高電壓技術(shù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(學(xué)生用)

實(shí)驗(yàn)一．電介質(zhì)絕緣特性及電擊穿實(shí)驗(yàn)一．實(shí)驗(yàn)?zāi)康模河^察氣隙擊穿、液體擊穿以及固體沿面放電等現(xiàn)象及其特點(diǎn)，認(rèn)識(shí)其發(fā)展過程及影響擊穿電壓的各主要因素，加深對(duì)有關(guān)放電理論的理解。二．預(yù)習(xí)要點(diǎn)：概念：絕緣；游離；電暈；電子崩；流注；先導(dǎo)放電；自持放電；滑閃放電；沿面放電小橋；電擊穿；熱擊穿。判斷：空氣是絕緣介質(zhì)；純凈液體的擊穿是電擊穿，非純凈液體的擊穿是熱擊穿，絕緣油的擊穿電壓受油品、電壓作用時(shí)間、電場(chǎng)分布情況及溫度的影響較大，電弧會(huì)使油分解并產(chǎn)生炭粒；沿面放電是特殊的氣體放電，分三個(gè)階段，沿面閃絡(luò)電壓小于氣隙擊穿電壓。推理：變壓器油怕受潮；油斷路器有動(dòng)作次數(shù)的限制；相關(guān)知識(shí)點(diǎn)：電場(chǎng)、介質(zhì)極化、偶極子、介電常數(shù)、Paschen定律、Townsend理論、流注理論、伏秒特性、大氣過電壓、內(nèi)部過電壓。三．實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目：1．氣體絕緣介質(zhì)絕緣特性及電擊穿實(shí)驗(yàn)⑴．電極形狀對(duì)放電的影響．球球間隙．針板間隙．針針間隙⑵．電場(chǎng)性質(zhì)對(duì)放電的影響．工頻交流電場(chǎng)．直流電場(chǎng)⑶．極性效應(yīng)①．正針負(fù)板②．負(fù)針正板2．液體絕緣介質(zhì)絕緣特性及電擊穿實(shí)驗(yàn)⑴．導(dǎo)電小橋的觀察⑵．抗電強(qiáng)度的測(cè)試3．固體絕緣介質(zhì)絕緣特性及電擊穿實(shí)驗(yàn)⑴．刷狀放電的觀察⑵．滑閃放電的觀察⑶．沿面閃絡(luò)的觀察四．實(shí)驗(yàn)說明：1．氣體絕緣特性：.氣體在正常情況下絕緣性能良好(帶電粒子很少)；.氣體質(zhì)點(diǎn)獲得足夠的能量(大于其游離能)后，將會(huì)產(chǎn)生游離，生成正離子和電子;⑶.氣體質(zhì)點(diǎn)獲得能量的途徑有：粒子撞擊、光子激勵(lì)、分子熱碰撞；⑷.氣隙中除了有氣體質(zhì)點(diǎn)游離產(chǎn)生的帶電粒子外，還存在金屬電極表面的逸出電子；⑸.氣隙加上電場(chǎng)，氣隙中的帶電粒子將順電場(chǎng)方向加速運(yùn)動(dòng)，造成大量的粒子碰撞，但產(chǎn)生氣體質(zhì)點(diǎn)游離的撞源粒子是電子；（6） .氣隙上的電場(chǎng)足夠強(qiáng)時(shí)，撞擊游離產(chǎn)生的電子又會(huì)成為撞源粒子，從而形成電子崩;（7） .氣隙之間存在的大量帶電粒子會(huì)形成空間電荷區(qū)，空間電荷的存在會(huì)改變氣隙間的電場(chǎng)分布;⑻.氣隙在強(qiáng)電場(chǎng)作用下，產(chǎn)生強(qiáng)烈游離，并發(fā)展到自持放電，氣隙就被擊穿。空氣間隙的放電電壓與電壓性質(zhì)、電極形狀、大氣條件等因素有關(guān)：間隙間施加交流電場(chǎng)或直流電場(chǎng)，所表現(xiàn)出的擊穿特性及恢復(fù)特性都不相同;交流電場(chǎng)實(shí)際上是一個(gè)大小和極性都在不斷變化的電場(chǎng)，如果是針板間隙，則肯定是在最容易擊穿的極性下被擊穿，交流快過零時(shí)氣隙間電弧熄滅，氣隙絕緣的恢復(fù)至少存在半個(gè)周期的恢復(fù)時(shí)間;直流電場(chǎng)的極性不發(fā)生改變，如果施加于針板間隙，會(huì)隨所加極性的不同而表現(xiàn)出強(qiáng)烈的極性效應(yīng)。由于不同形狀的電極間電場(chǎng)均勻度不同，故電極形狀會(huì)對(duì)放電產(chǎn)生影響。平板間隙間可建立均勻電場(chǎng)，但邊沿如不做倒角處理將形成局部強(qiáng)電場(chǎng)，去除邊沿效應(yīng)后的平板間隙在小距離情況下（§SvO.26cm）放電電壓很穩(wěn)定；由于是均勻電場(chǎng)，不會(huì)出現(xiàn)持續(xù)的局部放電，起始放電電壓就等于擊穿電壓，并且從自持放電開始到間隙完全擊穿所需的時(shí)間很短，因此電壓波形（包括極性，因形態(tài)對(duì)稱）對(duì)擊穿電壓不會(huì)造成影響，放電分散性很小。