高电压实验理论

高电压实验理论第1页，共42页，2022年，5月20日，21点5分，星期四国内外高电压实验室主要特征参数第2页，共42页，2022年，5月20日，21点5分，星期四交流高电压的产生设备一、高压试验变压器（主要设备）1、作用（1）产生工频高电压，使之作用于被试电气设备绝缘上，以考验其在长时工作电压及瞬时内过电压下是否可靠工作；（2）研究高压输电线路的气体绝缘间隙、电晕损耗、静电感应、长串绝缘子的闪络电压等项目必需高压电源设备；（3）可以产生“长波前”的操作波电压

第3页，共42页，2022年，5月20日，21点5分，星期四2、接线第4页，共42页，2022年，5月20日，21点5分，星期四3、试验变压器与电力变压器区别（1）运行条件方面比电力变压器有利；耐压情况、大气过电压、容量、温度散热（2）重要性方面不如电力变压器放电允许情况4、结构形式一般采用油浸式，空气和干式较少采用包括金属壳和绝缘壳两种，前者分为单套管和双套管第5页，共42页，2022年，5月20日，21点5分，星期四5、主要参数电压和容量第6页，共42页，2022年，5月20日，21点5分，星期四（1）电压一般都限制在1000kv以下，因为单台的体积和容量都按额定电压的立方上增；（2）容量当已知被试品电容时，可计算出试验电流和所需变压器容量第7页，共42页，2022年，5月20日，21点5分，星期四二、串级高压试验变压器1、使用原因单台超过500kv时，费用随电压迅速增加，同时机械结构和绝缘都困那、运输和安装困难；所以将几台变压器绕组的电压叠加，从而使单台绝缘结构简化。2、接线第8页，共42页，2022年，5月20日，21点5分，星期四3、优缺点优点：

（1）单台电压不必过高300~500kv

（2）单独使用（3）坏了一台，其它能用（4）可供三相试验。缺点：（1）当串联台数大于四台时，效率降低（2）过电压时，瞬时电压分布不均匀第9页，共42页，2022年，5月20日，21点5分，星期四三、调压装置

1、常见设备自耦调压器：滑动碳刷、滚动触头移圈式调压器：没有触头，二次侧是绕向相反线圈串联电动发电机组：电动机—发电机转子—激磁电流—发电机输出电压2、基本要求（1）从零开始，均匀平滑（2）升压速度在放电电压前75%较快速度后25%每秒不超过放电电压的2%

