第7章电气设备绝缘高电压试验

1、第7章电气设备绝缘高电压试验 高电压工程基础高电压工程基础 第7章电气设备绝缘高电压试验 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 交流高电压试验与测量 7.2 直流高电压试验与测量 7.3 冲击电压试验与测量 第7章电气设备绝缘高电压试验 7.1 交流高电压试验交流高电压试验 交流绝缘试验应采用频率为45Hz65Hz的交流电压。 交流电压的特性特性主要以峰值、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。 交流高压的产生通常采用工频试验变压器，但对于一 些特殊试品，如变压器的感应试验，采用频率不超过500Hz 交流电压；对于大容量高电

2、压设备的试验，采用串联谐振 方法产生的30Hz300Hz交流电压；固体绝缘的加速老化试 验则采用几kHz的高频交流电压等等。 第7章电气设备绝缘高电压试验 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 第7章电气设备绝缘高电压试验 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

3、高电压很高； 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章电气设备绝缘高电压试验 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

4、以设计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章电气设备绝缘高电压试验 额定电压 （kV） 501002505001000 额定 容量 (kVA) 5102503001000 10205005002000 5010010001000 1002001500 第7章电气设备绝缘高电压试验 试 品 名 称电 容 值 /pF 线路绝缘子C2) （1）充电过程：；C1向C2充电，建立 电压，

5、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章电气设备绝缘高电压试验 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 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章电气设备绝缘高电压试验 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

6、 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章电气设备绝缘高电压试验 RRRR 多级冲击电压发生器 Rf Rt ATT （1）充电过程：）充电过程：由试验变压器T和高压硅堆D构成的整流电源， 以峰值电压经保护电阻及充电电阻向主电容充电。 （2）放电过程：）放电过程：当需要启动冲击电压发生器时，可向点火球 隙的针极送去一脉冲电压，针极和球表面之间产生火花放电， 引起点火球隙放电，各球隙相继放电，将电容器串联起来， 对试品放电。

7、 “电容器并联充电，串联放电电容器并联充电，串联放电”，这一过程由一组球隙来完成。，这一过程由一组球隙来完成。 第7章电气设备绝缘高电压试验 RRR r D CCC C T 冲击电压发生器的单边充电回路 RRR r D D RRR R C C CC C CCC T 冲击电压发生器的双边充电回路 第7章电气设备绝缘高电压试验 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

8、) 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章电气设备绝缘高电压试验 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

9、效回路： 1 12 C CC 对于高效回路： 第7章电气设备绝缘高电压试验 截断波的产生方法截断波的产生方法 变压器类设备应作雷电冲击截断波试验，以模拟绝缘 子闪络或避雷器动作时所形成的截断波。产生截断波的原产生截断波的原 理理：将一截断间隙与被试品并联，调节间隙距离使之具有 所需的击穿电压；冲击电压发生器送出一全波，由于截断 间隙的击穿，作用在被试品上的电压就是截断波。 目前多采用可控截断电路来控 制截断时间，截断间隙采用针孔球 隙。触发脉冲导致间隙G1放电后， 间隙G2上将承受全部电压，同时， R3上电流流过形成压降，S2处出 现触发火花，导致G2放电，形成 截断。 第7章电气设备绝缘高电

10、压试验 操作冲击电压的获得操作冲击电压的获得 （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 第7章电气设备绝缘高电压试验 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

11、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的陡波前冲击电压。 陡波冲击电压发生器 第7章电气设备绝缘高电压试验 第7章电气设备绝缘高电压试验 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

12、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 第7章电气设备绝缘高电压试验 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： 第7章电气设备绝缘高电压试验 气体放电间隙气体放电间隙 1. 球间隙球间隙 垂

13、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 越大。 第7章电气设备绝缘高电压试验 2. 棒间隙棒间隙 用球间隙测量直

14、流电压时，会出现 较大的分散性，因此，IEC规定中，推荐 使用左图的棒间隙。标准棒间隙测量直 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： )11(014. 01hk 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、负极性的直流电压下， 棒间隙10次放电电压的平均值为： 第7章电气设备绝缘高电压试验 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

15、一极板的位移（或偏转）从而 反映所加电压大小。 222 )(UCUQF 第7章电气设备绝缘高电压试验 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： 电容器电流整流法 fC I Ve 2 与耦合电容器类似，利用静电容量大 的电容器，可用交流电流计直接测量充电 电流的有效值（I），电压有效值为： 由于高频谐波电流的容抗比基波电流 的要小，如果所测电压存在波形畸变，这 种方法很容易带来较大的测量不确定度。 第7章电气设备绝缘高电压试验 2. 电容器充电电压法

16、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 1 2 d m U U T RC 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： 第7章电气设备绝缘高电压试验 直流高电压的测量直流高电压的测量 前面已讲的方法：静电电压表、标准棒前面已讲的方法：静电电压表、标准棒-棒间隙、标准球间棒间隙、标准球间 隙和隙和 直流脉动电压的测量直流脉动电压的测量 直流脉动的测量 利用高压电容与电阻串联来测量 直流电压的脉动。若直流高压含有脉 动电压分量Vr，当脉动电压的频率为f， 则电阻R两端的电压为： 也可以采用电容器电流整流法来 测量直流电压脉动的幅值，其

17、测量方 法与交流峰值测量的方法相同。 r r U fCRj fCRj fCj R RU U 21 2 2 1 第7章电气设备绝缘高电压试验 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电压低于 100kV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。 电阻的温度系数应尽电阻的温度系数应尽 可能小

18、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。 第7章电气设备绝缘高电压试验 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）集中式电容分）集中式电容分 压器压器，它的高压

19、臂使 用一个气体介质的高 压标准电容器。 对于电容分压 器低压臂电容C2， 要求电容量较大而 承受的电压较低， 因此应采用高稳定 度、低损耗、低电 感量的云母、聚苯 乙烯等介质的电容 器。 电容量根据分 压比和低压仪表的 量程确定。 第7章电气设备绝缘高电压试验 7.5 冲击电压的测量冲击电压的测量 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

20、电压的测量方法： a. 测量球隙； b. 分压器-示波器。 第7章电气设备绝缘高电压试验 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，应对球隙应对球隙 进行照射进行照射。 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，需要加入串联保护需要加入串联保护 电阻（无感电阻，其值应不大

21、于电阻（无感电阻，其值应不大于500 ）。 第7章电气设备绝缘高电压试验 （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纸上，给出拟合直线，在此直 线上对应于P=0.5的电压值即为50%放电电压。 （2）升降法）升降法 估计50%放电电压的预期值，取的23%为电压增量， 凡上次加压如已引起放电，则下次加压比上次电压低；凡 上次加压未引起放电，则下次加压比上次电压高。这样反 复加压2040次，分别计算出各级电压下下的加压次数， 按公式求出50%放电电压 确定确定50%放电电压的方法：放电电压的方法： 第7章电气设备绝缘高电压试验 2. 冲击电压分压器冲击电压分压器 C1 C2 R1 R2 u1 u2 C1 C2 R1 R2 u1 u2 u1 u2 R1 R2 u1 u2 C1 C2 （a）电阻分压器 (b) 电容分压器 (c) 阻尼分压器 (d) 阻容并联分压器 第7章电气设备绝缘高电压试验 测量系统的特性由分压比分压比和响应响应来表示。 （1）分压比：）分压比：分压器输入端所加电压的峰值除以测量系统 输出端出现的电压峰值。 （2）响应：）响应：分压器的输入端施加某一波形电压A(t)，与之 相对应，在测量系统的输出端会出现电压U