《城市軌道交通電氣設(shè)備測試（第2版）》 課件3.7沖擊耐壓試驗(yàn)

《高電壓檢測項(xiàng)目》沖擊耐壓試驗(yàn)?zāi)夸?1沖擊耐壓試驗(yàn)概述02沖擊電壓波形03多級(jí)沖擊電壓發(fā)生器04沖擊電壓發(fā)生器使用01沖擊耐壓試驗(yàn)概述沖擊耐壓試驗(yàn)概述1.1概述

電力系統(tǒng)高壓電氣設(shè)備除了承受長時(shí)期的工作電壓外，在運(yùn)行過程中還可能會(huì)承受短時(shí)的雷電過電壓和操作過電壓的作用。一般用沖擊高壓試驗(yàn)來檢驗(yàn)高壓電氣設(shè)備的雷電過電壓和操作過電壓作用下的絕緣性能或保護(hù)性能。

沖擊高壓試驗(yàn)可分為雷電沖擊高壓試驗(yàn)和操作沖擊高壓試驗(yàn)，使用沖擊電壓發(fā)生器產(chǎn)生高壓。沖擊電壓發(fā)生器是一種產(chǎn)生脈沖的高電壓發(fā)生裝置，原先只用于研究電力設(shè)備遭受大氣過電壓（雷擊）時(shí)的絕緣性能，后來又用于研究電力設(shè)備遭受操作過電壓時(shí)的絕緣性能。所以要求沖擊電壓發(fā)生器不僅能產(chǎn)生出現(xiàn)在電力設(shè)備上的雷電波形，還能產(chǎn)生操作過電壓波形。沖擊電壓的破壞作用不僅決定于幅值，還與波前陡度有關(guān)，對(duì)某些設(shè)備還要采用截波來進(jìn)行試驗(yàn)。沖擊耐壓試驗(yàn)概述

由于沖擊高電壓試驗(yàn)對(duì)試驗(yàn)設(shè)備和測試儀器的要求高、投資大，測試技術(shù)也比較復(fù)雜，所以在絕緣預(yù)防性試驗(yàn)中通常不列入沖擊耐壓試驗(yàn)。但為了研究電氣設(shè)備在運(yùn)行中遭受雷電過電壓和操作過電壓作用時(shí)的絕緣性能，在許多高壓試驗(yàn)室中都裝設(shè)了沖擊電壓發(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(shí)或大修后都必須進(jìn)行沖擊高壓試驗(yàn)。02沖擊電壓波形沖擊電壓波形2.1沖擊電壓波形

絕緣耐受沖擊電壓的能力與施加的電壓波形有關(guān)，而實(shí)際的沖擊電壓波形具有分散性，即每次的波形參數(shù)會(huì)有不同，為了保證多次沖擊試驗(yàn)的重復(fù)性和不同試驗(yàn)條件下試驗(yàn)結(jié)果的可比性，必須規(guī)定統(tǒng)一的沖擊電壓波形參數(shù)。我國對(duì)標(biāo)準(zhǔn)沖擊電壓波形的規(guī)定和國際電工委員會(huì)（IEC）標(biāo)準(zhǔn)相同。如圖3-42所示為標(biāo)準(zhǔn)沖擊電壓波形，如圖3-43所示為非周期性的沖擊電壓波形。沖擊電壓波形圖3-421標(biāo)準(zhǔn)沖擊電壓波形圖3-43非周期性沖擊電壓波形沖擊電壓波形

經(jīng)過時(shí)間T1時(shí)，電壓從零上升到最大值，然后經(jīng)過時(shí)間T2－T1，電壓下降到最大值的一半。將電壓從零上升到最大值所用的時(shí)間T1稱為波頭時(shí)間（或波前時(shí)間），電壓從零開始經(jīng)過最大值又下降到最大值一半的時(shí)間T2稱為半峰值時(shí)間（或波長時(shí)間、波尾時(shí)間）。

