高电压技术6资料

1、 6. 电气设备绝缘试验（二）电气设备绝缘试验（二）第一节 工频高压试验第二节 直流高压试验第三节 冲击高压试验6-16-1 工频高压试验工频高压试验 实验目的：实验目的： 1.检验绝缘在工频交流工作电压下的性能。 2.等效地检验绝缘对操作过电压和雷电过电压地耐受能力。一、工频高压的获得一、工频高压的获得： 利用工频高压试验变压器或其串级装置产生。1.工频高压试验变压器的特点：（P155）2.试验变压器的外形结构：金属外壳的单套管式或双套管式、绝缘筒外壳式三种。(1)单套管式单套管式：高压绕组的高电位端经一大套管引出，其低电 位端则与铁心、铁壳相连。(2)双套管式双套管式：高压绕组的中点与铁芯

2、、铁壳相连，其两端分 别通过两个大套管引出。(3)绝缘筒式绝缘筒式：高压绕组的中点与铁芯相连，其两端分别与绝 缘筒两端的金属板相连。绝缘筒既作容器，又作外绝缘。3.串级变压器的使用： 为解决单个变压器容量大于500750KV时制造、运输、安装等不便，而常用几个变压器串级的方法，以获得较高的输出电压。原理电路图见P156图6-1-1。二、二、 试验中过电压可能产生的情况：试验中过电压可能产生的情况：1.稳态方面来看，一般被试品多为容性负荷，会出现 “容升”现象，被试品上将出现很高的过电压，应注意避免。“容升容升”现象现象：容性负荷电流经变压器的漏抗产生压升，使变压器高压侧的输出电压比按空载变比所

3、预期的值还高，即所谓“容升”现象。2.暂态方面来看， (1) 调压器非零位时合电源； (2) 在尚有较高电压时切断电源； (3) 被试品突然击穿；这些都会在试品上造成“暂态过电压”，危及变压器的主绝缘和纵绝缘，这都是不允许的。三三. .工频高压的测量工频高压的测量：1.试验接线图 图6-1-3 工频高压的测量T试验变压器; 保护电阻.；T.O被试品；C.M.电流测压电路；V.D.分压电路； S.V.静电电压表；G球隙； 球隙电阻；P1、P2测压绕组输出端子；P3、P4低压绕组测压端子；P5分压输出端子bRqR P1-P2端子输出的电压,未能反映高压绕组短路阻抗上的压降；P3-P4端子引出的电压

4、,未能反映试验变压器全部短路阻抗上的压降。 两种方法所测的电压都没有反映保护电阻Rb中的压降，所以，估计难以满足标准规定的允差。虽然如此，由于这类测压法比较简便和安全(低压绕组、测压绕组与高压绕组之间有接地静电屏隔离)，所以，通常都还保留着至少作为辅助指示之用，或与某些直接测高压法相配合。2.较准确的测压法：直接测被试品两端的高压。方法(1)测量球隙； (2)静电电压表； (3)高压电容器配用整流装置； (4)分压器配用低压仪表。3.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T.O.上的电压，直到它等于所需的试验电压为止，这时开始计算时间。为了让有缺陷的试品绝缘来得及发展局部放

5、电或完全击穿，达到所需的电压后还要保持一段时间，一般取一分钟就够了。如果在此期间没有发现绝缘击穿或局部损伤(可通过声响、分解出气体、冒烟、电压表指针剧烈摆动、电流表指示急剧增大等异常现象作出判断)的情况，即可认为该试品的工频耐压试验合格通过。6-26-2 直流高压试验直流高压试验 在被试品的电容量很大的场合(例如长电缆段、电力电容器等)，用工频交流高电压进行绝缘试验时会出现很大的电容电流。这就要求工频高压试验装置具有很大的容量，但这往往是很难做到的。这时常用直流高电压试验来代替工频高电压试验。 此外，随着高压直流输电技术的发展，出现了越来越多的直流输电工程，因而必然需要进行多种内容的直流高电压

6、试验。一、直流高压的获得一、直流高压的获得/产生：产生： 高压试验室中通常采用将工频高电压经高压整流器而变换成直流高电压的方法，而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串级直流高压发生器)能产生出更高的直流试验电压。1、高压整流器和半波整流电路：、高压整流器和半波整流电路：(1)高压整流器最主要的技术参数： v额定电流额定电流：是指允许长时间通过整流元件的直流电 流（平均值）。v额定电压额定电压：是指允许加在整流元件上的最大反向电 压的峰值。(2)基本的半波整流电路基本的半波整流电路：（：（P171 图6-2-1）图图6-2-1 基本的半波整流电路基本的半波整流电路T高

