7-電氣設(shè)備絕緣的高電壓試驗(yàn)2014luo

1、電力系統(tǒng)中的電氣設(shè)備，其絕緣不僅經(jīng)常受到工作電壓的影響，還會受到諸如大氣過電壓和內(nèi)部過電壓的侵襲。為了考驗(yàn)其在長時間的工作電壓及瞬時的過電壓下是否能可靠工作，電氣設(shè)備的出廠、安裝調(diào)試或者大修后需要進(jìn)行各種高電壓試驗(yàn)。,耐壓試驗(yàn)（破壞性試驗(yàn)） 優(yōu)點(diǎn)：對絕緣考核嚴(yán)格，能保證絕緣具有一定的絕緣水平和裕度。 缺點(diǎn)：只能離線進(jìn)行，并可能在試驗(yàn)中給絕緣造成一定的損傷。,特性試驗(yàn)（非破壞性試驗(yàn)） 優(yōu)點(diǎn)：在較低的電壓下或者其他不會損傷絕緣的方法測量絕緣的各種情況，從而判斷絕緣內(nèi)部的缺陷。 缺點(diǎn)：對絕緣耐壓水平的判斷比較間接。,絕緣預(yù)防性試驗(yàn) 準(zhǔn)則,后進(jìn)行 破壞性試驗(yàn),先進(jìn)行 非破壞性試驗(yàn),在高電壓試驗(yàn)室用工頻

2、（交流）高電壓、直流高電壓、雷電沖擊、操作沖擊電壓等模擬電氣設(shè)備的絕緣在運(yùn)行中承受的電壓，用以考驗(yàn)各種絕緣耐受這些高電壓作用的能力。,什么是 高電壓試驗(yàn)？,我國國家標(biāo)準(zhǔn)(GB/T 16927-1997) 規(guī)定了各種電壓等級電氣設(shè)備的試驗(yàn)電壓值,規(guī)定：在設(shè)備絕緣上加上工頻試驗(yàn)電壓1min.，不發(fā)生絕緣閃絡(luò)或擊穿現(xiàn)象，則認(rèn)為絕緣設(shè)備是合格的；否則，是不合格的。,特點(diǎn)： 具有破壞性試驗(yàn)的性質(zhì)。 一般放在非破壞性試驗(yàn)項(xiàng)目合格通過之后 進(jìn)行，以避免或減少不必要的損失。,難點(diǎn)問題： 由于輸電電壓和相應(yīng)的試驗(yàn)電壓在不斷提高，要獲得各種符合要求的試驗(yàn)用高電壓越來越困難，這是高電壓試驗(yàn)技術(shù)發(fā)展中首先需要解決的問

3、題。,一、交流高電壓試驗(yàn) 二、直流高電壓試驗(yàn) 三、沖擊電壓試驗(yàn) 四、穩(wěn)態(tài)高電壓的測量 五、沖擊電壓的測量,第七章 電氣設(shè)備絕緣的高電壓試驗(yàn),7.1 交流高電壓試驗(yàn),工頻耐壓試驗(yàn)是在電氣設(shè)備上施加規(guī)定的工頻試驗(yàn)電壓并保持一定的時間，以考察絕緣能否耐受該試驗(yàn)電壓的作用。 工頻耐壓試驗(yàn)?zāi)苡行Оl(fā)現(xiàn)絕緣中危險(xiǎn)的集中性缺陷。是檢驗(yàn)電氣設(shè)備絕緣強(qiáng)度最有效和最直接的方法。 試驗(yàn)電壓的選擇要考慮到運(yùn)行中絕緣的老化及累積效應(yīng)，耐壓試驗(yàn)電壓值總要定得比出廠試驗(yàn)電壓低。試驗(yàn)電壓持續(xù)時間常用1min。,工頻高電壓試驗(yàn)不僅僅為了檢驗(yàn)絕緣在工頻交流工作電壓下的性能，也用來等效地檢驗(yàn)絕緣對操作過電壓和雷電過電壓地耐受能力。

4、本節(jié)主要介紹工頻高電壓的產(chǎn)生原理和工頻高壓試驗(yàn)的基本接線圖。,交流絕緣試驗(yàn)應(yīng)采用頻率為45Hz65Hz的交流電壓。 交流電壓的特性主要以峰值、有效值、波形畸變率、波頂系數(shù)等來表示，試驗(yàn)時電壓波形的畸變應(yīng)盡可能小。 交流高壓的產(chǎn)生通常采用工頻試驗(yàn)變壓器，但對于一些特殊試品，如變壓器的感應(yīng)試驗(yàn)，采用頻率不超過500Hz交流電壓；對于大容量高電壓設(shè)備的試驗(yàn)，采用串聯(lián)諧振方法產(chǎn)生的30Hz300Hz交流電壓；固體絕緣的加速老化試驗(yàn)則采用幾kHz的高頻交流電壓等等。,7.1.1 工頻高電壓的產(chǎn)生,工頻高電壓的產(chǎn)生一般采用工頻高壓試驗(yàn)變壓器，它是高壓試驗(yàn)室最基本的、不可缺少的設(shè)備之一。工頻高電壓試驗(yàn)變壓器

5、的作用在于產(chǎn)生工頻高電壓，使之作用于被測試電氣設(shè)備的絕緣上，以考查被測試電氣設(shè)備在長時間的工作電壓及瞬時的過電壓下是否能可靠工作。此外，它也是試驗(yàn)研究氣體絕緣間隙、電暈損耗、靜電感應(yīng)、長串絕緣子的閃絡(luò)電壓以及帶電作業(yè)等必需項(xiàng)目的高壓電源設(shè)備。,工頻耐壓原理接線,1-電源開關(guān)；2-調(diào)壓器；3-電壓表；4-試驗(yàn)變壓器；5-變壓器的保護(hù)電阻；6-試品；7-測量銅球保護(hù)電阻；8-測量銅球,電源開關(guān),調(diào)壓器,電壓表,試驗(yàn) 變壓器,變壓器 保護(hù)電阻,測量銅球 保護(hù)電阻,試品,測量銅球,試驗(yàn)變壓器的特點(diǎn)（試驗(yàn)變壓器在原理上與電力變壓器并無區(qū)別，只是） 電壓高。目前我國和世界上發(fā)達(dá)國家都具有2250kV的試驗(yàn)

