绝缘的高压试验

1、各种预防性绝缘试验的作用各种预防性绝缘试验的作用 第五章第五章 绝缘的高电压试验绝缘的高电压试验 什么是绝缘的高电压试验？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工作电压，用以考验各种绝缘耐在运行中受到的工作电压，用以考验各种绝缘耐受这些高电压作用的能力。受这些高电压作用的能力。 特点：特点： 直观、可信度高、要求严格。直观、可信度高、要求严格。具有破坏性试验的性质。具有破坏性试验的性质。 一般放在非破坏性试验项目合格通过之后进

2、行，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。以避免或减少不必要的损失。 难点问题：难点问题： 由于输电电压和相应的试验电压在不断提高，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困难，这是高电压试验技术发展中首先需要解决的问题。解决的问题。 本章主要内容：本章主要内容： 本章介绍产生各种试验电压的高电压设备、本章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以及绝缘高电压试验各种高电压的测量方法以及绝缘高电压试验的接线和实施方法。的接线和实施方法。

3、第一节第一节 工频高电压试验工频高电压试验 工频高电压试验不仅仅为了检验绝缘在工频交流工作电压工频高电压试验不仅仅为了检验绝缘在工频交流工作电压下的性能，也用来等效地检验绝缘对操作过电压和雷电过下的性能，也用来等效地检验绝缘对操作过电压和雷电过电压的耐受能力。电压的耐受能力。 本节主要介绍工频高电压的产生原理和工频高压试验的本节主要介绍工频高电压的产生原理和工频高压试验的基本接线图。基本接线图。工频高电压试验的基本线路工频高电压试验的基本线路1-1-电源开关；电源开关；2-2-调压器；调压器；3-3-电压表；电压表；4-4-试验变压器；试验变压器；5-5-变压器保护电阻；变压器保护电阻；6-6

4、-试品；试品；7-7-测量铜球保护电阻；测量铜球保护电阻；8-8-测量铜球测量铜球 一、工频高电压的产生一、工频高电压的产生 通常采用高压试验变压器或其串级装置来产生。通常采用高压试验变压器或其串级装置来产生。 对电缆、电容器等电容量较大的被试品，可采用对电缆、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工频高电压。串联谐振回路来获得试验用的工频高电压。 工频高压装置是高压试验室中最基本的设备，也工频高压装置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。是产生其他类型高电压的设备基础部件。 （一）高压试验变压器一）高压试验变压器特点特点 试验变压器本身应有很

5、好的绝缘，但绝缘裕度小，试验变压器本身应有很好的绝缘，但绝缘裕度小，试验过程中要严格限制过电压的出现。试验过程中要严格限制过电压的出现。 例如：例如：500750kV试验变压器的绝缘五分钟试验试验变压器的绝缘五分钟试验电压仅比其额定电压高电压仅比其额定电压高1015。额定电压高而容量不大额定电压高而容量不大 , 试验变压器高压侧电流试验变压器高压侧电流 和额定容量和额定容量 都主要取决于被试品的电容。都主要取决于被试品的电容。 (A) （kVA） 被试品的电容和试验变压器本身的电容，被试品的电容和试验变压器本身的电容，uF 试验电压，试验电压，kV; 电源频率，电源频率，Hz。PICfU外观上

6、的特点：由于试验变压器的额定电压很高外观上的特点：由于试验变压器的额定电压很高而容量不大，油箱本体不大而其高压套管又长又而容量不大，油箱本体不大而其高压套管又长又大。大。 单套管式试验变压器：额定电压一般不超过单套管式试验变压器：额定电压一般不超过 250300kV 双套管式试验变压器：最高额定电压达双套管式试验变压器：最高额定电压达750kV 试验变压器连续运行时间不长，发热较轻，因而试验变压器连续运行时间不长，发热较轻，因而不需要复杂的冷却系统。不需要复杂的冷却系统。 漏抗大，短路电流较小，可降低机械强度方面的漏抗大，短路电流较小，可降低机械强度方面的要要 求。求。 输出电压波形很难完美，

7、需要采取措施加以修正。输出电压波形很难完美，需要采取措施加以修正。 试验变压器的接线与结构示意图如试验变压器的接线与结构示意图如51。 工频试验变压器工频试验变压器电力变压器电力变压器 (二二)试验变压器串级装置试验变压器串级装置 变压器的体积和重量近似地与其额定电压的三次变压器的体积和重量近似地与其额定电压的三次方成比例。方成比例。 当所需的工频试验电压很高（例如超过当所需的工频试验电压很高（例如超过750kV）时，再采用单台试验变压器来产生在技术和经济时，再采用单台试验变压器来产生在技术和经济上不合理。上不合理。 时，采用若干台试验变压器组成串级时，采用若干台试验变压器组成串级装装 置来满

