第7章电气绝缘设备高电压试验

1、第7章电气绝缘设备高电压试验 高电压工程基础高电压工程基础 第7章电气绝缘设备高电压试验 高电压工程基础 第第7 7章章 电气设备绝缘的高电压试验电气设备绝缘的高电压试验 7.1交流高电压试验 7.2直流高电压试验 7.3 冲击电压试验 7.4 稳态高电压的测量 7.5 冲击电压的测量 第7章电气绝缘设备高电压试验 第7章电气绝缘设备高电压试验 什么是绝缘的高电压试验？ 在高压试验室用工频交流高压、直流高压、雷 电冲击高压、操作冲击高压等模拟电气设备的绝缘 在运行中受到的电压，用以考验各种绝缘耐受这些 高电压作用的能力。 高电压工程基础 第7章电气绝缘设备高电压试验 特点： 具有破坏性试验的性

2、质。 一般放在非破坏性试验项目合格通过之后 进行，以避免或减少不必要的损失。 高电压工程基础 第7章电气绝缘设备高电压试验 被试设备 耐压试验的目的耐压试验的目的 考核设备是否具备规定的裕度 高很多 高电压工程基础 第7章电气绝缘设备高电压试验 难点： 由于输电电压和相应的试验电压在不断提 高，要获得各种符合要求的试验用高电压越来 越困难，这是高电压试验技术发展中首先需要 解决的问题。 高电压工程基础 第7章电气绝缘设备高电压试验 本章主要内容： 介绍产生各种试验电压的高电压设备 各种高电压的测量方法 绝缘高电压试验的接线和实施方法 高电压工程基础 第7章电气绝缘设备高电压试验 工频耐压试验工

3、频耐压试验：是交流设备的基本耐压方式。是鉴定电气设备性能 最严格、最有效的直接方法，能有效发现较危险的集中性缺陷。它对判 断电气设备是否投入运行具有决定性的意义。是保证设备绝缘水平，避 免发生绝缘事故的重要手段。 交流耐压试验实施办法：交流耐压试验实施办法：电力设备预防性试验规程（电力设备预防性试验规程（DL/T DL/T 596596）已对各类设备的耐压值作出了规定。）已对各类设备的耐压值作出了规定。 方法：方法：1min1min工频耐压试验工频耐压试验 在绝缘上施加工频试验电压在绝缘上施加工频试验电压1min,1min,若不发生绝缘闪络、若不发生绝缘闪络、 击穿和其它异常现象，则认为绝缘是

4、合格的。击穿和其它异常现象，则认为绝缘是合格的。 以电力变压器为例，当大修而全部更换绕组后，按出厂试验电压值以电力变压器为例，当大修而全部更换绕组后，按出厂试验电压值 进行试验。在其它情况下，它们的耐压值取出厂试验电压的进行试验。在其它情况下，它们的耐压值取出厂试验电压的8585。 7.1 交流高电压试验交流高电压试验 第7章电气绝缘设备高电压试验 工频高电压的产生 p通常采用工频试验变压器或其串级装置来产生。 p对电缆、电容器等电容量较大的被试品，可采用串 联谐振回路来获得试验用的交流高电压。 工频试验变压器是高压试验室中最基本的设备，也 是产生其他类型高电压的设备基础部件。 交流电压的特性

5、主要以峰值、有效值、波形畸变率 、波顶系数等来表示，试验时电压波形的畸变应尽 可能小。 高电压工程基础 第7章电气绝缘设备高电压试验 工频电压的产生工频电压的产生 1. 工频高压试验对试验设备的要求工频高压试验对试验设备的要求 T.O. Q B T R1R2 工频高压试验的一般线路图 调压器 试验变压器 保护电阻 （保护球隙） 保护电阻 （限流限压） 球间隙 被试品 高电压工程基础 第7章电气绝缘设备高电压试验 工频试验变压器的特点：工频试验变压器的特点： （1）电压 由于工频高压试验通常用于代替雷电过电压或 者内部过电压来考核电气产品绝缘性能，或进行绝缘击穿试 验，因此试验变压器电压很高电压

6、很高； 以220kV电力变压器试验值为例： （2）调压与波形 电压波形应该是正负半波对称的正弦波 形，频率在4555Hz范围内，电压的有效值等于幅值除以波 顶系数。对于调压装置，应能够按所要求的速度连续、平稳速度连续、平稳 地调节电压地调节电压。 kV400, 3/220耐压 第7章电气绝缘设备高电压试验 工频试验变压器的特点：工频试验变压器的特点： （3）容量 由试品容量决定， 试变-容性负载、电变-感性负载 F设： F在大部分高压试验里，试验变压器的连续工作时间不长， 而在额定电压下满载运行的时间更少，这比长期处于满载下 工作的电力变压器的运行情况要好得多。试验变压器的容量 不大，所以设计