6、變壓器 變比大 漏抗較大(短路電流較小) 由于電壓高，所以要采用較厚的絕緣及較寬的間隙距離，因此試驗(yàn)變壓器的漏抗大。 絕緣裕度小 試驗(yàn)變壓器本身應(yīng)有很好的絕緣，但絕緣裕度小，試驗(yàn)過程中要嚴(yán)格限制過電壓 ；,體積小,試驗(yàn)變壓器,連續(xù)運(yùn)行時間短 試驗(yàn)變壓器連續(xù)運(yùn)行時間不長，發(fā)熱較輕，因而在結(jié)構(gòu)上不需要復(fù)雜的冷卻系統(tǒng) ；,容量小 被試品放電或擊穿前，只需提供被試品的電容電流；若被試品擊穿，開關(guān)立即切斷電源，不會出現(xiàn)長時間的短路電流。 試驗(yàn)變壓器大多數(shù)情況下是工作在電容性負(fù)荷下；而電力變壓器一般工作在電感性負(fù)荷下。試驗(yàn)變壓器高壓側(cè)電流I和額定容量P主要取決于試品的電容(試驗(yàn)變壓器大多數(shù)工作在容性負(fù)荷下

7、)，即,與電力變壓器相比，其運(yùn)行條件不同,試驗(yàn)變壓器與電力變壓器區(qū)別與聯(lián)系 試驗(yàn)變壓器與電力變壓器的運(yùn)行條件不同： 試驗(yàn)變壓器 電力變壓器 負(fù)荷性質(zhì) 容性 感性 容 量 小 大 時 間 短 長 溫 度 低 高 安全系數(shù) 小 大,試品大多數(shù)為電容性，故當(dāng)知道試品的電容量及所加的試驗(yàn)電壓時，便可計(jì)算出試驗(yàn)電流與試驗(yàn)容量：,式中 U 被試品的試驗(yàn)電壓，kV(有效值)； C 被試品的電容，pF； 所加電壓的角頻率。,表 1 各類試品的電容值范圍,2、串級試驗(yàn)變壓器,目前單個變壓器的額定電壓很少超過750kV，當(dāng)需要更高電壓等級的試驗(yàn)變壓器時，常用幾臺變壓器串接的方式，使幾臺變壓器的二次側(cè)繞組的電壓相疊

8、加，從而使單臺變壓器的絕緣結(jié)構(gòu)大大簡化。常用的串級方式為自耦式串級變壓器，后級變壓器的勵磁電流由前級變壓器供給。,1- 低壓繞組 2-高壓繞組 3-串級勵磁繞組,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,串級試驗(yàn)變壓器結(jié)構(gòu),T1:第1級試驗(yàn)變壓器；1：低壓繞組 T2:第2級試驗(yàn)變壓器；2：高壓繞組 T3:第3級試驗(yàn)變壓器；3：勵磁繞組,輸出電壓,第一級輸出電壓,第二級輸出電壓,高一級的變壓器的激磁電流由前一級變壓器提供，因此每級變壓器的容量不同。,每一級高壓繞組中流過的電流相同，用I2表示；每一級試驗(yàn)變壓器高壓端對殼的電壓相同，用U

9、2表示。,每級變壓器的容量： T3容量：U2I2 T2容量：2U2I2=U2I2(負(fù)荷)+U2I2(T3勵磁) T1容量：3U2I2=U2I2(負(fù)荷)+2U2I2(T2勵磁) 輸出電壓：3U2，電流I2，功率：3U2I2,雖然這時三臺變壓器的初級電壓相同(U1=U3)，次級電壓也相同（均為U2），但它們的容量和高壓繞組結(jié)構(gòu)都不同，因此不能互換位置。設(shè)該裝置T3容量為： P3=U2I2=U1I1； T2的容量： P2=U1I1=U2I2+U3I3=2U2I2； T1的容量為： P1=3U2I2,所以當(dāng)串聯(lián)級數(shù)為3，則整套串級裝置的制作容量為: P=P1+P2+P3=6U2I2 (5-1) 串級裝

10、置的輸出額定容量為 Pn=3 U2I2 (5-2),串級試驗(yàn)變壓器容量： W試 = 3U2I2 = 3W 各級試驗(yàn)變壓器總?cè)萘浚?W裝 = U2I2+2U2I2+3U2I2 = 6W,裝置利用率 W試/ W裝=0.5,n級串級裝置的容量利用率,由此可見：級數(shù)n ， 。因此，工程中級數(shù)最多不超過3級,如果在試驗(yàn)變壓器初級繞組上突然從零開始升壓，由于勵磁涌流在被試品上產(chǎn)生過高的電壓； 或者試驗(yàn)中突然切斷電源，由于切除空載變壓器也將引起過電壓。因此，必須通過調(diào)壓器升壓和降壓。,為什么要采用調(diào)壓裝置？,3、調(diào)壓裝置,對調(diào)壓的基本要求： 調(diào)壓要均勻平滑，每級電壓的變動要很??； 電壓波形不能畸變； 調(diào)壓應(yīng)

11、處于穩(wěn)定的工作狀態(tài)。,常用的調(diào)壓設(shè)備： 自耦調(diào)壓器； 移圈式調(diào)壓器； 電動發(fā)電機(jī)組。,自耦調(diào)壓器,它的副邊電壓抽頭不是固定的,而是用一滑動觸頭(碳刷)沿著繞組移動。改變滑動觸頭的位置就可改變副邊繞組的匝數(shù)，從而使輸出電壓 U2改變。,特點(diǎn)：這種調(diào)壓器實(shí)際上是分級調(diào)壓，而不是均勻調(diào)壓，只不過每一級分得很細(xì)。這種小容量的調(diào)壓器漏抗小、波形較好，但容量有限。,線圈C和線圈D匝數(shù)相同而繞向相反，兩線圈串聯(lián)。線圈K是一個短路線圈，它套在C和D之外，可以上下移動，起調(diào)節(jié)電壓的作用。K的匝數(shù)與C和D相同。特點(diǎn)：這種調(diào)壓器容量可以作得較大。但調(diào)壓器的體積較大，波形稍有畸變。,移圈式調(diào)壓器,移圈式調(diào)壓器的原理接