8、足要求。置来满足要求。 由两台单套管试验变压器组成的串级装置示意图由两台单套管试验变压器组成的串级装置示意图如图如图5-2所示。所示。 因而装置的容量利用率因而装置的容量利用率 n级串级装置的容量利用率级串级装置的容量利用率 试验变压器的台数越多，容量利用率越低。试验变压器的台数越多，容量利用率越低。这是串级装置的固有缺点。因而通常很少采这是串级装置的固有缺点。因而通常很少采用用n3的方案。的方案。 整套装置总容量：整套装置总容量：U U2 2I I2 2+2U+2U2 2I I2 2+3U+3U2 2I I2 2=6U=6U2 2I I2 2装置输出额定容量：装置输出额定容量：3U3U2 2

9、I I2 2容量利用率低容量利用率低三变压器组成的串级变压器示意图三变压器组成的串级变压器示意图 二、工频高压试验的基本接线图二、工频高压试验的基本接线图 由于试验变压器（输出电压可调）的低压绕组应由一调压由于试验变压器（输出电压可调）的低压绕组应由一调压器来供电，调压器应能按规定的升压速度连续、平稳地调器来供电，调压器应能按规定的升压速度连续、平稳地调节电压，使高压侧电压在节电压，使高压侧电压在0-U的范围内变化。的范围内变化。 常用的调压供电装置有下列几种：常用的调压供电装置有下列几种： 自耦变压器自耦变压器 特点：体积小、质量轻、短路阻抗小、功特点：体积小、质量轻、短路阻抗小、功耗小、对

10、波形畸变少。不适用大功率变压器。耗小、对波形畸变少。不适用大功率变压器。 感应调压器感应调压器 利用电磁感应原理将初级电能通过磁场感应利用电磁感应原理将初级电能通过磁场感应馈送到次级，又通过改变定转子绕组轴线相对角位移和一馈送到次级，又通过改变定转子绕组轴线相对角位移和一定的联接方式，使次级负载电压能在带电状态下并在较大定的联接方式，使次级负载电压能在带电状态下并在较大的范围内得到平滑无级连续调节。的范围内得到平滑无级连续调节。 移卷调压器移卷调压器 广泛应用于对波形要求不严格、额定电压广泛应用于对波形要求不严格、额定电压为为100kv及以上的试验变压器上。及以上的试验变压器上。 电动电动-发

11、电机组发电机组 可以得到很好的正弦波形和均匀的电压可以得到很好的正弦波形和均匀的电压调节，适用于对试验要求较高的大型制造厂和试验基地应调节，适用于对试验要求较高的大型制造厂和试验基地应用。用。 试验变压器高压侧的电压可以用高压静电电试验变压器高压侧的电压可以用高压静电电压表压表PV2或测量球隙或测量球隙F来测量。测量球隙还能来测量。测量球隙还能防止因操作失误而出现高电压的作用，而让防止因操作失误而出现高电压的作用，而让PV2承担测量高压的任务。承担测量高压的任务。 工频耐压试验的实施方法：工频耐压试验的实施方法： 按规定的升压速度提升作用在被试品按规定的升压速度提升作用在被试品TO上上的电压，

12、直到它等于所需的试验电压的电压，直到它等于所需的试验电压Ut为为止。保持止。保持1分钟，没有发现绝缘击穿或局部分钟，没有发现绝缘击穿或局部损伤，可认为合格通过。损伤，可认为合格通过。 第二节第二节 直流高电压试验直流高电压试验 被试品的电容量很大的场合被试品的电容量很大的场合（例如长电缆段、电（例如长电缆段、电力电容器等），用工频给交流高电压进行绝缘试力电容器等），用工频给交流高电压进行绝缘试验时验时会出现很大的电容电流，要求试验装置具有会出现很大的电容电流，要求试验装置具有很大的容量很大的容量，很难做到。这时用直流高电压试验，很难做到。这时用直流高电压试验来代替工频高电压试验。来代替工频高电

13、压试验。 一、直流高电压的产生一、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。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（或称串级直流高压发生器)能产生出更高的直流能产生出更高的直流试验电压。试验电压。 （一）高压整流器（一）高压整流器 主要技术参数主要技术参数 额定整流电流：通过整流器的正向电流在一个周期内的平额定整流电流：通过整流器的正向电流在一个周期内的平均值。均值。 额定反峰电压额定反峰电压 ：当整流器阻断时，其两端容许出现的最高：当整流器阻断时，其两端容许出现的

