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文檔簡介
《城市軌道交通供電》?精品課件合集第X章XXXX模塊1
高壓技術(shù)基礎(chǔ)緒論
二、城市軌道交通的特點
一、城市軌道交通的種類
四、城市軌道交通供電系統(tǒng)三、城市軌道交通的作用緒論一、城市軌道交通的種類城市軌道交通的種類地下鐵路市郊鐵路輕軌交通磁懸浮系統(tǒng)緒論二、城市軌道交通的特點客運量大占地少保護(hù)環(huán)境優(yōu)點可靠性強舒適性佳速度快服務(wù)質(zhì)量好、候車時間少、安全準(zhǔn)時
緒論三、城市軌道交通的作用是現(xiàn)代化城市框架的支撐。城市軌道交通系統(tǒng)的水平直接體現(xiàn)了一個城市的現(xiàn)代化水平,是現(xiàn)代化城市的主要標(biāo)志之一??梢越鉀Q城市中心的交通擁擠問題,為進(jìn)一步優(yōu)化多種交通形式提供支持。
緒論四、城市軌道交通供電系統(tǒng)牽引供電系統(tǒng)中壓環(huán)網(wǎng)供電系統(tǒng)21動力照明信號供電系統(tǒng)3第X章XXXX模塊1
高壓技術(shù)基礎(chǔ)第一章高壓技術(shù)基礎(chǔ)第一節(jié)
氣體放電理論第二節(jié)
不均勻電場中氣體放電第三節(jié)
大氣條件對空氣間隙擊穿電壓的影響第四節(jié)
提高氣體間隙擊穿電壓的方法第五節(jié)
介質(zhì)的極化和介電常數(shù)第六節(jié)
電介質(zhì)中電導(dǎo)和損耗第七節(jié)
固體絕緣介質(zhì)的擊穿第八節(jié)
液體介質(zhì)的擊穿第九節(jié)
高壓測試技術(shù)基本知識第十節(jié)
絕緣電阻的測量第十一節(jié)
測定泄漏電流第十二節(jié)
測定介質(zhì)損失角正切tan
第十三節(jié)
耐壓實驗第十四節(jié)
波動過程第十五節(jié)
行波的折射與反射第十六節(jié)
行波過電容、電感第一節(jié)氣體放電理論一、氣體原子的激發(fā)與游離激發(fā):當(dāng)原子由外界獲得能量時,其電子可躍至能級較高的軌道,稱此過程為激發(fā),此時該原子為激發(fā)態(tài)原子。游離:如果由外部獲得的能量足夠大,以致使原子的一個或幾個電子脫離原子核之束縛而成為自由電子與正離子(即帶電質(zhì)點),稱此過程為原子的游離。二、氣體帶電質(zhì)點的產(chǎn)生和消失1.碰撞游離在電場作用下,帶電的質(zhì)點(電子或離子)得到加速,并與氣體分子相碰撞,當(dāng)其能量足夠?qū)?,可使氣體分子游離。此時氣體的游離,主要是電子與氣體分子碰撞而引起。因為電子質(zhì)量小,自由行程(質(zhì)點無碰撞走過的距離)大,易于積累能量。第一節(jié)氣體放電理論2.光游離光輻射引起氣體分子游離的過程稱光游離。光是頻率不同的電磁輻射,也具有粒子性,可視為質(zhì)點,稱為光子。(光子的速度為光速3×106km/s)。導(dǎo)致氣體光游離的光子可由紫外線、宇宙射線,或X射線等供給,或來自氣體放電過程本身的輻射,如激發(fā)的原子回到正常狀態(tài)時,將放出激發(fā)能。3.熱游離熱游離是指由氣體熱狀態(tài)引起的游離過程,一般是在電弧放電的數(shù)千度高溫下發(fā)生的。第一節(jié)氣體放電理論4.負(fù)離子的形成在氣體中,游離而產(chǎn)生電子、正離子的同時,還可能產(chǎn)生一種帶負(fù)電的離子,稱為負(fù)離子。它是由于電子與氣體分子相遇時被分子吸附形成的。易形成負(fù)離子的氣體,稱為電負(fù)性氣體。由于負(fù)離子不易形成游離,故負(fù)離子對放電起著阻礙的作用。在氣體內(nèi)部發(fā)生放電的同時,有游離過程的發(fā)生,同時也有相反的過程。帶電質(zhì)點的消失過程,除其一部分消失于電極外,還可通過擴散與復(fù)合消失。擴散:當(dāng)氣體中帶電質(zhì)點分布不均勻時,則會由其濃度高處向濃度低處移動,使其均勻。這種運動是由熱運動造成,與氣體擴散規(guī)律相似,與氣體狀態(tài)(壓力、溫度)有關(guān)。復(fù)合:正負(fù)帶電質(zhì)點相遇,電荷彼此中和變?yōu)橹行苑肿拥倪^程稱復(fù)合。在一定條件下,復(fù)合過程中也會發(fā)生光游離。正負(fù)離子間復(fù)合的可能性比正離子與電子間復(fù)合的可能性要大,另外在一定空間內(nèi)帶電質(zhì)點的復(fù)合速度還與其濃度有關(guān),正負(fù)離子濃度愈大,復(fù)合過程的速度就愈大,即帶電質(zhì)點消失的速度也愈大。第一節(jié)氣體放電理論三、氣體放電的基本過程1.自持放電和非自持放電非自持放電:當(dāng)外界游離因素消失時,放電就消失。外界游離因素包括碰撞游離、光游離、熱游離等。自持放電:即使當(dāng)外界游離因素消失時,間隙放電僅在電場的作用下就能夠繼續(xù)下去。如我們常見的日光燈就是一種自持放電,而經(jīng)常在高壓線路上看到的電暈放電也是自持放電。2.湯遜理論較均勻電場的空氣的擊穿場強約為30
kV/cm。圖中,Oa段,由于外部游離因素的作用,帶電質(zhì)點不斷增加,電流隨所加電壓的升高而增多;ab段,此時單位時間內(nèi)的帶電質(zhì)點數(shù)不變,電流幾乎不變;bc段,電流第一節(jié)氣體放電理論急劇增加,此時在間隙中,必然出現(xiàn)了新的游離因素,即電子的碰撞游離;c點之后氣體進(jìn)入良好的導(dǎo)電狀態(tài)。解釋氣體放電的主要觀點:一個是電子崩,另一個是正離子撞擊陰極表面釋放自由電子。電子崩是湯遜理論的核心。電子崩產(chǎn)生大量的自由電荷,使良好的絕緣氣體變成了可以導(dǎo)電的導(dǎo)體。碰撞游離是氣隙擊穿的主要原因。其次湯遜用正離子碰撞陰極材料釋放自由電子來解釋自持放電。正是由于陽極材料在正離子的碰撞作用下,不斷地釋放自由電子,才使電子崩能夠不斷地持續(xù)下去。氣體施壓過程電壓-電流關(guān)系第一節(jié)氣體放電理論
描述撞擊游離和陰極表面游離性能,采用游離系熟。(1)電子撞擊游離系數(shù)
。表示1個電子由陰極到陽極每1
cm路程中與氣體質(zhì)點相撞擊所產(chǎn)生的自由電子數(shù)。(2)正離子撞擊游離系數(shù)
。表示1個正離子由陽極到陰極每1
cm路程中與氣體質(zhì)點相撞擊所產(chǎn)生的自由電子數(shù)。
(3)表面游離系數(shù)
。表示1個正離子撞擊到陰極表面時使陰極逸出的自由電子數(shù)。第一節(jié)氣體放電理論
電子崩過程如圖1.2所示。在平行板電極均勻電場中,設(shè)最初從陰極表面游離出1個初始自由電子(由外界因素形成),即n0=1。此電子在電場作用下向陽極運動,不斷撞擊游離,到x處時游離出的總電子數(shù)為n,這些電子繼續(xù)運動dx距離,游離出dn個電子圖1.2電子崩過程
dn=
·n·dx
(1.1)即
x=0處,n=n0=1x=S處,n=n
邊界條件dn=
·n·dx
dn/n=
·dx(1.2)兩邊積分n=e
x(1.3)
與x無關(guān)(各處場強相等),且n(x=0)=n0,所以n=n0·e
dx=e
dx第一節(jié)氣體放電理論一個自由電子由陰極到達(dá)陽極時,撞擊出的自由電子數(shù):na=e
S,撞擊游離產(chǎn)生的正離子數(shù)(新電子數(shù))n+S=e
S-1正離子撞擊陰極表面游離出的新的自由電子數(shù):(e
S-1)·
,所以(e
S-1)·
≥1(1.4)是自持放電的條件,也就是說當(dāng)滿足這個條件后,不需要外界游離因素的存在就可致氣隙擊穿。湯遜理論適用于解釋低氣壓、小間隙中的放電現(xiàn)象(比較均勻的電場),但用于解釋大氣放電現(xiàn)象時,與實際不符,表現(xiàn)如下:按此理論計算出來的放電時間太長,比實測大10~100倍;按此理論陰極材料與放電關(guān)系非常大,而實際放電電壓與陰極材料幾乎無關(guān);按此理論,放電應(yīng)均勻向前發(fā)展,而實際上會出現(xiàn)明亮的分支,說明是不均勻的,而且有明顯的方向性。第二節(jié)不均勻電場中氣體放電一、不均勻電場中氣體放電的基本規(guī)律
在電場不均勻的間隙中,最大場強Emax通常出現(xiàn)在曲率半徑小的電極表面附近。其他條件相同時,電極曲率半徑愈小,Emax愈大,電場愈不均勻。在球隙間隙形成的對稱電場中,隨球隙間隙距離的增大,電場的不均勻程度增加,最后將達(dá)到這樣一個程度:當(dāng)Emax已達(dá)到自持放電條件,但其他區(qū)域的場強仍很低,使自持放電只能局限在間隙中場強最大的部分(曲率半徑小的電極附近),即“電暈放電”。此時,整個間隙尚未擊穿。若要使間隙擊穿,必須繼續(xù)提高電壓。通常,此類電場為“極不均勻電場”。極不均勻電場的特征:能夠出現(xiàn)穩(wěn)定電暈,電暈起始電場低于擊穿電壓。稍不均勻電場的特征:不均勻程度較小,不能出現(xiàn)穩(wěn)定的電暈。
