絕緣的高電壓試驗

1、絕緣的高電壓試驗第1頁，共43頁，2022年，5月20日，19點49分，星期二 什么是絕緣的高電壓試驗？ 在高壓試驗室用工頻交流高壓、直流高壓、雷電沖擊高壓、操作沖擊高壓等模擬電氣設(shè)備的絕緣在運行中受到的工作電壓，用以考驗各種絕緣耐受這些高電壓作用的能力。第2頁，共43頁，2022年，5月20日，19點49分，星期二 特點： 具有破壞性試驗的性質(zhì)。 一般放在非破壞性試驗項目合格通過之后進行，以避免或減少不必要的損失。 第3頁，共43頁，2022年，5月20日，19點49分，星期二 難點問題： 由于輸電電壓和相應(yīng)的試驗電壓在不斷提高，要獲得各種符合要求的試驗用高電壓越來越困難，這是高電壓試驗技術(shù)

2、發(fā)展中首先需要解決的問題。第4頁，共43頁，2022年，5月20日，19點49分，星期二5.3 沖擊高電壓試驗第5頁，共43頁，2022年，5月20日，19點49分，星期二沖擊電壓發(fā)生器基本回路 標(biāo)準(zhǔn)雷電沖擊波采用的是非周期雙指數(shù)波第6頁，共43頁，2022年，5月20日，19點49分，星期二波前第7頁，共43頁，2022年，5月20日，19點49分，星期二波尾第8頁，共43頁，2022年，5月20日，19點49分，星期二沖擊電壓發(fā)生器常用回路放電回路的利用系數(shù)第9頁，共43頁，2022年，5月20日，19點49分，星期二多級沖擊電壓發(fā)生器的工作原理多級沖擊電壓發(fā)生器的接線圖第10頁，共43頁

3、，2022年，5月20日，19點49分，星期二基本原理：并聯(lián)充電，串聯(lián)放電第11頁，共43頁，2022年，5月20日，19點49分，星期二第12頁，共43頁，2022年，5月20日，19點49分，星期二沖擊電壓發(fā)生器的近似計算波前其中，時間常數(shù)第13頁，共43頁，2022年，5月20日，19點49分，星期二根據(jù)沖擊波的標(biāo)準(zhǔn)化，可得即即得到第14頁，共43頁，2022年，5月20日，19點49分，星期二由右圖可得：可得第15頁，共43頁，2022年，5月20日，19點49分，星期二波尾其中，時間常數(shù)第16頁，共43頁，2022年，5月20日，19點49分，星期二根據(jù)沖擊波的標(biāo)準(zhǔn)化，可得可得第17

4、頁，共43頁，2022年，5月20日，19點49分，星期二5.4 高電壓測量技術(shù)第18頁，共43頁，2022年，5月20日，19點49分，星期二高電壓的測量 一、高電壓測量標(biāo)準(zhǔn)與方法概述二、球隙放電法測量高電壓三、高壓靜電電壓表四、分壓器第19頁，共43頁，2022年，5月20日，19點49分，星期二一 高電壓測量標(biāo)準(zhǔn)與方法概述 穩(wěn)態(tài)高電壓：主要是指工頻交流高壓和直流高壓。 沖擊電壓：無論是雷電沖擊電壓或操作沖擊電壓，均為快速變化的一種電壓。測量沖擊電壓的整個測量系統(tǒng)必須具有良好的瞬態(tài)響應(yīng)特性。沖擊電壓的測量包括峰值測量和波形記錄兩個方面穩(wěn)態(tài)高電壓與沖擊高電壓第20頁，共43頁，2022年，5