14、最高反向电压峰值。反向电压峰值。 电路空载时整流器两端承受的反向电压电路空载时整流器两端承受的反向电压 最大反向电压最大反向电压 当接有负载时（当接有负载时（ ），电容），电容C上的整流电压的最大值上的整流电压的最大值 U max将不可能再等于将不可能再等于Um，而是要比它低一个，而是要比它低一个U;在整流器在整流器处于静止状态时，电容处于静止状态时，电容C上的电压也不再保持恒定，将因上的电压也不再保持恒定，将因RL放电而逐渐下降，直至某一最小值放电而逐渐下降，直至某一最小值U min为止，因为这时为止，因为这时第二个周期的充电过程开始了，电压出现脉动现象，第二个周期的充电过程开始了，电压出现

15、脉动现象， 如图如图5-6所示。所示。LR 整流回路的基本技术参数：整流回路的基本技术参数： 额定平均输出电压：额定平均输出电压： 额定平均输出电流：额定平均输出电流： 电压脉动系数（纹波系数）：电压脉动系数（纹波系数）： 对半波整流回路对半波整流回路 负载电阻负载电阻RL越小（负载越大），输出电压的脉动幅度越大；越小（负载越大），输出电压的脉动幅度越大；而增大滤波电容而增大滤波电容C或提高电源频率或提高电源频率f，均可减小电压脉动。，均可减小电压脉动。avUUS (二二) 倍压整流回路倍压整流回路 三种倍压整流电路，前二种可获得等于三种倍压整流电路，前二种可获得等于2Um的直的直流电压，而后

16、一种可获得等于流电压，而后一种可获得等于3Um的直流电压。的直流电压。 （a）中，电源）中，电源T在正半波期间流经整流器在正半波期间流经整流器V1向电容器向电容器C1充充电，负半波时则经电，负半波时则经V2向向C2充电，最后充电，最后C1和和C2上的电压均上的电压均达到达到Um，它们叠加起来即可在输出端获得，它们叠加起来即可在输出端获得2Um的直流电的直流电压。这种倍压整流回路实质上是两个半波整流回路的叠加。压。这种倍压整流回路实质上是两个半波整流回路的叠加。 （b）中，电源在负半波期间经）中，电源在负半波期间经V1向向C1充电，而正半波期充电，而正半波期间电源与间电源与C1串联起来经串联起来

17、经V2向向C2充电，所以最后充电，所以最后C2上也获上也获得得2Um的直流电压。的直流电压。 （c）中）中,电源在正半波期间经电源在正半波期间经V1向向C1充电，经充电，经V2向向C2充电，充电，负半波期间电源与负半波期间电源与C1和和C2串联起来经串联起来经V3向向C3充电，最后充电，最后C3上获得上获得3Um的直流电压。的直流电压。 前面说的都是空载时的情况，当接上负载电阻后，输出电前面说的都是空载时的情况，当接上负载电阻后，输出电压也会出现电压降落和脉动的现象。压也会出现电压降落和脉动的现象。倍压直流与串级直流装置倍压电路的工作原理变压器输出电压峰值变压器输出电压峰值 U UT T直流高

18、压直流高压2 U2 UT TUCUC1 1UCUC2 2 U UT TU UB B U UT T U UA A可达可达2 U2 UT T要求变压器绝缘水平高要求变压器绝缘水平高高压变压器不接地的直流倍压电路Why？22222变压器一端接地的直流倍压电路降低变压器的绝缘水平，可采用普通型变压器作降低变压器的绝缘水平，可采用普通型变压器作为直流电源的变压器为直流电源的变压器变压器一端接地的直流倍压电路倍压电路空载时的各点电位倍压过程：当当T T的高压绕组的端点的高压绕组的端点3 3相对于相对于0 0点电压为负点电压为负时，时，D1D1正向导通，使电容正向导通，使电容C1C1充电，充电稳定后点充电，

19、充电稳定后点1 1相对于相对于3 3建立起建立起UMUM的电压的电压变压器一端接地的直流倍压电路倍压电路空载时的各点电位倍压过程：当点当点1 1相对于相对于0 0为正时，为正时，D1D1开始截止开始截止变压器一端接地的直流倍压电路倍压电路空载时的各点电位倍压过程：在点在点1 1相对于相对于2 2为正时为正时D2D2导通。充电稳定时，导通。充电稳定时，由于在点由于在点3 3相对于相对于0 0的最高电压可达的最高电压可达+UM+UM，因点，因点1 1 相对于相对于3 3已已充有充有+UM+UM电压，所以点电压，所以点1 1的对地电压最高可达的对地电压最高可达 2UM2UM，此时，此时D2D2导通，