第二節(jié)不均勻電場中氣體放電在極不均勻電場中,最大場強與平均場強相差很大,當(dāng)外加電壓和平均場強還較低時,在電極尖端附近的局部場強已很大,足以產(chǎn)生強烈的游離。但由于電極較遠(yuǎn)處的場強仍很小,所以次游離不能擴展。伴隨著游離過程,存在著正負(fù)離子的復(fù)合和反激勵,發(fā)出大量的光輻射和“絲絲”的聲音以及藍(lán)色的暈光,這就是電暈。電暈是有很多危害的,它有聲、光的產(chǎn)生和能量的損耗;產(chǎn)生的高頻脈沖電流含有許多高次諧波,造成對無線電干擾;使空氣局部游離,產(chǎn)生的臭氧和氧化氮等會腐蝕金屬器具。但也可以利用電暈進(jìn)行除塵,以及制造負(fù)氧離子發(fā)生器。第二節(jié)不均勻電場中氣體放電二、極不均勻電場中放電的發(fā)展過程(以棒-板間隙為例)
1.短間隙逐步升高加在間隙上的電壓,將首先在電場最大的棒端部出現(xiàn)電暈。電暈有兩種形式,一種是電子崩式:當(dāng)棒端部曲率半徑很小時,電暈開始時表面高場強區(qū)很窄,所以電暈層很薄,且較均勻,自持放電采取湯遜放電的形式。另一種是流注式:隨電壓的升高,電暈層不斷擴大,個別電子崩,形成流注,即轉(zhuǎn)入流注式電暈放電,電暈層不再均勻。若電極曲率半徑較大,因高電場區(qū)域較寬,電暈一開始就表現(xiàn)為強烈的流注形式。電壓進(jìn)一步升高,個別流注繼續(xù)發(fā)展,最后流注貫通間隙,導(dǎo)致間隙完全擊穿。所謂流注就是第1次電子崩崩尾的正離子和隨后發(fā)展而形成的第2次電子崩崩頭的電子,互相混合而形成的一種正負(fù)電荷的混合體或者混合通道。當(dāng)這個混合通道貫穿間隙時,就形成了流注式放電。
第二節(jié)不均勻電場中氣體放電二、極不均勻電場中放電的發(fā)展過程(以棒-板間隙為例)2.長間隙間隙距離較長時,在流注通道還不足以貫通整個間隙的電壓下,仍可能發(fā)展起擊穿過程。當(dāng)從棒極開始的流注通道發(fā)展到足夠的長度后,由于增大了流注與對面電極之間的電容,導(dǎo)致流注根部電流增大,并使其溫度升高到足以出現(xiàn)熱電離的程度,這個具有熱電離過程的通道,稱為“先導(dǎo)通道”。先導(dǎo)通道中帶電粒子的濃度遠(yuǎn)大于流注通道,因而電導(dǎo)大,壓降小。又由于流注的一部分轉(zhuǎn)變?yōu)橄葘?dǎo),就使得流注區(qū)頭部的電場加強,從而為流注繼續(xù)伸長到對面電極并迅速轉(zhuǎn)變?yōu)橄葘?dǎo)創(chuàng)造了條件。當(dāng)先導(dǎo)通道發(fā)展到接近對面電極時,在余下的小間隙中場強達(dá)到極大的數(shù)值,從而引起強烈的電離,這一強電離區(qū)域又以極高的速度向相反方向傳播,這一過程為“主放電”。主放電在極間形成高電導(dǎo)通道,相當(dāng)于使間隙短路,擊穿過程于是完成。
第二節(jié)不均勻電場中氣體放電三、極性效應(yīng)對于電場不均勻的間隙(如棒-板間隙),擊穿電壓與棒的極性有很大關(guān)系,即“極性效應(yīng)”。棒為負(fù)極性時擊穿電壓比為正極性時高得多。解釋如下:棒為正時,場強最大的棒極附近首先形成電子崩。電子崩的電子迅速進(jìn)入電極,留下的正空間電荷則加強了朝陰極方向的電場,有利于流注向間隙深處發(fā)展,因而擊穿電壓較低。如圖1.3所示,空間的正電荷加強了電子崩發(fā)展處的電場,而減小了棒極附近的電場,因此不易形成電暈放電(或者說電暈放電不易維持下去);棒為負(fù)時,同樣形成的正空間電荷卻削弱了朝向電極方向的電場,使放電的發(fā)展比較困難,因而擊穿電壓較高。棒為負(fù)極時,空間的正電荷形成的電場減小了電子崩發(fā)展處的電場,而加強了棒極附近電場,有利于電暈的產(chǎn)生,但不利于放電,如圖1.4所示。因此工頻交流電壓作用于棒-板間隙,擊穿總是發(fā)生在棒極為正的半周內(nèi),并且擊穿電壓稍低于直流電壓作用下的擊穿電壓。因為:交流前半周留下的空間電荷對棒極前方電場有所加強。
第二節(jié)不均勻電場中氣體放電
圖1.3棒為正極時,空間電場的變化情況圖1.4棒為負(fù)極時,空間電場的變化情況第二節(jié)不均勻電場中氣體放電四、長時電壓(工頻或直流)作用下氣隙的放電特性
工頻或直流作用下的擊穿電壓又稱為靜態(tài)擊穿電壓。一般情況下,工頻或直流擊穿電壓和距離的關(guān)系是:距離越大,擊穿電壓越高。(1)當(dāng)間隙距離增加到一定數(shù)值時,間隙將由稍不均勻電場轉(zhuǎn)變?yōu)闃O不均勻電場。這時,將會在較低的電壓下首先出現(xiàn)電暈,當(dāng)電壓進(jìn)一步升高時才發(fā)生擊穿。(2)間隙的電暈起始電壓,主要取決于電極的表面形狀,即曲率半徑,而與間隙距離關(guān)系不大。球徑愈小,電暈起始電壓愈低。(3)隨間隙距離的增加,電場不均勻程度逐步增大,間隙的平均擊穿電壓也逐步減小。極不均勻電場中平均擊穿場強遠(yuǎn)低于均勻電場。這是因為:前者在較低的平均場強下,局部場強已超過自持放電的臨界值,形成電子崩和流注(長間隙還存在先導(dǎo)放電)。流注通道向間隙深處發(fā)展,相當(dāng)于縮短了間隙的距離,所以擊穿就比較容易,需要的平均場強也較低。第二節(jié)不均勻電場中氣體放電(4)在極不均勻電場的情況下,擊穿電壓和距離的關(guān)系曲線較接近,即:極不均勻電場中,擊穿電壓主要取決于間隙距離,而與電極形狀關(guān)系不大??傊?,對于同一間隙,在其他條件都一樣的情況下,工頻擊穿電壓小于直流擊穿電壓;而沖擊擊穿電壓大于工頻擊穿電壓。全波沖擊擊穿電壓又大于截波擊穿電壓。在電場均勻時,沖擊擊穿電壓與工頻擊穿電壓和直流擊穿電壓相差較?。欢跇O不均勻電場,沖擊擊穿電壓與工頻擊穿電壓和直流擊穿電壓相差較大。第三節(jié)大氣條件對空氣間隙擊穿電壓的影響GB311—64規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)大氣狀態(tài):壓力P=760
mmHg;溫度t=20
C;絕對濕度f=11
g/m2。一、相對密度不同時對擊穿電壓的影響空氣的相對密度
為實驗條件下的密度
s和標(biāo)準(zhǔn)大氣狀態(tài)的密度
0之比。又因為空氣的密度和壓力成正比,與溫度成反比,有:P為試驗條件下空氣的壓力(mmHg);T是試驗條件下空氣的濕度(K);t
為試驗條件下空氣的溫度(
C)。第三節(jié)大氣條件對空氣間隙擊穿電壓的影響
巴申定律:低氣壓下,間隙的放電電壓是氣壓P與間隙距離d的乘積的函數(shù)。對于密閉的容器,其氣體密度在一定范圍時,氣壓越高,放電電壓越高;氣壓越低,放電電壓也越高。當(dāng)外加電壓很小時,氣隙中的電流是由外界因素所造成的電子和離子所形成的。隨電壓的升高,這些質(zhì)點中和后,電流飽和,但仍有極微小的泄漏電流。當(dāng)電壓的升高到一定點數(shù)值,場強高達(dá)某一定值后,氣體發(fā)生連續(xù)的碰撞電離,向雪崩似的增長,稱電子崩。當(dāng)體積一定時,氣壓越高,電子密度越大,電子的平均自由行程越短,電子本身具有的動能較低,雖容易發(fā)生碰撞,但不宜發(fā)生游離,因而擊穿電壓高;當(dāng)氣壓越低時,電子密度越小,電子的平均自由行程增大,盡管電子本身具有很高的動能,一旦碰撞,就會發(fā)生游離,但碰到中心分子和原子的機率很低,因此擊穿電壓也很高。這說明:在大氣條件下,空氣間隙的擊穿電壓和空氣的相對密度有關(guān),一般隨
的增大而升高。實驗表明:當(dāng)空氣相對密度
在0.95以上及1.05以下的情況時,空氣間隙擊穿電壓與其密度成正比。因此,空氣相對密度為
時的擊穿電壓和它在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的擊穿電壓具有如下?lián)Q算關(guān)系:U=
U0(1.6)第三節(jié)大氣條件對空氣間隙擊穿電壓的影響式中,U0
為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下空氣間隙的擊穿電壓及絕緣子的干閃絡(luò)電壓;U