（3）输出电压波形为正弦波（4）工作状态要稳定

第10页，共42页，2022年，5月20日，21点5分，星期四3、“容升”现象被试品大多数是电容性，施加工频电压时，实际电压比按照变比归算的要大四、交流高压串联谐振1、使用原因：对于大静电容量试品，如电缆或者是容量大于300MW的发电机，没有对应容量的试验变压器2、原理：利用L_C串联谐振，使试品能受到交流高电压的作用，而供电设备的额定电压及容量可大为减少第11页，共42页，2022年，5月20日，21点5分，星期四3、原理图、等效电路图及公式推导定义谐振回路的品质因数Q,一般在40~80，使得试品试验电压远高于电源电压第12页，共42页，2022年，5月20日，21点5分，星期四4、调谐电感—调谐变压器组合因为高压侧对应于电容试品那么大的电感元件不便于制作，可将调谐电感接到试验变压器的低压侧，形成一个组合，而后者就相当于一台高压谐振电感，国外做成了一个元件。5、其它谐振装置调感、调容、调电源频率6、特点（1）供电变压器和调压器的容量可以很小；（2）电压输出波形好，只对一种频率谐振（3）耐压中发生闪络，谐振消失，高压消失，电弧熄灭第13页，共42页，2022年，5月20日，21点5分，星期四交流高电压的测量1、测量方法常规是电压互感器和电压表实验室测量方法（1）测量球隙气体放电来测量未知电压的峰值；（2）利用高压静电表测量电压有效值（3）利用分压器作为转换装置测量交流电压（4）利用整流电容电流测量交流电压峰值（5）利用整流充电电压测量交流电压峰值（6）利用光电系统测量交流电压第14页，共42页，2022年，5月20日，21点5分，星期四2、测量球隙——稍不均匀电场标准表，紫铜和黄铜构成，保护电阻优点：峰值，结构简单缺点：（1）测量时必须放电（2）测量稳态电压要做校正曲线（3）制定大气条件（4）测电压越高，球径越大（5）不宜室外使用，灰尘、砂土、纤维第15页，共42页，2022年，5月20日，21点5分，星期四第16页，共42页，2022年，5月20日，21点5分，星期四3、静电电压表（1）定义两个电极加压时，充满异性电荷的电极受到静电机械力的作用，通过测量该静电力的大小或者测量由该静电力产生的某一极板的偏移来反映所加电压的大小。可测低电压和高电压（2）类型绝对仪静电电压表：计算出电压值，不需校正非绝对仪静电电压表：工程用，需要其他仪表校正第17页，共42页，2022年，5月20日，21点5分，星期四直流高电压的产生设备使用地方：泄露电流、电容值很大的电力电缆用直流代替交流耐压、超高压直流输电设备产生方法：由整流设备转换1、高压硅堆组成：数个乃至数十个整流二极管串联封装而成优点：体积小、重量轻、机械强度高、使用简便、无辐射注意：硅堆在加反向电压时，电压分布不均匀，越靠近高压侧单管承受的电压越大，原因与绝缘子串类似第18页，共42页，2022年，5月20日，21点5分，星期四第19页，共42页，2022年，5月20日，21点5分，星期四倍压电路：输出2Um直流高压串级发生器：输出2nUm第20页，共42页，2022年，5月20日，21点5分，星期四直流高电压的测量设备1、测量方法由高欧姆电阻组成电阻分压器，低压表测由高欧姆电阻串联直流微安表测平均值2、电阻分压器构成：由许多电阻元件串联而成，外面套以绝缘筒，固定在绝缘支架上测量误差：电阻值不稳定，原因是电阻本身发热、处于高压侧电晕放电和绝缘支架漏电桥式电阻分压器第21页，共42页，2022年，5月20日，21点5分，星期四冲击高电压的产生设备1、冲击电压发生器作用：模拟大气过电压、操作过电压、截断波，破坏取决于幅值和波前陡度几种波形：雷电波（全波、截波）操作冲击电压波（波前、波尾比雷电波大）结构：电容器串联放电获得高压，每台电容器有不同电位，放在相应的位置上，户外、户内，固定、移动，结构分阶梯式、塔式、圆筒式第22页，共42页，2022年，5月20日，21点5分，星期四截断波：冲击电压下，绝缘发生破坏，冲击电压尾部突然急降为零，称为截波，对电气设备的匝间绝缘危害很大，所以变压器出厂前做截波实验第23页，共42页，2022年，5月20日，21点5分，星期四冲击高电压的测量设备1、测量方法包括峰值测量和波形记录两方面（纳秒）（1）测量球隙（2）分压器与数字存储示波器组成的测量系统（3）微分积分与数字存储示波器组成测量系统（4）光电测量系统2、冲击高电压分压器组成：高达几十万伏或几百万伏的冲击高压转换成示波器等记录仪能够测量的低电压分类：电阻分压器：极限电压2MV，雷电冲击电压电容分压器：测量操作冲击电压阻容分压器：串联形式多第24页，共42页，2022年，5月20日，21点5分，星期四接线：产生电压系统测量电压系统第25页，共42页，2022年，5月20日，21点5分，星期四3、高压示波器（很少使用）4、数字存储示波器特色：把一次过程被测波形在屏幕上“锁住”，而且还可以存储内存，用于计算机分析结构：D/A——示波器数字码——计算机5、光电测量系统优点：提高测量仪器及工作人员安全，减弱射线干扰和寄生信号对测量回路干扰；缺点：稳定性较差调制方式：调幅、调频、数字脉冲、光电效应第26页，共42页，2022年，5月20日，21点5分，星期四冲击电流产生及测量设备1、冲击电流发生器定义：绝缘击穿时，流过的大电流伴随热和力的破坏作用，而产生模拟大电流的设备分类：指数波和方波基本原理：许多电容器并联放电产生大电流2、冲击电路测量测量主要是峰值和波形方法：分流器和数字示波器分流器：低阻值和极低电感值的电阻器结构：双股对折、同轴管式、盘式第27页，共42页，2022年，5月20日，21点5分，星期四高电压试验理论（2）