球球間隙間能建立較均勻電場(chǎng)（S/DW0.5）,接近上述均勻電場(chǎng)的特性，其放電分散性也較小，并且沒有明顯的邊沿效應(yīng)。故在高電壓試驗(yàn)中常用球隙來做保護(hù)間隙甚至是測(cè)量間隙。針板間隙間建立的電場(chǎng)是非均勻電場(chǎng)，在不同性質(zhì)的電場(chǎng)作用下，其放電分散性較大；由于存在局部強(qiáng)電場(chǎng)，此處的空氣將先期產(chǎn)生強(qiáng)烈游離，出現(xiàn)局部持續(xù)放電，生成大量帶電粒子，并在針尖附近形成大量的正空間電荷，此空間電荷將改變針板間的電場(chǎng)分布，從而影響間隙的擊穿電壓，在直流電場(chǎng)情況下，就產(chǎn)生了明顯的極性效應(yīng)。針針間隙間建立的電場(chǎng)是極不均勻電場(chǎng)，由于存在兩處局部強(qiáng)電場(chǎng)，更易生成大量帶電粒子，但形成的正空間電荷會(huì)使針針間電場(chǎng)梯度變得平緩，因而使針針間隙擊穿電壓反而比針板（正針負(fù)板）間隙擊穿電壓稍高；針針間隙是對(duì)稱電場(chǎng)，不存在極性效應(yīng)。大氣條件主要包括溫度、濕度、氣壓三個(gè)指標(biāo)。溫度實(shí)際上反映的是氣體分子熱運(yùn)動(dòng)的強(qiáng)烈程度，溫度越高，則分子熱運(yùn)動(dòng)越強(qiáng)烈，越容易產(chǎn)生熱碰撞游離，氣隙絕緣性就越差；溫度高到一定程度時(shí)，氣體將變成等離子體，它也就失去了絕緣性而變成了導(dǎo)體。濕度反映的是氣體中含水份的程度，水分子是電負(fù)性的，易俘獲自由電子，使氣體中的自由電子減少，從而阻礙游離的發(fā)展，因此隨濕度的增大氣隙的擊穿電壓也將提高。氣壓是氣體分子密度的反映，氣壓越高，密度越大，氣體分子（包括自由電子）平均自由行程縮短，不易形成撞擊游離，氣隙的擊穿電壓因而提高。但氣壓過低（如接近真空）則氣體分子稀薄，也難形成大量撞擊游離，氣隙的擊穿電壓也將提高。液體絕緣介質(zhì)絕緣特性有如下特點(diǎn)：（1） .液體絕緣介質(zhì)本身的離解需要較強(qiáng)的電場(chǎng)，但其絕緣性能（電導(dǎo)）對(duì)雜質(zhì)卻非常敏感。（2） .純凈液體絕緣介質(zhì)的擊穿是因強(qiáng)電場(chǎng)作用下分子游離并形成電子崩造成（電擊穿）非純凈液體絕緣介質(zhì)的擊穿則主要是因?yàn)殡妶?chǎng)作用下雜質(zhì)的順電場(chǎng)排列形成小橋（如圖1-1所示），并且在雜質(zhì)體及附近形成局部強(qiáng)電場(chǎng)加速液體分子游離，從而產(chǎn)生新的雜質(zhì)，使小橋生長(zhǎng)并貫穿整個(gè)間隙，形成較大泄漏電流并發(fā)熱，產(chǎn)生氣泡（也屬雜質(zhì)），最終導(dǎo)致間隙擊穿（熱擊穿）。⑶.溫度對(duì)液體絕緣介質(zhì)絕緣特性的影響表現(xiàn)在如下幾個(gè)方面：首先是影響絕緣電阻，隨溫度的升高，液體介質(zhì)的粘度降低，離子受電場(chǎng)力作用而移動(dòng)時(shí)所受的阻力減小，使絕緣電阻減小，同時(shí)使液體介質(zhì)離解度增大，也促使絕緣電阻減小。隨著絕緣電阻的減小，其泄漏電流增大，熱效應(yīng)將更為明顯，會(huì)促使間隙被擊穿。另一方面，溫度的升高會(huì)使液體介質(zhì)中溶解的水份由乳化懸浮狀態(tài)轉(zhuǎn)化為分子溶解狀態(tài)，而分子溶解狀態(tài)的水份對(duì)液體介質(zhì)絕緣特性的影響比乳化懸浮狀態(tài)的水份要小得多，這會(huì)使間隙擊穿電壓升高。溫度繼續(xù)升高（＞60?80°C）,部分水份汽化形成氣泡，這又會(huì)降低間隙擊穿電壓。在極不均勻電場(chǎng)中，由于電極銳緣處發(fā)生的游離和擾動(dòng)，油中雜質(zhì)不易形成小橋，不會(huì)出現(xiàn)擊穿電壓隨溫度升高而增大的情況，而只是單調(diào)地稍有下降。對(duì)于沖擊電壓的作用，由于作用時(shí)間短，油隙中也不易形成小橋，擊穿電壓隨溫度升高也只是單調(diào)地稍有下降。固體絕緣介質(zhì)絕緣特性：（1） .固體絕緣介質(zhì)的縱向絕緣（體絕緣）很高，運(yùn)行中一般不會(huì)發(fā)生縱向絕緣擊穿事故（除非絕緣存在嚴(yán)重的內(nèi)部缺陷），但往往發(fā)生絕緣的表面擊穿——沿面放電。（2） .