為實際狀態(tài)下空氣間隙的擊穿電壓及絕緣子的干閃絡(luò)電壓。二、濕度不同時對空氣擊穿電壓的影響實驗表明:在均勻或稍不均勻電場中空氣間隙的擊穿電壓隨空氣中濕度增大而略有增加,但程度極微,可以忽略不計。但在極不均勻電場中,空氣中水分的含量對提高間隙擊穿電壓的效應(yīng)就很明顯。擊穿電壓與濕度有關(guān),可能是由于水分子容易吸引電子而形成負(fù)離子的緣故。電子形成負(fù)離子后,電離能力大大降低。當(dāng)濕度增大時,電子附著在水分子上形成負(fù)離子的比例增加,間隙中的電離過程被削弱,從而擊穿電壓增大。均勻電場中擊穿場強較高,電子運動速度較大,所以濕度的影響較??;而在極不均勻電場中,平均擊穿場強較低,放電形成時延較長,所以濕度的影響也就比較明顯。在均勻或稍不均勻電場中,濕度的影響可忽略不計。極不均勻電場中,一般要對濕度進(jìn)行校正。第三節(jié)大氣條件對空氣間隙擊穿電壓的影響濕度校正系數(shù):式中,k
是絕對濕度與電壓形式的函數(shù);w值與電極形狀、距離以及電壓形式、極性有關(guān)。具體數(shù)值可參閱有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。三、海拔高度的影響隨著海拔高度的增加,空氣逐漸稀薄,大氣壓力及密度下降,因此空氣間隙的擊穿電壓也隨之下降。國標(biāo)中規(guī)定:對于擬用于海拔高于1
km(但不超過4
km)處的設(shè)備的外絕緣,其試驗電壓應(yīng)按規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下的試驗電壓乘以系數(shù)ka。(1.7)
ka=1/(1.1-H×10-4)(1.8)H為安裝地點的海拔高度(m)。第四節(jié)提高氣體間隙擊穿電壓的方法組合電器提高氣體擊穿電壓可能有兩個途徑:一是改善電場分布,使其盡量均勻;二是利用其他方法來削弱氣體中的游離過程。改善電場分布又有兩種途徑:一是改進(jìn)電極形狀;二是利用氣體放電本身的空間電荷畸變電場的作用。一、改進(jìn)電極形狀一般,電場分布越均勻,平均擊穿場強越高。因此,改進(jìn)電極形狀、增大電極曲率半徑,可改善電場分布,提高間隙的擊穿電壓。同時,電極表面應(yīng)盡量避免毛刺、棱角等,以消除電場局部增強的現(xiàn)象。二、極不均勻電場中屏障的采用在電場極不均勻的空氣間隙中,在與電力線垂直的方向放入薄片絕緣材料(例如紙或紙板),在一定條件下,可以顯著提高間隙的擊穿電壓。所采用的薄片絕緣材料稱為“屏障”。屏障的作用和電壓種類有關(guān)。第四節(jié)提高氣體間隙擊穿電壓的方法1.直流電壓下屏障的作用(1)尖電極為正極性。設(shè)置屏障可顯著提高間隙的擊穿電壓,這是由于屏障積聚空間電荷,改善了電場的分布。無屏障時,尖電極附近,正離子形成了集中的正空間電荷,它加強了前方的電場,促進(jìn)游離區(qū)向前發(fā)展,所以擊穿電壓較低。設(shè)置屏障后,正離子將在屏障上積聚起來,并由于同極性電荷的推斥作用,將沿著屏障表面比較均勻地分布開來,且在屏障前方形成了比較均勻的電場,從而改善了整個間隙中電場的分布。所以,正尖-負(fù)板間隙中設(shè)置屏障可以提高間隙的擊穿電壓,而且屏障效應(yīng)與屏障的位置有關(guān)。當(dāng)屏障移近尖電極時,屏障和板電極間比較均勻的電場區(qū)擴大,故間隙的擊穿電壓隨之上升。但屏障離尖電極過近時,屏障上正電荷的分布將變得很不均勻,屏障前方又將出現(xiàn)極不均勻電場,造成了游離發(fā)展的有利條件,因而這時屏障效應(yīng)又將隨之減弱了。同時也由于尖電極附近易于發(fā)生電暈,這有可能燒壞屏障。因此屏障的位置距離尖電極越近越好,既不能太近也不能太遠(yuǎn)。第四節(jié)提高氣體間隙擊穿電壓的方法(2)尖電極為負(fù)極性。當(dāng)尖電極具有負(fù)極性時,電子形成為負(fù)離子,積聚于屏障上,同樣在屏障前方形成了比較均勻的電場。所以在負(fù)極性下,設(shè)置屏障后,除了屏障過分靠近電極之外,由于情況類似,間隙擊穿電壓和屏障位置的關(guān)系曲線應(yīng)與正極性下的相近。不同之處:負(fù)極性下設(shè)置屏障后,在一定條件下反而可能造成更有利于擊穿的條件。因為,無屏障時:負(fù)離子擴散于空間,有一部分消失于電極,故影響電場分布的主要是正離子,它削弱了前方的電場。而有屏障后:其上集中了大量的負(fù)離子,此時負(fù)離子將對電場分布起重要影響,它將加強前方電場。所以在屏障離開尖極一定距離后,屏障反而使間隙擊穿電壓降低。當(dāng)屏障過分靠近尖極時,由于尖極附近場強很強,電子速度很高,可穿透屏障,故屏障上已不可能積聚大量負(fù)電荷。相反,屏障另一面的游離過程所造成的正離子將為屏障所阻擋,使屏障帶正電,從而削弱了屏障前方的電場。所以此時仍有相當(dāng)?shù)钠琳闲?yīng)。第四節(jié)提高氣體間隙擊穿電壓的方法2.工頻電壓下屏障的作用工頻電壓下極不均勻電場中同樣能形成大量的空間電荷,故屏障同樣具有積聚空間電荷,改善電場的作用。無屏障時,尖-板間隙中工頻電壓下?lián)舸┦窃诩怆姌O具有正極性的半周內(nèi)發(fā)生的。所以工頻電壓下,設(shè)置屏障可以顯著提高間隙的擊穿電壓,這與直流下正尖極的情況一樣。(注:雷電沖擊電壓下,由于來不及積聚起顯著的空間電荷,所以屏障的效果較弱。)綜上所述,極不均勻電場中,在一定條件下可以利用屏障提高間隙擊穿電壓。但應(yīng)指出,在均勻電場及稍不均勻電場中,設(shè)置屏障是不能提高氣體間隙的擊穿電壓的。因為這時擊穿前沒有電暈放電階段,且擊穿前間隙中各處場強都已達(dá)很高數(shù)值,所以屏障不能有積聚空間電荷而起改善電場的作用,也不能妨礙流注的發(fā)展,因而屏障起不到提高擊穿電壓的作用。第四節(jié)提高氣體間隙擊穿電壓的方法三、高氣壓的采用由巴申定率知:提高氣體壓力可以提高間隙的擊穿電壓。這是因為氣壓提高后氣體密度加大,減小了電子的平均自由行程,雖然碰撞的機率增大了,但發(fā)生有效碰撞的概率卻減少了,從而削弱了電離過程,因此間隙的擊穿電壓提高了。采用壓縮氣體的缺點是:對設(shè)備容器的機械強度及密封等方面的要求提高了,從而增加了制造成本。第四節(jié)提高氣體間隙擊穿電壓的方法四、高電氣強度氣體的采用某些氣體在同樣的壓力下具有比空氣高得多的抗電強度,被稱為“高電氣強度氣體”。這些氣體主要是具有高分子量的含鹵族元素化合物,如六氟化硫(SF6),氟利昂(CCL2F2)等。采用這些氣體后可以大大提高氣體間隙的擊穿電壓或大大降低工作時氣體的壓力。鹵族元素具有高電氣強度的原因:它們具有很強的電負(fù)性,氣體分子容易和電子結(jié)合成負(fù)離子,從而削弱了電子的碰撞游離能力,同時又加強了復(fù)合過程。因為這些氣體的分子量都比較大,分子直徑較大,故使得電子在其中的自由行程縮短,減小了碰撞游離的能力。高電氣強度氣體,應(yīng)滿足以下要求:①液化溫度要低;②具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性;
③不易腐蝕設(shè)備中的其他材料;④無毒;⑤不會爆炸,不易燃燒;⑥在放電過程中也不易分解;⑦價格低廉。目前工程上廣泛采用SF6。氟利昂由于對環(huán)境的影響較大目前已經(jīng)被淘汰。第四節(jié)提高氣體間隙擊穿電壓的方法五、高真空的采用由巴申定律:提高真空亦可提高擊穿電壓。因為在空氣稀薄時,電子的自由行程增大,引起游離的機會減少。真空絕緣被用于各種高壓電真空器件、真空電容器、真空避雷器和真空斷路器中。第五節(jié)介質(zhì)的極化和介電常數(shù)一、極化現(xiàn)象外電場作用下,固體介質(zhì)中的正、負(fù)電荷將沿電場方向作有限的位移或轉(zhuǎn)向,形成電距(偶極子的正、負(fù)電荷平均中心之間的距離與其電荷量的乘積),使電介質(zhì)表面出現(xiàn)與極板電荷異號的束縛電荷,即極化。相應(yīng)的,為保持電場強度不變(外加電壓U未變),必須再從電源中吸收一部分電荷Q
到極板上。這樣,極板上儲存的電荷增多,在電荷增加的過程中,發(fā)生了電荷的流動,這個電流就是電容器的充電電流。Q=Q0+Q
=CU(1.9)介電常數(shù)(1.10)各種氣體的
都接近于1,而常用液體、固體介質(zhì)的
各不相同,一般在2~10之間。宏觀的介電常數(shù)的大小,反映了微觀的極化現(xiàn)象的強弱。而極化現(xiàn)象往往又同介質(zhì)所處的溫度條件和外加電場的頻率有關(guān),因而
也同溫度和頻率有關(guān)。第五節(jié)介質(zhì)的極化和介電常數(shù)二、極化的形式1.電子式極化當(dāng)物質(zhì)原子中的電子軌道受到外電場E的作用時,它將相對于原子核發(fā)生位移而使原子中正、負(fù)電荷作用中心不再重合,形成極化,即“電子式極化”。其特點為:(1)存在于所有電介質(zhì)中。(2)形成極化所需時間極短,約10-15s。即:在各種頻率的交變電場中均能產(chǎn)生,故