5、月20日，19點49分，星期二測量的不確定度（誤差）穩(wěn)態(tài)高電壓測量系統(tǒng)：要求測量系統(tǒng)在額定頻率下測量試驗電壓峰值或有效值的總不確定度應(yīng)在3%范圍內(nèi)。沖擊電壓測量系統(tǒng)：測量沖擊全波峰值的總不確定度為3%范圍內(nèi)。第21頁，共43頁，2022年，5月20日，19點49分，星期二實驗室與電力系統(tǒng)的高電壓測量電力系統(tǒng)：電力運行部門測量交流高電壓，是通過電壓互感器和電壓表來實現(xiàn)的。用電壓互感器測交流電壓把電壓互感器的高壓邊接到被測電壓，低壓邊跨接一塊電壓表，把電壓表讀數(shù)乘上電壓互感器的變比，就可得被測電壓值。電力系統(tǒng)沒有專門的沖擊電壓測量系統(tǒng)實驗室：互感器在高電壓實驗室中用得不多，因為高電壓實驗室中所要測

6、的電壓值常常比現(xiàn)有電壓互感器的額定電壓高許多，特制一個超高壓的電壓互感器是比較昂貴的，而且很高電壓的互感器也比較笨重，所以采用別的方法來測量交流高電壓用電壓互感器測交流電壓 第22頁，共43頁，2022年，5月20日，19點49分，星期二實驗室的高電壓測量交流高電壓測量：(1) 利用氣體放電測量交流高電壓如測量球隙(2) 利用靜電力測量交流高電壓如靜電電壓表(3) 利用整流電容電流測量交流高電壓如峰值電壓表直流高電壓的測量：用高歐姆電阻串聯(lián)直流毫安表可以測量直流電壓的平均值，是一種比較方便而又常用的測量系統(tǒng)沖擊高電壓的測量：(1) 球隙法：是直接測量高電壓峰值的一種方法。(2) 分壓器峰值電壓

7、表：只測峰值，不測波形。事先應(yīng)驗證波形合乎標(biāo)準(zhǔn)，或同時用示波器觀測波形。(3) 分壓器示波器（或數(shù)字記錄儀）：可同時測出峰值及波形。在采用數(shù)字式示波器或數(shù)字記錄儀時，可立即獲得峰值和時間參數(shù)值，并可打印(1)、(2)是直接測量的方法第23頁，共43頁，2022年，5月20日，19點49分，星期二二 球隙放電法測量高電壓1. 球間隙放電2. 交直流高電壓的測量3. 沖擊電壓的測量4. 球隙法測量高電壓的優(yōu)缺點第24頁，共43頁，2022年，5月20日，19點49分，星期二垂直測量球隙 1. 球間隙放電球隙的結(jié)構(gòu)符合尺寸的球間隙有兩種方式，圖中所示是垂直球間隙，另有水平球間隙第25頁，共43頁，2

8、022年，5月20日，19點49分，星期二測量原理空氣在一定電場強度下，才能發(fā)生放電。均勻電場下空氣間隙的放電電壓與間隙距離具有一定的關(guān)系?？梢岳瞄g隙放電來測量電壓，但絕對的均勻電場是不易做到的，只能做到接近于均勻電場。測量球隙是由一對相同直徑的金屬球所構(gòu)成。加壓時，球隙間形成稍不均勻電場。當(dāng)其余條件相同時，球間隙在大氣中的擊穿電壓決定于球間隙的距離垂直測量球隙 第26頁，共43頁，2022年，5月20日，19點49分，星期二球間隙擊穿電壓的確定由于鄰近效應(yīng)的影響，球間的電場強度和擊穿電壓很難計算，球隙的放電電壓主要是靠試驗來決定的垂直測量球隙 第27頁，共43頁，2022年，5月20日，1

9、9點49分，星期二球徑與球間隙距離的確定對一定球徑，間隙中的電場隨距離的增長而越來越不均勻。被測電壓越高，間隙距離越大，要求球徑也越大，才能保持稍不均勻電場當(dāng)S與D之比大于0.5時，其放電數(shù)值準(zhǔn)確性較差。要達(dá)到球隙所能達(dá)到的測量準(zhǔn)確度，其結(jié)構(gòu)和使用條件必須符合IEC或國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定球隙距離：不大于0.4D標(biāo)準(zhǔn)球徑D為：2；5；6.25；10；12.5；15；25；50；75； 100；150和200厘米可測的電壓峰值：從幾千伏到近2000千伏 垂直測量球隙 第28頁，共43頁，2022年，5月20日，19點49分，星期二2. 交直流高電壓的測量串接保護電阻在用球間隙測量交流和直流電壓時，經(jīng)常需在