非周期性的沖擊電壓波形由兩個(gè)指數(shù)電壓波形疊加組成，即：式中

——波尾時(shí)間常數(shù)；

——波頭時(shí)間常數(shù)，

通常

遠(yuǎn)大于

；

A——單指數(shù)波幅值。沖擊電壓波形

對(duì)于實(shí)際的沖擊電壓波形，其起始部分通常比較模糊，在最大值附近的波形比較平坦，很難確定起始零點(diǎn)和到達(dá)最大值的時(shí)間。所以實(shí)際中通常采用視在波頭時(shí)間和視在半峰值時(shí)間來定義沖擊電壓波形。按照國際電工委員會(huì)（IEC）標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)際沖擊電壓波形參數(shù)的定義如圖3-44所示。圖3-44實(shí)際的沖擊電壓波形標(biāo)準(zhǔn)沖擊電壓波形的參數(shù)為：波頭時(shí)間：1.2（1±30%）s；半峰值時(shí)間：50（1±20%）s；幅值：±3%。03多級(jí)沖擊電壓發(fā)生器多級(jí)沖擊電壓發(fā)生器3.1多級(jí)沖擊電壓發(fā)生器的原理由于受到高壓硅堆參數(shù)等因素的限制，單級(jí)沖擊電壓發(fā)生器輸出的沖擊電壓幅值一般不超過200～300kV，所以實(shí)際中要獲得更高的沖擊電壓幅值，需采用多級(jí)沖擊電壓發(fā)生器。多級(jí)沖擊電壓發(fā)生器的基本原理是：并聯(lián)充電、串聯(lián)放電。即先對(duì)多個(gè)電容器并聯(lián)充電，然后這些電容器自動(dòng)串聯(lián)起來放電，以產(chǎn)生很高的沖擊電壓幅值。圖3-24是多級(jí)沖擊電壓發(fā)生器的原理電路圖。

圖3-45中，首先調(diào)整各個(gè)球隙的距離，使G1的放電電壓為U0，G2～G4的放電電壓在U0～2U0范圍內(nèi)，然后開始對(duì)各個(gè)電容器同時(shí)充電到U0。這時(shí)G1首先擊穿，導(dǎo)致G2～G4依次擊穿，各個(gè)電容器串聯(lián)起來對(duì)C2和R2放電，在輸出端獲得幅值很高的沖擊電壓。多級(jí)沖擊電壓發(fā)生器圖3-45多級(jí)沖擊電壓發(fā)生器的原理電路圖多級(jí)沖擊電壓發(fā)生器

沖擊電壓發(fā)生器的多個(gè)電容器由并聯(lián)轉(zhuǎn)串聯(lián)是通過許多點(diǎn)火球隙實(shí)現(xiàn)的，即控制點(diǎn)火球隙使它放電時(shí)把多個(gè)電容器串聯(lián)起來。被測設(shè)備上的電壓上升速度和經(jīng)過峰值后電壓下降的快慢，可以通過電容電路中的電阻值調(diào)節(jié)。影響波頭的電阻稱為波頭電阻，影響波尾的電阻稱為波尾電阻。試驗(yàn)時(shí)，通過改變波頭電阻和波尾電阻的阻值，獲得標(biāo)準(zhǔn)沖擊電壓波的預(yù)定波頭時(shí)間和半波峰值時(shí)間。改變整流電源輸出電壓的極性和幅值，就可以獲得所需要的沖擊電壓波的極性和峰值，由此可以實(shí)現(xiàn)從幾十萬伏到幾百萬伏，甚至千萬伏的沖擊電壓發(fā)生器。

電容器由并聯(lián)充電轉(zhuǎn)變?yōu)榇?lián)放電的關(guān)鍵是雜散電容來不及放電，而雜散電容放電的快慢一方面取決于雜散電容的大小，另一方面取決于放電電阻R的大小，即雜散電容放電的時(shí)間常數(shù)。在實(shí)際當(dāng)中，有時(shí)為了確保各級(jí)球隙能順利自動(dòng)放電，還需要采取措施增大雜散電容。多級(jí)沖擊電壓發(fā)生器