不隨頻率的變化而變化。(3)該極化具有彈性。取消外電場后,依靠正、負(fù)電荷的吸引力,作用中心又馬上重合,而呈現(xiàn)中性。所以,該極化無能量損耗。(4)溫度對該極化影響不大。第五節(jié)介質(zhì)的極化和介電常數(shù)2.離子式極化對于具有離子式結(jié)構(gòu)的大多數(shù)固體無機化合物,在外電場作用下,正、負(fù)離子偏離其平衡位置,呈現(xiàn)極性,叫“離子式極化”。無外電場:大量離子對形成的偶極矩M相互抵消,平均偶極矩為零,對外呈中性。有外電場:正負(fù)離子有位移,平均偶極矩不為零,對外呈現(xiàn)極性。其特點如下:(1)極化所需時間短,約10-13s。所以,在一般使用的頻率范圍內(nèi),認(rèn)為
與頻率無關(guān)。(2)該極化是彈性的,不消耗能量。(3)溫度對該極化的影響存在兩種相反因素:離子間的結(jié)合力,隨溫度上升而下降,極化加強;離子密度隨溫度上升而下降,極化減弱。故:
一般具有正溫度系數(shù)。第五節(jié)介質(zhì)的極化和介電常數(shù)3.偶極子極化(轉(zhuǎn)向極化)某些物質(zhì)的分子中,正常時正、負(fù)電荷的作用中心不重合,成為永久偶極子,這樣的分子稱為“極性分子”。由極性分子組成的電介質(zhì)為“極性電介質(zhì)”。在外電場作用下,偶極子受到轉(zhuǎn)矩的作用,轉(zhuǎn)向電場方向,產(chǎn)生極化,叫“偶極子極化(轉(zhuǎn)向極化)”。無外電場:偶極子不斷進(jìn)行無規(guī)則的熱運動,排列混亂,偶極矩矢量和為零,對外呈中性,如圖1.5所示。有外電場:偶極子順電場方向做有規(guī)律的排列,對外顯示極性。其特點是:(1)極化所需時間長,約10-10~10-2s。(2)該極化為非彈性,極化時消耗能量。(3)
與電源頻率有關(guān)。頻率很高時,偶極子來不及轉(zhuǎn)動,則
下降。(4)
與溫度有關(guān)。溫度過高:分子熱運動加劇,妨礙偶極子順電場方向排列,使極化減弱。溫度過低:分子間聯(lián)系緊,分子難以轉(zhuǎn)向,
下降。
在低溫下先隨溫度升高而增加,溫度繼續(xù)升高,分子熱運動更強烈,
又隨溫度上升而下降。第五節(jié)介質(zhì)的極化和介電常數(shù)如圖1.6所示,當(dāng)具有偶極子的這些物質(zhì),在外界電場的作用下,對外呈現(xiàn)電性,即發(fā)生了偶極子極化。一旦極化完成,要想改變偶極子的狀態(tài),就必須另加電場。也就是說,在極化的過程中,具有偶極子的這些物質(zhì)吸收了外界電場的能量,把它變成了本身的位能。圖1.5在沒有電場作用下,排列雜亂無章,對外不呈現(xiàn)電性圖1.6在外界電場的作用下,做定向排列,對外呈現(xiàn)電性第五節(jié)介質(zhì)的極化和介電常數(shù)4.夾層式極化高壓電氣設(shè)備的絕緣通常是由不同材料組成的復(fù)合絕緣。在這種由幾種介電常數(shù)不同、電阻率不同的絕緣材料組成的層式絕緣結(jié)構(gòu)中,加上電壓后,各層間電場將從起始時按介電常數(shù)分布逐漸過渡到穩(wěn)態(tài)時按電阻率分布,從而使各層交界面上出現(xiàn)電荷的積聚,形成“夾層式極化”。夾層極化過程中,兩層介質(zhì)之間有一個電壓重新分配的過程。如圖1.7所示,圖中G1和G2分別為介質(zhì)1和介質(zhì)2的等效電導(dǎo),R1=1/G1,R2=1/G2;C1和C2分別為介質(zhì)1和介質(zhì)2的等效電容。即C2上一部分電荷要通過R2放掉,而C1則要從電源再吸收一部分電荷,稱“吸收電荷”。因為要經(jīng)過R2進(jìn)行吸收,所以吸收過程比較緩慢??梢姡簥A層的存在使整個介質(zhì)的等值電容增大,損耗也增大。第五節(jié)介質(zhì)的極化和介電常數(shù)分析:在合閘瞬間,電流流過電容,電阻相當(dāng)于開路。此時假設(shè)兩種介質(zhì)分別承受的電壓為U1和U2,那么:圖1.7串聯(lián)介質(zhì)及其等效電路同時,U1+U2=U,經(jīng)過一段時間達(dá)穩(wěn)態(tài)后,電流流過G1、G2,電容相當(dāng)于開路。此時電壓按電阻分配,那么:同時,第五節(jié)介質(zhì)的極化和介電常數(shù)夾層的存在將會造成電荷在夾層界面上的堆積和等值電容的增大,這就是夾層極化效應(yīng)。特點是:(1)存在于復(fù)合介質(zhì)、不均勻介質(zhì)中;(2)極化過程很緩慢,從幾秒、幾十秒到幾分鐘,甚至幾小時??傊捎诟鲗咏橘|(zhì)的介電系數(shù)和電導(dǎo)系數(shù)不同,因此介質(zhì)和介質(zhì)之間的電荷排列要通過多次充電、放電才會穩(wěn)定下來。通常把在多種介質(zhì)之間的電荷的反復(fù)移動所形成的電流,叫“吸收電流”。第五節(jié)介質(zhì)的極化和介電常數(shù)三、討論電介質(zhì)極化的意義(1)選擇用于電容器中的絕緣材料時,一方面要注意電氣強度,另一方面希望材料的
大。這樣,電容器單位容量的體積和重量就可以減小。(2)對于其他絕緣機構(gòu),往往希望材料的
小一些。(3)一般高電壓電氣設(shè)備中常常是幾種絕緣材料組合在一起使用,這種情況下更需注意各種材料
值的配合。(在交流和沖擊電壓作用下,串聯(lián)介質(zhì)中場強E的分布與
成反比。)(4)材料的介質(zhì)損耗與極化類型有關(guān)。(5)夾層介質(zhì)界面極化現(xiàn)象在絕緣預(yù)防性試驗中可用來判斷絕緣受潮情況。在使用電容器等電容量很大的設(shè)備時,必須特別注意吸收電荷可能對人身安全造成的威脅。第六節(jié)電介質(zhì)中電導(dǎo)和損耗一、電介質(zhì)中的電導(dǎo)表征電導(dǎo)大小的物理量是電導(dǎo)率,其倒數(shù)為電阻率。在加直流電壓U于介質(zhì)時,初瞬間由于各種極化過程的存在,流過介質(zhì)中的電流是隨時間變化的,在一定時間后,極化過程結(jié)束,流過介質(zhì)的電流趨于一定值I(泄漏電流),與此對應(yīng)的電阻稱為電介質(zhì)的絕緣電阻:(1.11)介質(zhì)的電阻包括體積電阻和表面電阻。一般表面電阻較小,體積電阻相對較大。二者是并聯(lián)關(guān)系。體積電阻和介質(zhì)的材料關(guān)系密切,而表面電阻則和介質(zhì)的表面污染情況關(guān)系巨大。第六節(jié)電介質(zhì)中電導(dǎo)和損耗電介質(zhì)中的電導(dǎo)也有體積電導(dǎo)和表面電導(dǎo)兩部分組成。體積電導(dǎo)主要和溫度、電場強度、雜質(zhì)、受潮等因素有關(guān)。一般溫度越高,體積電導(dǎo)越大;雜質(zhì)越多,體積電導(dǎo)越大;電場強度越高,體積電導(dǎo)越大。表面電導(dǎo)是由于介質(zhì)表面吸附的一些水分、塵?;?qū)щ娦缘幕瘜W(xué)沉淀物形成的。表面電導(dǎo)在整個電導(dǎo)中,起著特別重要作用。對于玻璃、陶瓷等親水性介質(zhì)其表面電導(dǎo)大,而對于石蠟、四氟乙烯、聚苯乙烯等憎水性介質(zhì)其表面電導(dǎo)小。電介質(zhì)電導(dǎo)與金屬電導(dǎo)的本質(zhì)區(qū)別為:(1)帶電質(zhì)點不同。(2)二是數(shù)量級不同。(3)電導(dǎo)電流的受影響因素不同。第六節(jié)電介質(zhì)中電導(dǎo)和損耗電介質(zhì)加壓后,其等效電路如圖1.8所示。施加直流電壓的瞬間電流最大,然后逐漸減少,過一段時間后,電流幾乎不變,趨于穩(wěn)定。其電流曲線如圖1.9所示。圖1.8等效電路圖1.9電流曲線第六節(jié)電介質(zhì)中電導(dǎo)和損耗直流電壓作用下流過介質(zhì)的電流分三部分:(1)電容電流iC:電容電流是由加壓瞬間電極間的幾何電容,以及介質(zhì)中的電子式或離子式極化過程所引起的電流。iC存在時間很短,可認(rèn)為是瞬間完成。(2)吸收電流ia:吸收電流是由偶極子極化或夾層極化等衰減較慢的緩慢極化過程所引起。ia存在時間較長,約為幾分鐘至數(shù)十分鐘,有損耗。圖1.9中,ia與時間軸所夾的面積,即為吸收電荷。一般地說,吸收現(xiàn)象主要是由不均勻介質(zhì)的夾層極化所引起的。(3)泄漏電流(傳導(dǎo)電流)ig(I):泄漏電流是與絕緣電阻值相對應(yīng)的電流,不隨時間變化。流過介質(zhì)的總電流:i=iC+ia+ig第六節(jié)電介質(zhì)中電導(dǎo)和損耗二、電介質(zhì)中的損耗