10、球間隙上串聯(lián)一個保護電阻R2。以測交流電壓為例接線如圖所示 交直流高電壓測量球隙接線圖第29頁，共43頁，2022年，5月20日，19點49分，星期二交直流高電壓測量球隙接線圖保護電阻的作用R1是保護試驗變壓器用的限流電阻而R2是與球隙串連的保護電阻。R2的可用它來限制球隙放電時所流過球極的短路電流，以免球極燒傷而產(chǎn)生麻點；第30頁，共43頁，2022年，5月20日，19點49分，星期二保護電阻阻值的選擇(1) 為了限流，要求R2大一些；但為了避免R2上壓降引起測量誤差，要求R2小一些(2) 對于測量直流和工頻交流電壓時，推薦此電阻值為100千歐。交直流高電壓測量球隙接線圖第31頁，共43頁，

11、2022年，5月20日，19點49分，星期二正確測量交直流高電壓的其它措施預(yù)放電：如果空氣中有灰塵或纖維物質(zhì)，則會產(chǎn)生不正常的破壞性放電。因此在取得前后一致的數(shù)據(jù)以前，必須進行多次預(yù)放電。在放電電壓值相對穩(wěn)定后，才正式算數(shù)。最后測量應(yīng)取三次連續(xù)數(shù)的平均值，其偏差不超過3%。交直流高電壓測量球隙接線圖第32頁，共43頁，2022年，5月20日，19點49分，星期二3. 沖擊電壓的測量測量沖擊與穩(wěn)態(tài)高電壓的區(qū)別與聯(lián)系影響因素：球隙測量電壓的可靠性，決定于測量結(jié)果的分散性。有兩個因素影響放電的分散性：一是球面的塵污，二是球隙間空氣電離不充分。自由電子影響：放電必須由有效自由電子來觸發(fā)，交、直流電壓變

12、化慢，持續(xù)時間長，不難在間隙中出現(xiàn)有效自由電子。沖擊電壓變化快，一霎即逝，要在這樣短暫瞬間正好出現(xiàn)有效自由電子比較困難。當(dāng)測量電壓較高，所用球徑較大，間隙所占空間較大，出現(xiàn)有效自由電子比較容易，當(dāng)測量電壓較低，所用球徑較小，間隙所占空間較小，出現(xiàn)有效自由電子比較困難第33頁，共43頁，2022年，5月20日，19點49分，星期二激發(fā)自由電子的方法：所以國際標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，凡所用球徑小于12.5厘米或測量電壓低于50千伏，都必須用照射，即用人工方法使間隙中空氣電離。預(yù)放電：沖擊和穩(wěn)態(tài)都需要預(yù)放電第34頁，共43頁，2022年，5月20日，19點49分，星期二50%放電電壓的測量50%放電電壓的概念：所

13、謂球隙的50%放電電壓值，是指在此電壓作用下，相應(yīng)的球間隙距離的放電概率為50%測量方法：一種簡單的作法，如使某一沖擊電壓作用到某一球隙距離上，十次中如有五次放電五次不放電，則此沖擊電壓即為該球隙距離的50%放電電壓。但要在十次中正好有五次放、五次不放，實踐中有困難，所以有規(guī)定認(rèn)為如十次中能有四次放、六次不放，或六次放、四次不放都可算作50%放電電壓。概率本身代表多次事件中出現(xiàn)的頻率，次數(shù)少了不一定準(zhǔn)確。很有可能，即使電壓、距離都不變，這十次中的放電概率與后十次中的很不相同，但如次數(shù)多了，還是可能得出一準(zhǔn)確值的不僅球隙測量用50%放電電壓，所有自恢復(fù)絕緣，只要它的放電分散情況符合正態(tài)分布規(guī)律的