除了沖擊耐壓試驗(yàn)外，對(duì)于變壓器、電抗器等有繞組的電氣設(shè)備，還要做截?cái)鄷r(shí)間為2～5s的截?cái)嗖ㄔ囼?yàn)。截?cái)嗫梢园l(fā)生在波頭，也可以發(fā)生在波尾，這種截?cái)嗖ǖ漠a(chǎn)生、測量，需要用到截波裝置。如圖3-46所示為2250kV（3×750kV）工頻高壓串級(jí)裝置，如圖3-47所示為戶內(nèi)沖擊電壓發(fā)生器及截波裝置。多級(jí)沖擊電壓發(fā)生器圖3-462250kV（3×750kV）工頻高壓串級(jí)裝置多級(jí)沖擊電壓發(fā)生器圖3-47戶內(nèi)沖擊電壓發(fā)生器及截波裝置04沖擊電壓發(fā)生器使用沖擊電壓發(fā)生器使用4.1準(zhǔn)備工作

選擇合適容量、電壓的電源，將設(shè)備按有效絕緣距離布置就位，選擇合適導(dǎo)線正確接線。

接好設(shè)備的接地線，設(shè)備的接地線應(yīng)相互相連，最終一點(diǎn)接地，連接在本體附近，接地線應(yīng)采用25mm2銅皮相聯(lián)。

清除發(fā)生器各部分絕緣和球隙表面的灰塵、污垢、潮氣，檢查控制測量系統(tǒng)且將控制、測量系統(tǒng)調(diào)整預(yù)置好。復(fù)查接線和接地是否正確，關(guān)閉試區(qū)大門及防護(hù)門。不充電，將裝置先動(dòng)作一遍，查看動(dòng)作是否靈活，接觸是否良好。4.2接線沖擊電壓發(fā)生器使用4.3調(diào)波方法

檢查沖擊發(fā)生器充電裝置與本體及電容分壓器相連部分是否正確，各部位是否良好接地。根據(jù)波頭電容估算波頭電阻值和波尾阻值，將估算合適的波頭電阻和波尾電阻接入本體，用鋁棒將操作波的外波頭電阻短接。根據(jù)估測沖擊電壓波幅值，適當(dāng)選擇沖擊電壓分壓器低壓臂電容，保證低壓臂電壓幅值不超過1000V。

在低壓情況下，對(duì)本體充電，充電到整定電壓與充電電壓相等時(shí)觸發(fā)本體對(duì)波頭電容放電，波頭時(shí)間偏短，增加波頭電阻，半峰值時(shí)間偏短，增加波尾電阻，反之相關(guān)。

當(dāng)產(chǎn)生操作沖擊電壓波時(shí)，拆除鋁短接棒，將外波頭電阻接入放電回路，拆除或調(diào)換各級(jí)雷電波尾電阻。當(dāng)產(chǎn)生幅值較高的操作沖擊電壓波時(shí)，控制室觀察走廊應(yīng)有可靠接地的金屬網(wǎng)遮欄，周圍其他試驗(yàn)設(shè)備和物體應(yīng)可靠接地。沖擊電壓發(fā)生器使用

測量儀器測出波形是否符合標(biāo)準(zhǔn)，如果波頭時(shí)間偏小，增加外波頭電阻阻值，反之相反。盡管在不同負(fù)荷電容下，一般操作波的半峰值時(shí)間均能符合標(biāo)準(zhǔn)偏差規(guī)定。

如圖3-48所示為進(jìn)行中的沖擊放電試驗(yàn)。圖3-48進(jìn)行中的沖擊放電試驗(yàn)復(fù)習(xí)與思考1.