第7章-電氣設(shè)備絕緣的高電壓試驗-2014

第6章電氣設(shè)備的預(yù)防性試驗6.1絕緣電阻的測試6.2泄漏電流的測量6.3介質(zhì)損耗角正切值的測量6.4局部放電的測試6.5電壓分布的測量6.6絕緣油的電氣試驗和氣相色譜分析6.7絕緣狀態(tài)的在線監(jiān)測高電壓工程基礎(chǔ)《高電壓工程基礎(chǔ)》（第二版）施圍邱毓昌張喬根（西安交通大學(xué)）編著劉青（西安科技大學(xué)）制作高電壓工程基礎(chǔ)第七章電氣設(shè)備絕緣的高電壓試驗7.1交流高電壓試驗7.2直流高電壓試驗7.3沖擊電壓試驗

7.4脈沖功率技術(shù)7.5

穩(wěn)態(tài)高電壓的測量7.6

沖擊電壓的測量7.7

光電與數(shù)字化測量技術(shù)高電壓工程基礎(chǔ)7.1交流高電壓試驗

交流絕緣試驗應(yīng)采用頻率為45Hz~65Hz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，試驗時電壓波形的畸變應(yīng)盡可能小。交流高壓的產(chǎn)生：工頻試驗變壓器串聯(lián)諧振方法高電壓工程基礎(chǔ)工頻電壓的產(chǎn)生1.工頻高壓試驗對試驗設(shè)備的要求T.O.QBTR1R2工頻高壓試驗的一般線路圖調(diào)壓器試驗變壓器保護電阻（保護球隙）保護電阻（限流限壓）球間隙被試品高電壓工程基礎(chǔ)工頻試驗變壓器的特點：（1）電壓試驗變壓器電壓很高；（2）調(diào)壓與波形電壓波形應(yīng)該是正負(fù)半波對稱的正弦波形，頻率在45~55Hz范圍內(nèi)。（3）試驗變壓器的容量不大，所以設(shè)計時采用較小的安全系數(shù)，在額定電壓下只能作短時運行，對特高壓的試驗變壓器，只有在2/3的額定電壓下才能長期運行。高電壓工程基礎(chǔ)2.串級試驗變壓器

2U2

U2

T3

21

3

21T2

3

2

1T1

3U2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高電壓工程基礎(chǔ)3.調(diào)壓裝置（1）對調(diào)壓裝置的要求a）輸出電壓質(zhì)量好

要求調(diào)壓器輸出電壓波形應(yīng)盡量接近正弦波；輸出電壓下限最好為零。b）調(diào)壓特性好

要求調(diào)壓器阻抗不宜過大；調(diào)壓特性曲線平滑線性；調(diào)節(jié)方便、可靠。（2）常用的調(diào)壓裝置a）自耦式調(diào)壓裝置；b）移圈式調(diào)壓器；c）感應(yīng)調(diào)壓器高電壓工程基礎(chǔ)串聯(lián)諧振交流高壓的產(chǎn)生CRL串聯(lián)諧振裝置的等效電路串聯(lián)諧振方法的優(yōu)點：1）波形的畸變?。?）故絕緣擊穿處的電弧不會將故障點擴大高電壓工程基礎(chǔ)調(diào)頻調(diào)壓電源50Hz電源反饋控制信號激勵變壓器電抗器分壓器被試品變頻串聯(lián)諧振裝置的原理框圖電容分壓器是純電容式的，用來測量試驗電壓。系統(tǒng)的頻率取決于回路的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)。高電壓工程基礎(chǔ)交流高壓試驗1）防止工頻高壓試驗中可能出現(xiàn)的過電壓原因：“容升”效應(yīng)、對初級繞組突然加壓、當(dāng)輸出電壓較高時突然切斷電源等；防止措施：在變壓器出線端與被試品之間串接一適當(dāng)阻值的保護電阻（按0.1

/V選取阻值）2）試驗電壓的波形畸變原因：變壓器或調(diào)壓裝置的鐵芯工作在在磁化曲線的飽和段，或當(dāng)變壓器和調(diào)壓器存在漏抗；措施：在試驗變壓器原邊繞組并聯(lián)一個L-C串聯(lián)諧振回路。u1

