高电压技术实验指示书

1、高电压技术实验指示书高电压技术实验指示书浙江大学电气工程学院高电压试验安全规则为了保证试验者的生命安全和高压设备不受损坏，每一个要进行高电压试验的人都必须事先认真学习本规则，并在工作过程中严格遵守。（1）试验时必须严肃认真，振作精神，不得开玩笑。进行试验时，与试验无关人员不得进入实验。（2）在下列情况下，不得进行高电压试验： 试验者不足两人； 神经不正常、酒后、精神萎缩、情绪恍惚者； 对将要使用的设备的性能与安全技术尚未充分掌握者。（3）接好试验线路后，必须仔细检查无误，方可合电源。合闸前，操作者应大声警告：“注意，要合电源！”只有在观察实验结果时才加上高电压，在其它时间（例如讨论问题时），电

2、源必须开断。（4）试验时发现异声或其它不正常现象时，应立即停止试验，开断电源，检查线路，找出原因，妥善处理后再继续进行试验。（5）在接触任何高压带电部分以前，必须做到： 亲眼看见电源已经开断，调压器已回到零点位置； 用接地棒将高压带电部分接地； 将电容器逐一加以放电并短接之。（6）当安全栅栏内还有人时，不得将接地棒从高压带电部分取下。（7）进行有直流高压的各种试验时，室内邻近的各种不带电的金属物体应接地。（8）当不幸发生人身事故时，必须立即开断全部电源，一方面用人工呼吸法进行急救。一方面派人去请医生，人工呼吸要持续进行到受电者恢复知觉为止，不得中途停止。实验一 工频高压试验（一）实验目的（1）

3、掌握高压试验变压器的使用方法；（2）求取高压试验变压器的变比曲线；（3）学习工频高电压的测量方法；（4）观察绝缘子的沿面放电过程，并测量其在正常情况和表面污秽情况下的沿面闪络电压。（二）基本原理（1）高压试验变压器是高电压实验室最基本的设备，它不但可用来获得工频高电压，而且还是获取其它类型的高电压（直流高压、冲击高压等）的电源。由于试验变压器的电压调节范围很大，因此它的变比不能认为是完全不变的，故有必要求取它的次级电压U2（高压）与初级电压U1（低压）的关系，并以曲线的形式表示出来（即试验变压器的变比曲线）。有了变比曲线，在以后利用这台试验变压器进行试验时，只要根据初级低压伏特计的读数，就可直

4、接查得相应的高压值，而无需再进行高压测量。（2）在高压试验中，测量工频高电压的方法和一般工业上所用的方法是不同的。在工业上通常利用电压互感器或套管式电容分压器来测量工频高压；如果在高压试验中也采用这些测量方法，不但使用不便，精确度不高，而且要制造电压很高的电压互感器等设备是极不经济的，甚至是不可能的。在高电压实验室中，一般采用球隙测压器或高压静电电压表来测量工频高电压。（3）在实验室中测量绝缘子串电压分布的方法和在实际运行线路上使用的测量方法可以是不同的。在实际运行条件下，加在绝缘子串上的电压是不能改变的，而在实验室内，加在绝缘子串上的电压可以很方便地随意改变，所以有可能采用下述测量方法：利用

5、一根装有球形放电间隙的绝缘测杆，将放电间隙依次跨接在每一片绝缘子上，然后升高加到绝缘子串上的电压，直到间隙击穿为止，记下这时的电压表读数（它反映加在绝缘子串上的电压值），球形放电间隙被固定一定距离，在整个试验过程中均保持不变，亦即它的放电电压Uf为一恒值。由于电压在每片绝缘上的分布不同，因此放电器每次放电时加在绝缘子串上的电压值也各不相同，它和放电器所在的绝缘子位置有关。如果令：U1为第1片绝缘子上的电压降；U1为放电器放在第1片绝缘子上被击穿时，加在绝缘子串上的总电压；a1为第1片绝缘子上的电压降在总电压中所占的百分比。则可写出下面的关系式：在各片绝缘子上重复上述试验，可得到下列关系式： 其

6、中 （i1，2，···，n）由此可得：亦即求出了每一片绝缘子上的电压降在总电压中所占的百分比。（三）试验结线与实验内容试验结线如下图所示：图1-1：工频高压试验接线T1调压器；T2工频试验变压器；Cx被试品电容；r保护电阻；G测量球隙；R球隙保护电阻试验内容与具体步骤如下：（1）了解高压试验变压器的构造与使用方法；（2）了解100千伏高压静电电压表的构造与使用方法；（3）同时利用100毫米的球隙测压器和100千伏静电电压表进行高压测量，求取试验变压器的变比曲线，在同一张方格纸上绘出所得的两条变比曲线，并画上按变比不变所作出的直线，进行比较与讨论，具体步骤与注意事项