7、时采用较小的安全系数较小的安全系数，在额定电压下只能 作短时运行，对特高压的试验变压器，只有在2/3的额定电压 下才能长期运行。 ),(,102 3 kVUFCAfCUI kVAPAIkVU kpFC 393,785. 0,500 6005000 约 第7章电气绝缘设备高电压试验 第7章电气绝缘设备高电压试验 试 品 名 称电 容 值 /pF 线路绝缘子13.3 kVA25 kVA 13.3 kVA 原则：所需的试验变压器额定原则：所需的试验变压器额定 电压电压U UN N，应不低于试验电压，应不低于试验电压U U。 试验变压器的额定容量试验变压器的额定容量P PN N应这样应这样 来选择：来

8、选择： P PN NPs=IsUPs=IsUN N 题解：题解： 查阅有关规程可知，此时变压查阅有关规程可知，此时变压 器应施加的试验电压应为器应施加的试验电压应为72 kV72 kV 所需的试验容量：所需的试验容量： PsPsIsUIsUN N kVA kVA 0.133A0.133A72kV72kV 9.58 kVA9.58 kVA 据前表所示，据前表所示，试验变压器的试验变压器的 额定电压选额定电压选100 kV100 kV 高电压工程基础 第7章电气绝缘设备高电压试验 工频试验工频试验 变压器变压器 参数: U500kV I1A 第7章电气绝缘设备高电压试验 1000kV工频试验变压器

9、 （金属外壳） 高电压工程基础 第7章电气绝缘设备高电压试验 高电压工程基础 第7章电气绝缘设备高电压试验 高电压工程基础 第7章电气绝缘设备高电压试验 2250kV工频试验变压器 （绝缘外壳） 高电压工程基础 第7章电气绝缘设备高电压试验 被试品的电容量很大的场合（例如长电缆段、电力 电容器等），用工频交流高电压进行绝缘试验时会 出现很大的电容电流，要求试验装置具有很大的容 量，很难做到。这时用直流高电压试验来代替工频 高电压试验。 直流输电工程的增多促使直流高电压试验的广泛应 用。 7.2 直流高电压试验直流高电压试验 高电压工程基础 第7章电气绝缘设备高电压试验 （1）直流高压试验设备的

10、用途）直流高压试验设备的用途 1）测量泄漏电流；2）直流耐压试验（一些大容量的交流 设备，如油纸绝缘电力电缆，也常用来代替交流耐压试验； 高压直流输电设备耐压试验）；3）冲击电压发生器和冲 击电流发生器等的直流高压电源。 （2）对直流电源的要求）对直流电源的要求 直流电压的特性由极性、平均值、脉动等来表示。高 压试验的直流电源在提供负载电流时，脉动电压要非常小， 即直流电源必须具有一定的负载能力。 高电压工程基础 第7章电气绝缘设备高电压试验 直流高电压的产生 将工频高电压经高压整流器而变换成直流高电压。 利用倍压整流原理制成的直流高压串级装置（或称 串级直流高压发生器)能产生出更高的直流电压

11、。 高电压工程基础 第7章电气绝缘设备高电压试验 直流高电压的产生直流高电压的产生 1. 半波整流回路和直流高压设备的基本参数半波整流回路和直流高压设备的基本参数 T-工频室验变压器 C-滤波电容器 D-整流元件(高压硅堆) R-保护电阻 Umax、Umin、Ut-试品输出直流电压的最大值、最小值、变压器有效值 T DR C Rx 半波整流电路及输出电压波形图 （1）半波整流回路 2 T sm U R I 高电压工程基础 第7章电气绝缘设备高电压试验 （2）直流高压试验设备的基本技术参数 d U u S maxmin 2 UU u maxmin 2 d UU U 1）输出的额定直流电压（算术平

12、均值）Ud 2）相应的额定直流电流（平均值）Id 3）电压脉动系数（亦称纹波系数） S 对于半波对于半波 整流电路整流电路 22 dd I TI u CfC xd d d fCRfCU I U u S 2 1 2 高电压工程基础 第7章电气绝缘设备高电压试验 2. 倍压整流回路倍压整流回路 C C T 1 D 2 D T U A A 倍压电路 12 30 C1 1 D 2 D 常用倍压电路 C2 此电路可看作两个半波电路的叠加， 因而它的参数计算可参照半波电路的计算 原则进行。变压器A点对地绝缘为2UT，而 点A为UT。输出电压为2UT。 2 2 T U2 T U 工作原理：工作原理： 1）当