7、压试验变压器；V整流元件；C稳定电容；T.O.被试品； 限流电阻； 保护电阻.fRbR 的作用是：当被试品击穿时，限制电容C的放电电流。 的作用是：防止过流，对整流元件起保护作用。fRbR对于容性负荷，该电路输出整流电压的最大允许峰值仅为整流元件额定电压的一半。2、倍压整流回路：、倍压整流回路： 如欲得到更高的电压并充分利用变压器的功率，则有多种倍压电路可供选择，下面介绍的是被试品和试验变压器均允许有被试品和试验变压器均允许有一极接地的倍压整流电路一极接地的倍压整流电路如图6-2-5所示。 图图6-2-5 倍压整流电路之三倍压整流电路之三J工作原理：工作原理：(1)空载情况: 假定电源电势从负

8、半周开始，整流元件V2闭锁，V1导通，使电容C1充电。电容C1两端最大可能达到的电位差接近于 ；此时B点的电位接近于地电位。当电源电势由 逐渐升高时，B点电位随之被抬高，此时V1便闭锁。当B点电位比J点为正时，V2导通，C2被充电，J点电位逐渐升高。电源电势由 逐渐下降时，B点电位下降,当B点电位低于J点电位时,V2闭锁。当B点电位下降到对地为负时,V1导通，使C1充电。 以后即重复上述过程。理论上,最后B点电位将在0 范围内变化,而J点的电位则可稳定在 。pUpU-pUp2Up2U(2)接上负载时: 此时,输出端（J点）的电压波形如图6-2-6中粗实线所示。图中虚线为空载时B点对地电位波形。

9、 由于C2不断对负载放电,J点电位按指数曲线下降,到t1时, 降到最低值 ，此后B点电位 时，V2导通。在t1 t2其间，电源和C1既要对C2充电，补充C2对负载放掉的电荷，还要向负载放电 。在t2时, C2被充电到最高电压 .t2 以后， ,V2截止。在t2 t3期间,C2单独对负载放电，到t3时， 降到最低值,相当于t1时的 。如此循环下去。JuminUJBuu Qmax UJBuuJuminU3 3、串级整流电路：、串级整流电路：上述电路，均只能得到倍压。如欲得更高的电压，可采用串级整流电路，如图6-2-7所示。 利用倍压整流电路为基本单元，多级串联起来即可组成一台串级直流高压发生器，合

10、上电源后，各级电容上的电压由下而上逐渐增大，理想情况可获得空载输出电压等于2nUm(n为级数)。CCCCCC输出图图6-2-7 串级直流高压串级直流高压 发生器原理图发生器原理图 当串级直流装置的外部负载或内部元件发生击穿时，在串级装置内部会出现过电流和过电压。为了防止这种过电流和过电压，我们在本体的外部与负载之间串接一个限流电阻Rf，且使比值Rf/ Rb 足够大时，则可将过电流和过电压限制在允许范围内，为了可靠，还需装设两个球隙保护这些元件，如图6-2-10中所示。图图6-2-10 外接限流电外接限流电阻限制过电流和电压阻限制过电流和电压图中 的作用是限制过电流，保护相应的硅堆。当负载发生破

11、坏性放电时，外接限流电阻两端之间应能承受瞬时电位 ，而不发生闪络。bRPnU2二、直流高压的测量：二、直流高压的测量：1. 棒隙或球隙棒隙或球隙 试验研究结果表明，使用棒棒气隙来测量直流高电压，与使用球隙相比，其测量结果准确度更高，分散性更小，测量装置的结构更简单。因此棒棒气隙可以作为直流高电压的标准测量装置。 直流击穿电压的测量程序为：将间隙距离固定，测量间隙距离，然后逐渐升高电压，直到击穿为止。在75预计击穿电压值以下时，升压速度可稍快，当电压升至75预计击穿电压时，应缓慢升压，从75100放电电压的升压时间约为1min。从第一次击穿即开始记录放电电压，击穿后电压退至零位。再次升压，重复1

12、0次击穿，取其平均值并校正到标准大气条件，即为该间隙距离下的平均击穿电压。间隙击穿后，为了限制放电电流，电路中应串有保护电阻。2.2.电阻分压器配合低压仪表电阻分压器配合低压仪表 测量直流高压用电阻分压器的原理电路如图6-2-12所示. 分压比21212RRRUUK测量仪表的选用，视指示电压的性质而定。如磁电式仪表指示电压平均值；静电式仪表指示电压有效值；峰值电压表指示电压的峰值；示波器分压信号通过隔直电容，可在屏幕上显示脉动分量的波形和幅值。 总的原则是，测量仪表的内阻应该足够大，以致可认为不影响分压比。图6-2-123.用高值电阻与直流电流表串联用高值电阻与直流电流表串联4.静电电压表静电