12、線,移圈式調(diào)壓器的結(jié)構(gòu),移圈式調(diào)壓器,優(yōu)點(diǎn)：不存在滑動觸頭及直接端接線匝問題，容量可做得很大；調(diào)壓均勻。 缺點(diǎn)：體積大，價(jià)格昂貴、短路阻抗非線性，易發(fā)生串聯(lián)諧振、輸出波形有畸變。,原理：由電動機(jī)帶動同步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的勵磁電流來調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的輸出電壓。,電動發(fā)電機(jī)組,優(yōu)點(diǎn)：可得到很好的正弦波、調(diào)壓均勻，不受電網(wǎng)電壓的影響，調(diào)壓質(zhì)量最好；容量可以很大。 缺點(diǎn)：投資及運(yùn)行費(fèi)用較大，運(yùn)行和管理的技術(shù)水平要求較高,(4) 感應(yīng)調(diào)壓器。結(jié)構(gòu)與繞線式異步電動機(jī)相似，通過改變轉(zhuǎn)子與定子的相對位置調(diào)壓。容量大，漏抗大，價(jià)格貴。,7.1.2 串聯(lián)諧振交流高壓的產(chǎn)生,對于容量大、損耗小的試品，如電纜、

13、電容器以及氣體絕緣開關(guān)裝置等的絕緣試驗(yàn)，如采用工頻交流電壓進(jìn)行試驗(yàn)，要求的電源很大，一般很難實(shí)現(xiàn)。為了適應(yīng)大容量試品的耐壓試驗(yàn)，可采用高壓串聯(lián)諧振試驗(yàn)設(shè)備。,等值電路中R為代表整個試驗(yàn)回路損耗的等值電阻，L為可調(diào)電感和電源設(shè)備漏感之和，C為被試品電容，U1為試驗(yàn)變壓器空載時高壓端對地電壓。,電容上的電壓為：,串聯(lián)諧振方法的優(yōu)點(diǎn)： 1）試驗(yàn)回路對基波頻率產(chǎn)生諧振，因而波形的畸變??； 2）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(diǎn)擴(kuò)大。,式中Q為諧振回路的品質(zhì)因數(shù)，為諧振時感抗(容抗)與回路中電阻R的比：,諧振時L遠(yuǎn)大于R，即Q值較大， 故用較低的電壓U

14、便可在被試品兩端獲得較高的試驗(yàn)電壓Uc。諧振時高壓回路流過相同的電流 I，而U=Uc/Q，所以試驗(yàn)變壓器的容量在理論上僅需被試品容量的1/Q。,串聯(lián)諧振方法的優(yōu)點(diǎn)： 1）試驗(yàn)回路對基波頻率產(chǎn)生諧振，因而波形的畸變小； 2）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(diǎn)擴(kuò)大。,為了使回路參數(shù)滿足諧振條件，可以調(diào)節(jié)電容或電感，也可以調(diào)節(jié)電源頻率。交流兩相或三相工頻電源，經(jīng)變頻控制單元輸出30300 Hz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(yàn)電壓。系統(tǒng)的頻率取決于回路的

15、L-C參數(shù)。當(dāng)負(fù)載電容Cx的變化范圍很大時，可以根據(jù)Cx的大小，適當(dāng)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)。,7.1.3 交流高壓試驗(yàn),原因：工頻高壓試驗(yàn)中多數(shù)試品是電容性的，會在試品上產(chǎn)生“容升”效應(yīng)，即實(shí)際作用到試品上的電壓值會超過按變比高壓側(cè)應(yīng)輸出的電壓值。此外，對初級繞組突然加壓，或當(dāng)輸出電壓較高時突然切斷電源，有可能由于過渡過程而在試驗(yàn)回路中產(chǎn)生過電壓。被試品突然擊穿，也可能出現(xiàn)大幅值的過電壓。,1、防止工頻高壓試驗(yàn)中可能出現(xiàn)的過電壓,防止措施：在變壓器出線端與被試品之間串接一適當(dāng)阻值的保護(hù)電阻（按0.1 /V選取阻值），限制過電壓幅值的同時，限制了流過被試品和試驗(yàn)變壓

16、器的短路電流。,工頻高壓試驗(yàn)中可能產(chǎn)生的過電壓,穩(wěn)態(tài)：容升效應(yīng) 試品一般為容性的,R1+jL1：電源、調(diào)壓器、試驗(yàn)變壓器初級繞組漏阻抗 R2+ jL2：變壓器次級繞組漏阻抗 L：變壓器勵磁阻抗 L遠(yuǎn)大于L1和L2 可視為開路 1/ jCx：負(fù)載的容抗 試品上的電壓Ucx將高于電源電壓U 容升效應(yīng) 需對試品上的電壓直接測量，不能通過變比計(jì)算,原因：變壓器或調(diào)壓裝置的鐵芯工作在磁化曲線的飽和段，勵磁電流呈非正弦波，或當(dāng)變壓器和調(diào)壓器存在漏抗時，會造成變壓器的輸出波形畸變。被試品的容量越大，波形畸變越嚴(yán)重。,2、試驗(yàn)電壓的波形畸變與改善措施,措施：在試驗(yàn)變壓器的一次繞組并聯(lián)一個L-C串聯(lián)諧振回路。若

17、主要需減弱3次諧波，則L-C回路可按3L=1/ 3C選擇參數(shù)，使勵磁電流中的3次諧波分量有了短路回路。,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(yàn)時，首先應(yīng)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，線端絕緣較強(qiáng)，中性點(diǎn)或接地端絕緣較弱，繞組的各不同部位應(yīng)該耐受和能夠耐受的試驗(yàn)電壓當(dāng)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(jìn)行試驗(yàn)。解決這個問題的辦法就是感應(yīng)高壓試驗(yàn)，即在其低壓繞組上施加兩倍的額定電壓，使中壓繞組、高壓繞組感應(yīng)出所需的試驗(yàn)電壓來。,3、外施電壓試驗(yàn)和感應(yīng)高壓試

18、驗(yàn),感應(yīng)耐壓試驗(yàn)既可考驗(yàn)主絕緣，也可考驗(yàn)縱絕緣（層間、匝間絕緣）。 為防止鐵芯中的磁通密度增加，鐵芯過分飽和，可提高外施電壓的頻率，使f 100Hz。 但頻率增加時，鐵損、介損將隨之增加，為避免頻率的提高對絕緣的考驗(yàn)加重，應(yīng)縮短試驗(yàn)時間。,試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：試驗(yàn)頻率f2 fN時，全電壓下的加壓時間為60s；當(dāng)f 2 fN時，試驗(yàn)時間為,但t不得小于20s，一般試驗(yàn)頻率f 400Hz。,現(xiàn)場缺少高頻試驗(yàn)電源，利用三臺單相變壓器產(chǎn)生三倍頻電壓。將三臺單相變壓器一次側(cè)接成星形，二次側(cè)接成開口三角形。,基本原理：一次側(cè)加較高電壓使鐵芯飽和，由于鐵芯的非線性性質(zhì)，在正弦激磁電流的作用下，鐵芯中產(chǎn)生三次諧波磁

