第7章電氣設(shè)備絕緣的高電壓試驗

會計學1第7章電氣設(shè)備絕緣的高電壓試驗高電壓工程基礎(chǔ)工頻電壓的產(chǎn)生1.工頻高壓試驗對試驗設(shè)備的要求T.O.QBTR1R2工頻高壓試驗的一般線路圖調(diào)壓器試驗變壓器保護電阻（保護球隙）保護電阻（限流限壓）球間隙被試品第1頁/共38頁高電壓工程基礎(chǔ)工頻試驗變壓器的特點：（1）電壓由于工頻高壓試驗通常用于代替雷電過電壓或者內(nèi)部過電壓來考核電氣產(chǎn)品絕緣性能，或進行絕緣擊穿試驗，因此試驗變壓器電壓很高；（2）調(diào)壓與波形電壓波形應該是正負半波對稱的正弦波形，頻率在45~55Hz范圍內(nèi)，電壓的有效值等于幅值除以波頂系數(shù)。對于調(diào)壓裝置，應能夠按所要求的速度連續(xù)、平穩(wěn)地調(diào)節(jié)電壓。（3）容量在大部分高壓試驗里，試驗變壓器的連續(xù)工作時間不長，而在額定電壓下滿載運行的時間更少，這比長期處于滿載下工作的電力變壓器的運行情況要好得多。試驗變壓器的容量不大，所以設(shè)計時采用較小的安全系數(shù)，在額定電壓下只能作短時運行，對特高壓的試驗變壓器，只有在2/3的額定電壓下才能長期運行。第2頁/共38頁高電壓工程基礎(chǔ)2.串級試驗變壓器

2U2

U2

T3

21

3

21T2

3

2

1T1

3U2輸出的額定電流：I2（A）每一級變壓器高壓側(cè)繞組的額定電壓：U2（kV）裝置輸出的額定電壓：3U2第3頁/共38頁高電壓工程基礎(chǔ)3.調(diào)壓裝置（1）對調(diào)壓裝置的要求a）輸出電壓質(zhì)量好要求調(diào)壓器輸出電壓波形應盡量接近正弦波；輸出電壓下限最好為零。b）調(diào)壓特性好要求調(diào)壓器阻抗不宜過大；調(diào)壓特性曲線平滑線性；調(diào)節(jié)方便、可靠。（2）常用的調(diào)壓裝置a）自耦式調(diào)壓裝置；b）移圈式調(diào)壓器；c）感應調(diào)壓器第4頁/共38頁高電壓工程基礎(chǔ)串聯(lián)諧振交流高壓的產(chǎn)生CRL串聯(lián)諧振裝置的等效電路串聯(lián)諧振方法的優(yōu)點：1）試驗回路對基波頻率產(chǎn)生諧振，因而波形的畸變?。?）被試品發(fā)生擊穿時諧振條件被破壞，串聯(lián)電抗器限制短路電流，故絕緣擊穿處的電弧不會將故障點擴大。第5頁/共38頁高電壓工程基礎(chǔ)調(diào)頻調(diào)壓電源50Hz電源反饋控制信號激勵變壓器電抗器分壓器被試品變頻串聯(lián)諧振裝置的原理框圖

