絕緣的高電壓試驗(yàn)

絕緣的高電壓試驗(yàn)第1頁，共43頁，2023年，2月20日，星期四1

什么是絕緣的高電壓試驗(yàn)？

在高壓試驗(yàn)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(yùn)行中受到的工作電壓，用以考驗(yàn)各種絕緣耐受這些高電壓作用的能力。第2頁，共43頁，2023年，2月20日，星期四2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。

第3頁，共43頁，2023年，2月20日，星期四3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題。第4頁，共43頁，2023年，2月20日，星期四4§5.3沖擊高電壓試驗(yàn)第5頁，共43頁，2023年，2月20日，星期四5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，2023年，2月20日，星期四6波前第7頁，共43頁，2023年，2月20日，星期四7波尾第8頁，共43頁，2023年，2月20日，星期四8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，2023年，2月20日，星期四9多級(jí)沖擊電壓發(fā)生器的工作原理多級(jí)沖擊電壓發(fā)生器的接線圖第10頁，共43頁，2023年，2月20日，星期四10基本原理：并聯(lián)充電，串聯(lián)放電第11頁，共43頁，2023年，2月20日，星期四11第12頁，共43頁，2023年，2月20日，星期四12沖擊電壓發(fā)生器的近似計(jì)算波前其中，時(shí)間常數(shù)第13頁，共43頁，2023年，2月20日，星期四13根據(jù)沖擊波的標(biāo)準(zhǔn)化，可得即即得到第14頁，共43頁，2023年，2月20日，星期四14由右圖可得：可得第15頁，共43頁，2023年，2月20日，星期四15波尾其中，時(shí)間常數(shù)第16頁，共43頁，2023年，2月20日，星期四16根據(jù)沖擊波的標(biāo)準(zhǔn)化，可得可得第17頁，共43頁，2023年，2月20日，星期四17§5.4高電壓測量技術(shù)第18頁，共43頁，2023年，2月20日，星期四18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，2023年，2月20日，星期四19一高電壓測量標(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(gè)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(gè)方面穩(wěn)態(tài)高電壓與沖擊高電壓第20頁，共43頁，2023年，2月20日，星期四20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(yàn)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，2023年，2月20日，星期四21實(shí)驗(yàn)室與電力系統(tǒng)的高電壓測量

電力系統(tǒng)：電力運(yùn)行部門測量交流高電壓，是通過電壓互感器和電壓表來實(shí)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(shí)驗(yàn)室：互感器在高電壓實(shí)驗(yàn)室中用得不多，因?yàn)楦唠妷簩?shí)驗(yàn)室中所要測的電壓值常常比現(xiàn)有電壓互感器的額定電壓高許多，特制一個(gè)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，2023年，2月20日，星期四22實(shí)驗(yàn)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――峰值電壓表：只測峰值，不測波形。事先應(yīng)驗(yàn)證波形合乎標(biāo)準(zhǔn)，或同時(shí)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(shí)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(shí)，可立即獲得峰值和時(shí)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，2023年，2月20日，星期四23二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(diǎn)第24頁，共43頁，2023年，2月20日，星期四24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，2023年，2月20日，星期四25測量原理 空氣在一定電場強(qiáng)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(duì)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(duì)相同直徑的金屬球所構(gòu)成。加壓時(shí)，球隙間形成稍不均勻電場。當(dāng)其余條件相同時(shí)，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，2023年，2月20日，星期四26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(qiáng)度和擊穿電壓很難計(jì)算，球隙的放電電壓主要是靠試驗(yàn)來決定的 垂直測量球隙第27頁，共43頁，2023年，2月20日，星期四27球徑與球間隙距離的確定 對(duì)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(shí)，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，2023年，2月20日，星期四282.交直流高電壓的測量

串接保護(hù)電阻

在用球間隙測量交流和直流電壓時(shí)，經(jīng)常需在球間隙上串聯(lián)一個(gè)保護(hù)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，2023年，2月20日，星期四29交直流高電壓測量球隙接線圖保護(hù)電阻的作用

R1是保護(hù)試驗(yàn)變壓器用的限流電阻 而R2是與球隙串連的保護(hù)電阻。

R2的可用它來限制球隙放電時(shí)所流過球極的短路電流，以免球極燒傷而產(chǎn)生麻點(diǎn)；

第30頁，共43頁，2023年，2月20日，星期四30保護(hù)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(duì)于測量直流和工頻交流電壓時(shí)，I.E.C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，2023年，2月20日，星期四31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(huì)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(jìn)行多次預(yù)放電。在放電電壓值相對(duì)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，2023年，2月20日，星期四323.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(gè)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、直流電壓變化慢，持續(xù)時(shí)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，2023年，2月20日，星期四33

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，2023年，2月20日，星期四3450%放電電壓的測量

50%放電電壓的概念：所謂球隙的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(shí)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，都采用50%放電電壓 確定50%放電電壓的方法分多級(jí)法和升降法等第35頁，共43頁，2023年，2月20日，星期四35

多級(jí)法：用多級(jí)法求某一間隙的50%放電電壓時(shí)，可向此間隙逐級(jí)施加電壓U，每級(jí)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(diǎn)。如此做4－5點(diǎn)，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=20～80%范圍內(nèi)P與U近似直線關(guān)系，在P=50～80%做一點(diǎn)及P=20～50%做一點(diǎn)，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，2023年，2月20日，星期四364.球隙法測量高電壓的優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：

(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(shí)可達(dá)±3%以內(nèi)。第37頁，共43頁，2023年，2月20日，星期四37

缺點(diǎn)：

(1)測量時(shí)必須放電，放電時(shí)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(jì)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(fèi)時(shí)間。

(3)實(shí)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(shí)踐證明，由于強(qiáng)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(shí)常會(huì)產(chǎn)生異常放電。第38頁，共43頁，2023年，2月20日，星期四38三、高壓靜電電壓表

概念與原理：加電壓于兩個(gè)相對(duì)的電極，由于兩電極上分別充上異性電荷，電極就會(huì)受到靜電機(jī)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(jì)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，2023年，2月20日，星期四39

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，2023年，2月20日，星期四40四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，2023年，2月20日，星期四41

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(gè)常數(shù)，即可得被測電壓。這個(gè)常數(shù)叫做分壓比K交流分壓器接線圖第42頁，共43頁，2023年，2月20日，星期四42對(duì)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K>>1。分壓器是個(gè)中間環(huán)節(jié)，要達(dá)到上述目