13、电源为负时，硅堆D1截止，D2导通， 电源经D2、R对电容C1充电，C1最高充电 电压可达UTm； 2）当电源电压升高时，1点电位也抬高， D2截止，D1导通，电源经C1向C2充电，2 点电位逐渐升高。 2 2 T U0 2 2 T U 高电压工程基础 第7章电气绝缘设备高电压试验 D1 C1C1 Q2 Q2+Q1 Q2+2Q1 Q2+(n-1)Q1 Q1 2Q1 nQ1 Q2+(n-2)Q1 Rx Id D1 Dn Dn CnCn 串级直流高压发生器原理图 (1) 4 d n nI u fC 脉动幅值： 32 2(432 ) 6 d dm I UnUnnn fC 输出电压平均值： 32 (4

14、32 ) 6 d a I Unnn fC 电压降落： (1) 4 d dd n nIu S UfCU 脉动系数： 减小电压脉动系数的方法：减小电压脉动系数的方法： 1）减小串接级数； 2）增加每级电容器的电容量； 3）提高电源频率。 高电压工程基础 3. 串级直流发生器串级直流发生器 第7章电气绝缘设备高电压试验 该装置的优点 理论上，增加串级级数即可以得到更高直流电压理论上，增加串级级数即可以得到更高直流电压 对试验变压器的最大输出电压没有提出更高要求对试验变压器的最大输出电压没有提出更高要求 对硅堆反向承受电压没有提出更高要求对硅堆反向承受电压没有提出更高要求 高电压工程基础 第7章电气绝

15、缘设备高电压试验 直流高电压的试验直流高电压的试验 （1）直流高压试验要根据不同试品、不同的试验要求选）直流高压试验要根据不同试品、不同的试验要求选 择合适的电源容量。择合适的电源容量。 一般情况下，直流高压试验所需的试验电流通常在几 mA到几十mA，但是某些试品在击穿前瞬时泄漏电流还是 很大，将达到安培级。这样大的泄漏电流将使设备内部产 生很大压降而使试验结果不正确。 （2）保护电路）保护电路 当试品放电，或者发生器输出端可能发生对地短路时， 为了限制电容器柱的放电电流和流经高压硅的电流，需在 试品与高压输出端之间串接一保护电阻。 1. 直流高电压试验注意事项直流高电压试验注意事项 高电压工

16、程基础 第7章电气绝缘设备高电压试验 (1) 试验设备的容量较小。试验设备的容量较小。特别是采用电力电子变换的高频 电源后，整套直流耐压试验装置的体积、重量大大减小， 便于现场进行试验； (2) 在试验时可以同时测量泄漏电流可以同时测量泄漏电流，能有效地显示绝缘内 部的集中性缺陷或受潮，提供有关绝缘状态的补充信息； (3) 在某种程度上带有非破坏性试验的性质在某种程度上带有非破坏性试验的性质，在直流高压下， 局部放电较弱，不会加快有机绝缘材料分解或老化； (4) 对交流电气设备绝缘的考验不如交流试验那样接近实际对交流电气设备绝缘的考验不如交流试验那样接近实际 情况情况。对于绝大多数组合绝缘来说

17、，它们在直流电压下的 电气强度远高于交流电压下的电气强度，因而交流电气设 备的直流耐压试验必须提高试验电压，才能具有等效性。 2. 直流高电压试验的特点直流高电压试验的特点 高电压工程基础 第7章电气绝缘设备高电压试验 高电压工程基础 第7章电气绝缘设备高电压试验 串级直流高压 发生装置 5级 U1000kV I为mA量级 高电压工程基础 第7章电气绝缘设备高电压试验 1600kV/50mA直流电压发生器 1分钟之内完成正负1300kV的快速相互转换 高电压工程基础 为什么要进行冲击高压试验？ 研究电气设备在运行中遭受雷电过电压和操作过电压的作用 时的绝缘性能。 高压电气设备在出厂试验、型式试

18、验时或大修后都必须进行 冲击高压试验。 7.3 冲击电压试验冲击电压试验 高电压工程基础 第7章电气绝缘设备高电压试验43 冲击电压发生器的基本原理 冲击电压 两类： 雷电冲击电压：自然界雷击引起的雷电冲击电压：自然界雷击引起的 操作冲击电压：电力系统设备操作引起的操作冲击电压：电力系统设备操作引起的 冲击电压发生器概念：冲击电压发生器由一组并联的储能冲击电压发生器概念：冲击电压发生器由一组并联的储能 高压电容器，自直流高压源充电几十秒钟后，通过铜球突高压电容器，自直流高压源充电几十秒钟后，通过铜球突 然经电阻串联放电，在试品上形成陡峭上升前沿的冲击电然经电阻串联放电，在试品上形成陡峭上升前沿