交流兩相或三相工頻電源，經(jīng)變頻控制單元輸出30~300Hz頻率可調(diào)的交流電壓，勵磁變壓器升壓，諧振電抗器L和被試品Cx構(gòu)成高壓諧振電路來產(chǎn)生交流高壓。電容分壓器是純電容式的，用來測量試驗電壓。系統(tǒng)的頻率取決于回路的L-C參數(shù)。當負載電容Cx的變化范圍很大時，可以根據(jù)Cx的大小，適當調(diào)整電抗器的電感L值，使諧振頻率固定在規(guī)定要求范圍內(nèi)。第6頁/共38頁高電壓工程基礎(chǔ)交流高壓試驗1）防止工頻高壓試驗中可能出現(xiàn)的過電壓原因：“容升”效應、對初級繞組突然加壓、當輸出電壓較高時突然切斷電源等；防止措施：在變壓器出線端與被試品之間串接一適當阻值的保護電阻（按0.1/V選取阻值）2）試驗電壓的波形畸變原因：變壓器或調(diào)壓裝置的鐵芯工作在在磁化曲線的飽和段，或當變壓器和調(diào)壓器存在漏抗；措施：在試驗變壓器原邊繞組并聯(lián)一個L-C串聯(lián)諧振回路。u1CLCLTu1第7頁/共38頁高電壓工程基礎(chǔ)3）外施電壓試驗和感應高壓試驗對于帶繞組的被試品，用外施電壓對其主絕緣作工頻高壓試驗時，首先應將各繞組的首尾短接，然后，根據(jù)不同要求做其它接線，這樣能防止電容電流流過勵磁感抗造成不允許的電壓升高。有些電氣設(shè)備繞組絕緣是分級的，繞組的各不同部位應該耐受和能夠耐受的試驗電壓當然也就不同。另外，外施電壓法對繞組的縱絕緣和相間絕緣也難于進行試驗。解決這個問題的辦法就是感應高壓試驗，即在其低壓繞組上加足夠高的電壓，使中壓繞組、高壓繞組感應出所需的試驗電壓來。第8頁/共38頁高電壓工程基礎(chǔ)7.2直流高電壓試驗（1）直流高壓試驗設(shè)備1）測量泄漏電流；2）直流耐壓試驗（一些大容量的交流設(shè)備，如油紙絕緣電力電纜，也常用來代替交流耐壓試驗；高壓直流輸電設(shè)備耐壓試驗）；3）沖擊電壓發(fā)生器和沖擊電流發(fā)生器等的直流高壓電源。（2）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。高壓試驗的直流電源在提供負載電流時，脈動電壓要非常小，即直流電源必須具有一定的負載能力。第9頁/共38頁高電壓工程基礎(chǔ)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)T---工頻室驗變壓器C---濾波電容器D---整流元件(高壓硅堆)R---保護電阻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）半波整流回路第10頁/共38頁高電壓工程基礎(chǔ)（2）直流高壓試驗設(shè)備的基本技術(shù)參數(shù)1）輸出的額定直流電壓（算術(shù)平均值）Ud2）相應的額定直流電流（平均值）Id3）電壓脈動系數(shù)（亦稱紋波系數(shù)）

S對于半波整流電路第11頁/共38頁高電壓工程基礎(chǔ)2.倍壓整流回路CCT倍壓電路1230C1常用倍壓電路C2

此電路可看作兩個半波電路的疊加，因而它的參數(shù)計算可參照半波電路的計算原則進行。變壓器A點對地絕緣為2UT，而點A’為UT。輸出電壓為2UT。工作原理：1）當電源為負時，硅堆D1截止，D2導通，電源經(jīng)D2、R對電容C1充電，C1最高充電電壓可達UTm；2）當電源電壓升高時，1點電位也抬高，D2截止，D1導通，電源經(jīng)C1向C2充電，2點電位逐漸升高。第12頁/共38頁高電壓工程基礎(chǔ)直流高電壓的試驗（1）直流高壓試驗要根據(jù)不同試品、不同的試驗要求選擇合適的電源容量。

一般情況下，直流高壓試驗所需的試驗電流通常在幾mA到幾十mA，但是某些試品在擊穿前瞬時泄漏電流還是很大，將達到安培級。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結(jié)果不正確。（2）保護電路當試品放電，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，需在試品與高壓輸出端之間串接一保護電阻。1.直流高電壓試驗注意事項第13頁/共38頁高電壓工程基礎(chǔ)(1)

