高電壓技術(shù)6資料

1、 6. 電氣設(shè)備絕緣試驗(yàn)（二）電氣設(shè)備絕緣試驗(yàn)（二）第一節(jié) 工頻高壓試驗(yàn)第二節(jié) 直流高壓試驗(yàn)第三節(jié) 沖擊高壓試驗(yàn)6-16-1 工頻高壓試驗(yàn)工頻高壓試驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模簩?shí)驗(yàn)?zāi)康模?1.檢驗(yàn)絕緣在工頻交流工作電壓下的性能。 2.等效地檢驗(yàn)絕緣對操作過電壓和雷電過電壓地耐受能力。一、工頻高壓的獲得一、工頻高壓的獲得： 利用工頻高壓試驗(yàn)變壓器或其串級裝置產(chǎn)生。1.工頻高壓試驗(yàn)變壓器的特點(diǎn)：（P155）2.試驗(yàn)變壓器的外形結(jié)構(gòu)：金屬外殼的單套管式或雙套管式、絕緣筒外殼式三種。(1)單套管式單套管式：高壓繞組的高電位端經(jīng)一大套管引出，其低電 位端則與鐵心、鐵殼相連。(2)雙套管式雙套管式：高壓繞組的中點(diǎn)與鐵芯

2、、鐵殼相連，其兩端分 別通過兩個大套管引出。(3)絕緣筒式絕緣筒式：高壓繞組的中點(diǎn)與鐵芯相連，其兩端分別與絕 緣筒兩端的金屬板相連。絕緣筒既作容器，又作外絕緣。3.串級變壓器的使用： 為解決單個變壓器容量大于500750KV時制造、運(yùn)輸、安裝等不便，而常用幾個變壓器串級的方法，以獲得較高的輸出電壓。原理電路圖見P156圖6-1-1。二、二、 試驗(yàn)中過電壓可能產(chǎn)生的情況：試驗(yàn)中過電壓可能產(chǎn)生的情況：1.穩(wěn)態(tài)方面來看，一般被試品多為容性負(fù)荷，會出現(xiàn) “容升”現(xiàn)象，被試品上將出現(xiàn)很高的過電壓，應(yīng)注意避免。“容升容升”現(xiàn)象現(xiàn)象：容性負(fù)荷電流經(jīng)變壓器的漏抗產(chǎn)生壓升，使變壓器高壓側(cè)的輸出電壓比按空載變比所

3、預(yù)期的值還高，即所謂“容升”現(xiàn)象。2.暫態(tài)方面來看， (1) 調(diào)壓器非零位時合電源； (2) 在尚有較高電壓時切斷電源； (3) 被試品突然擊穿；這些都會在試品上造成“暫態(tài)過電壓”，危及變壓器的主絕緣和縱絕緣，這都是不允許的。三三. .工頻高壓的測量工頻高壓的測量：1.試驗(yàn)接線圖 圖6-1-3 工頻高壓的測量T試驗(yàn)變壓器; 保護(hù)電阻.；T.O被試品；C.M.電流測壓電路；V.D.分壓電路； S.V.靜電電壓表；G球隙； 球隙電阻；P1、P2測壓繞組輸出端子；P3、P4低壓繞組測壓端子；P5分壓輸出端子bRqR P1-P2端子輸出的電壓,未能反映高壓繞組短路阻抗上的壓降；P3-P4端子引出的電壓

4、,未能反映試驗(yàn)變壓器全部短路阻抗上的壓降。 兩種方法所測的電壓都沒有反映保護(hù)電阻Rb中的壓降，所以，估計難以滿足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的允差。雖然如此，由于這類測壓法比較簡便和安全(低壓繞組、測壓繞組與高壓繞組之間有接地靜電屏隔離)，所以，通常都還保留著至少作為輔助指示之用，或與某些直接測高壓法相配合。2.較準(zhǔn)確的測壓法：直接測被試品兩端的高壓。方法(1)測量球隙； (2)靜電電壓表； (3)高壓電容器配用整流裝置； (4)分壓器配用低壓儀表。3.工頻耐壓試驗(yàn)的實(shí)施方法： 按規(guī)定的升壓速度提升作用在被試品T.O.上的電壓，直到它等于所需的試驗(yàn)電壓為止，這時開始計算時間。為了讓有缺陷的試品絕緣來得及發(fā)展局部放