19、通。則在每相繞組中感應(yīng)出三次諧波電勢，二次側(cè)三角形開口處即可輸出三相三次諧波電勢的算術(shù)和。,被試品的電容量很大的場合(例如長電纜段、電力電容器等)，用工頻給交流高電壓進(jìn)行絕緣試驗(yàn)時會出現(xiàn)很大的電容電流，要求試驗(yàn)裝置具有很大的容量，很難做到。這時用直流高電壓試驗(yàn)來代替工頻高電壓試驗(yàn)。 絕緣試驗(yàn)測量泄露電流需要在直流高壓下進(jìn)行。 沖擊試驗(yàn)設(shè)備需要需要用直流高壓作為電源。 直流輸電工程的增多促使直流高電壓試驗(yàn)的廣泛應(yīng)用。各種輸電設(shè)備需進(jìn)行直流高壓試驗(yàn)。,為什么要進(jìn)行直流高電壓試驗(yàn)？,7.2 直流高電壓試驗(yàn),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(yàn)的直流電源在提供負(fù)載電流

20、時，脈動電壓要非常小，即直流電源必須具有一定的負(fù)載能力。,將工頻高電壓經(jīng)高壓整流器而變換成直流高電壓。 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)能產(chǎn)生出更高的直流試驗(yàn)電壓。,7.2.1 直流高電壓的產(chǎn)生,直流高電壓由試驗(yàn)變壓器將交流電壓升高后經(jīng)整流獲得。下圖為基本的半波整流電路，能獲得的最高直流電壓為工頻試驗(yàn)變壓器輸出交流電壓的峰值。,1、半波整流回路和直流高壓設(shè)備的基本參數(shù),3,（1）額定整流電流 指允許長時間通過整流器的直流電流（平均值）。,整流元件的主要技術(shù)參數(shù),（2）額定反峰電壓 當(dāng)整流器阻斷時，允許加在其兩端的最大反向電壓峰值。,（1）輸出的額定直流電壓（算術(shù)

21、平均值）Ud,直流高壓試驗(yàn)設(shè)備的基本技術(shù)參數(shù),（2）輸出的額定直流電流（平均值）Id,（3）電壓脈動系數(shù)（亦稱紋波系數(shù)）S,u表示輸出電壓的脈動幅值或波紋。根據(jù)國際電工委員會和我國國家標(biāo)準(zhǔn)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脈動系數(shù)S應(yīng)不大于3%。,電壓脈動系數(shù)S：,對于半波 整流電路,補(bǔ)充：半波整流電路,Rx：,Ud=Uc=UM,Rx存在時，Rx上流過負(fù)載電流，UcUM,若負(fù)載電流為Id，Rx上一周內(nèi)流過的電荷Q1=IdT=Q2+Q,一周內(nèi)：D截止時，電容C向負(fù)載提供電荷Q2，C上電壓逐漸降低 D導(dǎo)通時，電源補(bǔ)充電容損失的電荷Q2 ，并提供負(fù)載Q,一周內(nèi)，電容上的電壓Uc是波動的,

22、輸出電壓含有脈動,電容上電壓波形 在上圖即負(fù)載的 電壓電流的波形,電壓波動原因：一周內(nèi)C損失電荷Q2后，又獲得電荷Q2,倍壓整流電路可看作兩個半波電路的疊加，因而它的參數(shù)計(jì)算可參照半波電路的計(jì)算原則進(jìn)行。變壓器A點(diǎn)對地絕緣為2UT，而點(diǎn)A為UT。輸出電壓為2UT。,2、倍壓整流回路,倍壓過程：當(dāng)T的高壓繞組的端點(diǎn)3相對于0點(diǎn)電壓為負(fù)時，D1正向?qū)?，使電容C1充電，充電穩(wěn)定后點(diǎn)1相對于3建立起UM的電壓,變壓器一端接地的直流倍壓電路,倍壓電路空載時的各點(diǎn)電位,倍壓過程：當(dāng)點(diǎn)1相對于0為正時，D1開始截止,變壓器一端接地的直流倍壓電路,倍壓電路空載時的各點(diǎn)電位,倍壓過程：在點(diǎn)1相對于2為正時D2

23、導(dǎo)通。充電穩(wěn)定時，由于在點(diǎn)3相對于0的最高電壓可達(dá)+UM，因點(diǎn)1 相對于3已充有+ UM電壓，所以點(diǎn)1的對地電壓最高可達(dá)2 UM，此時D2導(dǎo)通，最終可使C2充上2 UM的電壓,變壓器一端接地的直流倍壓電路,倍壓電路空載時的各點(diǎn)電位,1）當(dāng)電源為負(fù)時，硅堆D1截止，D2導(dǎo)通，電源經(jīng)D2對電容C1充電，1點(diǎn)電位為正，3點(diǎn)電位為負(fù)，C1最高充電電壓可達(dá) 。 2）當(dāng)電源電壓升高時，1點(diǎn)電位也抬高，此時D2截止；當(dāng)1點(diǎn)電位高于2點(diǎn)電位時，D1導(dǎo)通，電源經(jīng)C1、D1向C2充電，2點(diǎn)電位逐漸升高。 3）當(dāng)電源電壓從 逐漸下降，1點(diǎn)電位隨之降落，當(dāng)1點(diǎn)電位低于2點(diǎn)電位時， D1截止；當(dāng)1點(diǎn)電位繼續(xù)下降到低于地

24、電位時， D2又導(dǎo)通，電源再經(jīng)D2對C1充電。,補(bǔ)充：倍壓電路 特點(diǎn)： 變壓器一端接地 另一端輸出高壓 電路輸出電壓2UM C1的工作電壓UM C2的工作電壓2UM 可多級串聯(lián)組成串級發(fā)生器,工作原理 無負(fù)載時：,0-t1：D1通，D2止，,t1-t2：D1止，D2止，,t2-t3：D1止，D2通，,t3-t4：D1止，D2止，,t4-t5：D1通，D2止，,t5-t6：D1通，D2止，,t6-t7：D1止，D2止，,t7-t8：D1止，D2通，,t8-t9：D1止，D2止，,t9-t10：D1通，D2止，,2. 存在負(fù)載時,Rx存在時，Rx上流過負(fù)載電流,若負(fù)載電流為Id，Rx上一周內(nèi)流過的

