电气绝缘测试技术第３版课件作者刘耀南邱昌容西安交通大学主编第三章节介电强度试验

第三章

介电强度试验407C第三章

介电强度试验407C第三章

介电强度试验407C第一节概述

第二节试样与电极第三节工频电压下的介电强度试验第四节直流电压下的介电强度试验第五节冲击电压下的介电强度试验第六节叠加电压下的介电强度试验第七节高电压试验室第一节

概407C述一、定义二、影响介电强度的因素一、定义407C绝缘材料或结构，在电场作用下瞬间失去绝缘特性，造成电极间短路，称为电气击穿。在试验中或在使用中，绝缘材料或结构发生击穿时所施加的电压，称为击穿电压；击穿点的场强称为击穿场强。二、影响介电强度的因素407C电压波形

绝缘材料在直流、工频正弦以及冲击电压下的击穿机理不同，所测得的击穿场强也不同，工频交流电压下的击穿场强比直流和冲击电压下的低得多。电压作用时间无论是电击穿或热击穿，都需要有个发展过程。

(3)电场的均匀性及电压的极性材料的本征击穿场强是在均匀电场下测得的。试样的厚度与不均匀性

试样的厚度增加，电极边缘电场就更不

均匀，试样内部的热量更不容易散发，试样内部含有缺陷的机率增大，这些都会使击穿场强下降。环境条件

试样周围的环境条件，如温度、湿度以及压力等，都会影响试样的击穿场强。图3-1聚乙烯的击穿场强与电压作用时间的关系407C3-2厚度的影响407C3-3温度的影响407C3-4水分的影响407C3-5压力的影响407C第二节

试样与电极407C一、均匀电场下击穿试验用的试样与电极二、例行试验中用的试样与电极三、液体材料用的电极一、均匀电场下击穿试验用的试样与电极图3-6

均匀电场下击穿试验用的试样与电极a)

板材

b)

薄膜407C二、例行试验中用的试样与电极图3-7

板材用的电极a)

对称电极

b)

不对称电极=25mm

=75mm

=25mm

=15mm

r=3mm407C三、液体材料用的电极图3-8407C液体击穿试验用电极第三节

工频电压下的介电强度试验407C一、升压方式二、试验设备与装置三、工频高电压的测量一、升压方式407C快速升压

电压从零上升到击穿电压所经历的时间，约为10～20s。20s逐级升压

电压逐级升高，每级停留20s，各级电压的数值可参阅表3-1。慢速升压

从快速升压的击穿电压的40%开始，以较慢的速度升

压，使击穿发生在120～240s内，电压上升的速度可选取2V/s、5V/s、10V/s、20V/s、50V/s、100V/s、200V/s、500V/s、1000V/s。60s逐级升压

与20s逐级升压相似，只是每级停留的时间为60s。极慢速升压

从快速升压击穿电压的40%开始，以极慢的速度升压，使击穿发生在300～600s内。表3-1逐级升压规定的各级电压值(单位：kV)407C二、试验设备与装置407C高压试验变压器调压器控制线路保护和接地1.高压试验变压器407C试验变压器的电压

试验变压器的额定电压等级，要根据试样的试验电压等级来选定。变压器的容量

绝缘材料的击穿试验和电工设备的耐压试验中，试样都是容性阻抗。电压波形

工频电压的波形应为正弦波，正弦波的峰值与有效值之比称为波形因数。(1)试验变压器的电压图3-9

串接变压器原理图、—变压器

G—绝缘支柱

S—试样R—保护电阻

～—绕组407C(1)试验变压器的电压图3-10

串联谐振回路原理图T—试验变压器

L—电抗器S—试样

R—调节电阻407C(1)试验变压器的电压图3-11T—变压器串联谐振装置示意图、—调谐电抗器—试样电容407C(2)变压器的容量407C绝缘材料的击穿试验和电工设备的耐压试验中，试样都是容性阻抗。试样在击穿前绝缘电阻很高，因此试验变压器的容量，可以根据试样在试验电压下通过的容性电流来计算.(3)电压波形图3-12

变压器的磁化曲线磁通Φ与激磁电流I的关系磁通及激磁电流的波形407C(3)电压波形图3-13

滤波器接线图407C—调压器L—电抗器—变压器C—电容器2.调压器407C自耦调压器

自耦调压器是在铁心上只绕一个线圈，线圈的两端为一次侧，接电源。移圈调压器

容量大的调压器都用移圈调压器。(1)自耦调压器图3-14移圈调压器a)结构图b)原理图407C(2)移圈调压器407C容量大的调压器都用移圈调压器。3.控制线路407C只有在试验人员撤离高压试验区，并关好安全门之后，才能加上电压进行试验。升压必须从零开始，以一定方式和速度上升。在试样发生击穿时，能自动切断电源。3-15407C图3-16工频介电强度试验线路(自动的)407C4.保护和接地407C高电压试验中，必须非常注意人身及设备的安全。除了在控制线路中已采用过载释放器、安全门开关、调压器限位开关之外，在试验回路的低压部分有可能出现高电压的各点，都要接上放电间隙。一旦在这些地方出现高电压，放电间隙放电，强迫该点接地。三、工频高电压的测量407C静电电压表高电压静电电压表是由两个极板组成的，一个极板固定，另一个由弹簧连接，可以移动。球隙测量法在确定条件下，球隙间空气的放电电压与球隙的距离有一定的关系，见附录E，因此可以利用球隙放电时的距离来测量电压。互感器测量法

