)應(yīng)在試品不帶電時(shí)進(jìn)行，為使校準(zhǔn)有效，視在電荷適當(dāng)范圍應(yīng)選在規(guī)定局放值的50200，校準(zhǔn)器校準(zhǔn)電容CO應(yīng)不大于0.1Ca。3. 局放測(cè)量中的干擾及處理辦法，局放測(cè)量中的干擾源可在圖9-5-4中給出。常用的干擾處理辦法有：儀器電源隔離變壓器、屏蔽和濾波、平衡回路以及儀器處理辦法（時(shí)間開(kāi)窗法、極性鑒別法、脈沖平均法、選頻法）。除此之外，局放測(cè)量時(shí)還要對(duì)試品及環(huán)境進(jìn)行仔細(xì)觀察，找出接觸不良、懸浮放電等干擾源。第六節(jié) 無(wú)線電干擾測(cè)量我們知道

28、，高壓電器設(shè)備在系統(tǒng)運(yùn)行電壓下，將可能產(chǎn)生局部放電。尤其對(duì)于以大氣為絕緣介質(zhì)的產(chǎn)品（如高壓隔離開(kāi)關(guān)、斷路器的外絕緣），在電場(chǎng)不均勻處（如尖端）場(chǎng)強(qiáng)很大，將造成大氣電離，形成電暈。電暈將在輸電線路中開(kāi)成高頻（幾百kHz至幾MHz）電流，而這個(gè)頻段正是無(wú)線電通訊波段，因此電暈電流將對(duì)無(wú)線電通訊產(chǎn)生干擾。無(wú)線電干擾測(cè)量試驗(yàn)是對(duì)高壓電器設(shè)備在系統(tǒng)運(yùn)行電壓下產(chǎn)生的無(wú)線電干擾信號(hào)進(jìn)行測(cè)量。一、測(cè)試條件1. 測(cè)試通常在足夠大的屏蔽試驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行，防止鄰近物體影響電場(chǎng)、也避免測(cè)試受外部噪聲的影響。2. 試品安裝應(yīng)符合實(shí)際工作條件，并帶有對(duì)測(cè)試有影響的全部部件。應(yīng)對(duì)試品的各種工作狀態(tài)（如開(kāi)關(guān)裝置的分合閘位置）分別

29、進(jìn)行。3. 一般情況，僅對(duì)干擾狀態(tài)和干凈試品進(jìn)行測(cè)試。4. 測(cè)試通常在下列氣象條件范圍內(nèi)進(jìn)行：溫度：1535氣壓：8701070mba相對(duì)濕度：4575測(cè)得的數(shù)據(jù)不作氣象條件修正。5. 基準(zhǔn)測(cè)試頻率0.5MHz，推薦在0.5 MHz±10范圍內(nèi)進(jìn)行。也允許采用0.52 MHz之間的某一頻率進(jìn)行。6. 測(cè)試時(shí)，應(yīng)保證測(cè)試回路和試品有足夠的絕緣裕度，防止發(fā)生閃絡(luò)或擊穿。二、測(cè)試原理測(cè)試原理如圖9-6-1所示圖9-6-1 測(cè)試原理圖B高壓試驗(yàn)變壓器 Cx試品 Z1阻塞阻抗 Z2測(cè)試耦合阻抗R檢測(cè)阻抗 IR試品所產(chǎn)生的無(wú)線電干擾電流試品Cx所產(chǎn)生的無(wú)線電干擾電流IR通過(guò)Z2和R構(gòu)成回路。阻塞

30、陰抗Z1用于阻止試驗(yàn)電壓電源端和試品Cx之間的射頻電流流通。理想狀態(tài)下，在測(cè)試頻率時(shí)阻抗Z1為無(wú)窮大，Z2阻抗為零。檢測(cè)阻抗等于試品運(yùn)行時(shí)的無(wú)線電干擾的負(fù)載阻抗，即架空線的波阻抗。規(guī)定為300。三、標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試回路國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB1160489所給出的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試回路采用9-6-2所示接線方式。圖9-6-2 標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試回路回路中符號(hào)說(shuō)明和要求高壓試驗(yàn)變壓器B提供交流試驗(yàn)電壓。阻塞阻抗L1、C1，在測(cè)試頻率上呈現(xiàn)高阻抗。對(duì)300負(fù)載至少提供35dB的衰減。使用基準(zhǔn)頻率時(shí)L1200µH、C1可調(diào)，最大為600pF。耦合串聯(lián)諧振回路L2、C2，電容C2能耐受試品最大試驗(yàn)電壓，并自身不產(chǎn)生無(wú)線電干擾。也可

31、采用電容器C3代替耦合串聯(lián)諧振回路L2、C2。匹配電阻R1，為消除射頻信號(hào)反射，應(yīng)等于測(cè)量電纜波阻抗和測(cè)量?jī)x器的輸入阻抗Rm。串聯(lián)電阻R2，R2300-0.5R1。電感L3對(duì)工頻電流提供一個(gè)低阻抗通路。L3應(yīng)大于1mH。過(guò)電壓保護(hù)放電管G。測(cè)量?jī)x器M。試品Cx。四、測(cè)試中注意問(wèn)題測(cè)試時(shí)，應(yīng)首先測(cè)試背景噪音，至少比試品的最低干擾水平低6dB。每次測(cè)試回路衰減系數(shù)BC。計(jì)算電阻回路衰減系數(shù)BR。BR = 201g在規(guī)定加壓方式和試驗(yàn)電壓下讀取儀表讀數(shù)Bm。計(jì)算測(cè)量結(jié)果，即試品的無(wú)線電干擾水平BBBCBRBm第七節(jié) 高電壓下介質(zhì)損耗測(cè)量理想情況下，介質(zhì)可以看作一個(gè)電容，在電壓下是沒(méi)有損耗的。但由于介