5、電或完全擊穿，達(dá)到所需的電壓后還要保持一段時間，一般取一分鐘就夠了。如果在此期間沒有發(fā)現(xiàn)絕緣擊穿或局部損傷(可通過聲響、分解出氣體、冒煙、電壓表指針劇烈擺動、電流表指示急劇增大等異?，F(xiàn)象作出判斷)的情況，即可認(rèn)為該試品的工頻耐壓試驗(yàn)合格通過。6-26-2 直流高壓試驗(yàn)直流高壓試驗(yàn) 在被試品的電容量很大的場合(例如長電纜段、電力電容器等)，用工頻交流高電壓進(jìn)行絕緣試驗(yàn)時會出現(xiàn)很大的電容電流。這就要求工頻高壓試驗(yàn)裝置具有很大的容量，但這往往是很難做到的。這時常用直流高電壓試驗(yàn)來代替工頻高電壓試驗(yàn)。 此外，隨著高壓直流輸電技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了越來越多的直流輸電工程，因而必然需要進(jìn)行多種內(nèi)容的直流高電壓

6、試驗(yàn)。一、直流高壓的獲得一、直流高壓的獲得/產(chǎn)生：產(chǎn)生： 高壓試驗(yàn)室中通常采用將工頻高電壓經(jīng)高壓整流器而變換成直流高電壓的方法，而利用倍壓整流原理制成的直流高壓串級裝置(或稱串級直流高壓發(fā)生器串級直流高壓發(fā)生器)能產(chǎn)生出更高的直流試驗(yàn)電壓。1、高壓整流器和半波整流電路：、高壓整流器和半波整流電路：(1)高壓整流器最主要的技術(shù)參數(shù)： v額定電流額定電流：是指允許長時間通過整流元件的直流電 流（平均值）。v額定電壓額定電壓：是指允許加在整流元件上的最大反向電 壓的峰值。(2)基本的半波整流電路基本的半波整流電路：（：（P171 圖6-2-1）圖圖6-2-1 基本的半波整流電路基本的半波整流電路T高

7、壓試驗(yàn)變壓器；V整流元件；C穩(wěn)定電容；T.O.被試品； 限流電阻； 保護(hù)電阻.fRbR 的作用是：當(dāng)被試品擊穿時，限制電容C的放電電流。 的作用是：防止過流，對整流元件起保護(hù)作用。fRbR對于容性負(fù)荷，該電路輸出整流電壓的最大允許峰值僅為整流元件額定電壓的一半。2、倍壓整流回路：、倍壓整流回路： 如欲得到更高的電壓并充分利用變壓器的功率，則有多種倍壓電路可供選擇，下面介紹的是被試品和試驗(yàn)變壓器均允許有被試品和試驗(yàn)變壓器均允許有一極接地的倍壓整流電路一極接地的倍壓整流電路如圖6-2-5所示。 圖圖6-2-5 倍壓整流電路之三倍壓整流電路之三J工作原理：工作原理：(1)空載情況: 假定電源電勢從負(fù)