試驗設(shè)備的容量較小。特別是采用電力電子變換的高頻電源后，整套直流耐壓試驗裝置的體積、重量大大減小，便于現(xiàn)場進行試驗；(2)在試驗時可以同時測量泄漏電流，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)的補充信息；(3)在某種程度上帶有非破壞性試驗的性質(zhì)，在直流高壓下，局部放電較弱，不會加快有機絕緣材料分解或老化；(4)對交流電氣設(shè)備絕緣的考驗不如交流試驗那樣接近實際情況。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度遠高于交流電壓下的電氣強度，因而交流電氣設(shè)備的直流耐壓試驗必須提高試驗電壓，才能具有等效性。2.直流高電壓試驗的特點第14頁/共38頁高電壓工程基礎(chǔ)7.3沖擊電壓試驗沖擊電壓：（雷電沖擊電壓、操作沖擊電壓）持續(xù)短、電壓上升速度快，緩慢下降的暫態(tài)電壓。由波頭時間、波尾時間、峰值和極性來表示。POO’TfCFTttUxyz標準雷電沖擊的定義：Tx為30%~90%峰值間所測得的時間。標準雷電沖擊電壓：1.2/50[s]標準操作沖擊電壓：250/2500[s]第15頁/共38頁高電壓工程基礎(chǔ)沖擊電壓發(fā)生器與參數(shù)計算1.沖擊電壓產(chǎn)生的基本原理_+RfRtC2C1U0u2(t)Rd_+RfRtC2C1u2(t)U0LRf_+RtC2C1U0u2(t)(a)典型等效電路(b)考慮回路電感的等效電路(c)高效回路的等效原理：（1）充電過程：C1向C2充電，建立電壓，形成波頭；（2）放電過程：當C1、C2上的電壓相等時，并聯(lián)對Rt放電，形成波尾。主電容試品等電容波頭電阻波尾電阻第16頁/共38頁高電壓工程基礎(chǔ)RRRR多級沖擊電壓發(fā)生器RfRtATT（1）充電過程：由試驗變壓器T和高壓硅堆D構(gòu)成的整流電源，以峰值電壓經(jīng)保護電阻及充電電阻向主電容充電。（2）放電過程：當需要啟動沖擊電壓發(fā)生器時，可向點火球隙的針極送去一脈沖電壓，針極和球表面之間產(chǎn)生火花放電，引起點火球隙放電，各球隙相繼放電，將電容器串聯(lián)起來，對試品放電?！半娙萜鞑⒙?lián)充電，串聯(lián)放電”，這一過程由一組球隙來完成。第17頁/共38頁高電壓工程基礎(chǔ)RRRrDCCCCT沖擊電壓發(fā)生器的單邊充電回路RRRrDDRRRRCCCCCCCCT沖擊電壓發(fā)生器的雙邊充電回路第18頁/共38頁高電壓工程基礎(chǔ)2.沖擊電壓發(fā)生器放電回路的近似計算（1）波前時間的確定第19頁/共38頁高電壓工程基礎(chǔ)（2）半峰值時間的確定（3）沖擊電壓發(fā)生器的效率第20頁/共38頁高電壓工程基礎(chǔ)

截斷波的產(chǎn)生方法

變壓器類設(shè)備應作雷電沖擊截斷波試驗，以模擬絕緣子閃絡(luò)或避雷器動作時所形成的截斷波。產(chǎn)生截斷波的原理：將一截斷間隙與被試品并聯(lián)，調(diào)節(jié)間隙距離使之具有所需的擊穿電壓；沖擊電壓發(fā)生器送出一全波，由于截斷間隙的擊穿，作用在被試品上的電壓就是截斷波。

目前多采用可控截斷電路來控制截斷時間，截斷間隙采用針孔球隙。觸發(fā)脈沖導致間隙G1放電后，間隙G2上將承受全部電壓，同時，R3上電流流過形成壓降，S2處出現(xiàn)觸發(fā)火花，導致G2放電，形成截斷。第21頁/共38頁高電壓工程基礎(chǔ)7.4穩(wěn)態(tài)高電壓的測量高壓測量系統(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：（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)測量的不確定度應小于1%。穩(wěn)態(tài)高電壓：工頻交流高壓、直流高壓第22頁/共38頁高電壓工程基礎(chǔ)①利用氣體放電測量交流高電壓，例如測量球隙。②利用靜電力測量高電壓，例如靜電電壓表。③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。④利用分壓器測量高電壓，如電容分壓器和電阻分壓器。實驗室中測量穩(wěn)態(tài)高壓常用的方法：第23頁/共38頁高電壓工程基礎(chǔ)

氣體放電間隙1.球間隙垂直型標準測量球隙（1）間隙距離不超過球徑的1/2，可保證測量的不確定度在3%以內(nèi)。用球隙測量工頻電壓時，應取連續(xù)三次擊穿電壓的平均值，相鄰兩次間隔時間不小于1min，擊穿電壓與平均值之間的偏差不大于3%。（2）當球隙距離不大于0.4D時，其測量不確定度在5%以內(nèi)。（3）球間隙測量電壓時，必須進行大氣條件的修正。（4）測量時必須放電，容易引起過電壓而造成被試品不必要的損傷。（5）測量時較費時間，所需的空間越大。第24頁/共38頁高電壓工程基礎(chǔ)2.棒間隙

用球間隙測量直流電壓時，會出現(xiàn)較大的分散性，因此，IEC規(guī)定中，推薦使用左圖的棒間隙。標準棒間隙測量直流電壓時，其測量不準確度在±3%以內(nèi)，測量方法與球間隙一樣。

棒間隙直接測量直流電壓時也非常費時，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。

標況下，正、負極性的直流電壓下，棒間隙10次放電電壓的平均值為：第25頁/共38頁高電壓工程基礎(chǔ)Sfl

靜電電壓表原理：分別帶正、負電荷的導體間存在著靜電吸引力，吸引力的大小與兩導體間的電位差的平方成正比，測量此靜電力的大小或是由靜電力產(chǎn)生的某一極板的位移（或偏轉(zhuǎn)）從而反映所加電壓大小。第26頁/共38頁高電壓工程基礎(chǔ)