沿面放電實(shí)質(zhì)上也是一種氣體放電，但卻是沿固體絕緣表面進(jìn)行，其放電電壓比相同距離（爬電距離）的純氣隙擊穿電壓低。⑶.影響沿面閃絡(luò)電壓的主要因素有：電場(chǎng)分布和電壓波形、固體介質(zhì)材料、固體介質(zhì)表面性狀、大氣條件等。對(duì)電場(chǎng)分布差異很大的固體介質(zhì)表面，隨著所施加電壓（工頻）的升高，沿面放電呈階段性發(fā)展（如圖1-2所示），首先在電場(chǎng)最強(qiáng)處產(chǎn)生電暈放電，接著是出現(xiàn)許多伸向?qū)γ骐姌O的刷狀放電，再后來是出現(xiàn)樹枝狀火花放電，此起彼伏，極不穩(wěn)定，并伴有爆裂聲，稱為滑閃放電，最后當(dāng)滑閃放電到達(dá)對(duì)面電極時(shí)，就形成沿面閃絡(luò)。固體介質(zhì)材料的吸水性對(duì)沿面閃絡(luò)電壓有影響，吸水性越強(qiáng)，在相同大氣條件下的沿面閃絡(luò)電壓就越低。固體介質(zhì)表面的濕潤(rùn)度及污穢度對(duì)沿面閃絡(luò)電壓會(huì)造成影響，大雨或霧露天氣對(duì)閃絡(luò)電壓的影響機(jī)理不同，污穢物的不同也會(huì)對(duì)閃絡(luò)電壓形成不同影響。大氣條件中的溫度和氣壓對(duì)沿面閃絡(luò)電壓的影響與氣隙相似，但不如氣隙明顯；而濕度的影響則主要與固體介質(zhì)表面吸水性有關(guān)，并通過表面凝水程度來影響閃絡(luò)電壓。圖1-1液體介質(zhì)內(nèi)的小橋形成示意圖 圖1-2穿墻套管的沿面放電示意圖五.儀器設(shè)備：50/5試驗(yàn)裝置一套水阻一只高壓硅堆一只針、板、球電極各一付油槽（附電極一付）一只瓷套管一只

六?實(shí)驗(yàn)接線:(a)交流擊穿實(shí)驗(yàn)(b)直流擊穿實(shí)驗(yàn)六?實(shí)驗(yàn)接線:(a)交流擊穿實(shí)驗(yàn)(b)直流擊穿實(shí)驗(yàn)圖1-4液體介質(zhì)的擊穿實(shí)驗(yàn)接線圖圖1-3氣隙擊穿實(shí)驗(yàn)接線圖圖1-4液體介質(zhì)的擊穿實(shí)驗(yàn)接線圖圖1-5固體介質(zhì)的沿面放電實(shí)驗(yàn)接線圖七.實(shí)驗(yàn)步驟：氣隙的擊穿.實(shí)驗(yàn)接線如圖1-3所示，首先裝上球球電極，調(diào)整氣隙距離為2cm，測(cè)量工頻擊穿電壓及直流擊穿電壓，并觀察擊穿過程及電弧現(xiàn)象，注意升壓應(yīng)勻速，一般為2kv/s；然后將電極換成針針電極，同樣將氣隙調(diào)整為2cm，重復(fù)以上實(shí)驗(yàn)。.將電極換成針板電極，調(diào)整氣隙距離為2cm，施加工頻電壓，使電壓勻速升高至氣隙擊穿，觀察擊穿過程及電弧現(xiàn)象，并記錄下?lián)舸╇妷?。?保持電極狀態(tài)不變，改施直流電壓(正針負(fù)板)重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)。注意觀察直流電壓下的氣隙擊穿過程及電弧狀態(tài)與交流電壓作用下的不同，并比較擊穿電壓值的差別。⑷.同樣保持電極狀態(tài)不變，將直流極性改為負(fù)針正板，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)。注意觀察與前面實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的不同點(diǎn)，比較與正針負(fù)板時(shí)擊穿電壓值的差別，并解釋其原因。在徐徐升高電壓的過程中，注意觀察在尖端電極附近首先會(huì)產(chǎn)生電暈放電，這是由于在電壓還較低時(shí)，尖端處的場(chǎng)強(qiáng)就已經(jīng)超過了起始游離場(chǎng)強(qiáng)的臨界值，從而使尖端附近的空氣產(chǎn)生局部游離----電暈放電。電暈放電為流注向板極推進(jìn)創(chuàng)造了條件。當(dāng)電壓升高到一定值時(shí)，就會(huì)從電暈放電轉(zhuǎn)變成整個(gè)間隙的火花擊穿，注意觀察光花擊穿時(shí)的通道形狀，加深對(duì)流注放電機(jī)理的認(rèn)識(shí)。液體電介質(zhì)的擊穿將放電電極浸入變壓器油中，如圖1-4所示，在變壓器油中加入少許纖維雜質(zhì)，徐徐升高電壓，直至發(fā)生變壓器油擊穿為止。通過本實(shí)驗(yàn)加深對(duì)小橋擊穿機(jī)理的理解。