7、如下： 使用球隙前应先用细纱布将球面擦拭干净、校准零点。球隙距离可取0.5；1.0；2.0；3.0；4.0；5.0厘米。 使用球隙时，前后两次击穿之间应相隔一定时间，以便让气隙能充分地去游离，否则会影响它的击穿电压。这一时间在一般试验中只要510秒就够了。 当球隙放电时，记录下初级电压U1和高压静电电压表U2的读数，每一球隙距离应重复3次，取其平均值。（4）观察悬式绝缘子在工频电压下的沿面闪络现象并测定它的工频干闪电压和污闪电压。12实验二 绝缘预防性试验(一) 试验目的(1) 学习掌握测量绝缘电阻Rju,泄漏电流Ix1,介质损耗正切tg等预防性试验通用项目的试验方法.(2) 了解直流高电压的

8、产生方法,观察工频高压试验变压器,高压硅堆,高压电容器,高压静电电压表外型构造.(3) 掌握KMSB-30a型高压电容电桥的使用方法.(4) 掌握用兆欧表(又称摇表)测量被试品的绝缘电阻.(二) 测量泄漏电流试验接线与设备测量泄漏电流的试验接线见图2-1:图2-1 测量泄漏电流试验接线原理图K1:开关; T1:手动调节调压器;T2:高压工频试验变压器.R0:工频高电压端串联保护电阻. D:高压整流硅堆; C:高压滤波电容器; V:高压静电电压表; Rju:被试品等效电阻; uA:测量被试品泄流电流的微安表.(三) 测量泄漏电流试验步骤(1) 按图2-1接好试验线路,再次检查无误,离开高压试验区

9、,关上防护网门.(2) 合上电源开关,高压试验区警灯闪烁,开始试验.(3) 人工手动调节调压器逐渐升高加到被试品上的直流电压,直到需要的试验电压值(可从有关规程查取或试验老师给出试验直流电压数据),停止升压.读取微安表上的指针指示值就是泄漏电流值(注意:读数与微安表量程的关系).(4) 从低压到被试品允许的最高电压之间读出几组电压与泄漏电流,画出一个伏安特性图,观察伏安特性图,分析被试品的绝缘性能.(5) 调压器回零,分开电源.警灯熄灭,方可打开防护网门,带上接地棒对带电部位放电后允许改动试验线路.(6) 在高压试验区接线过程中,接地棒应一直放在工频试验变压器的高压部位.(7) 试验结束,关掉

10、电源,试验区高压端子用接地棒放电,整理现场.(四) 绝缘介质损耗角与电容量测试设备及接线 图2-2 KMSB-30a型高压电容电桥原理图KMSB-30a型高压电容电桥接线示意图 图2-3 KMSB-30a型高压电容电桥接线示意图T2:工频高压试验变压器; R0:保护电阻; Cx:被试品; Cx1:电桥插座;Cs:高压标准电容器(五) 测量绝缘介质损耗角与电容量的试验步骤(1) KMSB-30a型高压电容电桥电源接市电220V/50Hz.(2) 按电源按钮前首先要确认指零仪的灵敏度开关置零.(3) 标准电容器的最大电流不得超过10mA,在试验时应引起注意.(4) 用导线将标准电容器低压端接到电桥

11、专用接线盒,再用专用测量电缆将电桥专用接线盒与电桥背面的Cs插座连接.(5) 用导线将被试品低压端接到电桥专用接线盒,再用专用测量电缆将电桥专用接线盒与电桥背面的Cx1插座连接.(6) 确认接线没有错误,打开电源开关.(7) 在被试品和标准电容器上未加高压之前,逐渐增加灵敏度,利用电桥的高灵敏度而进行初步平衡,寻找出一接近平衡的数值,以避免施加试验电压后由于极大不平衡而造成的困难.(8) 倍率选择可按下表 表2-1 表2-1 Cx/pF Cs/pF KDials in useResolution /ppm100100 1:1 6 11000 100 10:1 6 1 10000 100100:

12、1 6 1100000 1001000:1 6 11000 10001:1 6 110000 100010:1 6 1100000 1000100:1 6 11000000 10001000:1 6 1(9) 如果被测电容器的不知道,开始时最好将测量计数盘置于0.500000的位置,然后改变倍率K,使指零仪指向较小的偏转,增大灵敏度进一步调节读数盘使电桥逐步平衡,然后记得被测值.(10) 调节灵敏度开关到 “1 ” .(11) 调节Cx/Cs和介损盘数据(a) 调节Cx/Cs盘,使100uA指针表指示到最小.(b) 再调节介损盘,使100uA指针表指示到最小.(c) 然后再调节Cx/Cs盘,直