19、的冲击电 压波形。冲击波持续时间以微秒计，电压峰值一般为几十压波形。冲击波持续时间以微秒计，电压峰值一般为几十 kVkV至几至几MVMV 发明人：产生较高电压的冲击发生器多级回路，首先由德发明人：产生较高电压的冲击发生器多级回路，首先由德 国人国人E.E.马克思（马克思（E.MarxE.Marx）提出，为此他于）提出，为此他于19231923年获得专利年获得专利 ，被称为马克思回路，被称为马克思回路 高电压工程基础 第7章电气绝缘设备高电压试验 冲击电压：（冲击电压：（雷电冲击电压、操作冲击电压） 持续短、电压上升速度快，缓慢下降的暂态电压。由波 头时间、波尾时间、峰值和极性来表示。 P O

20、O Tf C F Tt t U x y z 标准雷电冲击的定义标准雷电冲击的定义 ： xf TT67. 1 Tx为30%90%峰值间所测 得的时间。 标准雷电冲击电压： 1.2/50s 标准操作冲击电压： 250/2500s 高电压工程基础 第7章电气绝缘设备高电压试验 冲击电压波形形状的描述 由双指数波叠加而 成： )()( 21 tt eeAtu 波尾时间常数。 1 波头时间常数， 2 通常 21 高电压工程基础 第7章电气绝缘设备高电压试验 冲击电压发生器与参数计算冲击电压发生器与参数计算 1. 冲击电压产生的基本原理冲击电压产生的基本原理 _ + Rf RtC2C1U 0 u2(t)

21、Rd _ + Rf RtC2 C1 u2(t)U 0 LRf _ + RtC2C1U 0 u2(t) (a) 典型等效电路 (b) 考虑回路电感的等效电路 (c) 高效回路的等效 1、电源对、电源对C1充电充电 2、然后发生放电：、然后发生放电：(C1C2) （1）充电过程：；C1向C2充电，建立 电压，形成波头； （2）放电过程：当C1、C2上的电压相 等时，并联对Rt放电，形成波尾。 主电容主电容试品等电容试品等电容波头电阻波头电阻波尾电阻波尾电阻 第7章电气绝缘设备高电压试验 在波头时间范围内在波头时间范围内， 可将电压波形表示为： 1 1 / t e )1 ()( 2 /t eAtu

22、用直流电源向电容器充电的波形 模拟， 波头时间：T1 3.24R1C2 u )( 21 01 CC uC t 2 1 )( 21 01 t e CC uC 21 21 12 CC CC R 波头波形波头波形 第7章电气绝缘设备高电压试验 在波尾时间范围内在波尾时间范围内， 可将电压波形表示为： 0 2 t e 1 )( t Aetu 2 R 1 C u 0 u 0 t u 2 0 u 1 t/ 0 1 2 u eu0 121 CR T 2 0 0 1 2 u eu T 122 7 . 0CRT 波尾波形波尾波形 第7章电气绝缘设备高电压试验 多级冲击电压发生器 p首先调整球隙距离，使G1的放电

23、电压为U0， G2G4的放电电压在U02U0范围内； p对各个电容器同时充电到U0 pG1首先击穿，导致G2G4依次击穿； p各个电容器串联起来对C2和R2放电，在输出端获得幅值很高的冲 击电压 第7章电气绝缘设备高电压试验 p充电结束时，上面一排杂散电容被充电到电压U0，下面一排未被充 电 pG1首先击穿，1点电位瞬时降为零，2点电位瞬时变为U0。杂散 电容C30来不及放电，3点电位仍维持在U0，于是G2承受的电压（上 升到2U0，从而导致G2击穿。 pG2击穿后，3点电位从U0 降为 U0 ，4点电位瞬时变为2U0。 杂散电容C50来不及放电，5点电位仍维持在U0，于是G3承受的电压 上升