當(dāng)電壓徐徐升高時(shí)，注意觀察在電場(chǎng)作用下纖維雜質(zhì)沿電力線方向定向排列成雜質(zhì)小橋的情況；進(jìn)一步觀察形成貫穿電極的雜質(zhì)小橋后，使泄漏電流增大，發(fā)熱增加，促使水分汽化形成氣泡，而氣泡的游離又使氣泡增多，最后使小橋通道游離擊穿的全過程。沿面放電實(shí)驗(yàn)接線如圖1-5所示，在徐徐升壓直至閃絡(luò)的過程中，注意觀察刷形放電----滑閃放電----沿面放電的三個(gè)放電階段，由于沿面放電是沿著固體表面的氣體放電現(xiàn)象，因此沿面放電在本質(zhì)上仍屬氣體放電的一種，和氣體放電一樣可以用流注放電機(jī)理來解釋放電的過程。但是沿面放電是沿著固體表面進(jìn)行的，因此沿面閃絡(luò)電壓值的大小與固體介質(zhì)表面的電場(chǎng)分布、爬電距離、固體介質(zhì)表面狀況等密切相關(guān)。注意：為保證實(shí)驗(yàn)的安全，觀察應(yīng)在警戒區(qū)外，發(fā)生擊穿放電后設(shè)備應(yīng)具有后備跳閘保護(hù)。八．實(shí)驗(yàn)報(bào)告：計(jì)算球球間隙及針板間隙在工頻、常壓條件下空氣的抗電強(qiáng)度（Kv/cm）；解釋極性效應(yīng)；解釋液體擊穿的小橋機(jī)理；解釋為什么在交流電壓下，沿面放電初期的刷形放電發(fā)生在接地的法蘭附近，而不是發(fā)生在處于高電位的導(dǎo)桿附近；總結(jié)沿面放電與氣隙放電的共同點(diǎn)和區(qū)別。實(shí)驗(yàn)二?介質(zhì)損耗角正切值的測(cè)量實(shí)驗(yàn)?zāi)康模簩W(xué)習(xí)使用QS1型西林電橋測(cè)量介質(zhì)損耗正切值的方法。預(yù)習(xí)要點(diǎn)：概念：介質(zhì)損耗、損耗角、交流電橋判斷：介質(zhì)損耗是表征介質(zhì)交流損耗的參數(shù)(直流損耗用電導(dǎo)就可表征)包括電導(dǎo)損耗和電偶損耗；測(cè)量tg8值對(duì)檢測(cè)大面積分布性絕緣缺陷或貫穿性絕緣缺陷較靈敏和有效，但對(duì)局部性非貫穿性絕緣缺陷卻不靈敏和不太有效。推理：中性介質(zhì)的介質(zhì)損耗主要是電導(dǎo)損耗，極性介質(zhì)的介質(zhì)損耗則由電導(dǎo)損耗和電偶損耗兩部分組成。相關(guān)知識(shí)點(diǎn)：介質(zhì)極化、偶極子、漏導(dǎo)。實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目：正接線測(cè)試反接線測(cè)試實(shí)驗(yàn)說明：絕緣介質(zhì)中的介質(zhì)損耗(P=sCu2tg8)以介質(zhì)損耗角8的正切值(tg8)來表征，介質(zhì)損耗角正切值等于介質(zhì)有功電流和電容電流之比。用測(cè)量tg8值來評(píng)價(jià)絕緣的好壞的方法是很有效的，因而被廣泛采用，它能發(fā)現(xiàn)下述的一些絕緣缺陷：絕緣介質(zhì)的整體受潮；絕緣介質(zhì)中含有氣體等雜質(zhì)；浸漬物及油等的不均勻或臟污。測(cè)量介質(zhì)損耗正切值的方法較多，主要有平衡電橋法(QS1)，不平衡電橋法及瓦特表法。目前，我國(guó)多采用平衡電橋法，特別是工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)廣泛采用QS1型西林電橋。這種電橋工作電壓為lOKv，電橋面板如圖2-1所示，其工作原理及操作方法簡(jiǎn)介如下:(1).檢流計(jì)調(diào)諧鈕(3).C4電容箱(tgS)⑸?微調(diào)電阻P(R3橋臂)⑺?檢流計(jì)電源開關(guān)(2).檢流計(jì)調(diào)零鈕(4).R3電阻箱⑹?靈敏度調(diào)節(jié)鈕⑻.檢流計(jì)標(biāo)尺框⑼.+tg8/-tg§及接通1/斷開/接通II切換鈕⑽).檢流計(jì)電源插座 (11).接地(12).低壓電容測(cè)量(14)?橋體引出線(13).分流器選擇鈕圖2-1QS1圖2-1QS1西林電橋面板圖圖2-1QS1西林電橋面板圖1.工作原理：原理接線圖如圖2-2所示，橋臂BC接入標(biāo)準(zhǔn)電容C(一般NC=50pf),橋臂BD由固定的無感電阻R和可調(diào)電容C并聯(lián)組成，N 4 4橋臂AD接入可調(diào)電阻屯，對(duì)角線AB上接入檢流計(jì)G,剩下一個(gè)橋臂AC就接被試品C。3X高壓試驗(yàn)電壓加在CD之間，測(cè)量時(shí)只要調(diào)節(jié)R和C就可使G3 4中的電流為零，此時(shí)電橋達(dá)到平衡。由電橋平衡原理有:

UU CA=CBUUAD BD即：ZZADBD式2-1）各橋臂阻抗分別為：即：ZZADBD式2-1）RZ=Z= x—CAX1+j?C-RXXZ=Z=RAD 3 3將各橋臂阻抗代入式2-？BDCB■41+j?C-R44j?CN并使等式兩邊的實(shí)部和虛部分別相等，可得：RC=C-—4 tgd=?-C-R （式2-2）X NR 4 43在電橋中，R的數(shù)值取為=10000/n=3184（Q）,電源頻率?=100n，因此：4tg§二C（uf） （式2-3）4即在C電容箱的刻度盤上完全可以將C的電容值直接刻度成tgS值（實(shí)際上是刻度成4 4tg5（%）值），便于直讀。2．接線方式：QS1電橋在使用中有多種接線方式，即圖2-3（b）所示的正接線，圖2-3（c）所示的反接線，圖2-3（d）所示的對(duì)角接線，另外還有低壓測(cè)量接線等。正接線適用于所測(cè)設(shè)備兩端都對(duì)地絕緣的情況，此時(shí)電橋的D點(diǎn)接地，試驗(yàn)高電壓在被試品及標(biāo)準(zhǔn)電容上形成壓降后，作用于電橋本體的電壓很低，測(cè)試操作很安全也很方便，而且電橋的三根引出線（C、C、E）也都是低壓，不需要與地絕緣。XN反接線適用于所測(cè)設(shè)備有一端接地的情況，這時(shí)是C點(diǎn)接地，試驗(yàn)高電壓通過電橋加在被試品及標(biāo)準(zhǔn)電容上，電橋本體處于高電位，在測(cè)試操作時(shí)應(yīng)注意安全，電橋調(diào)節(jié)手柄應(yīng)保證具有15kv以上的交流耐壓能力，電橋外殼應(yīng)保證可靠接地。電橋的三根引出線為高壓線，應(yīng)對(duì)地絕緣。對(duì)角接線使用于所測(cè)設(shè)備有一端接地而電橋耐壓又不夠，不能使用反接線的情況，但這種接線的測(cè)量誤差較大，測(cè)量結(jié)果需進(jìn)行校正。低壓接線可用來測(cè)量低壓電容器的電容量及tgS值，標(biāo)準(zhǔn)電容可選配O.OOluf（可測(cè)C范圍為300pf?10uf）或O.Oluf（可測(cè)C范圍為3000pf?100uf）XX3.分流電阻的選擇及tgS值的修正：QS1電橋可測(cè)試品范圍很廣，試品電容電流變化范圍也很廣，但電橋中R3的最大允許工作電流為0.01A,如果試品電容電流超過此值，則必須投入分流器，以保證R；的安全工作，分流器擋位的選擇可按表2-1所列數(shù)據(jù)進(jìn)行。在投入分流器后所測(cè)tgS值很小的情況下，測(cè)量值應(yīng)進(jìn)行校正，其校正式如下:n)tgSX=tg§-Atg5n)”、ro-CRGoo-p-AtgO= N4R+p3tgS為實(shí)測(cè)值，AtgS為校正量，tgS為校正后的值。X表2-1分流器擋位選扌擇表試品電容量（pf）300080001940048000400000分流開關(guān)刻度（A）0.010.0250.060.151.25

分流系數(shù)n100+Rc6025104五.儀器設(shè)備：50/5試驗(yàn)裝置一套水阻一只電壓表一只QS1電橋一套220Kv脈沖電容器(被試品)一只六?實(shí)驗(yàn)接線：(a) 高壓試驗(yàn)源 (b)正接線 (c) (a) 高壓試驗(yàn)源 (b)正接線 (c) 反接線圖2-3QS1西林電橋試驗(yàn)接線圖E(d)對(duì)角接線七.實(shí)驗(yàn)步驟：.首先按圖2-3所示的正接線法接好試驗(yàn)線路；.將R3、C4以及靈敏度旋鈕旋至零位，極性切換開關(guān)放在中間斷開位置；⑶.根據(jù)被試品電容量確定分流器擋位；⑷.檢查接線無誤后，合上光偏式檢流計(jì)的光照電源，這時(shí)刻度板上應(yīng)出現(xiàn)一條窄光帶,調(diào)節(jié)零位旋鈕，使窄光帶處在刻度板零位上；.合上試驗(yàn)電源，升至所需試驗(yàn)電壓；.把極性切換開關(guān)轉(zhuǎn)至“+tg5”位置的“接通I”上；.把靈敏度旋鈕旋至1或2位置，調(diào)節(jié)檢流計(jì)的合頻旋鈕，找到檢流計(jì)的諧振點(diǎn)，光帶達(dá)到最寬度，即檢流計(jì)單擋靈敏度達(dá)到最大；.調(diào)節(jié)檢流計(jì)靈敏度旋鈕，使光帶達(dá)到滿刻度的1/3?2/3為止；.