32、質(zhì)中的電導(dǎo)，極性介質(zhì)中偶極子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的摩擦以及包含在介質(zhì)中空氣隙的放電，處在高電壓下的介質(zhì)是有損耗的。一、介質(zhì)損耗系數(shù)tg的概念具有損耗的絕緣材料和絕緣設(shè)備，通?？捎么?lián)或并聯(lián)的電阻、電容等值回路（圖9-7-1）來(lái)簡(jiǎn)單代表。其等值回路的矢量圖如圖9-7-2。圖9-7-1 有損耗介質(zhì)的等值回路 圖9-7-2 有損耗介質(zhì)中電壓、電流矢量圖（a）串聯(lián) （b）并聯(lián) （a）串聯(lián) （b）并聯(lián)對(duì)串聯(lián)回路tg = = = RSCSP = UIcos = = = = 對(duì)并聯(lián)回路 tg = = = P = UIcos = UIR = UICtg =U2CPtg從圖9-7-2和上面兩個(gè)功率損耗公式可以看出，角反映介質(zhì)

33、損耗的大小，被叫做介質(zhì)損失角，它的正切值tg是損耗系數(shù)。一種介質(zhì)或一個(gè)設(shè)備，無(wú)論有串聯(lián)回路來(lái)代表，或用并聯(lián)回路來(lái)代表，在同一電壓作用下，渡過(guò)的電流相同，其相應(yīng)的總阻抗也應(yīng)相同，tg也應(yīng)相同。從上面分析可知，對(duì)良性介質(zhì)來(lái)說(shuō)，Rp應(yīng)該很大，RS應(yīng)該很小，Cp與CS差別不大。tg很小，與頻率有關(guān)，電容值間的關(guān)系與電阻值間的關(guān)系也是與頻率有關(guān)的。二、西林電橋西林電橋是一種交流電橋?？梢栽诟邏合聹y(cè)量材料和設(shè)備的電容值和介質(zhì)損失角正切值。其基本回路如圖9-7-3。圖9-7-3 西林電橋基本回路西林電橋有四個(gè)臂。兩個(gè)高壓臂：一個(gè)是代表被試品的Z1，一個(gè)是無(wú)損耗標(biāo)準(zhǔn)CO。兩個(gè)低壓臂處在橋本體內(nèi)，一個(gè)是可調(diào)無(wú)感

34、電阻R3，另一個(gè)是無(wú)感電阻R4和可調(diào)電容C4的并聯(lián)回路。當(dāng)被試品或標(biāo)準(zhǔn)電容發(fā)生閃絡(luò)或擊穿時(shí)，在B、C點(diǎn)可能出現(xiàn)高電位。放電管P用于對(duì)操作者的保護(hù)。調(diào)節(jié)R3和C4可獲得電橋平衡，電橋平衡時(shí)，B、C兩點(diǎn)電位相等，檢流計(jì)指零，此時(shí)流過(guò)Z1的電流等于流過(guò)R3的電流，流過(guò)Co的電流等于流過(guò)R4和C4并聯(lián)回路的電流。由此得出一般電橋的平衡條件：Z1Z4Z2Z3。在西林電橋中：Z2 = ，Z3 = R3, Z4 =無(wú)論是用并聯(lián)等值回路或串聯(lián)等值回路，都可以推出：tg C4R4當(dāng)電源頻率為50周時(shí)，為了方便起見(jiàn)常選R4值為 歐或 歐。則tgC4·106或C4·105第八節(jié) 高電壓試驗(yàn)中的幾

35、個(gè)特殊問(wèn)題一、大氣校正因數(shù)外絕緣破壞性放電電壓與試驗(yàn)時(shí)的大氣條件有關(guān)。通常，給出的試驗(yàn)電壓是在標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下的試驗(yàn)電壓。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)大氣條件為：環(huán)境溫度to20；大氣壓力bo101.3kPa；絕對(duì)濕度ho11g/m3。因此，在對(duì)含有外絕緣的試品進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，經(jīng)常要用到大氣校正因數(shù)。利用校正因數(shù)可將測(cè)得的閃絡(luò)電壓值換算到標(biāo)準(zhǔn)參考大氣條件下的電壓值；反之，也可將標(biāo)準(zhǔn)參考大氣條件下的電壓值換算到試驗(yàn)條件下的電壓值。破壞性放電電壓值正比于大氣校正因數(shù)Kt。Kt是下列兩個(gè)因數(shù)的乘積：- 空氣密度校正因數(shù)Kt- 濕度校正因數(shù)K2KtK1/K2實(shí)際加于試品外絕緣的電壓值U由規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)參考大氣條件下的試驗(yàn)電壓值Uo乘以Kt求得：UUo/Kt反之，可將測(cè)量的破壞性放電電壓值校正到標(biāo)準(zhǔn)參考大氣條件下的電壓值：UoU/Kt空氣密度校正因數(shù)K1取決于相對(duì)空氣密度，其表達(dá)