高壓電氣設(shè)備中絕緣材料的介質(zhì)損耗,按其物理性質(zhì)可分為三種基本形式:1.電導(dǎo)損耗2.極化損耗3.局部放電引起的損耗
其并聯(lián)、串聯(lián)等效電路及其矢量圖如下:圖1.10等效并聯(lián)電路圖1.11等效電路矢量圖圖1.12等效串聯(lián)電路圖1.13等效串聯(lián)矢量圖第六節(jié)電介質(zhì)中電導(dǎo)和損耗在并聯(lián)電路中:在串聯(lián)電路中:
所以因為遠(yuǎn)小于1,所以Cp=Cs=C,P=U2
Ctan
可見,在其他各值給定的情況下,P取決于介質(zhì)的tan
。一般情況下,tan
越大,介質(zhì)吸收的能量損耗越大,絕緣電阻就會急劇下降,因而可以通過tan
判斷絕緣材料的優(yōu)劣,諸如是否有受潮、劣化、氣泡等現(xiàn)象。第七節(jié)固體絕緣介質(zhì)的擊穿一、固體介質(zhì)的擊穿過程固體介質(zhì)在電場作用下工作,并受熱、機械、化學(xué)等的作用,都會對絕緣性能起變壞的作用,故介質(zhì)的擊穿過程與以上因素有關(guān)。通常把均勻電介質(zhì)的擊穿分成熱擊穿和電擊穿兩種基本形式。過程極快約為10-6~10-8s;擊穿電壓與環(huán)境溫度無關(guān);擊穿電壓值高,介質(zhì)發(fā)熱不顯著;電場均勻程度對擊穿電壓有顯著影響。電擊穿對固體介質(zhì)加壓后,當(dāng)介質(zhì)中電場足夠時,會使介質(zhì)內(nèi)存在的少量自由電子得到加速,產(chǎn)生碰撞電離,使電子數(shù)增多導(dǎo)致?lián)舸?,即電擊穿。有如下特點:第七節(jié)固體絕緣介質(zhì)的擊穿熱擊穿電壓隨環(huán)境溫度的升高而成指數(shù)率下降;熱擊穿電壓直接與試樣的散熱條件有關(guān);當(dāng)電壓頻率增大時,熱擊穿電壓將下降;熱積累需要時間。當(dāng)電壓上升快,或加壓時間短時,熱擊穿電壓將增高。熱擊穿固體介質(zhì)受電壓作用時間較長時,由于介質(zhì)中發(fā)生損耗的熱量大于發(fā)散的熱量時,介質(zhì)溫度便升高,而介質(zhì)又具有負(fù)的溫度系數(shù),這將會使電流進(jìn)一步增大。因此,損耗發(fā)熱亦隨之增大,溫升增高,易在此處發(fā)生擊穿。這種與熱的過程相關(guān)的擊穿稱“熱擊穿”。其特點:一、影響固體介質(zhì)擊穿的因素1.電壓作用時間
電壓作用時間越長,擊穿電壓越低。電壓作用一般有兩種升壓方法。連續(xù)加壓和逐步加壓。第七節(jié)固體絕緣介質(zhì)的擊穿連續(xù)加壓是指電壓以一定的速度向上升高直到擊穿;逐步加壓是指將預(yù)期的電壓加于材料上,停留一段時間后,然后升高至另一預(yù)期電壓,再停留一段時間后,如此反復(fù),直至擊穿。對絕緣材料進(jìn)行耐壓實驗,如表1.1和表1.2所示。凡未特殊說明,均指1
min逐步加壓,即每個試驗電壓停留1
min,但每級間時間不應(yīng)超過10
s。試樣擊穿電壓/kV升壓速度/(kV·s)試樣擊穿電壓/kV每級升壓值/kV<1.00.1<2511.0~5.00.526~5025.1~201.051~1005>202.0>10010表1.1連續(xù)加壓升壓速度表1.2逐步加壓的每級電壓第七節(jié)固體絕緣介質(zhì)的擊穿一般擊穿電壓與作用時間有下列關(guān)系:2.電場均勻程度均勻、致密的固體介質(zhì)。不均勻、致密的固體介質(zhì)。3.受潮絕緣受潮后擊穿場強將顯著下降。4.累積效應(yīng)
在不均勻電場中,特別是雷電等沖擊電壓作用下,有時雖未形成貫穿第七節(jié)固體絕緣介質(zhì)的擊穿的擊穿通道,但已在固體介質(zhì)中形成局部損傷或不完全擊穿。在多次沖擊或工頻試驗電壓作用下,一系列的不完全擊穿將導(dǎo)致介質(zhì)的完全擊穿。所以,隨施加沖擊或工頻試驗電壓次數(shù)增多,固體介質(zhì)的擊穿電壓將下降,即所謂“累積效應(yīng)”。5.擊穿電壓與頻率的關(guān)系頻率越高,擊穿電壓越低。對于許多有機材料,如紙、棉織品等,其擊穿電壓與頻率的關(guān)系可用下列公式表示:式中,u
為在頻率為f時的擊穿電壓;n是常數(shù),在0~0.5之間;u0是參考頻率為50
Hz的擊穿電壓。第七節(jié)固體絕緣介質(zhì)的擊穿三、介質(zhì)的老化作為電氣設(shè)備絕緣的固體或液體,在長期運行中不可避免地將會產(chǎn)生各種物理、化學(xué)變化,使其性能隨時間增長而逐漸劣化,稱為“絕緣的老化”。引起老化的因素有:熱的作用、電的作用(包括局部放電的作用)、機械力的作用及周圍環(huán)境的影響。1.局部放電老化高壓設(shè)備絕緣內(nèi)部不可避免地存在某些缺陷(如固體絕緣中的氣隙和液體絕緣中的氣泡)和電場分布的不均勻。這些氣隙、氣泡或沿固體絕緣表面的局部場強達(dá)到一定值以上時,就會發(fā)生局部放電。這種放電并不立即形成貫穿性通道,而僅僅在局部發(fā)生。但長期的局部放電使絕緣的劣化損傷逐步擴大,甚至可使整個絕緣在工作電壓下發(fā)生擊穿或沿面閃絡(luò)。如不及時處理局部放電引起的老化,高壓設(shè)備絕緣的擊穿電壓就會大大降低,從而對整個設(shè)備造成損壞。第七節(jié)固體絕緣介質(zhì)的擊穿2.熱老化
絕緣材料的性能在長期受熱的情況下逐漸劣化,失去原來的優(yōu)良性能,稱為“熱老化”。由于溫度升高將使熱老化過程加速,所以根據(jù)熱老化決定的絕緣的壽命就與絕緣的工作溫度有關(guān)。通常規(guī)定了各類絕緣材料的最高容許溫度,根據(jù)不同的耐熱性劃分成不同的耐熱等級。A級絕緣:溫度每增加8
C,絕緣壽命便縮短一半。即通常所說的熱老化的“8
C規(guī)則”。
固體電介質(zhì)的熱老化主要過程為熱裂解、氧化裂解、交聯(lián)以及低分子揮發(fā)物的逸出。短時上限工作溫度:不允許超過,特殊情況下允許短時工作最高持續(xù)工作溫度。熱老化所決定的絕緣壽命:(1.15)第七節(jié)固體絕緣介質(zhì)的擊穿在
0下工作:絕緣的相對熱損壞度:Ts時間內(nèi)總熱損壞度:
在
下工作:絕緣的相對熱損壞度:Ts時間內(nèi)總熱損壞度:(1.16)(1.17)(1.18)(1.19)第七節(jié)固體絕緣介質(zhì)的擊穿四、絕緣等級絕緣材料按其耐熱程度一般分為7級,它們的最高允許溫度也不一樣,一般情況下,所有絕緣材料應(yīng)能在耐熱等級所要求的溫度下長期工作,它的含義是至少正常工作15~20年。下面列出這7個等級:
Y級絕緣材料:90
C棉紗、天然絲、再生纖維等紗織品,紙、紙板、木質(zhì)板;A級絕緣材料:105
C經(jīng)過浸漬的棉紗、天然絲、再生纖維等紗織品,經(jīng)過浸漬紙、紙板、木質(zhì)板;E級絕緣材料:120
C聚酯薄膜及其纖維;B級絕緣材料:130
C,云母片和云母紙為基礎(chǔ)的材料;F級絕緣材料:155
C,玻璃絲和石棉以及為基礎(chǔ)的層壓制品;H級絕緣材料:180
C,玻璃絲和玻璃漆管浸以耐熱180
C的有機硅油;C級絕緣材料:180
C以上玻璃、電瓷、石英等。第八節(jié)液體介質(zhì)的擊穿一、液體介質(zhì)擊穿過程1.純凈液體介質(zhì)的擊穿過程可用電擊穿理論來解釋。即在電場作用下,陰極上由于強電場發(fā)射或熱發(fā)射出來的電子產(chǎn)生碰撞電離形成電子崩,最后導(dǎo)致?lián)舸?。這與氣體中自持放電的形成相類似。但由于液體密度遠(yuǎn)較氣體大,電子自由行程小,所以純凈液體介質(zhì)的擊穿強度大大超過了氣體的擊穿強度。2.含雜質(zhì)液體介質(zhì)液體介質(zhì)的提純極其復(fù)雜,且設(shè)備的制造及運行中又難免產(chǎn)生雜質(zhì),故在工業(yè)用的液體介質(zhì)中總含有一些雜質(zhì)。例如:變壓器油常因受潮而含水分,并有從固體材料中脫落的纖維,它們對油的擊穿過程都有影響。解釋如下:當(dāng)油中存在或在電極上附著有氣泡時(包括由于電極上局部電場集中處的電暈放電使液體加熱氣化,或電子的碰撞電離產(chǎn)生氣體),在交流電壓下,由于氣泡中的場強與油中的場強按各自的介電常數(shù)成反比分配,從而在氣泡中承受著較大的場強。但氣體的擊穿場強又比油的低得多,所以總是氣泡先發(fā)生電離。這又使氣泡溫度升高,體積膨脹,電離將進(jìn)一步發(fā)展。而帶電粒子碰撞油分子,使油又分解出氣體,擴大氣體通道。電離的氣泡在電場作用下容易排列成連通兩極的“小橋”,這時擊穿就可能在此通道中發(fā)生。即所謂“小橋理論”。小橋理論還可擴大到包括其他懸浮雜質(zhì)引起的擊穿第八節(jié)液體介質(zhì)的擊穿二、影響液體介質(zhì)擊穿電壓的因素