CLC

L

Tu1高電壓工程基礎(chǔ)3）外施電壓試驗和感應(yīng)高壓試驗

有些電氣設(shè)備繞組絕緣是分級的，繞組的各不同部位應(yīng)該耐受和能夠耐受的試驗電壓當(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。解決這個問題的辦法就是感應(yīng)高壓試驗，即在其低壓繞組上加足夠高的電壓，使中壓繞組、高壓繞組感應(yīng)出所需的試驗電壓來。高電壓工程基礎(chǔ)7.2直流高電壓試驗（1）直流高壓試驗設(shè)備1）測量泄漏電流；2）直流耐壓試驗；3）沖擊電壓發(fā)生器和沖擊電流發(fā)生器等的直流高壓電源。（2）對直流電源的要求高壓試驗的直流電源在提供負(fù)載電流時，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。高電壓工程基礎(chǔ)直流高電壓的產(chǎn)生1.半波整流回路和直流高壓設(shè)備的基本參數(shù)T---工頻室驗變壓器C---濾波電容器D---整流元件(高壓硅堆)R---保護電阻Umax、Umin、Ud---試品輸出直流電壓的最大值、最小值、算術(shù)平方值TDRCRxutTUminUmaxUT半波整流電路及輸出電壓波形圖（1）半波整流回路高電壓工程基礎(chǔ)（2）直流高壓試驗設(shè)備的基本技術(shù)參數(shù)1）輸出的額定直流電壓（算術(shù)平均值）Ud2）相應(yīng)的額定直流電流（平均值）Id3）電壓脈動系數(shù)（亦稱紋波系數(shù)）

S對于半波整流電路高電壓工程基礎(chǔ)2.倍壓整流回路CCT倍壓電路1230C1常用倍壓電路C2變壓器A點對地絕緣為2UT，而點A’為UT。輸出電壓為2UT。工作原理：1）當(dāng)電源為負(fù)時，硅堆D1截止，D2導(dǎo)通，電源經(jīng)D2、R對電容C1充電，C1最高充電電壓可達(dá)UTm；2）當(dāng)電源電壓升高時，1點電位也抬高，D2截止，D1導(dǎo)通，電源經(jīng)C1向C2充電，2點電位逐漸升高。高電壓工程基礎(chǔ)3.串級直流發(fā)生器D1C1’C1Q2Q2+Q1Q2+2Q1Q2+(n-1)Q1Q12Q1nQ1Q2+(n-2)Q1RxIdD1’DnDn’Cn’Cn串級直流高壓發(fā)生器原理圖減小電壓脈動系數(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。高電壓工程基礎(chǔ)直流高電壓的試驗（1）直流高壓試驗要根據(jù)不同試品、不同的試驗要求選擇合適的電源容量。（2）保護電路當(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)高壓硅的電流，需在試品與高壓輸出端之間串接一保護電阻。1.直流高電壓試驗注意事項高電壓工程基礎(chǔ)(1)

試驗設(shè)備的容量較小。(2)在試驗時可以同時測量泄漏電流；(3)在某種程度上帶有非破壞性試驗的性質(zhì)；(4)對交流電氣設(shè)備絕緣的考驗不如交流試驗?zāi)菢咏咏鼘嶋H情況。2.直流高電壓試驗的特點高電壓工程基礎(chǔ)7.3沖擊電壓試驗沖擊電壓：（雷電沖擊電壓、操作沖擊電壓）POO’TfCFTttUxyz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：

1.2/50[

s]標(biāo)準(zhǔn)操作沖擊電壓：

250/2500[

s]高電壓工程基礎(chǔ)沖擊電壓發(fā)生器與參數(shù)計算1.沖擊電壓產(chǎn)生的基本原理_+RfRtC2C1U0u2(t)Rd_+RfRtC2C1u2(t)U0LRf_+RtC2C1U0u2(t)(a)典型等效電路(b)考慮回路電感的等效電路(c)高效回路的等效原理：（1）充電過程：C1向C2充電，建立電壓，形成波頭；（2）放電過程：當(dāng)C1、C2上的電壓相等時，并聯(lián)對Rt放電，形成波尾。主電容試品等電容波頭電阻波尾電阻高電壓工程基礎(chǔ)RRRR多級沖擊電壓發(fā)生器RfRtATT“電容器并聯(lián)充電，串聯(lián)放電”，這一過程由一組球隙來完成。高電壓工程基礎(chǔ)RRRrDCCCCT沖擊電壓發(fā)生器的單邊充電回路RRRrDDRRRRCCCCCCCCT沖擊電壓發(fā)生器的雙邊充電回路高電壓工程基礎(chǔ)2.沖擊電壓發(fā)生器放電回路的近似計算（1）波前時間的確定高電壓工程基礎(chǔ)（2）半峰值時間的確定（3）沖擊電壓發(fā)生器的效率高電壓工程基礎(chǔ)