利用高壓電容器的測量方法1.電容器電流整流法測量交流峰值電容器電流整流法

與耦合電容器類似，利用靜電容量大的電容器，可用交流電流計直接測量充電電流的有效值（I），電壓有效值為：

由于高頻諧波電流的容抗比基波電流的要小，如果所測電壓存在波形畸變，這種方法很容易帶來較大的測量不確定度。第27頁/共38頁高電壓工程基礎(chǔ)2.電容器充電電壓法測量交流峰值IdRCDVA電容器充電電壓法

被測交流電壓經(jīng)整流管D使電容充電至交流電壓的幅值，電容電壓由靜電電壓表或微安表串聯(lián)電阻來測量。

如果靜電電壓表或微安表串聯(lián)電阻測得的電壓為Ud，則電壓峰值：第28頁/共38頁高電壓工程基礎(chǔ)3.直流脈動電壓的測量直流脈動的測量

利用高壓電容與電阻串聯(lián)來測量直流電壓的脈動。若直流高壓含有脈動電壓分量Vr，當脈動電壓的頻率為f，則電阻R兩端的電壓為：

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，其測量方法與交流峰值測量的方法相同。第29頁/共38頁高電壓工程基礎(chǔ)

高壓分壓器1.高阻分壓器和串有高阻的電流表U2U1Z1Z2高阻分壓器I2U1Z1Z2AP高阻與電流表串聯(lián)

被測電壓越高，分壓器本體電阻值越大，對地雜散電容越大，誤差也很大。因此電阻分壓器只適用于被測電壓低于100kV的情況。

為防止儀表超量程，并聯(lián)保護的放電間隙或放電管P；為了防止在控制臺出現(xiàn)高電壓，微安表應并聯(lián)電阻。

電阻的溫度系數(shù)應盡可能小。高阻值電阻可侵入絕緣油中以增強散熱，同時可以防止電暈放電和絕緣泄漏。第30頁/共38頁高電壓工程基礎(chǔ)2.電容分壓器C2C1U1U2交流電容分壓器分壓器高壓臂分壓器低壓臂

分壓器的分壓比是常數(shù)，即不應隨被測電壓的波形、頻率、幅值、周圍大氣條件、安裝地點的變化而改變。此外，分壓器的接入應不影響電壓波形和幅值。（1）分布式電容分壓器，它的高壓臂有多個電容器元件串聯(lián)組裝而成，要求每個元件盡可能為純電容，介質(zhì)損耗和電感盡可能小。（2）集中式電容分壓器，它的高壓臂使用一個氣體介質(zhì)的高壓標準電容器。

對于電容分壓器低壓臂電容C2，要求電容量較大而承受的電壓較低，因此應采用高穩(wěn)定度、低損耗、低電感量的云母、聚苯乙烯等介質(zhì)的電容器。電容量根據(jù)分壓比和低壓儀表的量程確定。第31頁/共38頁高電壓工程基礎(chǔ)7.5沖擊電壓的測量沖擊電壓的測定包括：幅值測量和波形記錄標準規(guī)定：

對于標準全波、波尾截斷波以及1/5s短波，幅值的測量不確定度不超過±3%，1s以內(nèi)波頭截斷波，其幅值的測量誤差不超過±5%，波頭及波長時間的測量不確定度不超過10%。目前最常用的沖擊電壓的測量方法：

a.

測量球隙；

b.

分壓器-示波器。第32頁/共38頁高電壓工程基礎(chǔ)1.球間隙測量沖擊電壓的幅值在利用球隙測量沖擊電壓時的注意問題：a.

在球隙距離太?。ǚ烹婋妷?0kV以下），或者球隙直徑太?。ㄐ∮?2.5cm）時，為減小分散性，應對球隙進行照射。b.

利用球隙測量沖擊電壓時，如在球隙前串聯(lián)電阻，球隙擊穿瞬間很大，串聯(lián)電阻后會在其上造成很大的壓降，使測量出現(xiàn)較大的不確定度。但為避免球隙擊穿時所造成的振蕩對被試品的損傷，需要加入串聯(lián)保護電阻（無感電阻，其值應不大于500）。第33頁/共38頁高電壓工程基礎(chǔ)（1）多級法

以預期的50%放電電壓的2~3%作為電壓級差，對被試品分級施加沖擊電壓