第7章-电气设备绝缘的高电压试验-2014

第6章电气设备的预防性试验6.1绝缘电阻的测试6.2泄漏电流的测量6.3介质损耗角正切值的测量6.4局部放电的测试6.5电压分布的测量6.6绝缘油的电气试验和气相色谱分析6.7绝缘状态的在线监测高电压工程基础《高电压工程基础》（第二版）施围邱毓昌张乔根（西安交通大学）编著刘青（西安科技大学）制作高电压工程基础第七章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脉冲功率技术7.5

稳态高电压的测量7.6

冲击电压的测量7.7

光电与数字化测量技术高电压工程基础7.1交流高电压试验

交流绝缘试验应采用频率为45Hz~65Hz的交流电压。

交流电压的特性主要以峰值、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：工频试验变压器串联谐振方法高电压工程基础工频电压的产生1.工频高压试验对试验设备的要求T.O.QBTR1R2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工频试验变压器的特点：（1）电压试验变压器电压很高；（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45~55Hz范围内。（3）试验变压器的容量不大，所以设计时采用较小的安全系数，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。高电压工程基础2.串级试验变压器

2U2

U2

T3

21

3

21T2

3

2

1T1

3U2输出的额定电流：I2（A）每一级变压器高压侧绕组的额定电压：U2（kV）装置输出的额定电压：3U2高电压工程基础3.调压装置（1）对调压装置的要求a）输出电压质量好

要求调压器输出电压波形应尽量接近正弦波；输出电压下限最好为零。b）调压特性好

要求调压器阻抗不宜过大；调压特性曲线平滑线性；调节方便、可靠。（2）常用的调压装置a）自耦式调压装置；b）移圈式调压器；c）感应调压器高电压工程基础串联谐振交流高压的产生CRL串联谐振装置的等效电路串联谐振方法的优点：1）波形的畸变小；2）故绝缘击穿处的电弧不会将故障点扩大高电压工程基础调频调压电源50Hz电源反馈控制信号激励变压器电抗器分压器被试品变频串联谐振装置的原理框图电容分压器是纯电容式的，用来测量试验电压。系统的频率取决于回路的L-C参数。当负载电容Cx的变化范围很大时，可以根据Cx的大小，适当调整电抗器的电感L值，使谐振频率固定在规定要求范围内。高电压工程基础交流高压试验1）防止工频高压试验中可能出现的过电压原因：“容升”效应、对初级绕组突然加压、当输出电压较高时突然切断电源等；防止措施：在变压器出线端与被试品之间串接一适当阻值的保护电阻（按0.1

/V选取阻值）2）试验电压的波形畸变原因：变压器或调压装置的铁芯工作在在磁化曲线的饱和段，或当变压器和调压器存在漏抗；措施：在试验变压器原边绕组并联一个L-C串联谐振回路。u1

CLC

L

Tu1高电压工程基础3）外施电压试验和感应高压试验

有些电气设备绕组绝缘是分级的，绕组的各不同部位应该耐受和能够耐受的试验电压当然也就不同。另外，外施电压法对绕组的纵绝缘和相间绝缘也难于进行试验。解决这个问题的办法就是感应高压试验，即在其低压绕组上加足够高的电压，使中压绕组、高压绕组感应出所需的试验电压来。高电压工程基础7.2直流高电压试验（1）直流高压试验设备1）测量泄漏电流；2）直流耐压试验；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、Ud---试品输出直流电压的最大值、最小值、算术平方值TDRCRxutTUminUmaxUT半波整流电路及输出电压波形图（1）半波整流回路高电压工程基础（2）直流高压试验设备的基本技术参数1）输出的额定直流电压（算术平均值）Ud2）相应的额定直流电流（平均值）Id3）电压脉动系数（亦称纹波系数）

S对于半波整流电路高电压工程基础2.倍压整流回路CCT倍压电路1230C1常用倍压电路C2变压器A点对地绝缘为2UT，而点A’为UT。输出电压为2UT。工作原理：1）当电源为负时，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。高电压工程基础3.串级直流发生器D1C1’C1Q2Q2+Q1Q2+2Q1Q2+(n-1)Q1Q12Q1nQ1Q2+(n-2)Q1RxIdD1’DnDn’Cn’Cn串级直流高压发生器原理图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、不同的试验要求选择合适的电源容量。（2）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高电压工程基础(1)

试验设备的容量较小。(2)在试验时可以同时测量泄漏电流；(3)在某种程度上带有非破坏性试验的性质；(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情况。2.直流高电压试验的特点高电压工程基础7.3冲击电压试验冲击电压：（雷电冲击电压、操作冲击电压）POO’TfCFTttUxyz标准雷电冲击的定义：Tx为30%~90%峰值间所测得的时间。标准雷电冲击电压：

1.2/50[

s]标准操作冲击电压：

250/2500[

s]高电压工程基础冲击电压发生器与参数计算1.冲击电压产生的基本原理_+RfRtC2C1U0u2(t)Rd_+RfRtC2C1u2(t)U0LRf_+RtC2C1U0u2(t)(a)典型等效电路(b)考虑回路电感的等效电路(c)高效回路的等效原理：（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。主电容试品等电容波头电阻波尾电阻高电压工程基础RRRR多级冲击电压发生器RfRtATT“电容器并联充电，串联放电”，这一过程由一组球隙来完成。高电压工程基础RRRrDCCCCT冲击电压发生器的单边充电回路RRRrDDRRRRCCCCCCCCT冲击电压发生器的双边充电回路高电压工程基础2.冲击电压发生器放电回路的近似计算（1）波前时间的确定高电压工程基础（2）半峰值时间的确定（3）冲击电压发生器的效率高电压工程基础

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。高电压工程基础

操作冲击电压的获得（1）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

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高电压工程基础7.4脉冲功率技术脉冲功率技术的应用：核辐射效应模拟核爆电磁脉冲模拟惯性约束核聚变闪光照相高功率微波材料科学及其他领域高电压工程基础7.5

稳态高电压的测量高压测量系统：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：（1）峰值或有效值总不确定度在

3％之内；（2）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：工频交流高压、直流高压高电压工程基础①利用气体放电测量交流高电压，例如测量球隙。②利用静电力测量高电压，例如静电电压表。③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。④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：高电压工程基础

气体放电间隙1.球间隙垂直型标准测量球隙（1）间隙距离不超过球径的1/2，可保证测量的不确定度在

3%以内。（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。高电压工程基础2.棒间隙IEC规定中，推荐使用左图的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。

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：高电压工程基础Sfl

静电电压表原理：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

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

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：高电压工程基础2.电容器充电电压法测量交流峰值IdRCDV

A电容器充电电压法

被测交流电压经整流管D使电容充电至交流电压的幅值，电容电压由静电电压表或微安表串联电阻来测量。

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：高电压工程基础3.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，其测量方法与交流峰值测量的方法相同。高电压工程基础

高压分压器1.高阻分压器和串有高阻的电流表U2U1Z1Z2高阻分压器I2U1Z1Z2AP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P；

为了防止在控制台出现高电压，微安表应并联电阻。高电压工程基础2.电容分压器C2C1U1U2交流电容分压器分压器高压臂分压器低压臂（1）分布式电容分压器，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）集中式电容分压器，它的高压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。高电压工程基础7.6

冲击电压的测量冲击电压的测定包括：幅值测量和波形记录标准规定：

对于标准全波、波尾截断波以及1/5

s短波，幅值的测量不确定度不超过±3%，1

s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：

a.

测量球隙；

b.

分压器-示波器。高电压工程基础1.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：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