20、最终可使导通，最终可使C2C2充上充上2UM2UM的电压的电压 变压器一端接地的直流倍压电路倍压电路空载时的各点电位串级直流装置概念：概念：倍压电路的积木式的迭倍压电路的积木式的迭加加 利用图利用图5-7（b）中的倍压整流）中的倍压整流电路作为基本单元，多级串联电路作为基本单元，多级串联起来即可组成一台串级直流高起来即可组成一台串级直流高压发生器，如图压发生器，如图5-8所示。所示。 当级数当级数n n超过一定值时，再增超过一定值时，再增加加n n将无助于输出电压的增加，将无助于输出电压的增加，而元件数量和整个结构高度却而元件数量和整个结构高度却会随会随n n而正比上升，这一点在设而正比上升，

21、这一点在设计时应予注意。计时应予注意。直流高压串级发生器 串级装置的充电过程可利用图串级装置的充电过程可利用图5-9所示的直流电源所示的直流电源+E和和-E经切换开关经切换开关S给各台电容器充电的过程来给各台电容器充电的过程来加以说明。加以说明。 二、直流高电压试验的特点和应用范围二、直流高电压试验的特点和应用范围 特点：特点： 只有微安级泄漏电流，试验设备的容量较小。只有微安级泄漏电流，试验设备的容量较小。 试验时可同时测量泄漏电流，由所得的试验时可同时测量泄漏电流，由所得的“电压电压电电 流流”曲线能有效地显示绝缘内部的集中性缺陷曲线能有效地显示绝缘内部的集中性缺陷或受潮。或受潮。用于旋转

22、电机时，能使电机定子绕组的端部绝缘用于旋转电机时，能使电机定子绕组的端部绝缘也受到较高电压的作用，发现端部绝缘中的缺陷。也受到较高电压的作用，发现端部绝缘中的缺陷。 在直流电压下，局部放电较弱，不会加快有机绝在直流电压下，局部放电较弱，不会加快有机绝缘材料的分解或老化变质，在某种程度上带有非缘材料的分解或老化变质，在某种程度上带有非破坏性试验的性质。破坏性试验的性质。 直流电压下，绝缘内的电压分布由电导决定，因直流电压下，绝缘内的电压分布由电导决定，因而与交流运行电压下的电压分布不同，所以交流而与交流运行电压下的电压分布不同，所以交流电气设备的绝缘考验不如交流耐压试验那样接近电气设备的绝缘考验

23、不如交流耐压试验那样接近实际。实际。 直流高压试验接线示意图直流高压试验接线示意图1.单级冲击电压发生器单级冲击电压发生器基本回路C0放电回路标准雷电冲击全波采用的是非周期性双指数波。 )()(21tteeAtu图 双指数函数冲击电压波 波前形成过程： 波尾形成过程：fftfCReUU10),1 (1)(,022fttmfCCReUU 实际冲击电压发生器采用图5-19的回路。 图5-19 冲击电压发声器常用回路 放电回路的利用系数 211221102RRRCCCUUm2.多级冲击电压发生器单级冲击电压发生器能产生的最高电压一般不超过200300kV。因而采用多级叠加的方法来产生波形和幅值都能满

24、足需要的冲击高电压波。多级冲击电压发生器原理接线图: 图5-20多级冲击电压发生器的原理接线图基本原理:并联充电，串联放电 图5-21 冲击电压发生器充电过程等值电路图5-22冲击电压发生器放电过程等值电路自起动方式：自起动方式：只要将点火球隙只要将点火球隙F1F1的极间距离调节的极间距离调节到使其击穿电压等于所需的充电电压到使其击穿电压等于所需的充电电压UcUc，当，当F F1 1 的的电压上升到等于电压上升到等于UcUc时，时，F F1 1即自行击穿，起动整套即自行击穿，起动整套装置。装置。方式二：方式二：使各级电容器充电到一个略低于使各级电容器充电到一个略低于F F1 1击穿击穿电压的水

25、平上，处于准备动作状态，然后利用装电压的水平上，处于准备动作状态，然后利用装置产生一点火脉冲，送到置产生一点火脉冲，送到F F1 1的一个球电极上。的一个球电极上。第四节 高电压测量技术 目前最常用的测量冲击电压的方法有：分压器-示波器；测量球隙；分压器-峰值电压表。 球隙和峰值电压表只能测量电压峰值，示波器则能记录波序，即不仅指示峰值而且能显示电压随时间的变化过程。 1. 分压器与数字记录仪（示波器）图 冲击电压测量系统 由于可同时测定波形和峰值，所以在测量中被广泛使用。由于数字记录仪的输入电压一般小于数百伏，所以常和分压器一起构成冲击电压测量系统来进行测量，如图所示。2. 标准球间隙(1) 多级法 以预期的50%放电电压的23%作为电压级差，对被测试品分级施加冲