13、到调节不再变小.(d) 反复调节Cx/Cs盘和介损盘数据,使100uA指示最小.(e) 最后平衡时应将灵敏度开关放到相应的位置.(12) 施加试验电压逐渐增大灵敏度,反复调节Cx/Cs读盘及tg读盘直到指零仪表头指针指示最小.此时电桥达到平衡不一定要将灵敏度调节到最大档“6”,显示屏显示被测试品的介质损耗和电容量.(13) 降下试验电压且到零位,仪器灵敏度调节到零. (14) 试验结束,关掉电源,试验区高压端子用接地棒放电,整理现场.(六) 用兆欧表（摇表）测量被试品的绝缘电阻特别提示:在高压试验区接线过程中,接地棒应一直放在工频试验变压器的高压部位.实验三 多级冲击高压发生器与冲击试验一、实

14、验目的(1) 熟悉多级雷电冲击电压发生器的基本原理、接线和整体结构。(2) 掌握多级雷电冲击电压发生器的操作方法及电压波形调节的方法。(3) 掌握用冲击电压分压器和测量球隙测量冲击电压的方法。(4) 了解冲击电压测量系统的匹配方式。二、实验装置实验在一套多级冲击电压发生器上进行。图3-1为一多级冲击电压发生器及其测量系统的接线原理图。图3-1 典型的多级冲击电压发生器原理图T充电变压器；D1、D2高压硅堆整流器；K1、K2自动接地开关；R01、R02、R03充电保护电阻；R1、R2直流电阻分压器；CP耦合电容器；C主电容器；R充电电阻；充电箝位电阻；Rt波尾电阻；Rf波头电阻；、弱阻尼电容分压

15、器的高、低压臂电容；r 分压器高压臂的弱阻尼电阻；CRO高压脉冲示波器；X被试品；G测量球隙；Z测量电缆三、实验说明冲击电压发生器是研究电气设备在雷电冲击电压和操作冲击电压作用下的绝缘强度而建立的一种模拟装置。冲击电压波是一种以快速上升到最大值，而后缓慢地衰减到零的单极性电压波，全部作用时间以微秒计。规程规定的标准雷电冲击电压的波形参数为。图31所示的多级冲击电压发生器为高效率回路，用它产生雷电冲击波时的等值电路如图32（b）所示。 （a）低效率回路 （b）高效率回路图3-2 冲击电压发生器等值电路图其中：主电容；负荷电容；=级数；半峰值电阻所处的位置对冲击电压发生器的效率影响很大。当位于的负

16、荷侧（如图32（a）所示）时，电阻与形成一分压器，减小了输出电压，当位于的发生器一侧（如图32（b）所示）时，就不会降低输出电压，这种电路因此被称为高效率回路。相反，前者则称为低效率回路。高效率回路的冲击电压发生器的效率可用下式计算 （31）低效率回路的冲击电压发生器的效率可用下式计算 （32）式（32）表明，的大小不仅与的位置有关，而且与与的比值有关。多级冲击电压发生器的技术参数通常用标称电压、级数和储能大小来表示。标称电压为第一级电容器的额定充电电压与级数的乘积。由于发生器回路测试回路中存在电阻和电感，因此发生器的输出电压低于其标称电压。实际中，常常通过实测，然后用下式确定多级冲击电压发生

17、器的效率 （33）式中冲击电压发生器输出电压的幅值（V）；冲击电压发生器第一级电容器的充电电压（V）；冲击电压发生器的级数。多级冲击电压发生器的储能（W）可用下式计算 （34）考虑发生器回路电感的影响，标准雷电冲击电压发生器的波形参数可用下式近似计算 （35）用分压器示波器系统测量冲击电压时，被测电压按下式计算 （36）式中 分压器的分压比；分压器低压臂的电压（幅值，V）；典型的雷电冲击电压示波图如图33所示。图3-3 典型的雷电冲击电压示波图波形参数（Tf、Tt）的实测值可由示波图和所选定的时标脉冲周期时间（T）用作图法获得。不同的时标值可以通过示波器面板上的“时标”旋钮来选择。用测量球隙的

18、50%放电法测量冲击电压，要求多级冲击电压发生器每次的输出电压稳定，亦即要求发生器各级主电容的充电电压每次都保持不变。在此前提下，改变测量球隙的距离，找出其放电概率为50%的那一个球隙距离。实际上，用手动操作很难准确地找到这一球隙距离。一般将10次加压中有46次放电的球隙距离视为放电概率为50%的球隙距离，然后根据这一距离和铜球直径，从球隙的冲击放电电压表上，用插入法查得其放电电压值，并进行大气条件校正，得出所用球隙测量的冲击电压发生器的输出电压值（幅值）。由此电压值也可计算出效率。此外，用球隙测量冲击电压时，由于受环境因素的影响，开始放电可能不正常，分散性较大，因此须经过数次预放电，放电电压