先調(diào)節(jié)R3使光帶收縮至最窄，然后調(diào)節(jié)C4使光帶再縮至最窄，當(dāng)觀察不便時(shí)，應(yīng)增大靈敏度旋鈕擋(注意在整個(gè)調(diào)節(jié)過程中，光帶不能超過滿刻度)，最后，反復(fù)調(diào)節(jié)P和C并在靈敏度旋鈕增至10擋(最大擋)時(shí)，將光帶收縮至最窄(一般不超過4mm),這時(shí)電橋4達(dá)到平衡；.電橋平衡后，記錄tg§、R3、P值，以及分流器擋位和所對(duì)應(yīng)的分流器電阻n,還有所用標(biāo)準(zhǔn)電容的容量C；N.將檢流計(jì)靈敏度降至零，把極性旋鈕旋至關(guān)斷，把試驗(yàn)電壓降至零并關(guān)斷試驗(yàn)電源,關(guān)斷燈光電源開關(guān)，最后將試驗(yàn)變壓器及被試品高壓端接地。.計(jì)算被試品電容量：—c?斗.XNR3+P n式中，C 標(biāo)準(zhǔn)電容的容量(50pf或100pf)Nn 分流器電阻值(對(duì)應(yīng)于分流器擋位，如表2-1所列).按圖2-4所示的反接線法接好試驗(yàn)線路(選做)；并按⑵?(12)操作步驟調(diào)節(jié)電橋，測(cè)出被試品的tg5值和CX值。注意：反接線法橋體內(nèi)為高壓，電橋箱體必須良好接地，電橋引出線應(yīng)架空與地絕緣。操作時(shí)注意安全。八.實(shí)驗(yàn)報(bào)告：繪出試驗(yàn)接線祥圖；記錄被試品的tg8；計(jì)算被試品的Cx。實(shí)驗(yàn)三?懸式絕緣子串的電壓分布測(cè)試實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私鈶沂浇^緣子串上的電壓分布規(guī)律，學(xué)習(xí)使用球隙放電器測(cè)量絕緣子串上電壓分布的方法。預(yù)習(xí)要點(diǎn)：CP?概念：分布電容（對(duì)地C］、對(duì)導(dǎo)線c2）、絕緣子串物理模型、電壓分布；CP?判斷推理：導(dǎo)線側(cè)絕緣子電壓分布最高；增大c2可以改善絕緣子串電壓分布。相關(guān)知識(shí)點(diǎn)：球隙放電。不同電壓等級(jí)線路絕緣子串的絕緣子（以X-4.5為例）片數(shù)：>14片/220kv;>8片/llOkv;>4片/35kvX-4.5絕緣子單片耐壓強(qiáng)度為56kv。實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目：1?無均壓環(huán)的絕緣子串電壓分布試驗(yàn)2?有均壓環(huán)的絕緣子串電壓分布試驗(yàn)實(shí)驗(yàn)說明：圖3-3線路上懸式絕緣子串的等值電路11—il—Ill-i懸式絕緣子的結(jié)構(gòu)如圖3-1所示，其在高電壓作用下的物理模型如圖3-2所示，其中C為鐵帽與鋼腳間的電容，r為體電阻，％氣為表面等效電容及電阻，實(shí)際上r及氣都很大，5又很小，故實(shí)用簡(jiǎn)化模型就相當(dāng)于一個(gè)電容C，絕緣子串就相當(dāng)于串聯(lián)的電容鏈。實(shí)際運(yùn)行的絕緣子串，其上部懸掛在接地的鐵橫擔(dān)上，下部懸掛著高壓輸電導(dǎo)線。絕緣子串上承受著相對(duì)地電壓，在絕緣子串中，每片絕緣子除了有極間電容C外，還存在著對(duì)地分布電容C］以及對(duì)高壓導(dǎo)線分布電容C2,整個(gè)絕緣子串的等值電路可用圖圖3-3線路上懸式絕緣子串的等值電路11—il—Ill-i圖3-2高電壓下懸式絕緣子物理模型C=40-70(pf)、 C]=4-5(pf)、 C2=0.5-1(pf)如果沒有C1及c2，顯然每個(gè)絕緣子上的電壓AU將均勻分布，其值為AU=I?（1/eC），但由于存在5及C2，每個(gè)絕緣子上的電壓AU將變得不均勻，如圖3-4所示，流過C］的電流將使靠近高壓導(dǎo)線的絕緣子承擔(dān)較大的電壓，而流過c2的電流又將使靠近鐵橫擔(dān)的絕緣子承擔(dān)較大的電壓，綜合5、c2的共同作用，使得絕緣子串呈現(xiàn)出兩端高中間低的電壓分布，