25、電荷Q1=IdT=Q2+Q,一周內(nèi)：D截止時，電容C向負(fù)載提高電荷Q2，C上電壓 逐漸降低； D導(dǎo)通時，電源補(bǔ)充電容損失的電荷Q2 ，并提 供負(fù)載Q,一周內(nèi)，電容上的電壓Uc是波動的,輸出電壓含有脈動,電容上電壓波形,電壓波動原因：一周內(nèi)C2損失電荷Q2后，又獲得電荷Q2,除產(chǎn)生脈動外，輸出電壓最大值還出現(xiàn)電壓降落,原因：D1導(dǎo)通時，C1給C2補(bǔ)充電荷Q2, 給負(fù)載 Q，C1能給C2充的電壓最大值達(dá)不到2UM,平均電壓降落：,兩級串級回路,各點(diǎn)電位分析,3、串級直流發(fā)生器,減小電壓脈動系數(shù)的方法： 1）減小串接級數(shù)； 2）增加每級電容器的電容量； 3）提高電源頻率。,（1）直流高壓試驗(yàn)要根據(jù)不

26、同試品、不同的試驗(yàn)要求選擇合適的電源容量。 一般情況下，直流高壓試驗(yàn)所需的試驗(yàn)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(dá)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(yàn)結(jié)果不正確。 （2）保護(hù)電路 當(dāng)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)高壓硅堆的電流，需在試品與高壓輸出端之間串接一保護(hù)電阻。,直流高電壓試驗(yàn)注意事項(xiàng)：,7.2.2 直流高電壓的試驗(yàn),直流耐壓試驗(yàn)與交流耐壓試驗(yàn)相比具有以下特點(diǎn)：,(1) 試驗(yàn)中只有微安級泄漏電流，不需要供給試品電容電流，試驗(yàn)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

27、流耐壓試驗(yàn)裝置的體積、重量大大減小，便于現(xiàn)場進(jìn)行試驗(yàn)； (2) 在試驗(yàn)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(bǔ)充信息； (3) 在某種程度上帶有非破壞性試驗(yàn)的性質(zhì)，在直流高壓下，局部放電較弱，不會加快有機(jī)絕緣材料分解或老化； (4) 對交流電氣設(shè)備絕緣的考驗(yàn)不如交流試驗(yàn)?zāi)菢咏咏鼘?shí)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(qiáng)度遠(yuǎn)高于交流電壓下的電氣強(qiáng)度，因而交流電氣設(shè)備的直流耐壓試驗(yàn)必須提高試驗(yàn)電壓，才能具有等效性。,由于直流電壓作用下絕緣內(nèi)部的電壓分布和交流電壓作用下的電壓分布不同，其對絕緣的考驗(yàn)不如交流下接近實(shí)際和準(zhǔn)確。所以只對幾種電

28、容量很大的電氣設(shè)備才改做直流耐壓試驗(yàn)。 因直流電壓下絕緣中的電壓分布經(jīng)較長時間才趨于穩(wěn)定，且直流電壓下絕緣中的介質(zhì)損耗及直流電壓對絕緣的損傷比交流電壓下的小，所以直流耐壓試驗(yàn)的時間較工頻耐壓試驗(yàn)時間長，一般在510min。 試驗(yàn)接線同測量泄漏電流的試驗(yàn)接線。,直流耐壓試驗(yàn)時，試驗(yàn)電壓值的選擇是一個重要的問題，絕緣在直流電壓下的擊穿強(qiáng)度比交流下高，在選擇直流耐壓試驗(yàn)電壓時應(yīng)注意這一點(diǎn)。試驗(yàn)電壓主要根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)確定。如發(fā)電機(jī)定子繞組，試驗(yàn)電壓取23倍額定電壓。210kV電纜取5倍額定電壓，1530kV取4倍額定電壓，35kV及以上取22.6倍額定電壓。,研究電氣設(shè)備在運(yùn)行中遭受雷電過電壓和操作過電

29、壓的作用時的絕緣性能 。 許多高壓試驗(yàn)室中都裝設(shè)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。 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)。,7.3 沖擊電壓試驗(yàn),7.3 沖擊電壓試驗(yàn),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，達(dá)到幅值后緩慢下降的暫態(tài)電壓。由波頭時間、波尾時間、峰值和極性來表示。,標(biāo)準(zhǔn)雷電沖擊的定義 ：,Tx為30%90%峰值間所測得的時間。 標(biāo)準(zhǔn)雷電沖擊電壓：1.2/50s 標(biāo)準(zhǔn)操作沖擊電壓：250/2500s,7.3.1 沖擊電壓發(fā)生器與參數(shù)計(jì)算,G0,G0,G0,電容C1在被間隙G0隔離的狀態(tài)下由直流電源充

30、電到穩(wěn)態(tài)電壓U0，球隙擊穿后，電容C1上的電荷一方面經(jīng)Rt放電，同時通過Rf對電容C2充電，在被試品上形成上升的電壓波前。當(dāng)C2上的電壓被充電達(dá)到最大值后， C2與C1一起對Rt放電，在被試品上形成下降的波尾。,沖擊電壓波形形狀的描述,由雙指數(shù)波疊加而成：,波尾時間常數(shù)。,波頭時間常數(shù)，,通常,一般選擇Rt比Rf大得多， C1比C2大得多，這樣就可以在C2上得到所要求的波頭較短（波頭時間常數(shù)較?。┒敕逯禃r間較長（波尾時間常數(shù)較大）的沖擊電壓波形。 Rf的大小決定了波頭的長短，稱為波頭電阻。 Rt的大小決定了波長，稱為波尾電阻。,對于高效回路，在C1向C2充電過程中，如果忽略C1經(jīng)Rt放掉的電

31、荷，則C2上的電壓最大可達(dá)：,對于低效回路，除了電容上的電荷分布外，還有Rd和Rt的分壓作用， C2上的最大電壓為,利用系數(shù)：,可根據(jù)所要求的波形選擇回路參數(shù)，通常C2是由試品決定的。而C1一般取(510)C2，即可根據(jù)所要求的波形求出(Rd+Rf)和Rt。另外，Rd是用來阻尼回路振蕩的，通常取幾十歐，對高效率回路，Rd=0，這樣回路中的所有參數(shù)都可確定了。,如需更高的沖擊電壓，可采用多級沖擊電壓發(fā)生器。其工作原理概括來說就是利用多級電容器并聯(lián)充電，然后通過球隙使電容器串聯(lián)放電，從而產(chǎn)生高幅值的沖擊電壓。,充電過程：由試驗(yàn)變壓器T和高壓硅堆VD構(gòu)成的整流電源，以峰值電壓經(jīng)保護(hù)電阻r 及充電電阻