24、到3U0，从而导致G3击穿。 u0 R0 2 R 2 C 1 R RRR RRRR CCCC 1 G 2 G 3 G 4 G 5 G 1 753 24860 C10 C20 C70C50C30 C40C60C80 u 第7章电气绝缘设备高电压试验 上述一系列过程，可以概括为上述一系列过程，可以概括为“电容器并联充电，而后串电容器并联充电，而后串 联放电联放电” 电阻电阻R R的连接与隔离作用：在充电时起电路的连接作用；的连接与隔离作用：在充电时起电路的连接作用； 放电时则起隔离作用放电时则起隔离作用 电容并联串联转换方法：诸电容由并联变成串联是靠一组电容并联串联转换方法：诸电容由并联变成串联是

25、靠一组 球隙分别处于绝缘和放电来达到球隙分别处于绝缘和放电来达到 杂散电容与同步：实际上因杂散电容杂散电容与同步：实际上因杂散电容CsCs是很小的，所以各是很小的，所以各 中间球隙，在放电前所作用到的过电压时间非常短促。为中间球隙，在放电前所作用到的过电压时间非常短促。为 使诸球隙易于同步放电，在采用简单球隙的条件下，它们使诸球隙易于同步放电，在采用简单球隙的条件下，它们 应排列成相互能够放电（紫外线）照射的状态。应排列成相互能够放电（紫外线）照射的状态。 第7章电气绝缘设备高电压试验 RRR r D CCC C T 冲击电压发生器的单边充电回路 RRRr D D RRR R CCCC CCC

26、C T 冲击电压发生器的双边充电回路 第7章电气绝缘设备高电压试验 2. 冲击电压发生器放电回路的近似计算冲击电压发生器放电回路的近似计算 2 / 22max (1) t uue 7ln 212 tt 21 21 )(24. 3 CC CC RRT fdf 21 21 2 )( CC CC RR fd 12 / 2max2max 0.3(1) t UUe 22 / 0.7 t e 122max 0.3tuu时 22 / 2max2max 0.9(1) t UUe 222max 0.9tuu时 22 / 0.1 t e 6 . 0 1 12 tt Tf （1）波前时间的确定）波前时间的确定 第7

27、章电气绝缘设备高电压试验 1 / 2max2max 1 2 t T Uue （2）半峰值时间的确定）半峰值时间的确定 1 / 22max t uue 112 () t CCR )(69. 02ln 211 CCRRT dtt 2max 1 U U （3）冲击电压发生器的效率）冲击电压发生器的效率 1 12 t dt RC RR CC 对于低效回路： 1 12 C CC 对于高效回路： 第7章电气绝缘设备高电压试验 产生雷电冲击截波的原理产生雷电冲击截波的原理 p 试品上并联一个适当的截断间隙，让它在雷电冲击全 波的作用下击穿，作用在试品上的就是一个截波。 p 截断装置的要求实放电分散性小和能准

28、确控制截断时 间。 高电压工程基础 国家标准规定：额定电压大于220kV的超高压电气设 备在出厂试验、型式试验中，不能象220kV及以下的 高压电气设备那样以工频耐压试验来等效取代操作冲 击耐压试验。 标准操作冲击电压波及其产生方法可以分为两类： 操作冲击电压的获得操作冲击电压的获得 高电压工程基础 第7章电气绝缘设备高电压试验 （1）利用冲击电压发生器产生操作波）利用冲击电压发生器产生操作波 调节冲击电压发生器的波头、波尾电阻，可改变波头 波尾时间，就可以得到标准所规定的操作冲击电压。 （2）利用电容器对变压器原绕组放电产生操作波）利用电容器对变压器原绕组放电产生操作波 一组电容由直流充电至

29、一定值，然后通过球隙G的击穿， 使向试验变压器的原绕组（低压侧）放电，在变压器的副 绕组（高压侧）便会因电磁感应基本上按变比产生高电压 的操作波形。 IEC推荐的利用工频试验变压器产生操作冲击 高电压工程基础 第7章电气绝缘设备高电压试验 陡波前冲击电压的获得陡波前冲击电压的获得 利用冲击电压发生器对电容器C1充电，然后电容器C1 上的电荷通过间隙G2放电，可获得陡波前冲击电压es。 电压的波头时间决定于C1-G2-R2回路尺寸以及放电间 隙G3的火花形成时间。将回路封入高气压SF6气体中，可 减小回路尺寸，且可提高G2的放电电压，从而获得幅值为 102103kV、波头时间为0.020.1s的