截斷波的產(chǎn)生方法

變壓器類設(shè)備應(yīng)作雷電沖擊截斷波試驗，以模擬絕緣子閃絡(luò)或避雷器動作時所形成的截斷波。產(chǎn)生截斷波的原理：將一截斷間隙與被試品并聯(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，由于截斷間隙的擊穿，作用在被試品上的電壓就是截斷波。

目前多采用可控截斷電路來控制截斷時間，截斷間隙采用針孔球隙。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，形成截斷。高電壓工程基礎(chǔ)

操作沖擊電壓的獲得（1）利用沖擊電壓發(fā)生器產(chǎn)生操作波

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。（2）利用電容器對變壓器原繞組放電產(chǎn)生操作波

一組電容由直流充電至一定值，然后通過球隙G的擊穿，使向試驗變壓器的原繞組（低壓側(cè)）放電，在變壓器的副繞組（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。IEC推薦的利用工頻試驗變壓器產(chǎn)生操作沖擊高電壓工程基礎(chǔ)7.4脈沖功率技術(shù)脈沖功率技術(shù)的應(yīng)用：核輻射效應(yīng)模擬核爆電磁脈沖模擬慣性約束核聚變閃光照相高功率微波材料科學(xué)及其他領(lǐng)域高電壓工程基礎(chǔ)7.5

穩(wěn)態(tài)高電壓的測量高壓測量系統(tǒng)：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）峰值或有效值總不確定度在

3％之內(nèi)；（2）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%。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)①利用氣體放電測量交流高電壓，例如測量球隙。②利用靜電力測量高電壓，例如靜電電壓表。③利用整流電容電流或充電電壓來測量高電壓，例如峰值電壓表。④利用分壓器測量高電壓，如電容分壓器和電阻分壓器。實驗室中測量穩(wěn)態(tài)高壓常用的方法：高電壓工程基礎(chǔ)

氣體放電間隙1.球間隙垂直型標(biāo)準(zhǔn)測量球隙（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)。（2）當(dāng)球隙距離不大于0.4D時，其測量不確定度在

5%以內(nèi)。（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。（5）測量時較費時間，所需的空間越大。高電壓工程基礎(chǔ)2.棒間隙IEC規(guī)定中，推薦使用左圖的棒間隙測量直流電壓時，其測量不準(zhǔn)確度在±3%以內(nèi)，測量方法與球間隙一樣。

標(biāo)況下，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)Sfl

靜電電壓表原理：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。高電壓工程基礎(chǔ)

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電容器電流整流法

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)2.電容器充電電壓法測量交流峰值IdRCDV

A電容器充電電壓法

被測交流電壓經(jīng)整流管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。

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：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

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Vr，當(dāng)脈動電壓的頻率為f，則電阻R兩端的電壓為：

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。高電壓工程基礎(chǔ)

高壓分壓器1.高阻分壓器和串有高阻的電流表U2U1Z1Z2高阻分壓器I2U1Z1Z2AP高阻與電流表串聯(lián)

被測電壓越高，分壓器本體電阻值越大，對地雜散電容越大，誤差也很大。因此電阻分壓器只適用于被測電壓低于100kV的情況。

為防止儀表超量程，并聯(lián)保護的放電間隙P；

為了防止在控制臺出現(xiàn)高電壓，微安表應(yīng)并聯(lián)電阻。高電壓工程基礎(chǔ)2.電容分壓器C2C1U1U2交流電容分壓器分壓器高壓臂分壓器低壓臂（1）分布式電容分壓器，它的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。（2）集中式電容分壓器，它的高壓臂使用一個氣體介質(zhì)的高壓標(biāo)準(zhǔn)電容器。

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)的電容器。

電容量根據(jù)分壓比和低壓儀表的量程確定。高電壓工程基礎(chǔ)7.6

沖擊電壓的測量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、波尾截斷波以及1/5

s短波，幅值的測量不確定度不超過±3%，1

s以內(nèi)波頭截斷波，其幅值的測量誤差不超過±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。高電壓工程基礎(chǔ)1.球間隙測量沖擊電壓的幅值在利用球隙測量沖擊電壓時的注意問題：a.

在球隙距離太?。ǚ烹婋妷?0kV以下），或者球隙直徑太?。ㄐ∮?2.5cm）時，為減小分散性，應(yīng)對球隙進(jìn)行照射。b.

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所造成的振蕩對被試品的損傷，需要加入