32、R 向主電容C1C4充電。經(jīng)過一定時間后，主電容通過整流電源并聯(lián)充電到電壓U，各球隙G1 G4間電位差亦為U。充電過程中，波尾電阻Rf、試品C0等都由隔離球隙與充電回路隔開，因此對地都是零電位。,放電過程：當(dāng)需要啟動沖擊電壓發(fā)生器時，可向點(diǎn)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(diǎn)火球隙放電，電容器C1的上極板經(jīng)G1接地，點(diǎn)1電位由地電位變?yōu)?U。電容器C1和C2間有充電電阻R隔開，R比較大，在G1放電瞬間，點(diǎn)2和點(diǎn)4電位不可能突變，點(diǎn)4電位仍為+U，球隙G2上的電位差突然上升到2U，G2放電，于是3點(diǎn)的電位為-2U。同理，G3、G4也相繼放電，將電容器C1C4串聯(lián)起來。

33、最后隔離球隙G0也放電，輸出電壓為C1C4上電壓的總和，即-4U。,基本工作原理,電容器并聯(lián)充電：主電容C通過整流源并聯(lián)充電到電壓U值（忽略雜散電容），若作用電壓稍高于U，則各球隙便會擊穿。,點(diǎn)火球隙點(diǎn)火：當(dāng)需要使發(fā)生器動作時，可向點(diǎn)火球隙G1的針極送去58千伏的脈沖電壓，針極和接地球面之間產(chǎn)生一小火花.,點(diǎn)1電位抬高：G1放電后，使點(diǎn)2從原先在充電下的U突變?yōu)榱汶娢?。而點(diǎn)1從原零電位變?yōu)閁 間隙G2放電：間隙G2兩端便作用了2U的電位差，它比能承受的一個U高了一倍，所以G2立刻放電 點(diǎn)3電位抬高G3放電：點(diǎn)3的電位變?yōu)?U，G3的瞬間壓差達(dá)到3U，也就立即放電。 間隙G4放電：g4和g0跟著

34、放電，各級電容器C就和諸Rf一起串聯(lián)起來了。點(diǎn)5的電位可達(dá)3Um,R在充電時起電路的連接作用，在放電時起隔離作用。,-U,-U,-U,U,2U,3U,電容器串聯(lián)放電：產(chǎn)生沖擊電壓的原理和單級沖擊電壓發(fā)生器相同。,電容器并聯(lián)充電，而后串聯(lián)放電,1,為了提高輸出電壓，通常采用雙邊電容器充電方式。回路的rt和rf被分散在各級小回路內(nèi)，沒有專用的rd，也沒有隔離球隙G0 ，只有充電電阻R和兼作充電電阻的rt和rf 。由于不存在阻尼電阻Rd ，在相同充電電壓下輸出電壓略高，故稱為高效回路。,變壓器類設(shè)備應(yīng)作雷電沖擊截?cái)嗖ㄔ囼?yàn)，以模擬絕緣子閃絡(luò)或避雷器動作時所形成的截?cái)嗖ā．a(chǎn)生截?cái)嗖ǖ脑恚簩⒁唤財(cái)嚅g隙與

35、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?cái)嚅g隙的擊穿，作用在被試品上的電壓就是截?cái)嗖ā?7.3.2 截?cái)嗖ǖ漠a(chǎn)生方法,產(chǎn)生雷電沖擊截波的原理： 試品上并聯(lián)一個適當(dāng)?shù)慕財(cái)嚅g隙，讓它在雷電沖擊全波的作用下?lián)舸饔迷谠嚻飞系木褪且粋€截波。 截?cái)嘌b置的要求實(shí)放電分散性小和能準(zhǔn)確控制截?cái)鄷r間。,目前多采用可控截?cái)嚯娐穪砜刂平財(cái)鄷r間，截?cái)嚅g隙采用針孔球隙。觸發(fā)脈沖導(dǎo)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(dǎo)致G2放電，形成截?cái)?。調(diào)節(jié)此球隙的自放電電壓略大于全波電壓，控制信號來自沖擊發(fā)生器本體中的波尾電阻或分壓器

36、，經(jīng)電纜或延時傳輸線到觸發(fā)裝置，調(diào)節(jié)時延即可得到所需的截?cái)鄷r間。,補(bǔ)充： 三電極球隙,作用：人為控制輸出沖擊電壓 工作原理：當(dāng)沖擊電壓發(fā)生器各個電容充電完畢后，利用另外一個回路產(chǎn)生一個電壓較低的脈沖電壓，并將該脈沖電壓施加在三電極球隙的電極2和3之間（即間隙g），使間隙g擊穿，利用間隙g擊穿時產(chǎn)生的火花觸發(fā)主間隙G的擊穿。此時應(yīng)防止間隙G擊穿時，高電位沿電極3瞬間貫入低壓脈沖回路。,（1）利用沖擊電壓發(fā)生器產(chǎn)生操作波 利用沖擊電壓發(fā)生器產(chǎn)生操作沖擊電壓的原理與產(chǎn)生雷電沖擊電壓的原理是一樣的，只不過操作沖擊電壓的波前和半峰值時間比雷電沖擊電壓的長的多，所以要求發(fā)生器的放電時間常數(shù)比產(chǎn)生雷電沖擊電

37、壓時間長得多。調(diào)節(jié)沖擊電壓發(fā)生器的波頭、波尾電阻，可改變波頭波尾時間，就可以得到標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的操作沖擊電壓。在進(jìn)行操作沖擊電壓發(fā)生回路的參數(shù)計(jì)算時需要注意，一是不能用計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)雷電波的近似估計(jì)的方法來計(jì)算操作波的回路參數(shù)，否則將帶來很大的誤差；二要充分考慮充電電阻對波形的影響。,7.3.3 操作沖擊電壓的獲得,（2）利用電容器對變壓器一次繞組放電產(chǎn)生操作波 一組電容C由直流充電至一定值U0 ，然后通過球隙G的擊穿，使C向試驗(yàn)變壓器的一次繞組（低壓側(cè)）放電，在變壓器的二次繞組（高壓側(cè)）便會因電磁感應(yīng)基本上按變比產(chǎn)生高電壓的操作波形。在較低電壓下調(diào)節(jié)R1和C1得到所需要的波形，然后根據(jù)試驗(yàn)需要升高電壓