30、陡波前冲击电压。 陡波冲击电压发生器 高电压工程基础 第7章电气绝缘设备高电压试验 高电压工程基础 第7章电气绝缘设备高电压试验 高电压工程基础 绝缘的冲击耐压试验方法 p 电气设备内绝缘的雷电冲击耐压试验采用电气设备内绝缘的雷电冲击耐压试验采用三次三次 冲击法冲击法，即对被试品施加三次正极性和三次负，即对被试品施加三次正极性和三次负 极性雷电冲击试验电压。（极性雷电冲击试验电压。（1.2/50 1.2/50 全波）。全波）。 p 对变压器和电抗器类设备的内绝缘，还要进行对变压器和电抗器类设备的内绝缘，还要进行 雷电冲击截波（雷电冲击截波（1.2/21.2/25 )5 )耐压试验。耐压试验。

31、p 内绝缘冲击全波耐压试验应在被试品上并联球内绝缘冲击全波耐压试验应在被试品上并联球 隙，并将它的放电电压整定得比试验电压高隙，并将它的放电电压整定得比试验电压高1515 2020。 s s 高电压工程基础 第7章电气绝缘设备高电压试验 p发现绝缘内的局部损伤或故障，目前用得最多的监发现绝缘内的局部损伤或故障，目前用得最多的监 测方法是拍摄变压器中性点处的电流示波图。测方法是拍摄变压器中性点处的电流示波图。 p电力系统外绝缘的冲击高压试验通常采用电力系统外绝缘的冲击高压试验通常采用1515次冲击次冲击 法，若击穿或闪络的闪数不超过法，若击穿或闪络的闪数不超过2 2次，即可认为改次，即可认为改

32、外绝缘试验合格。外绝缘试验合格。 高电压工程基础 第7章电气绝缘设备高电压试验 7.4 稳态高电压的测量稳态高电压的测量 高压测量系统：高压测量系统：转换装置、至试品间的引线、接地连线、 低压测量回路、测量仪表等 对测量结果的要求：对测量结果的要求： （1）交流电压的测量，要求蜂值或有效值时的总不确定 度在3之内； （2）直流电压的测量，要求电压算术平均值时的总不确 定度不超过3%，直流电压的纹波幅值总不确定度不超过 10%，或脉动系数测量的不确定度应小于1%。 稳态高电压：稳态高电压：工频交流高压、直流高压 高电压工程基础 第7章电气绝缘设备高电压试验 测量系统测量系统的分类：的分类：IEC

33、 60IEC 602 2（19941994年版）和国家年版）和国家 标准标准GB/T 16927.2GB/T 16927.219971997都把测量系统分为两类都把测量系统分为两类 一类叫认可的测量系统（一类叫认可的测量系统（approved measuring systemapproved measuring system） 一类为标准测量系统（一类为标准测量系统（reference measuring systemreference measuring system） 后者具有更高的测量准确度，可用以与前者进后者具有更高的测量准确度，可用以与前者进 行比对并加以校准行比对并加以校准 实验室

34、中一般是使用认可的测量系统进行测量实验室中一般是使用认可的测量系统进行测量 工作工作 这里所叙述到的测量的不确定度的要求，除特这里所叙述到的测量的不确定度的要求，除特 殊说明者外，均是指对认可的测量系统的要求殊说明者外，均是指对认可的测量系统的要求 高电压工程基础 第7章电气绝缘设备高电压试验 实验室与电力系统的高电压测量 p 电力系统电力系统：电力运行部门测量交流高电压 ，是通过电压互感器和电压表来实现的。 用电压互感器测交流电压把电压互感器的 高压边接到被测电压，低压边跨接一块电 压表，把电压表读数乘上电压互感器的变 比，就可得被测电压值。 p 电力系统没有专门的冲击电压测量系统 p 实验

35、室实验室：互感器在高电压实验室中用得不 多，因为高电压实验室中所要测的电压值 常常比现有电压互感器的额定电压高许多 ，特制一个超高压的电压互感器是比较昂 贵的，而且很高电压的互感器也比较笨重 ，所以采用别的方法来测量交流高电压 用电压互感器 测交流电压 高电压工程基础 第7章电气绝缘设备高电压试验 利用气体放电测量交流高电压，例如测量球隙。 利用静电力测量高电压，例如静电电压表。 利用整流电容电流或充电电压来测量高电压，例如峰值 电压表。 利用分压器测量高电压，如电容分压器和电阻分压器。 实验室中测量稳态高压常用的方法：实验室中测量稳态高压常用的方法： 高电压工程基础 第7章电气绝缘设备高电压