8、半周開始，整流元件V2閉鎖，V1導(dǎo)通，使電容C1充電。電容C1兩端最大可能達(dá)到的電位差接近于 ；此時B點(diǎn)的電位接近于地電位。當(dāng)電源電勢由 逐漸升高時，B點(diǎn)電位隨之被抬高，此時V1便閉鎖。當(dāng)B點(diǎn)電位比J點(diǎn)為正時，V2導(dǎo)通，C2被充電，J點(diǎn)電位逐漸升高。電源電勢由 逐漸下降時，B點(diǎn)電位下降,當(dāng)B點(diǎn)電位低于J點(diǎn)電位時,V2閉鎖。當(dāng)B點(diǎn)電位下降到對地為負(fù)時,V1導(dǎo)通，使C1充電。 以后即重復(fù)上述過程。理論上,最后B點(diǎn)電位將在0 范圍內(nèi)變化,而J點(diǎn)的電位則可穩(wěn)定在 。pUpU-pUp2Up2U(2)接上負(fù)載時: 此時,輸出端（J點(diǎn)）的電壓波形如圖6-2-6中粗實(shí)線所示。圖中虛線為空載時B點(diǎn)對地電位波形。

9、 由于C2不斷對負(fù)載放電,J點(diǎn)電位按指數(shù)曲線下降,到t1時, 降到最低值 ，此后B點(diǎn)電位 時，V2導(dǎo)通。在t1 t2其間，電源和C1既要對C2充電，補(bǔ)充C2對負(fù)載放掉的電荷，還要向負(fù)載放電 。在t2時, C2被充電到最高電壓 .t2 以后， ,V2截止。在t2 t3期間,C2單獨(dú)對負(fù)載放電，到t3時， 降到最低值,相當(dāng)于t1時的 。如此循環(huán)下去。JuminUJBuu Qmax UJBuuJuminU3 3、串級整流電路：、串級整流電路：上述電路，均只能得到倍壓。如欲得更高的電壓，可采用串級整流電路，如圖6-2-7所示。 利用倍壓整流電路為基本單元，多級串聯(lián)起來即可組成一臺串級直流高壓發(fā)生器，合

10、上電源后，各級電容上的電壓由下而上逐漸增大，理想情況可獲得空載輸出電壓等于2nUm(n為級數(shù))。CCCCCC輸出圖圖6-2-7 串級直流高壓串級直流高壓 發(fā)生器原理圖發(fā)生器原理圖 當(dāng)串級直流裝置的外部負(fù)載或內(nèi)部元件發(fā)生擊穿時，在串級裝置內(nèi)部會出現(xiàn)過電流和過電壓。為了防止這種過電流和過電壓，我們在本體的外部與負(fù)載之間串接一個限流電阻Rf，且使比值Rf/ Rb 足夠大時，則可將過電流和過電壓限制在允許范圍內(nèi)，為了可靠，還需裝設(shè)兩個球隙保護(hù)這些元件，如圖6-2-10中所示。圖圖6-2-10 外接限流電外接限流電阻限制過電流和電壓阻限制過電流和電壓圖中 的作用是限制過電流，保護(hù)相應(yīng)的硅堆。當(dāng)負(fù)載發(fā)生破

11、壞性放電時，外接限流電阻兩端之間應(yīng)能承受瞬時電位 ，而不發(fā)生閃絡(luò)。bRPnU2二、直流高壓的測量：二、直流高壓的測量：1. 棒隙或球隙棒隙或球隙 試驗(yàn)研究結(jié)果表明，使用棒棒氣隙來測量直流高電壓，與使用球隙相比，其測量結(jié)果準(zhǔn)確度更高，分散性更小，測量裝置的結(jié)構(gòu)更簡單。因此棒棒氣隙可以作為直流高電壓的標(biāo)準(zhǔn)測量裝置。 直流擊穿電壓的測量程序?yàn)椋簩㈤g隙距離固定，測量間隙距離，然后逐漸升高電壓，直到擊穿為止。在75預(yù)計擊穿電壓值以下時，升壓速度可稍快，當(dāng)電壓升至75預(yù)計擊穿電壓時，應(yīng)緩慢升壓，從75100放電電壓的升壓時間約為1min。從第一次擊穿即開始記錄放電電壓，擊穿后電壓退至零位。再次升壓，重復(fù)1