水分
溫度
壓力
纖維和其他雜質(zhì)
電場均勻程度
電壓作用時間
電源頻率三、提高液體介質(zhì)擊穿電壓的措施(1)過濾與干燥,為除去油中水分、有機酸、纖維等雜質(zhì)。(2)祛氣,可以除去油中氣泡,提高擊穿強度。(3)采用油-固體組合絕緣,為消除纖維帶來的導(dǎo)電小橋。其方法包括:加覆蓋層、絕緣層、屏障、多重屏障等形式。覆蓋層不承擔(dān)絕緣任務(wù),僅僅是為了阻止小橋的形成,而絕緣層不但阻止小橋的形成,而且還要承擔(dān)一定的絕緣任務(wù)。第九節(jié)高壓測試技術(shù)基本知識一、一次設(shè)備試驗的目的和要求1.試驗?zāi)康囊皇切陆ǖ淖冸娝蛐掳惭b和大修后的電氣設(shè)備都要按規(guī)定進(jìn)行交接試驗。目的是檢驗新安裝和大修后的電氣設(shè)備性能是否符合有關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定,判定新安裝的電氣設(shè)備在運輸以及安裝施工的過程中是否遭受絕緣損傷或性能發(fā)生變化,或者判定設(shè)備大修后其修理部位的質(zhì)量。二是正在運行中的電氣設(shè)備,按規(guī)定周期進(jìn)行例行的試驗(絕緣預(yù)防性試驗)。通過預(yù)防性試驗可以及時發(fā)現(xiàn)電氣設(shè)備內(nèi)部隱藏的缺陷,配合檢修加以消除,以避免設(shè)備絕緣在運行中由于工作電壓尤其是系統(tǒng)過電壓的作用被擊穿,造成停電甚至嚴(yán)重?zé)龎脑O(shè)備的事故。這樣就能做到以預(yù)防為主,使設(shè)備能長期、安全、經(jīng)濟(jì)地運行。第九節(jié)高壓測試技術(shù)基本知識2.試驗要求對試驗人員:電氣試驗人員應(yīng)相對穩(wěn)定,具有一定的專業(yè)技術(shù)水平;電氣試驗人員應(yīng)掌握電氣設(shè)備的性能及電氣安全知識;電氣試驗人員應(yīng)保證試驗用儀器儀表經(jīng)常處于完好狀態(tài);對每一項試驗,試驗人員應(yīng)做到:熟練掌握試驗操作技術(shù),并堅持科學(xué)態(tài)度。一方面要準(zhǔn)確無誤地反映出電氣設(shè)備絕緣材料的實際性能指標(biāo)和設(shè)備的工作狀況;另一方面能對試驗結(jié)果進(jìn)行全面的、綜合地分析,掌握設(shè)備性能變化的規(guī)律和趨勢;按國家勞動人事部門規(guī)定,高壓電氣試驗工作屬特殊工種,試驗人員應(yīng)參加國家勞動部門組織的考試,合格后方能上崗。對試驗用儀器儀表的要求:儀器儀表應(yīng)設(shè)專人保管,定期維護(hù),經(jīng)常處于完好狀態(tài);凡屬于計量檢測用儀器儀表,應(yīng)由國家計量行政部門進(jìn)行周期檢定校驗;儀器儀表的存放,應(yīng)符合干燥、防震、防塵的要求,要遠(yuǎn)離磁場、電場和腐蝕性氣體;搬動儀器儀表時要輕拿輕放,嚴(yán)防強烈振動與撞擊;試驗前,應(yīng)根據(jù)試驗內(nèi)容及準(zhǔn)確度要求,合理選擇儀器儀表;嚴(yán)格按照儀器儀表的使用說明書進(jìn)行操作;自制的各種儀器儀表,在未經(jīng)有關(guān)單位鑒定批準(zhǔn)之前,測試數(shù)據(jù)只供參考。第九節(jié)高壓測試技術(shù)基本知識二、試驗的分類1.絕緣試驗
絕緣試驗又可分為破壞性試驗和非破壞性試驗兩大類。
破壞性試驗又稱耐壓試驗。耐壓試驗?zāi)芙衣赌切┪kU性較大的集中性缺陷,它能保證絕緣有一定的水平和裕度。例如工頻耐壓試驗、感應(yīng)耐壓試驗、操作波試驗、沖擊試驗等均屬破壞性試驗。其缺點是在耐壓試驗時會給絕緣帶來一定的損傷。
非破壞性試驗就是指在較低的電壓下或者用其他不會損傷絕緣的辦法來測量絕緣的各種特性,從而判斷絕緣內(nèi)部的缺陷。例如測量絕緣電阻和泄漏電流、測量絕緣的介質(zhì)損耗角正切值tan
(%)、絕緣油的物化特性、油中氣體色譜分析、空載試驗、局部放電的超聲波測量等。這類方法的缺點是目前一般還不能只靠它來可靠地判斷絕緣的耐壓水平,所以至今耐壓試驗仍然是絕緣試驗中的主要方法。耐壓試驗要具備一定的試驗條件,往往由于現(xiàn)場條件的限制,耐壓試驗不能進(jìn)行,即使能做耐壓試驗,一般也是在非破壞性試驗之后才進(jìn)行,以避免不應(yīng)有的擊穿破壞。例如變壓器受潮后往往耐壓強度下降,但經(jīng)過烘干處理后仍可恢復(fù)。如未經(jīng)處理,就貿(mào)然進(jìn)行交流耐壓試驗,就很可能被擊穿,造成不應(yīng)有的損失。因而非破壞性試驗作為判斷絕緣狀況的手段之一是很重要的,尤其是對于運行中的變電所一次設(shè)備的預(yù)防性試驗,更是主要的內(nèi)容。第九節(jié)高壓測試技術(shù)基本知識2.特性試驗通常把絕緣特性以外的試驗統(tǒng)稱為特性試驗。這類試驗主要是表征設(shè)備的電氣或機械的某些特性,例如變壓器和互感器線圈直流電阻試驗、變比試驗、連接組別試驗,以及斷路器的接觸電阻、分合閘時間及速度特性試驗等均屬于特性試驗。上述試驗有它們的共同目的,即通過試驗分別發(fā)現(xiàn)設(shè)備的某些缺陷,但又各具有一定的局限性,試驗人員則需根據(jù)試驗結(jié)果,結(jié)合出廠數(shù)據(jù)及歷年測試數(shù)據(jù)進(jìn)行“縱”的比較,以及與同類型設(shè)備的試驗數(shù)據(jù)及標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行“橫”的比較,經(jīng)過綜合判斷來發(fā)現(xiàn)電氣設(shè)備絕緣缺陷或薄弱環(huán)節(jié),以及發(fā)現(xiàn)其他損傷,為檢修提供依據(jù)?!皺M向比較”便于檢查出異常設(shè)備,盡管測量值滿足要求,但如果和其他同設(shè)備相差加大,也必須進(jìn)行進(jìn)一步分析;“縱向比較”,盡管測量值滿足要求,但如果和歷史測試數(shù)據(jù)相差較大,也必須進(jìn)行進(jìn)一步分析,找出原因。
第九節(jié)高壓測試技術(shù)基本知識三、高壓試驗的安全技術(shù)試驗人員必須牢記并應(yīng)嚴(yán)格遵守的安全技術(shù)措施:(1)試驗前做好周密的準(zhǔn)備工作,其中包括擬訂試驗程序,以做到試驗時有條不紊;準(zhǔn)備好絕緣接地棒,接地線應(yīng)用截面不小于25
mm2的多股軟裸銅線,并不得有斷股現(xiàn)象;試驗現(xiàn)場應(yīng)裝設(shè)遮欄或圍欄,向外懸掛“止步,高壓危險!”的標(biāo)示牌,并派人看守;被試設(shè)備兩端不在同一地點時,另一端還應(yīng)派人看守。(2)高壓試驗工作不得少于兩人,試驗負(fù)責(zé)人應(yīng)由有經(jīng)驗的人員擔(dān)任,開始試驗前,試驗負(fù)責(zé)人應(yīng)對全體試驗人員詳細(xì)布置試驗中的安全事項。(3)因試驗需要斷開電氣設(shè)備接頭時,拆前應(yīng)做好標(biāo)記,恢復(fù)連接后應(yīng)進(jìn)行檢查。(4)應(yīng)可靠地使試驗裝置的金屬外殼接地,高壓引線應(yīng)盡量縮短,必要時用絕緣物支持牢固。為了在試驗時確保高電壓回路的任何部分不對接地體放電,高電壓回路距接地體(如墻壁、金屬圍欄、接地線、其他設(shè)備等)的距離必須留有足夠的裕量。第九節(jié)高壓測試技術(shù)基本知識試驗裝置的電源開關(guān)應(yīng)使用明顯斷開的雙極閘刀。試驗裝置應(yīng)具有可靠的過載及過電壓保護(hù)設(shè)施。(5)加電壓前必須認(rèn)真檢查試驗接線,表記倍率、調(diào)壓器零位及儀表的開始狀態(tài),均應(yīng)正確無誤,通知有關(guān)人員離開被試設(shè)備,并取得試驗負(fù)責(zé)人許可后方可加壓。加壓過程中應(yīng)有人監(jiān)護(hù)并呼唱。高壓試驗人員在加壓過程中應(yīng)精力集中,不得與他人閑談,隨時警戒異?,F(xiàn)象發(fā)生。操作人員應(yīng)站在絕緣墊上。(6)變更接線或試驗結(jié)束時,應(yīng)首先斷開試驗電源放電,并將升壓裝置的高壓部分短路接地。未裝地線的大電容被試設(shè)備,應(yīng)先行放電再做試驗。進(jìn)行高壓直流試驗時,每告一段落或試驗結(jié)束后,應(yīng)將設(shè)備對地放電數(shù)次并短路接地后方可接觸。(7)試驗結(jié)束時,試驗人員應(yīng)拆除自裝的接地短路線,并對被試設(shè)備進(jìn)行檢查和清理現(xiàn)場。電力試驗所或供電段的高壓試驗室中應(yīng)設(shè)置金屬屏蔽網(wǎng)圍欄,圍欄不僅有機械連鎖,還應(yīng)有電氣連鎖,并有紅色信號燈和掛有“高壓危險”的標(biāo)示牌。試驗人員均應(yīng)在金屬屏蔽網(wǎng)圍欄外面進(jìn)行觀察及操作。第十節(jié)絕緣電阻的測量一、兆歐表的原理及接線如圖1.14,兆歐表由三個接線端子組成:線路端子L、接地端子E和保護(hù)端子G。金屬屏蔽環(huán):將套管表面的泄漏電流由G引回發(fā)電機負(fù)端,只測絕緣體積電阻。線圈LA和LV:繞向相反,固定在同一轉(zhuǎn)子上,并可帶動指針旋轉(zhuǎn)。由于沒有彈簧游絲,當(dāng)線圈中沒有電流時,指針可停在任一偏轉(zhuǎn)角位置。其原理如下:圖1.14兆歐表原理1—LA線圈;2—LN線圈第十節(jié)絕緣電阻的測量發(fā)電機G發(fā)電后,I1使LA受力矩M1,I2使LV受力矩M2,平衡時