36、试验 气体放电间隙气体放电间隙 1. 球间隙球间隙 垂直型标准测量球隙 （1）间隙距离不超过球径的）间隙距离不超过球径的1/2，可，可 保证测量的不确定度在保证测量的不确定度在 3%以内以内。 用球隙测量工频电压时，应取连续 三次击穿电压的平均值，相邻两次 间隔时间不小于1min，击穿电压与 平均值之间的偏差不大于3%。 （2）当球隙距离不大于）当球隙距离不大于0.4D时，其 测量不确定度在5%以内。 （3）球间隙测量电压时，必须进行）球间隙测量电压时，必须进行 大气条件的修正大气条件的修正。 （4）测量时必须放电，容易引起过 电压而造成被试品不必要的损伤。 （5）测量时较费时间，所需的空间

37、越大。 高电压工程基础 球间隙形成稍不均匀电场球间隙形成稍不均匀电场 第7章电气绝缘设备高电压试验 球隙法的布置注意事项 A放电点与大地之间的距离 B放电点与周围物体之间的距离 图中A、B值 垂直型标准测量球隙 高电压工程基础 第7章电气绝缘设备高电压试验 球隙 高电压工程基础 第7章电气绝缘设备高电压试验 2. 棒间隙棒间隙 标准棒间隙测量直流电压直流电压时，其测量不 准确度在3%以内，测量方法与球间隙 一样。 s Vk V 非标况： 棒间隙直接测量直流电压时也非常费 时，一般用于求取直流高压输出值与直 流发生器低压侧的仪表读数间的比例关 系。 dVs534. 02 标况下，正、负极性的直流

38、电压下， 棒间隙10次放电电压的平均值为： 高电压工程基础 球间隙测直流易静电吸尘球间隙测直流易静电吸尘 第7章电气绝缘设备高电压试验 静电电压表静电电压表 原理：原理：分别带正、负电荷的导体间存在着静电吸引力，吸引 力的大小与两导体间的电位差的平方成正比，测量此静电力 的大小或是由静电力产生的某一极板的位移（或偏转）从而 反映所加电压大小。 高电压工程基础 C 2F A 2F U U 2 A F U 2 A 11 2 1 U 2 A - d- 1 U 2 A Fd dF A 22 1 2 2 2 2 22 22 则 所作的功为使电极移动静电力 电容储存的能量 d d UCUW )( 2 d1

39、 -) d (1 1 1 - ) d -)(1 d (1 ) d (1 1 1 - d -1 111 d 1 高电压工程基础 即，平衡力反映即，平衡力反映有效值有效值；刻度；刻度非线性非线性。 1.0004 2 0.03 1 U U 0.03, U U 2 U U ) 2 U (UU 2 U U 2 2 p 2 2 p 22 p 标准规定 的有效值为脉动 高电压工程基础 即，测的是即，测的是平均值平均值。 第7章电气绝缘设备高电压试验 高电压工程基础 第7章电气绝缘设备高电压试验 国产高压静电电压表的型号及规格 型号型号量程量程仪表等级仪表等级制造厂名制造厂名 Q2V 75V150V300V

40、750V1500V3000V 1.0 北京电表厂北京电表厂 Q3V7.5KV15KV30KV1.5 Q4V20KV50KV100KV1.0 Q5V基本上同基本上同Q2V浦江电表厂浦江电表厂 Q7V同同Q2V0.2 北京电表厂北京电表厂 Q8V50KV100KV200KV1.5 Q9V200KV500KV2.5北京电表厂北京电表厂 高电压工程基础 第7章电气绝缘设备高电压试验 利用高压电容器的测量方法利用高压电容器的测量方法 1. 电容器电流整流法测量交流峰值电容器电流整流法测量交流峰值 1 2 c i V fC 半波整流： 1 4 c i V fC 全波整流： 电容器电流半波整流法 高电压工程

41、基础 m U U TT C fCUdu T C dt dt du C T idt T i m m 2 11 2 0 2 0 第7章电气绝缘设备高电压试验 2. 电容器充电电压法测量交流峰值电容器充电电压法测量交流峰值 Id R C D V A 电容器充电电压法 如果静电电压表或微安表串联电阻测得的电压为Ud， 则电压峰值： T为交流电压的周期（s） 高电压工程基础 %5 .97,20 2 1 m d md RC t mC U U TRC RC T UU eUu 第7章电气绝缘设备高电压试验 3.直流脉动电压的测量直流脉动电压的测量 高电压工程基础 纹波(脉动电压)分量的计算 r r U fCR

42、j fCRj fCj R RU U 21 2 2 1 如果 12fCR 则 r UU 第7章电气绝缘设备高电压试验 高压分压器高压分压器 1. 高阻分压器和串有高阻的电流表高阻分压器和串有高阻的电流表 U2 U1 Z1 Z2 高阻分压器 I2 U1 Z1 Z2 A P 高阻与电流表串联 被测电压越高，分压器本体电阻值越大，对地杂散电容 越大，误差也很大。因此电阻分压器只适用于被测工频交流电阻分压器只适用于被测工频交流 电压低于电压低于100kV的情况的情况。 为防止仪表超量程， 并联保护的放电间隙或放放电间隙或放 电管电管P；为了防止在控制 台出现高电压，微安表应 并联电阻。 电阻的温度系数应