又由于C］>>C2，使得靠近高壓導(dǎo)線的絕緣子的電壓分布尤其高，整個(gè)絕緣子串上的電壓分布曲線如圖3-5所示。圖3-4分布電容對(duì)絕緣子串電壓分布的影響不考慮C圖3-4分布電容對(duì)絕緣子串電壓分布的影響不考慮C］、C2時(shí)的電壓分布；C1影響后的電壓分布；C2影響后的電壓分布；C］、c2綜合影響后的電壓分布。圖3-5懸式絕緣子串的電壓分布曲線由于絕緣子串上電壓分布的不均勻，可能使得承受電壓較大的絕緣子產(chǎn)生局部放電，加速絕緣子老化，造成無線電干擾等，為了滿足運(yùn)行要求可能要增加絕緣子片數(shù)，而這將增大工程成本，因此應(yīng)盡可能改善絕緣子串上的電壓分布（特別是在220kv及以上高壓及超高壓線路上）。改善的方法仍著眼于改變上述分布電容，即減小q及增大C2,減小q可使用小體積的桿塔，增大C2可采用增大導(dǎo)線與絕緣子的耦合面，如采用分裂導(dǎo)線、安裝均壓環(huán)等。工程中對(duì)絕緣子串上電壓分布的測(cè)量，可檢測(cè)出由于內(nèi)部機(jī)械應(yīng)力，運(yùn)行中的機(jī)電負(fù)荷及介質(zhì)材料的自然老化引起的絕緣子串局部損壞（如劣化、斷裂）等缺陷。五?儀器設(shè)備：50/5試驗(yàn)裝置一套電壓表一只鉗壓球隙一只懸式絕緣子串一串均壓環(huán)一只六?實(shí)驗(yàn)接線：圖3-6圖3-6測(cè)量懸式絕緣子串電壓分布的實(shí)驗(yàn)接線七.實(shí)驗(yàn)步驟：本實(shí)驗(yàn)采用球隙放電器測(cè)量由6片X-4.5型懸式絕緣子組成的絕緣子串的電壓分布，按圖3-6所示接好實(shí)驗(yàn)線路，實(shí)驗(yàn)步驟如下：

.先不安裝均壓環(huán)，檢查實(shí)驗(yàn)線路正確后，接通電源；.調(diào)整好球隙放電器的球隙距離，并保證其在整個(gè)試驗(yàn)過程中不變，把放電器的兩極置于第n片絕緣子兩端，如圖3-?所示，然后合上高壓試驗(yàn)開關(guān)，均勻升高導(dǎo)線電壓，直至放電器放電為止，記錄此時(shí)的電壓讀數(shù)，連做三次取平均值作為測(cè)量第n片絕緣子時(shí)施加于絕緣子串上的總電壓uBn；⑶.依次將放電器安置于其它絕緣子上，重做上述試驗(yàn)，并記下電壓值；⑷.依據(jù)記錄的UBn(n=l,2,…，6)，計(jì)算每片絕緣子的電壓分布百分?jǐn)?shù)，計(jì)算式如下：/\n UBn1￡丄n UBnIn=1UBn丿(5).裝上均壓環(huán)，重做上述試驗(yàn)。八.實(shí)驗(yàn)報(bào)告：.以表格形式記錄的各片試驗(yàn)電壓UBn；.計(jì)算出各片的電壓分布百分?jǐn)?shù)Un%；⑶.作出絕緣子串的電壓分布曲線(n—AUn%)；⑷.對(duì)試驗(yàn)結(jié)果作出說明，并著重分析：n電壓分布曲線為何呈現(xiàn)如此形狀?均壓環(huán)的作用原理。實(shí)驗(yàn)四．避雷器試驗(yàn)一．實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私忾y型避雷器的種類、型號(hào)、規(guī)格、工作原理及不同種類避雷器的結(jié)構(gòu)和適用范圍，掌握閥型避雷器電氣預(yù)防性試驗(yàn)的項(xiàng)目、具體內(nèi)容、試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)及試驗(yàn)方法。二．預(yù)習(xí)要點(diǎn)：概念：滅弧電壓、沖擊放電電壓、工頻放電電壓、殘壓、保護(hù)比、切斷比、工頻續(xù)流、直流電導(dǎo)電流、非線性系數(shù)、沖擊系數(shù)。判斷：普通閥型避雷器閥片熱容量小，磁吹閥型避雷器閥片熱容量較大。推理：普通閥型避雷器只用于限制大氣過電壓，磁吹閥型避雷器既可用于限制大氣過電壓也可用于限制內(nèi)部過電壓。相關(guān)知識(shí)點(diǎn)：大氣過電壓、內(nèi)過電壓、伏秒特性、沖擊耐壓強(qiáng)度、絕緣配合、雷電流計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)。三．實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目：1．FS-10型避雷器試驗(yàn)（1）．絕緣電阻檢查（2）．工頻放電電壓測(cè)試2．FZ-15型避雷器試驗(yàn)（1）．絕緣電阻檢查（2）．泄漏電流及非線性系數(shù)的測(cè)試四．實(shí)驗(yàn)說明：閥型避雷器分普通型和磁吹型兩類，普通型又分FS型（配電型）和FZ型（站用型）兩種。它們的作用過程都是在雷電波入侵時(shí)擊穿火花間隙，通過閥片（非線性電阻）泄導(dǎo)雷電流并限制殘壓值，在雷電過后又通過閥片減小工頻續(xù)流并通過火花間隙的自然熄弧能力在工頻續(xù)流第一次過零時(shí)切斷之，避雷器實(shí)際工作時(shí)的通流時(shí)間才10ms（半個(gè)工頻周期）。FS型避雷器的結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單，如圖4-1所示，由火花間隙和非線性電阻（閥片）串聯(lián)組成。