12、0次擊穿，取其平均值并校正到標(biāo)準(zhǔn)大氣條件，即為該間隙距離下的平均擊穿電壓。間隙擊穿后，為了限制放電電流，電路中應(yīng)串有保護(hù)電阻。2.2.電阻分壓器配合低壓儀表電阻分壓器配合低壓儀表 測量直流高壓用電阻分壓器的原理電路如圖6-2-12所示. 分壓比21212RRRUUK測量儀表的選用，視指示電壓的性質(zhì)而定。如磁電式儀表指示電壓平均值；靜電式儀表指示電壓有效值；峰值電壓表指示電壓的峰值；示波器分壓信號通過隔直電容，可在屏幕上顯示脈動分量的波形和幅值。 總的原則是，測量儀表的內(nèi)阻應(yīng)該足夠大，以致可認(rèn)為不影響分壓比。圖6-2-123.用高值電阻與直流電流表串聯(lián)用高值電阻與直流電流表串聯(lián)4.靜電電壓表靜電

13、電壓表 用靜電電壓表有可能直接測量到高達(dá)幾百千伏的直流電壓，它所指示的是電壓的有效值。當(dāng)電壓紋波系數(shù)不超過20時，可以認(rèn)為有效值與算術(shù)平均值是接近相等的，故也可用來測量直流電壓的算術(shù)平均值。應(yīng)注意，其刻度是不均勻的，量程中起始1/4部分刻度粗略，分辨率差。三、直流高壓試驗(yàn)三、直流高壓試驗(yàn): : 對絕緣作直流耐壓試驗(yàn)時，為了避免在電源合閘的過渡過程中產(chǎn)生過電壓，應(yīng)從相當(dāng)?shù)偷碾妷褐甸_始施加電壓。在75%試驗(yàn)電壓以下時，應(yīng)以均勻速度緩慢地升高電壓，超過75%試驗(yàn)電壓值后，應(yīng)以每秒2%試驗(yàn)電壓的速度上升到100%試驗(yàn)電壓值，在此值下保持規(guī)定時間后，切除交流電源，并通過適當(dāng)?shù)碾娮枋乖嚻泛蜑V波電阻器放電。

14、 對某些電容較大的被試品，在試驗(yàn)完成后，將被試品放電時，必須先通過限流電阻反復(fù)幾次放電，直到無火花時，方可直接接地放電。 國家有關(guān)規(guī)定：直流高壓試驗(yàn)時，加在試品上的試驗(yàn)電壓，應(yīng)是紋波系數(shù)不大于3%的直流電壓。6-3 沖擊高壓試驗(yàn)沖擊高壓試驗(yàn)一、雷電沖擊高壓的獲得一、雷電沖擊高壓的獲得: 為了研究電氣設(shè)備在運(yùn)行中遭受雷電過電壓和操作過電壓作用時的絕緣性能，在許多高壓試驗(yàn)室中都裝設(shè)了沖擊電沖擊電壓發(fā)生器壓發(fā)生器，用來產(chǎn)生試驗(yàn)用的雷電沖擊電壓波和操作沖擊電壓波。許多高壓電氣設(shè)備在出廠試驗(yàn)、型式試驗(yàn)時或大修后都必須進(jìn)行沖擊高壓試驗(yàn)。 1.基本回路的基本原理基本回路的基本原理: 圖圖6-3-1 沖擊電壓