38、。,IEC推薦的利用工頻試驗(yàn)變壓器產(chǎn)生操作沖擊,利用沖擊電壓發(fā)生器對電容器C1充電，然后電容器C1上的電荷通過間隙G2放電，可獲得陡波前沖擊電壓es。 電壓的波頭時間決定于C1-G2-R2回路尺寸以及放電間隙G2的火花形成時間。將回路封入高氣壓SF6氣體中，可減小回路尺寸，且可提高G2的放電電壓，從而獲得幅值為102103kV、波頭時間為0.020.1s的陡波前沖擊電壓。,7.3.4 陡波前沖擊電壓的產(chǎn)生,7.4 穩(wěn)態(tài)高電壓的測量,低壓側(cè)測量：測量變壓器低壓繞組或測量線圈兩端電壓，按變比換算得到高壓側(cè)電壓。因電容效應(yīng)測量誤差較大。,穩(wěn)態(tài)高電壓：工頻交流高壓、直流高壓,高電壓工程基礎(chǔ),測量高壓時

39、，除了測量電壓的幅值，經(jīng)常還需要測量電壓的波形。在測量高電壓時往往有泄漏、電暈以及雜散電容等的影響，準(zhǔn)確測量難度較大。,高壓測量系統(tǒng)：轉(zhuǎn)換裝置、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，要求測量系統(tǒng)在測量額定電壓的峰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，要求測量系統(tǒng)在測量試驗(yàn)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(yīng)小于1%。,高電壓工程基礎(chǔ),利用氣體放電測量交流高電壓，例如測量球隙。 利用靜電力測量高電壓，例如靜電電壓表。 利用整流電容電流或充

40、電電壓來測量高電壓，例如峰值電壓表。 利用分壓器測量高電壓，如電容分壓器和電阻分壓器。,實(shí)驗(yàn)室中測量穩(wěn)態(tài)高壓常用的方法：,高電壓工程基礎(chǔ),1、球間隙,垂直型標(biāo)準(zhǔn)測量球隙,測量球隙是一對直徑相同的金屬球。當(dāng)球隙為稍不均勻電場時，球間隙的放電電壓與球徑、間隙距離以及大氣狀態(tài)存在一定的對應(yīng)關(guān)系，利用這個性質(zhì)，形成了放電電壓與間隙距離的關(guān)系。,高電壓工程基礎(chǔ),7.4.1 氣體放電間隙,IEC和國標(biāo)嚴(yán)格規(guī)定了在標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下測量所用球隙的結(jié)構(gòu)、布置和連接，并制定了標(biāo)準(zhǔn)球徑的球隙放電電壓與球間隙距離的關(guān)系表，其誤差不超過3%，使用時可查閱。,（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)

41、。用球隙測量工頻電壓時，應(yīng)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%。,高電壓工程基礎(chǔ),（2）用球間隙測量直流電壓時，測量裝置、測量方法與測量交流電壓時相同，有更大的測量不確定度，常常是由空氣中的灰塵或纖維引起。當(dāng)球隙距離不大于0.4D時，其測量不確定度在5%以內(nèi)。,高電壓工程基礎(chǔ),（3）球間隙測量電壓時，必須進(jìn)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。測量時較費(fèi)時間，被測電壓越高，球徑越大，所需的空間越大。常用于求取高壓側(cè)電壓值與試驗(yàn)變壓器低壓側(cè)的儀表讀數(shù)間的比例關(guān)系。,2、棒間隙,用球間隙測量直流

42、電壓時，會出現(xiàn)較大的分散性，IEC中推薦使用左圖所示結(jié)構(gòu)的棒間隙。標(biāo)準(zhǔn)棒間隙測量直流電壓時，其測量不準(zhǔn)確度在3%以內(nèi)，測量方法與球間隙相同。,棒間隙直接測量直流電壓時也非常費(fèi)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(biāo)準(zhǔn)大氣條件下，正、負(fù)極性的直流電壓下，棒間隙10次放電電壓的平均值為：,高電壓工程基礎(chǔ),原理：分別帶正、負(fù)電荷的導(dǎo)體間存在著靜電吸引力，吸引力的大小與兩導(dǎo)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。 由固定電極和可動電極組成，另有屏蔽電極消除邊緣效應(yīng)和外電場的影響。兩極間加上電壓U，電

43、極間就會受到靜電力f的作用，使可動電極繞其支點(diǎn)轉(zhuǎn)動。而且f 的大小與U 的數(shù)值有固定關(guān)系，設(shè)法測量f 的大小就可確定所加電壓U 的大小。利用這一原理制成的儀表即為靜電電壓表。,高電壓工程基礎(chǔ),7.4.2 靜電電壓表,高電壓工程基礎(chǔ),靜電作用力與電壓平方成正比，與電壓的極性無關(guān)，總是正的。若電壓不是恒定的，靜電作用力也與時間有關(guān)。,靜電電壓表指示的是電壓的均方根值。測量交流電壓時，指示的是被測電壓的有效值；測直流電壓時，當(dāng)脈動系數(shù)不超過20%時，測得的數(shù)值與平均值的誤差不超過1%，故可認(rèn)為在直流下靜電電壓表的測量值為直流電壓的平均值。,直流電壓中含有脈動分量時，靜電電壓表的指示值為：,在電容器上

44、施加交流電壓，通過測量充電電流來確定電壓值。通過半波整流或全波整流，利用直流電流計(jì)測量整流電流可求得電壓的峰值，而采用有效值指示的交流電流計(jì)則可求得電壓的有效值。,高電壓工程基礎(chǔ),7.4.3 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,半波整流法,全波整流法,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(jì)直接測量充電電流的有效值（I），電壓有效值為：,高電壓工程基礎(chǔ),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。,被測交流電壓經(jīng)整流硅堆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。,

45、高電壓工程基礎(chǔ),2、電容器充電電壓法測量交流峰值,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：,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Ur，當(dāng)脈動電壓的頻率為f，則電阻R兩端的電壓為：,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,若 ，則U Ur 。,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。,高阻分壓器和串有高阻的電流表常用于高壓的測量。關(guān)鍵是要設(shè)計(jì)一個能在高電壓下穩(wěn)定工作的高歐姆電阻器，當(dāng)構(gòu)成電阻分壓器時他就是分壓器的高壓臂。高歐姆電阻R1通常是由多個電阻元件串聯(lián)而成。,高電壓工程基礎(chǔ)