14、，都采用50%放電電壓確定50%放電電壓的方法分多級法和升降法等第35頁，共43頁，2022年，5月20日，19點49分，星期二多級法：用多級法求某一間隙的50%放電電壓時，可向此間隙逐級施加電壓U，每級電壓施加10次，求得在該電壓下的放電近似概率P%，然后在正態(tài)概率紙上標(biāo)出相應(yīng)于U的P點。如此做45點，即可得出一條擬合直線，由此直線可求得相應(yīng)于P=50%的U值，即為50%放電電壓U50。一般認(rèn)為在P=2080%范圍內(nèi)P與U近似直線關(guān)系，在P=5080%做一點及P=2050%做一點，聯(lián)成直線即可求得U50。升降法：參見教材p110電壓與放電概率 第36頁，共43頁，2022年，5月20日，19

15、點49分，星期二4. 球隙法測量高電壓的優(yōu)缺點優(yōu)點：(1) 可以測量穩(wěn)態(tài)高電壓和沖擊電壓的幅值，幾乎是直接測量超高電壓的唯一設(shè)備(2) 結(jié)構(gòu)簡單，容易自制或購買，不易損壞(3) 有一定的準(zhǔn)確度，一般認(rèn)為測量交流及沖擊電壓時可達(dá)3%以內(nèi)。第37頁，共43頁，2022年，5月20日，19點49分，星期二缺點：(1) 測量時必須放電，放電時將破壞穩(wěn)定狀態(tài)可能引起過電壓。(2) 氣體放電有統(tǒng)計性，數(shù)據(jù)分散，必須取多次放電數(shù)據(jù)的平均值，測量較費時間。(3) 實際使用中，測量穩(wěn)態(tài)電壓要做校訂曲線，測量沖擊電壓要用50%放電電壓法，手續(xù)都較麻煩。(4) 要校訂大氣條件。(5) 被測電壓越高，球徑越大，目前已

16、有用到直徑為3米的銅球，不僅本身越來越笨重，而且影響建筑尺寸。從發(fā)展的角度來看，測量球隙的前途將成問題。(6) 一般來說測量球隙不宜使用于室外，實踐證明，由于強氣流以及灰塵、砂土、纖維和高濕度的影響，球隙在室外使用時常會產(chǎn)生異常放電。 第38頁，共43頁，2022年，5月20日，19點49分，星期二三、高壓靜電電壓表概念與原理：加電壓于兩個相對的電極，由于兩電極上分別充上異性電荷，電極就會受到靜電機械力的作用。測量此靜電力的大小，或是測量由靜電力所產(chǎn)生的某一極板的偏移(或偏轉(zhuǎn))來反映所加電壓大小的表計稱為靜電電壓表平板電極間的電場和靜電吸力 第39頁，共43頁，2022年，5月20日，19點4

17、9分，星期二適用范圍：測量穩(wěn)態(tài)電壓。靜電電壓表已廣泛應(yīng)用于測量低電壓，并且也用它直接測量穩(wěn)態(tài)高電壓。由于它的內(nèi)阻極大，可以把它并在分壓器的低壓臂上，通過它的電壓讀數(shù)乘以分壓比來測量高電壓 不能測量沖擊電壓第40頁，共43頁，2022年，5月20日，19點49分，星期二四 分壓器高壓交流分壓器高壓直流分壓器3. 測量沖擊電壓的分壓器第41頁，共43頁，2022年，5月20日，19點49分，星期二分壓器的原理其中Z1為分壓器高壓臂的阻抗，Z2為分壓器低壓臂的阻抗，大部分的被測電壓降落在Z1上，Z2上僅有一小部分電壓，用低量程電壓表測量得Z2上的電壓，乘上一個常數(shù)，即可得被測電壓。這個常數(shù)叫做分壓比K交流分壓器接線圖第42頁，共43頁，2022年，5月20日，19點49分，星期二對分壓器提出基本要求要求被測電壓與Z2上的電壓僅在幅值上差k倍，相角應(yīng)完全相同，或相角差極小，一般K1。分壓器是個中間環(huán)