15、發(fā)生器沖擊電壓發(fā)生器 主電容； 波前電阻； G 隔離間隙； 波尾電阻； 波前電容； 被試品0CfRtR.OTfC2.多級沖擊電壓發(fā)生器多級沖擊電壓發(fā)生器:圖6-3-2為多級沖擊電壓發(fā)生器的原理接線圖。其基本工作原理可概括為“并聯(lián)充電，串聯(lián)放電并聯(lián)充電，串聯(lián)放電”。1)1)充電過程充電過程 在充電過程中火花球隙均不擊穿，各球隙支路呈開路，各級電容器C經(jīng)充電電阻 并聯(lián)地由電壓為U的整流電源充電，若充電過程足夠長，所有電容器都可充到U。2)2)放電過程放電過程 一旦第一對球隙G1擊穿，各級球隙G2.G3.G4 將迅速依次擊穿，各臺電容器將串聯(lián)起來發(fā)生器立即由充電狀態(tài)轉(zhuǎn)為放電過程，第一對球隙G1稱為“

16、點(diǎn)火球隙”。 由于各級充電電阻 有足夠大的阻值，因而在短暫的放電過程中，可近似把各個充電電阻支路看成開路。 經(jīng)放電過程后，被試品上受到的電壓幅值接近于3U（為發(fā)生器的利用系數(shù)）。61chchRR61chchRR3.高效率沖擊電壓發(fā)生器電路：高效率沖擊電壓發(fā)生器電路：圖6-3-4 高效率沖擊電壓發(fā)生器電路高效率沖擊電壓發(fā)生器電路優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：只要適當(dāng)整定各級間隙的擊穿電壓，這種電路是能夠可靠地工作，且具有高效率。二、常用的測量系統(tǒng)有：球隙測電壓峰值；分壓器配用示波二、常用的測量系統(tǒng)有：球隙測電壓峰值；分壓器配用示波器、峰值電壓表、數(shù)字記錄儀等測壓電壓峰值及波形。這里器、峰值電壓表、數(shù)字記錄儀等測壓電

17、壓峰值及波形。這里重點(diǎn)介紹球隙測量法和數(shù)字記錄儀。重點(diǎn)介紹球隙測量法和數(shù)字記錄儀。1.用球隙測量沖擊電壓峰值用球隙測量沖擊電壓峰值 這種測量方法存在諸多不便，不宜用來測量實(shí)時的電壓，但它迄今仍是測量雷電沖擊和操作沖擊電壓峰值的標(biāo)準(zhǔn)測量裝置。 球隙的優(yōu)點(diǎn): 擊穿時延小伏秒特性在1s左右即已變平，放電電壓分 散性小，具有穩(wěn)定的放電電壓值和較高的測量精度。 稍不均勻電場的沖擊系數(shù)1，它的50沖擊放電電壓 與靜態(tài)放電電壓的幅值幾乎相等，可以合用同一張放電 電壓表格或同樣的放電電壓特性曲線。 由于濕度對稍不均勻電場的放電電壓影響較小，因而采 用球隙來測量電壓可以不必對濕度進(jìn)行校正。(二)用球隙來測量沖擊

18、電壓，下列特點(diǎn)需要注意：常用10次加壓法來求取球隙的50放電電壓。即固定電壓，調(diào)節(jié)球隙距離到某一值，連續(xù)10次加壓，其中有46次球隙擊穿放電，即可認(rèn)為所加沖擊電壓就是該球隙的50放電電壓。2.2.顯示沖擊電壓用的低壓儀表顯示沖擊電壓用的低壓儀表1.沖擊峰值電壓表 基本原理:被測電壓上升時,通過整流元件將記憶電容充電到電壓峰值;被測電壓降落時,整流元件閉鎖,記憶電容上電荷經(jīng)轉(zhuǎn)換保持下來,供穩(wěn)定指示用. 在選用沖擊峰值電壓表時，要注意其相應(yīng)時間是否適合于被測波形的要求，并應(yīng)使其輸入阻抗盡可能大，以免因峰值表的接入影響到分壓器的分壓比而引起測量誤差。 利用峰值電壓表可直接讀出沖擊電壓的峰值，與用球隙測壓器測峰值相比，可大大簡化測量過程。但被測電壓的波形必須是平滑上升的，否則就會產(chǎn)生誤差