——现场电气设备常见实验方法第28页，共42页，2022年，5月20日，21点5分，星期四现行电力设备预防性试验主要项目第29页，共42页，2022年，5月20日，21点5分，星期四一、绝缘电阻、吸收比实验1、定义绝缘电阻、吸收比2、原理直流电压，60s3、工具兆欧表：机械式——一摇两圈三端子数字式——电源键--------两者区别：前者接线路L端应该是在摇匀后接入；后者先接线，在加压第30页，共42页，2022年，5月20日，21点5分，星期四4、原理接线第31页，共42页，2022年，5月20日，21点5分，星期四5、操作步骤检验摇表是否指零或者无限大。将被试品表面擦拭干净。按照实验原理接线图先将G接地侧的接线头接到被试品的接地端，然后将摇表放置在水平位置，以均匀恒定转速转动摇表的手柄（约120转/分），这时候将L线路侧的接线头接到被试品的高电位侧，一分钟后或者指针稳定不再继续上升，读取绝缘电阻值再作吸收比实验时，开始计算时间的时刻是在将L线路侧接到高电位的时刻开始，分别记录15s和60s的绝缘电阻值第32页，共42页，2022年，5月20日，21点5分，星期四读数结束后，撤掉L线路侧的接线头，注意：此时摇表一定要继续摇动，因为防止被试品向摇表反充电而使摇表受到损伤。用放电棒接触被试品的高电压侧，对其放电。将摇表的屏蔽端子与被试品的屏蔽环相连（在被试电容器的瓷套管上用导线圈一金属箍作为屏蔽环），检验表面泄漏电流对绝缘电阻测值的影响，若现象不明显，可将被试品套管表面弄脏在作此实验。**数字式兆欧表均为按键操作第33页，共42页，2022年，5月20日，21点5分，星期四6、注意事项（1）试验电压的选择（2）测前断开连线，对被试品充分放电（3）读数后，先断回路，再断电源（4）记录温度，换算，温度升高，绝缘电阻降低，吸收比降低。7、数据分析（1）绝缘电阻与规程数据比对；与出厂、交接、历年试验比较不应明显降低（2）吸收比K值与1.3作比对（3）局限性——能发现设备中贯穿性导电通道、受潮、表面脏污，此时R显著下降；不能发现绝缘中局部损坏、裂缝等第34页，共42页，2022年，5月20日，21点5分，星期四二、直流泄露及直流耐压试验1、定义及实验原理泄露电流、原理与绝缘电阻相同，与其区别是“三电压一电流”，因其试验电压高，所以能发现尚未贯通两电极的集中性缺陷2、试验接线微安表在高压侧：准确；但需屏蔽，读数不方便，适合被试品一端接地微安表在低压侧：读数方便，适合被试品不接地第35页，共42页，2022年，5月20日，21点5分，星期四第36页，共42页，2022年，5月20日，21点5分，星期四3、微安表保护原因：对于发电机、电缆等设备，其泄露电流和直流耐压同时进行，因其直流电压很高，试品有可能击穿，击穿后短路电流将微安表烧毁方式：短接开关4、数据分析（1）对于重要设备如发电机、变压器，测量多点电压电流数值，绘制伏安曲线，与标准曲线进行比对；（2）测量值应小于规定值（3）与历年试验结果比较5、直流耐压试验与泄露一起做，代替交流耐压原因：容量、局放、缺陷关键：确定等价关系时间5~10m第37页，共42页，2022年，5月