13、电压表 用静电电压表有可能直接测量到高达几百千伏的直流电压，它所指示的是电压的有效值。当电压纹波系数不超过20时，可以认为有效值与算术平均值是接近相等的，故也可用来测量直流电压的算术平均值。应注意，其刻度是不均匀的，量程中起始1/4部分刻度粗略，分辨率差。三、直流高压试验三、直流高压试验: : 对绝缘作直流耐压试验时，为了避免在电源合闸的过渡过程中产生过电压，应从相当低的电压值开始施加电压。在75%试验电压以下时，应以均匀速度缓慢地升高电压，超过75%试验电压值后，应以每秒2%试验电压的速度上升到100%试验电压值，在此值下保持规定时间后，切除交流电源，并通过适当的电阻使试品和滤波电阻器放电。

14、 对某些电容较大的被试品，在试验完成后，将被试品放电时，必须先通过限流电阻反复几次放电，直到无火花时，方可直接接地放电。 国家有关规定：直流高压试验时，加在试品上的试验电压，应是纹波系数不大于3%的直流电压。6-3 冲击高压试验冲击高压试验一、雷电冲击高压的获得一、雷电冲击高压的获得: 为了研究电气设备在运行中遭受雷电过电压和操作过电压作用时的绝缘性能，在许多高压试验室中都装设了冲击电冲击电压发生器压发生器，用来产生试验用的雷电冲击电压波和操作冲击电压波。许多高压电气设备在出厂试验、型式试验时或大修后都必须进行冲击高压试验。 1.基本回路的基本原理基本回路的基本原理: 图图6-3-1 冲击电压

15、发生器冲击电压发生器 主电容； 波前电阻； G 隔离间隙； 波尾电阻； 波前电容； 被试品0CfRtR.OTfC2.多级冲击电压发生器多级冲击电压发生器:图6-3-2为多级冲击电压发生器的原理接线图。其基本工作原理可概括为“并联充电，串联放电并联充电，串联放电”。1)1)充电过程充电过程 在充电过程中火花球隙均不击穿，各球隙支路呈开路，各级电容器C经充电电阻 并联地由电压为U的整流电源充电，若充电过程足够长，所有电容器都可充到U。2)2)放电过程放电过程 一旦第一对球隙G1击穿，各级球隙G2.G3.G4 将迅速依次击穿，各台电容器将串联起来发生器立即由充电状态转为放电过程，第一对球隙G1称为“

16、点火球隙”。 由于各级充电电阻 有足够大的阻值，因而在短暂的放电过程中，可近似把各个充电电阻支路看成开路。 经放电过程后，被试品上受到的电压幅值接近于3U（为发生器的利用系数）。61chchRR61chchRR3.高效率冲击电压发生器电路：高效率冲击电压发生器电路：图6-3-4 高效率冲击电压发生器电路高效率冲击电压发生器电路优点优点：只要适当整定各级间隙的击穿电压，这种电路是能够可靠地工作，且具有高效率。二、常用的测量系统有：球隙测电压峰值；分压器配用示波二、常用的测量系统有：球隙测电压峰值；分压器配用示波器、峰值电压表、数字记录仪等测压电压峰值及波形。这里器、峰值电压表、数字记录仪等测压电

17、压峰值及波形。这里重点介绍球隙测量法和数字记录仪。重点介绍球隙测量法和数字记录仪。1.用球隙测量冲击电压峰值用球隙测量冲击电压峰值 这种测量方法存在诸多不便，不宜用来测量实时的电压，但它迄今仍是测量雷电冲击和操作冲击电压峰值的标准测量装置。 球隙的优点: 击穿时延小伏秒特性在1s左右即已变平，放电电压分 散性小，具有稳定的放电电压值和较高的测量精度。 稍不均匀电场的冲击系数1，它的50冲击放电电压 与静态放电电压的幅值几乎相等，可以合用同一张放电 电压表格或同样的放电电压特性曲线。 由于湿度对稍不均匀电场的放电电压影响较小，因而采 用球隙来测量电压可以不必对湿度进行校正。(二)用球隙来测量冲击

18、电压，下列特点需要注意：常用10次加压法来求取球隙的50放电电压。即固定电压，调节球隙距离到某一值，连续10次加压，其中有46次球隙击穿放电，即可认为所加冲击电压就是该球隙的50放电电压。2.2.显示冲击电压用的低压仪表显示冲击电压用的低压仪表1.冲击峰值电压表 基本原理:被测电压上升时,通过整流元件将记忆电容充电到电压峰值;被测电压降落时,整流元件闭锁,记忆电容上电荷经转换保持下来,供稳定指示用. 在选用冲击峰值电压表时，要注意其相应时间是否适合于被测波形的要求，并应使其输入阻抗尽可能大，以免因峰值表的接入影响到分压器的分压比而引起测量误差。 利用峰值电压表可直接读出冲击电压的峰值，与用球隙测压器测峰值相比，可大大简化测量过程。但被测电压的波形必须是平滑上升的，否则就会产生误差