19、才趋于稳定，此时方可进行正式测量。顺便指出，如果对各级主电容的充电电压采用自动控制，对多级冲击电压发生器的动作采用程序控制，可以方便准确地确定出球隙的50%放电电压值。四、实验内容/（1）根据图31，对照实验所用的多级冲击电压发生器，绘出其原理接线图，检查和记录所用设备、仪器、仪表及主要元件的型号、规格和技术参数。（2）熟悉多级冲击电压发生器的高压示波器（或其它高频数字存贮示波器）的操作使用方法，调节冲击电压发生器输出电压的波形，使之符合规定的标准雷电冲击电压的波形。/（3）调节好点火球隙及其它各球距离，在合适的位置放置好示波器的触发天线，并根据所用分压器的类型连接好分压器示波器测量系统。（4

20、）均匀地升高电压，使冲击电压发生器的第一级主电容充电到预定值，并延长一定的充电时间（35s），待最后一级主电容上的充电电压与第一级主电容的充电压相等后，按“触发点火”按钮，点火球隙放电，各级球隙应同步放电；否则，应重新调节各球隙距离，直到各级球隙动作达到同步。（5）用测量球隙的50%放电法测量冲击电压幅值。（6）用分压器示波器系统测量冲击电压，并拍摄冲击电压波形图。五、实验注意事项（1）每次调节球隙距离时都应首先对各级电容器放电，再把接地棒挂在所要调节的铜球上，然后才可进行调节。（5）两次冲击试验的间隔时间不得少于30s。（6）采用分压器示波器测量系统时，应注意匹配电阻的选择和接线方式，以便正

21、确计算分压比及获得良好的冲击电压波形。六、实验报告要求（1）简述所用冲击电压发生器的基本工作原理，并画出其实际原理接线图，标出各设备、仪器、仪表及主要元件的型号、规格和主要技术参数。（2）对实测效率和计算效率进行比较，判明所用的多级冲击电压发生器属于何种效率回路。（3）拍摄雷电冲击电压波形图，实测其波形参数Tf/Tt，并与计算值进行分析比较。（4）将用分压器示波器系统和测量球隙所测的冲击电压值进行分析比较。 实验四 波沿均匀无损单导线的传输1 实验目的11 进一步掌握波动方程及其解的物理意义；12 进一步理解波速、波阻抗的有关概念以及波阻抗与电阻的异同。2 实验装置及示意图图41 波沿均匀无损

22、单导线的传输实验原理图 F1雷击点（1,1）行波信号取样分压器；Z1雷击点(1, 1)行波信号测量电缆；F2行波经过时间（2-1）2位置行波信号取样分压器；Z2行波经过时间（2-1）2位置行波信号测量电缆；RZ行波经过时间（2-1）2位置匹配电阻；CRO双通道数字脉冲示波器。3 实验原理说明31 波动方程及其解均匀无损耗单导线的单元等值电路如图42所示，根据电感、电容上电压、电流的关系可得：图42 均匀无损耗单导线的单元等值电路-(+)=L0； (-)-=C0整理得：-L0 （4-1）； -C0 （4-2）。上面波动方程的解为： (4-3)； (4-4)式中：为波速；Z为线路波阻抗；和分别为电

23、压的前行波和反行波；和分别为电流的前行波和反行波。其中，波速：= (4-5) ; 波阻抗：Z （4-6）32 描述行波在均匀无损耗单导线上传播基本规律的四个方程为方便起见，把、和分别写成、和，、分别写为、，可得出描述行波在均匀无损耗单导线上传播基本规律的4个方程为： (4-7)； (4-8)。Z （4-9）； =-Z (4-10)。由此可见，导线上任何一点的电压和电流，等于通过该点的前行波和反行波之和；从这4个方程出发，再加上边界条件和起始条件，即可求解各种类型的波过程问题。33 波动方程解的物理意义331前行波和反行波下面用行波的概念来分析波动方程的物理意义。首先讨论式（4-3）电压的第一个分量。设任意波形的电压波沿线路传播，如图4-3所示，假定时刻，线路上任意位置1点的电压值为,当时刻（>1），电压值为的点到达,则应满足：； 即；由式（4-5）可知，波速恒大于零；又因为>0，所以>0。由此可见，表示沿x的正方向以波速向前行进的电压波，故称为电压前行波。类似的，可以证明表示沿的反方向行进的电压波，称为电压反行波；表示沿的正方向行进