FZ型避雷器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是在火花間隙上并聯(lián)有均壓電阻（也為非線性電阻），如圖4-2所示，增設(shè)均壓電阻是為了提高避雷器的保護(hù)性能，因?yàn)槎鄠€(gè)火花間隙串聯(lián)后將引起間隙上工頻電壓分布不均，并隨外瓷套電壓分布而變化，從而引起避雷器間隙恢復(fù)電壓的不均勻及不穩(wěn)定，降低避雷器熄弧能力，同時(shí)其工頻放電電壓也將下降和不穩(wěn)定。加上均壓電阻后，工頻電壓將按電阻分布，從而大大改善間隙工頻電壓的分布均勻度，提高避雷器的保護(hù)性能。非線性電阻的伏安特性式為：U=CIa，其中C為材料系數(shù)，a即為非線性系數(shù)（普通型閥片的a~0.2、磁吹型閥片的a~0.24、FZ型避雷器因均壓電阻的影響，其整體a~0.35?0.45）,其伏安特性曲線如圖4-3所示。可見流過非線性電阻的電流越大，其阻值越小，反之其阻值越大，這種特性對(duì)避雷器泄導(dǎo)雷電流并限制殘壓，減小并切斷工頻續(xù)流都很有利。另外，F(xiàn)S型避雷器的工作電壓較低（W10kv）,而FZ型避雷器工作電壓可做到220kv。FZ型避雷器中的非線性電阻（均壓電阻和閥片）的熱容量較FS型為大，因其工作時(shí)要長(zhǎng)期流過工頻漏電流（很小、微安級(jí)）。磁吹型避雷器有FCZ型（電站用）和FCD型（旋轉(zhuǎn)電機(jī)用）兩種，其結(jié)構(gòu)與FZ型相似，間隙上都有均壓電阻，只是磁吹型避雷器采用磁吹間隙，并配有磁場(chǎng)線圈和輔助間隙。由于以上結(jié)構(gòu)上的不同，所以對(duì)FS型和FZ（FCZ、FCD）型避雷器的預(yù)防性試驗(yàn)項(xiàng)目和標(biāo)準(zhǔn)都有很大的不同。

根據(jù)《電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程》，對(duì)FS型避雷器主要應(yīng)做絕緣電阻檢查和工頻放電電壓試驗(yàn)，對(duì)FZ（及FCZ、FCD）型避雷器則應(yīng)做絕緣電阻檢查和直流泄漏電流及非線性系數(shù)的測(cè)試。只有在其解體檢修后才要求做工頻放電電壓試驗(yàn)（需要專門設(shè)備）避雷器其它的預(yù)防性試驗(yàn)還包括底座絕緣電阻的檢查、放電計(jì)數(shù)器的檢查及瓷套密封性檢查等。避雷器試驗(yàn)應(yīng)在每年雷雨季節(jié)前及大修后或必要時(shí)進(jìn)行。絕緣電阻的檢查應(yīng)采用電壓三2500v及量程22500MQ的兆歐表。要求對(duì)于FS型避雷器絕緣電阻應(yīng)不低于2500MQ；FZ（FCZ、FCD）型避雷器絕緣電阻與前次或同類型的測(cè)試值比較，不應(yīng)有明顯差別。FS型避雷器的工頻放電電壓試驗(yàn)的合格值如表4-1所列。表4-1FS型避雷器的工頻放電電壓值:額定電壓（kv）3610工頻放電電壓（kv）大修后9?1116?1926?31運(yùn)行中8?1215?2123?33FZ型避雷器的直流泄漏電流及非線性系數(shù)的測(cè)試的試驗(yàn)電壓及電導(dǎo)電流值如表4-2所列，所測(cè)泄漏電流值還應(yīng)與歷年數(shù)據(jù)相比較，不應(yīng)有顯著變化，同相元件電導(dǎo)電流差值不應(yīng)大于30%。-100%非線性系數(shù)按式4-2計(jì)算:ru-100%非線性系數(shù)按式4-2計(jì)算:rui（式4-1）log（式4-2）表4-2FZ型避雷器的直流泄漏試驗(yàn)電壓及電導(dǎo)電流值：額定電壓（kv）3610152030408101216試驗(yàn)電壓（kv） —U~4610162024321^±2U2時(shí)電導(dǎo)電流（nA）450?650400--600電導(dǎo)電流差值按式4-1計(jì)算:同相組合元件的非線性系數(shù)差值不應(yīng)大于0.05。is圖4-1FS型避雷器結(jié)構(gòu)及圖4-2FZ型避雷器電路示意圖is圖4-1FS型避雷器結(jié)構(gòu)及圖4-2FZ型避雷器電路示意圖電路示意圖圖4-3非線性電阻的伏安特性曲線五?儀器設(shè)備：50/5試驗(yàn)裝置一套水阻一只

高壓硅堆一只濾波電容一只微安表一只電壓表一只高壓靜電電壓表一只FS-10型避雷器一只FZ-15型避雷器一只六?實(shí)驗(yàn)接線：rr5-1圖4-4