46、,7.4.4 高壓分壓器,1、高阻分壓器和串有高阻的電流表,測量交流電壓時，流過電阻的電流I1約為幾十毫安，而用其測量直流電壓時，流過電阻的電流一般為0.52mA。,電阻分壓器的分壓比為：,高歐姆電阻（兆歐級）與微安表串聯(lián)測量高壓時，為防止測量儀表超量程，在測量儀表旁并聯(lián)保護(hù)放電間隙或放電管P；同時為了防止微安表發(fā)生開路而在控制臺出現(xiàn)高電壓，微安表應(yīng)并聯(lián)電阻（千歐級）。,高電壓工程基礎(chǔ),電阻本身發(fā)熱、電暈放電或絕緣泄漏會造成測量結(jié)果的不準(zhǔn)確。電阻的溫度系數(shù)應(yīng)盡可能小。高阻值電阻可浸入絕緣油中以增強(qiáng)散熱，同時可以防止電暈放電和絕緣泄漏。,交流高壓測量時，由于對地雜散電容作用，不但會引起幅值誤差，

47、還會引起相位誤差。被測電壓越高，分壓器本體電阻值越大，對地雜散電容越大，誤差也越大。因此電阻分壓器只適用于被測電壓低于100kV的情況。,當(dāng)被測電壓較高時，通常采用電容分壓器配用低壓儀表來測量交流高壓。通常試品和分壓器在試區(qū)內(nèi)，測量儀表在控制室內(nèi)，兩者相隔較遠(yuǎn)。為了防止外電場對測量電路的影響，通常用高頻同軸電纜來傳輸被測量的電壓信號。該電纜的電容應(yīng)計(jì)入低壓臂的電容量C2中。,高電壓工程基礎(chǔ),2、電容分壓器,不考慮雜散電容影響時，分壓比為：,高電壓工程基礎(chǔ),高壓臂電容C1常由多個電容串聯(lián)而成，雜散電容CE及CL使高壓臂的等值電容發(fā)生變化，引起分壓比改變。所以對一定環(huán)境下的分壓比應(yīng)進(jìn)行測定和校正。

48、,對于分壓器，要求它的分壓比是常數(shù)，即不應(yīng)隨被測電壓的波形、頻率、幅值、周圍大氣條件、安裝地點(diǎn)的變化而改變。此外，分壓器的接入應(yīng)不影響電壓波形和幅值。,高電壓工程基礎(chǔ),分布式電容分壓器：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。 集中式電容分壓器：高壓臂使用一個氣體介質(zhì)的高壓標(biāo)準(zhǔn)電容器，常采用N2 、CO2 、SF6及其混合氣體。,電容分壓器中，要求C1很小，但又能承受很高的電壓，是分壓器中的主要元件。電容分壓器有兩種主要形式：,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(yīng)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)

49、的電容器。電容量根據(jù)分壓比和低壓儀表的量程確定。,7.5 沖擊電壓的測量,高電壓工程基礎(chǔ),無論是雷電沖擊還是操作沖擊電壓波，沖擊電壓都是持續(xù)時間較短的暫態(tài)電壓，要求沖擊電壓的測量系統(tǒng)必須具有良好的瞬態(tài)響應(yīng)特性。,沖擊電壓的測定包括：幅值測量和波形記錄。,標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：對于標(biāo)準(zhǔn)全波、波尾截?cái)嗖ㄒ约?/5(s)短波，幅值的測量不確定度不超過3%；1s以內(nèi)波頭截?cái)嗖?，其幅值的測量不確定度不超過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。,當(dāng)電壓作用非常短時，氣體放電需要一定的放電時延，具有一定的分散性，與間隙中的有效電子的產(chǎn)

50、生有關(guān)。在球間隙上加一定幅值的沖擊電壓時，間隙的放電有一定的概率，用50%放電電壓來表示球間隙的沖擊電壓幅值。 50%放電電壓是指一定距離的球間隙，在一定電壓作用下放電的概率為50%。規(guī)定測量球隙為稍不均勻場，當(dāng)波頭時間大于1s時，其伏秒特性大體上是一條水平線，沖擊系數(shù)為1，即球間隙的50%沖擊放電電壓和穩(wěn)態(tài)電壓下的擊穿電壓基本相同。,高電壓工程基礎(chǔ),7.5.1 球間隙測量沖擊電壓的幅值,高電壓工程基礎(chǔ),利用球隙測量沖擊電壓時的注意問題： 在球隙距離太?。ǚ烹婋妷?0kV以下），或者球隙直徑太小（小于12.5cm）時，為加速有效電子的出現(xiàn)，減小放電的分散性，使放電電壓穩(wěn)定，必須用放電火花或短波

51、光源照射球隙。 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，球隙連線的電感與球隙電容形成串聯(lián)振蕩，從而對被試品造成損傷，需要加入串聯(lián)保護(hù)電阻（無感電阻，其值應(yīng)不大于500）。,高電壓工程基礎(chǔ),確定50%放電電壓的方法： 多級法：以預(yù)期的50%放電電壓的23%作為電壓級差，對被試品分級施加沖擊電壓，每級施加電壓10次，至少要加4級電壓。求出每級電壓下的放電次數(shù)和施加次數(shù)之比P后，將其按電壓值標(biāo)于正態(tài)概率紙上，給出擬合直線，在此直線上對應(yīng)于P=0.5的電壓值即為50%放電電壓。 升降法：估計(jì)50%放

52、電電壓的預(yù)期值Ui，取Ui的23%為電壓增量U，凡上次加壓如已引起放電，則下次加壓比上次電壓降低U ；凡上次加壓未引起放電，則下次加壓比上次電壓升高U 。這樣反復(fù)加壓2040次，分別計(jì)算出各級電壓下Ui的加壓次數(shù)，按下式求出50%放電電壓。,在沖擊電壓測量中，常采用數(shù)字存儲示波器、數(shù)字記錄儀等來觀測沖擊電壓的幅值和波形，需要電壓分壓器將幾百千伏甚至上兆伏的高壓不失真地降到示波器所能承受的電壓。 分壓器測量系統(tǒng)包括：從被試品到分壓器高壓端的高壓引線、分壓器、連接分壓器輸出端與示波器的同軸電纜以及示波器。國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，分壓比應(yīng)穩(wěn)定，其允許的不確定度為1%。,高電壓工程基礎(chǔ),7.5.2 沖擊電壓分壓器,瑞士哈佛萊公司4.5MV沖擊電壓阻尼電容分壓器 背景為4.5MV，450kJ沖擊電壓發(fā)生器,對于雷電沖擊電壓的測量，這些分壓器一般都可采用；但對于操作沖擊電壓的測量，主要采用電容分壓器。阻尼電容分壓器是指多個電容器串聯(lián)、每一段分別串接阻尼電阻而構(gòu)成的一種分壓器，可