43、尽电阻的温度系数应尽 可能小可能小。高阻值电阻可侵 入绝缘油中以增强散热， 同时可以防止电晕放电和 绝缘泄漏。 高电压工程基础 第7章电气绝缘设备高电压试验 2. 电容分压器电容分压器 C2 C1 U1 U2 交流电容分压器 12 122 1 () CC uuKu C 分压器 高压臂 分压器 低压臂 分压器的分压比是常数，即不应随被测电压的波形、频 率、幅值、周围大气条件、安装地点的变化而改变。此外， 分压器的接入应不影响电压波形和幅值。 （1）分布式电容分）分布式电容分 压器压器，它的高压臂有 多个电容器元件串联 组装而成，要求每个 元件尽可能为纯电容， 介质损耗和电感尽可 能小。 （2）集

44、中式电容分）集中式电容分 压器压器，它的高压臂使 用一个气体介质的高 压标准电容器。 高电压工程基础 第7章电气绝缘设备高电压试验 高电压工程基础 第7章电气绝缘设备高电压试验 交流高电压测量方法 球隙法（峰值）球隙法（峰值） 静电电压表（有效值）静电电压表（有效值） 利用高压电容器的测量方法（电容器电流整流利用高压电容器的测量方法（电容器电流整流 测量交流峰值、电容器充电电压法测量交流峰测量交流峰值、电容器充电电压法测量交流峰 值）值） 高压分压器（电阻和电容分压器）高压分压器（电阻和电容分压器） 第7章电气绝缘设备高电压试验 直流高电压测量方法 棒间隙棒间隙 静电电压表静电电压表 高阻分压

45、器高阻分压器 串有高阻的电流表串有高阻的电流表 直流脉动电压测量 p 高压电容与电阻串联高压电容与电阻串联 电容电流整流法电容电流整流法 第7章电气绝缘设备高电压试验 冲击电压的测定包括：冲击电压的测定包括：幅值测量和波形记录 标准规定：标准规定： 对于标准全波、波尾截断波以及1/5s短波，幅值的 测量不确定度不超过3%，1s以内波头截断波，其幅 值的测量误差不超过5%，波头及波长时间的测量不确 定度不超过10%。 目前最常用的冲击电压的测量方法目前最常用的冲击电压的测量方法： a. 测量球隙； b. 分压器-示波器。 7.5 冲击电压的测量冲击电压的测量 冲击电压的特点：持续时间短，波形变化

46、快，幅值高冲击电压的特点：持续时间短，波形变化快，幅值高 高电压工程基础 第7章电气绝缘设备高电压试验 1. 球间隙测量冲击电压的幅值球间隙测量冲击电压的幅值 在利用球隙测量冲击电压时的注意问题：在利用球隙测量冲击电压时的注意问题： a. 在球隙距离太小（放电电压50kV以下），或者球隙直 径太小（小于12.5cm）时，为减小分散性，应对球隙 进行照射。 b. 利用球隙测量冲击电压时，如在球隙前串联电阻，球 隙击穿瞬间电流Ic = Cdu/dt很大，串联电阻后会在其上 造成很大的压降，使测量出现较大的不确定度。但为 避免球隙击穿时所造成的振荡对被试品的损伤，需要 加入串联保护电阻（无感电阻，其

47、值应不大于500）。 高电压工程基础 第7章电气绝缘设备高电压试验 在球间隙上加一定幅值的冲击电压时,间隙的放电有一 定的概率。对一定距离的球隙,必然可找到放电概率为50% 的冲击电压幅值,我们称这一电压幅值为该距离下的50%放 电电压。 球间隙的50%放电电压和稳态击穿电压没有多大差别, 几乎等于直流和工频电压作用下的击穿值。 因此在球隙击穿电压的标准表中,负极性冲击、直流和 交流电压是合用一张表的, 正极性冲击虽然列在另一表中, 但两者的差别是不大的。 高电压工程基础 第7章电气绝缘设备高电压试验 （1）多级法）多级法 以预期的50%放电电压的23%作为电压级差，对被 试品分级施加冲击电压，每级施加电压10次，至少要加4 级电压。求出每级电压下的放电次数和施加次数之比后， 将其按电压值标于正态概率