M1=M2所以
IV/IA=F1(
)/F2(
)=F(
)即
=F(IV/IA)又
IA=U/(RA+RX),IV=U/RV所以
=F[(RA+RX)/RV]=F(RX)
手搖發(fā)電機電壓為500~2
000
V,一般把被試品接到L和E之間,然后以120
r/min的速度,較為恒定地旋轉(zhuǎn)搖動轉(zhuǎn)手,就可以讀到所測電阻值。第十節(jié)絕緣電阻的測量二、吸收比在介質(zhì)上,施加電源后,其電介質(zhì)的等效電路和流過介質(zhì)的電流分別如圖1.15和圖1.16所示,分析如下:圖1.16電介質(zhì)施壓后電流與時間的關(guān)系圖1.15電介質(zhì)的等效電路R—絕緣泄漏電阻;Rp—損耗等效電阻;C—無損極化電容;Cp—有損極化電容第十節(jié)絕緣電阻的測量二、吸收比隨時間t的升高,i最終達(dá)Ia。絕緣良好時,R和Rp都較大,則測得的絕緣電阻值較高,且需經(jīng)過較長時間才達(dá)到穩(wěn)定;如絕緣受潮或存在某些穿透性的導(dǎo)電通道,則測得的絕緣電阻值較低且很快達(dá)到穩(wěn)定。當(dāng)直流電壓U作用于絕緣介質(zhì)上時,通過介質(zhì)中的電流有電容電流、吸收電流和電導(dǎo)電流三部分。這三種電流隨時間變化的情況是不同的。電容電流iC是對幾何電容C充電時的瞬時電流,開始加壓瞬間很大,然后很快衰減到零。顯然,其數(shù)值決定于電容量的大小。流過Cp-Rp支路的電流ip為反映絕緣介質(zhì)吸收過程的吸收電流,它也隨著加壓時間的增長而減小,但比電容C充電電流的減小要慢得多,如從等值電路看到的這部分電流可以看成是經(jīng)過一個電阻向電容充電的過程。其數(shù)值取決于絕緣體的性質(zhì)、不均勻程度和結(jié)構(gòu)。電導(dǎo)電流ia即泄漏電流,它是電阻性電流,相當(dāng)于直流電壓加在電阻上而產(chǎn)生的與時間無關(guān)的穩(wěn)定電流。其數(shù)值反映著絕緣內(nèi)部是否整體第十節(jié)絕緣電阻的測量受潮,或者有擊穿性缺陷,或表面臟污??梢?,同類設(shè)備中絕緣性能越好,泄漏電流越小,絕緣電阻越高。因此,絕緣電阻表明了絕緣在直流電壓作用下的特性。實踐證明,測量絕緣電阻的大小常能靈敏地反映絕緣狀況,其方法雖然簡單,但卻是絕緣試驗中的一個重要項目。此外,絕緣性能的好壞,不但影響著絕緣電阻和泄漏電流的最后穩(wěn)定值,而且使絕緣電阻R和總電流i隨著時間變化的關(guān)系曲線也不同,曲線i隨著時間變化的現(xiàn)象稱為吸收現(xiàn)象。同類產(chǎn)品中干燥良好的絕緣,其絕緣電阻較高,泄漏電流較小,吸收現(xiàn)象比較明顯,該曲線衰減就較慢;反之,衰減較快。因此,可以用吸收電流曲線來判斷絕緣的好壞。一般可用初始總電流i0與電導(dǎo)電流i3(即穩(wěn)態(tài)總電流)之比來判斷絕緣的好壞。如果以絕緣電阻的比值來表示,則恰與電流比值相反,即(1.30)第十節(jié)絕緣電阻的測量在實際測量中,采用測量絕緣電阻曲線中的兩點,即60
s時刻的絕緣電阻R60與15
s時刻的絕緣電阻R15,取其比值R60/R15就可判斷絕緣的好壞,這就是通常所說的吸收比。測量這一比值K的大小稱為“吸收比試驗”,一般要求K≥1.3。吸收比可以比較靈敏地反映出設(shè)備貫穿性缺陷。三、測試功效及分析測量絕緣電阻可有效地發(fā)現(xiàn)以下的缺陷:(1)可以很好地發(fā)現(xiàn)兩極絕緣之間存在的穿透性的導(dǎo)電通道;(2)很靈敏地發(fā)現(xiàn)絕緣受潮;(3)當(dāng)設(shè)備表面受到污垢污染,絕緣電阻下降明顯,也可以通過測量絕緣電阻發(fā)現(xiàn)這類缺陷。但是對于絕緣中的局部缺陷,通過測量絕緣電阻是不能發(fā)現(xiàn)的;此外對絕緣的老化,也無能為力。判斷方法:將所測電阻值與標(biāo)準(zhǔn)及以往歷史數(shù)據(jù)比。如果發(fā)現(xiàn)數(shù)值異常,就必須進(jìn)行進(jìn)一步的檢查。第十節(jié)絕緣電阻的測量測量結(jié)束后,還必須進(jìn)行分析。分析影響結(jié)果的外界環(huán)境,其中溫度對絕緣電阻的測量影響很大,一般隨溫度上升,R減小。此外設(shè)備受潮導(dǎo)致有損極化加強,充電加快,曲線平坦,吸收比接近1~1.3。此外在試驗前必須將被試品接地放電一定時間(5~10
min)。最后要對測量結(jié)果和歷史數(shù)據(jù)以及標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步分析,找出測量的誤差和影響的可能原因。第十一節(jié)測定泄露電流一、測試條件泄漏電流試驗宜在干燥的天氣條件下進(jìn)行。試驗宜在周圍環(huán)境溫度不低于+5
C,被被試品溫度在30
C~90
C時進(jìn)行。一般被試電氣設(shè)備均在這一溫度范圍內(nèi)進(jìn)行,同時在這個范圍內(nèi),由于絕緣缺陷而引起的泄漏電流變化明顯,試驗容易得到正確答案。此外試驗前,一定要把被試品表面抹試干凈,試驗場地應(yīng)保持清潔。還必須在被試品和周圍的物體之間保有足夠的安全距離,減少可能出現(xiàn)的安全問題。由于被試品的殘余電荷會對試驗結(jié)果產(chǎn)生很大的影響,因此,實驗前,一定要將被試品對地直接放電5
min以上。二、試驗設(shè)備圖1.17電介質(zhì)測泄漏電流測量原理B—試驗變壓器;R0—保護(hù)電阻;D—整流器;CX—被試品第十一節(jié)測定泄露電流此外還要注意以下問題:(1)電壓的穩(wěn)定性。要按照要求進(jìn)行調(diào)壓,必須查找被試品的試驗電壓數(shù)值,選擇合適的正確的數(shù)值。(2)要注意測量儀表的保護(hù)。為了保護(hù)好微安表,通常在微安表上并聯(lián)接一個二極管,防止高電壓損壞微安表;有時也在微安表上接一個并聯(lián)開關(guān),讀數(shù)的時候,把表打開,讀完后再將開關(guān)合上。但此時試驗人員一定要戴上絕緣手套,確保試驗人員的安全。(3)為了測量準(zhǔn)確,還要想辦法消除其他設(shè)備的泄漏電流。過去多采用高壓硅堆半波整流的方式,近年來,由于電子技術(shù)的飛躍發(fā)展,已普遍采用晶體管式直流高壓發(fā)生器。這樣一來試驗更為簡單安全可靠。例如,試驗室的JGF-E直流高壓發(fā)生器,體積小,重量輕,攜帶方便,尤其適用于流動性較大的鐵路、地鐵牽引變電所的電氣設(shè)備試驗。它主要應(yīng)用倍壓整流原理,可輸出連續(xù)可調(diào)的直流高壓,發(fā)生器的高壓直流電流測量分別裝有低壓側(cè)微安表和高壓側(cè)微安表各一只,可滿足各種測量方式。晶體管直流高壓發(fā)生器還普遍設(shè)置了保護(hù)回路,主要保護(hù)有擊穿保護(hù),過電壓保護(hù)等試驗接線。因為直流高壓發(fā)生器是成套設(shè)備,所以接線很簡單。倍壓整流原理如圖1.18所示。第十一節(jié)測定泄露電流工作原理如下:變壓器的次邊輸出電壓為U,假設(shè)此時A點為正,B點為負(fù),這時A→電容C1→二極管D1→B這個回路導(dǎo)通。電容C1的電壓為-U,F(xiàn)點的電壓為零,也就是最大值為零。當(dāng)A點的電位為負(fù),而B點的電位為正時,即在負(fù)半周時,由于電容上的電壓換沒有消失,仍然保留著原來的大小,(具有記憶性),故此時F點的電位為-2U。也就是說,當(dāng)F點的電位是-2U時,開始通過D2對C2充電,也得到一個穩(wěn)定的電位-2U。這個電位通過D3加到C3上的電壓在-2U和零之間變化,所以G點的電位在-2U和-4U之間變化,依此類推,最后O點的輸出電壓最高可達(dá)-8U。圖1.18倍壓整流原理第十一節(jié)測定泄露電流三、試驗接線及分析實驗接線:參見圖1.17有三種接線方法。第1種是微安表在低壓側(cè),讀數(shù)操作安全,測量準(zhǔn)確,但被試品不接地;第2種接線:被試品一端接地,測量系統(tǒng)在高壓側(cè)。儀表在高壓側(cè),操作觀察時特別注意安全;第3種接線:被試品一端直接接地,表在低壓側(cè),但變壓器中性點不能接地。在直流電壓下測泄漏電流,實際上就是測絕緣電阻。電壓不高時,換算得的絕緣電阻值與兆歐表所測差不多。當(dāng)用較高電壓時,有可能發(fā)現(xiàn)兆歐表不能發(fā)現(xiàn)的絕緣損壞或弱點。兆歐表的電壓一般為500~2