电压互感器是变比和角差都很精确的降压变压器，它将高电压变换为低电压进行测量。分压器法

分压器是由一个高阻抗与低阻抗串接而成的。测量绕组法

有许多试验变压器本身带有一个测量绕组，设此绕组的匝数与高压绕组的匝数比为ki，则高压端的电压u２就等于此绕组的电压u1乘以ki，即u2=kiu1。(1)静电电压表407C高电压静电电压表是由两个极板组成的，一个极板固定，另一个由弹簧连接，可以移动。当极板上施加电压u时，电场力所做的功使电场能量发生变化.(2)球隙测量法表3-2球隙击穿电压的校正系数407C(3)互感器测量法407C电压互感器是变比和角差都很精确的降压变压器，它将高电压变换为低电压进行测量。电压互感器的电压比k为已知，则在

二次侧测得的电压乘以k就得到一次侧的高电压值。这种方法

测量非常方便、可靠，因而在电网上普遍采用，但造价比较高。(4)分压器法图3-17电容分压器原理图407C(5)测量绕组法图3-18

测试回路的电压分布图a)

测试回路

b)

＜

c)

＞407C第四节

直流电压下的介电强度试验407C一、直流高电压试验装置二、直流高电压的测量一、直流高电压试验装置407C高压整流倍压整流1.高压整流407C电压等级应满足试验电压的要求。设备容量应能输出10～20mA电流。电压脉动系数图3-19

半波整流电路a)

整流线路

b)

的上升过程

c)

的脉动407C图3-20整流电路图a)全波整流b)桥式整流407C图3-21407C硅堆串原理图2.倍压整流图3-22

倍压整流线路及工作原理图a)

倍压整流线路

b)

倍压过程407C2.倍压整流表3-3倍压过程各点电位变化的分析表407C2.倍压整流图3-23

多级倍压电路图a)

对称式

b)不对称式407C二、直流高电压的测量407C高电阻与毫安表串接法电阻分压器二、直流高电压的测量图3-24高电阻与毫安表串接法407C1.高电阻与毫安表串接法407C用一个精确的高电阻与一个毫安表串接，被测电压U施加在它的两端，如图3-24所示。由于毫安表的内阻远小于高电阻R，因此毫安表通过的电流I=U/R。R为已知电阻，于是被测电压U就可以通过毫安表测得的电流I来显示。为了安全起见，在毫安表两端要并接一个放电器，当出现高电压时，放电器放电，把毫安表短路并强制接地。2.电阻分压器图3-25

双臂桥式电阻分压器a)

原理图

b)

双臂桥式线路407C第五节

冲击电压下的介电强度试验407C一、冲击电压的波形及发生器一、冲击电压的波形及发生器图3-26

冲击电压波形a)

雷电波全波

b)

操作波407C一、冲击电压的波形及发生器图3-27冲击电压发生器的原理图407C3-28407C3-29407C图3-30多级冲击电压发生器线路407C图3-31高效率冲击电压发生器线路a)

线路图

b)

原理图407C图3-32407C操作波发生器的原理图图3-33

操作波发生器a)

线路图

b)

原理图407C二、冲击电压的测量407C球隙测量法分压器示波器和峰值表1.球隙测量法407C球隙测量法与测量工频电压时相似，所不同的是冲击电压作用在球隙上的时间很短，球隙放电电压有较明显的分散性，因此要用50%放电法来测量。这里的50%是指球隙放电的次数占施加于球隙上的冲击电压次数的50%。测量是这样进行的；固定被测的冲击电压不变，并连续施加到测量球隙上，逐渐调小测量球隙的距离，直到发生器产生10次冲击电压时，球隙上出现4～6次放电。记下这时球隙的距离，就可在附录E中查得冲击电压的峰值。2.分压器407C电阻分压器

电阻分压器的电阻值约为10４Ω，要求是无感电阻，其温度系数小，而且体积小。电容分压器

电容分压器消耗的能量极少，没有因发热带来的麻烦，它还可以用来调节冲击电压的波形，但由于其电容量C比电阻分压器的杂散电容要大得多，高压引线容易引起振荡，所以必须在高压引线末端接入阻尼电阻RD，高压引线造成的响应时间常数为T=RDC。阻容分压器为了克服电阻分压器和电容分压器各自的缺点，近年来发展了电阻和电容混合的阻容分压器，阻容分压器又可分为串联和并联两种类型。分压器测量系统的性能及校验方法分压器测量系统的性能主要体现在分压比正确及响应特性好。(1)电阻分压器图3-34407C电阻分压器a)带有屏蔽环b)带有屏蔽锥(1)电阻分压器图3-35407C电阻分压器接线图(2)电容分压器图3-36

电容分压器接线图a)

末端无匹配阻抗

b)

末端有匹配阻抗407C(2)电容分压器图3-37电容分压器输出波形示意图407C(3)阻容分压器407C并联阻容分压器。串联阻容分压器。1)并联阻容分压器。图3-38407C并联阻容分压器线路图2)串联阻容分压器。图3-39407C串联阻容分压器线路图(4)分压器测量系统的性能及校验方法图3-40

分压器的响应a)

指数衰减型

b)

振荡衰减型407C(4)分压器测量系统的性能及校验方法表3-4方波响应时间的规定值407C3.示波器和峰值表图3-41407C同步装置线路图3.示波器和峰值表图3-42峰值表线路a)配合电阻分压器用的b)配合电容分压器用的407C三、冲击电压下介电强度的试验程序407C对电工产品进行冲击试验时，先要观察冲击电压的波形是否符合标准波形的要求，对能自复的绝缘结构，如绝缘子、套管的表面放电，可先施加试验电压的80%左右；对不能自复的绝缘结构，只能施加更低的电压，如50%或70%左右。在冲击电压