000
V,而測量泄漏電流時電壓一般為5~40
kV。圖1.19不同狀況下介質(zhì)電壓和電流的關(guān)系圖1.19表示介質(zhì)在不同的情況下的泄漏曲線。受潮時的曲線和正常時的曲線接近于直線,而且受潮時的電流明顯大于正常時的電流,而有局部缺陷時的曲線,則在電壓達(dá)到一定的數(shù)值時會突然增大,把局部缺陷暴露出來。第十一節(jié)測定泄露電流一個好的絕緣,在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的試驗電壓作用下,其泄漏電流不應(yīng)隨加壓時間的延長而增加。如果在0.5倍試驗電壓附近泄漏電流已開始迅速上升,則此設(shè)備在運行電壓下即有被擊穿的危險。為了保證避雷器運行的安全、可靠,要求在交接時、解體大修后以及運行中每年雷雨季節(jié)前,都必須對避雷器進(jìn)行試驗。對于氧化鋅避雷器,以測量絕緣電阻、直流1
mA下的電壓及75%
該電壓下的泄漏電流以及運行電壓下交流泄漏電流為主。本次試驗是對FYZ1型氧化鋅避雷器進(jìn)行直流參考電壓和直流泄漏電流的測量。在氧化鋅避雷器兩端施加直流電壓,當(dāng)流過避雷器的電流穩(wěn)定在1
mA時,讀取電壓值,即為直流參考電壓。該值不應(yīng)小于產(chǎn)品技術(shù)條件中規(guī)定的數(shù)值。另外,在避雷器兩端施加上述電壓值的75%
時讀取電流值,該值即為氧化鋅避雷器的泄漏電流值,它也不應(yīng)大于產(chǎn)品技術(shù)條件中規(guī)定的數(shù)值。第十一節(jié)測定泄露電流四、試驗方法及步驟試驗工作宜由兩人進(jìn)行,一人負(fù)責(zé)操作高壓發(fā)生器,一人負(fù)責(zé)監(jiān)護(hù)并記錄試驗結(jié)果(由于條件有限,僅做直流泄漏試驗)。1.使用前準(zhǔn)備(1)儀器在使用前應(yīng)首先檢查操作箱和倍壓箱是否完整和清潔,連接電纜不應(yīng)有短路和斷路。(2)將電源箱和倍壓箱用專門電纜連接好,在電源箱背部和倍壓箱接上可靠的保護(hù)接地線,此接地線和放電棒的接地線均接到被試品的地位上,注意地線不準(zhǔn)相互串聯(lián)。(3)先估計測試的電壓、電流值,然后將電源箱電壓表、電流表量程開關(guān)在所需的位置按下,如不確定時,應(yīng)先按下量程大的,然后再按小的。(4)將升壓調(diào)整旋鈕反時針方向退回零位,電源開關(guān)放于關(guān)斷位置。(5)檢查交流電源電壓是否為220
V,然后接上電源線。第十一節(jié)測定泄露電流2.空載升壓上述準(zhǔn)備完成后,應(yīng)先進(jìn)行空載升壓。將電流量程打到0.05
mA,電壓量程打到100
kV,接通電源開關(guān),此時電源指示燈亮,同時“高壓”指示燈亮,表示電源箱工作正常,可以升壓,然后順時針方向旋轉(zhuǎn)升壓調(diào)節(jié)旋鈕,升至所需電壓60
kV。檢查升壓是否異常并記錄高壓發(fā)生器本身的泄漏電流值。該電流過大時,會影響試驗結(jié)果的準(zhǔn)確性。記錄完電流值后,退回調(diào)壓器旋鈕,斷開電源,將發(fā)生器高壓對地放電。3.對FYZ1型氧化鋅避雷器進(jìn)行直流泄漏試驗(1)在上述升壓無異常后,可開始進(jìn)行被試品的泄漏試驗。將被試品接至倍壓箱高壓輸出端,為了減少引線雜散電流的干擾,最好采用帶塑料絕緣的軟質(zhì)多股線作高壓引線,高壓引線必須盡可能短,并要絕緣良好,對周圍物體及試驗人員必須保持足夠的距離。檢查接線無誤后,即可進(jìn)行試驗。(2)將電流量程打到2
mA,電壓量程打到100
kV,合上電源,徐徐第十一節(jié)測定泄露電流升壓,觀察微安表,其指針穩(wěn)定在1
mA時,讀取此時的電壓值即直流1
mA下的參考電壓。在此電壓下持續(xù)1
min后,迅速、均勻地退回調(diào)壓器旋鈕,切斷電源。(3)將電流量程打到0.05
mA,電壓量程打到100
kV,合上電源,徐徐升壓至上步所測電壓值的75%。在升壓過程中,應(yīng)在各級電壓值下停頓1
min,記錄相應(yīng)的泄漏電流值,以便做出氧化鋅避雷器的泄漏電流曲線。升至所確定的電壓后,按要求持續(xù)一定時間,使充電電流衰減并達(dá)到穩(wěn)定后記錄下泄漏電流值,然后迅速、均勻地退回調(diào)壓器旋鈕,切斷電源,并用放電棒對氧化鋅避雷器進(jìn)行接地放電,放電時間為1~3
min,最后拆除高壓引線。(4)將所測得的泄漏電流值減去空載試驗所測得的泄漏電流值后與氧化鋅避雷器試驗標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較,若此泄漏電流值不大于50
A,可認(rèn)為被試品正常。將接有被試物時測得的在各級電壓下的泄漏電流值,減去空載試驗所測得的泄漏電流值,可繪制泄漏電流與試驗電壓的關(guān)系曲線。第十二節(jié)測定介質(zhì)損失角正切tan
一、西林電橋測試電路1.原
理圖1.20所示為西林電橋原理,G為檢流計,
、Z3=R3、
已知,
為試品參數(shù)。當(dāng)IG=0時,電橋平衡,IG=0→A、B間開路→UA=UB,即
又
IAZ1=IBZ2,Z1Z4=Z2Z3由Z2、Z3、Z4的值,可求Z1的參數(shù),所加工頻電壓為5~10
kV。西林電橋基本參數(shù):CN
──
無損標(biāo)準(zhǔn)電容器100
pF;R3
──
無感可調(diào)電阻0~11
111
;R4
──
固定無感電阻104/
(3
183.2
);C4
──
可變電容0~1.11
F。第十二節(jié)測定介質(zhì)損失角正切tan
2.計算當(dāng)IG=0時,電橋平衡,UA=UB,實部、虛部分別相等:圖1.20西林電橋原實部虛部同理,因為Zx》R
3,所以IX受R3的影響。調(diào)節(jié)C4:改變UBD與IN間的夾角
,適當(dāng)時∠UBD=∠UAD,
=
;調(diào)節(jié)R3:改變UAD的大小,適當(dāng)時UBD=UAD。第十二節(jié)測定介質(zhì)損失角正切tan
3.接線根據(jù)被試品一端是否接地,有正反兩種接線。正接線:D點接地,C點接高壓,被試品兩端不能接地。電橋可調(diào)部分處于低電位,調(diào)試方便安全。反接線:D點接高壓,C點接地,被試品一端可以直接接地。但電橋應(yīng)高壓絕緣,有可靠的接地線。二、測試功效測定介質(zhì)損失角正切tan
對于如下項目測試非常有效??梢院莒`敏地發(fā)現(xiàn)設(shè)備受潮,穿透性導(dǎo)電通道缺陷;還可以發(fā)現(xiàn)內(nèi)部不易看到的損傷和缺陷,如絕緣內(nèi)含氣泡的游離、絕緣分層、脫殼等;也能發(fā)現(xiàn)絕緣老化劣化,以及變壓器繞組上附積油泥;也能有效地查出絕緣油臟污劣化等。第十二節(jié)測定介質(zhì)損失角正切tan
但對于非穿透時的局部損壞和很小部分絕緣的老化、劣化以及個別的絕緣弱點卻很少有效。如對于非穿透時的局部損壞,如果絕緣的缺陷不是分布性的而是集中性的,則被試品絕緣體積越大,越不靈敏。因為帶有集中性缺陷的絕緣是不均勻的,可以看成兩種介質(zhì)的并聯(lián),整體損耗就是這兩部分的和。即假設(shè)只有一小部分絕緣有集中性缺陷,則無缺陷部分的電容C2和有缺陷部分的電容C1關(guān)系如下:第十二節(jié)測定介質(zhì)損失角正切tan
當(dāng)絕緣良好時,或者缺陷部分較小時,整個絕緣的tan
就是tan
1;當(dāng)部分絕緣有缺陷,增加部分的是
(C2/C1)tan
2。而且當(dāng)絕緣缺陷所占體積部分越大,其在整體的tan
中才會表現(xiàn)出來。從分析知,當(dāng)被試品的體積越大而缺陷的體積越小時,缺陷越不容易發(fā)現(xiàn),因為缺陷被掩蓋
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