绝缘的破坏性试验

高电压技术高电压工程系刘春tslc@138710186725绝缘的耐压试验—破坏性试验特点:试验时施加到设备上的电压远高于设备正常运行绝缘所承受的电压,试验时可能会对绝缘造成伤害.种类:工频耐压试验直流耐压试验雷电冲击耐压试验操作冲击耐压试验5.1工频耐压试验工频耐压试验：是交流设备的基本耐压方式。是鉴定电气设备性能最严格、最有效的直接方法，能有效发现较危险的集中性缺陷。它对判断电气设备是否投入运行具有决定性的意义。是保证设备绝缘水平，避免发生绝缘事故的重要手段。交流耐压试验实施办法：电力设备预防性试验规程（DL/T596）已对各类设备的耐压值作出了规定。方法：1min工频耐压试验

在绝缘上施加工频试验电压1min,若不发生绝缘闪络、击穿和其它异常现象，则认为绝缘是合格的。以电力变压器为例，当大修而全部更换绕组后，按出厂试验电压值进行试验。在其它情况下，它们的耐压值取出厂试验电压的85％。规程给出了电力变压器的交流工频耐压值如表所示电力变压器交流试验电压值

括号内数值适用于不固定接地或经小电抗接地系统

额定电压kV最高工作电压kV线端交流试验电压值kV中性点交流试验电压值kV全部更换部分更换绕组全部更换部分更换绕组3540.5857285726672.5140120140120110126.0200170（195）9580220252.036039530633685（200）72（170）330363.046051039143485（230）72（195）500550.063068053657885140721205.1.1工频电压的获得

进行工频试验时，不允许直接使用电网的工频电压，必须使用专门的高压发生装置。一、高压试验变压器

1、特点（1）绝缘裕度不需要取得太大。Why？（2）试验变压器的容量一般比较小，容性阻抗大。高压侧额定电流一般为1A。对于某些特殊试品和特殊试验项目，要求试验变压器的额定电流大于1A。特点（3）油箱本体小、高压套管又长又大。单套管式，其高压绕组的一端接地，另一端输出额定全电压双套管式，铁心和油箱均处于U/2电位，所以油箱不能放在地上，而必须按全电压的一半对地绝缘起来。用两只额定电压只有U/2的套管来代替一只额定电压为U的套管，可以大大降低试验变压器和套管的制造难度和价格。（4）连续运行时间短，不需要有复杂的冷却系统。一般不超过30分钟。频率在45-65Hz（5）试验变压器的漏抗较大，短路电流较小。2单套管变压器结构图试验变压器结构图1.低压绕组2、高压绕组3、铁芯4、外壳5、高压套管6、均压环双套管变压器结构图1.低压绕组2、高压绕组3、铁芯4、外壳5、高压套管6、均压环7、绝缘支柱二串级试验变压器

单套管式串级试验变压器双套管式串级试验变压器1.单套管式串级试验变压器T1、T2－单套管试验变压器，AV-调压器，1、2－T1的高低压绕组4、5－T2的高低压绕组，3－累接绕组，TO-试品。Z－绝缘支柱两台单套管变压器串级联结示意图

各级试验变压器的容量不一样，T1的容量为

T2的容量为

总的制造容量为而串级装置的输出容量为

串级装置的容量利用率为

不难求出n级串级装置的容量利用率为分析双套管式串级试验变压器双套管户内串级试验变压器

户外串级试验变压器

三、调压装置1.自耦调压器单相自耦调压器是一个线圈，通过不同的抽头来取得不同的电压。用手柄转动其实就是通过碳刷机械运动连续变比改变副边线圈匝数。存在滑动触头,电压波形不失真，容量小。2.移圈式调压器移圈调压器的结构和电磁原理与变压器相似。它借助一个沿铁心柱高度方向上下移动的短路线圈，改变主回路二个线圈的阻抗和电压分配，达到调节输出电压的目的。不存在滑动触头，但漏抗大，电压波形畸变，容量大。3.电动发电机组优点:波形好,可通过励磁来调节输出电压。缺点:价格昂贵4.感应调压器

感应调压器的结构和电磁原理类似绕线式异步电动机，而能量转换关系则类似于自耦变压器。它借助于手轮或伺服电动机等传动机构，使定子和转子之间产生角位移，从而改变定子绕组与转子绕组感应电动势的相位和幅值关系，以达到调节输出电压的目的。感应调压器有三相式和单相式两种。无触点。感应调压器(续)

感应调压器是由转子和定子构成，为了阻止转子旋转故将其用螺栓固定，将在转子上感应出来的电势作为类似于变压器副边的二次电源，单相感应调压器制造成本比较高，特别是大容量产品。此外单相产品转子偏心若达到一定数值，很容易产生运行振动和噪声。由于这些因素，单相感应调压器输出容量受到很大限制，大容量产品很少生产。经专门设计的感应调压器，能较好地适用于一般要求的高压试验配套。高压试验常用调压器的主要特点型

式移圈调压器感应调压器自耦调压器环式柱式额定容量（kVA）25~225010～45000.1～3010～2500电压10kV及以下10kV及以下0.5kV10kV及以下调压范围(%)5（2.5）～1005（2.5）～1000（1）～100波形畸变率(%)<5<5<1效率(%)>94>96>98空载电流(%)<30<15<3短路阻抗大中小产品成本中中低高作为高压试验调压器只能满足一般要求只能满足一般要求可以满足特殊要求5.1.2工频耐压试验的基本接线容升效应与串联谐振容升效应？Why?5.1.3工频串联谐振耐压试验谐振时

工频串联谐振耐压试验的优点减少电源容量（包括变压器、调压器等）试品击穿时的故障电流减小电源中的谐波成分大大减少并联谐振当输出电压满足要求，而试验变压器的容量不够时，还可以考虑并联谐振的方法并联谐振原理图参数:U＝500kVI＝1A工频试验变压器5.2直流高压实验随着直流输电技术的发展，直流耐压试验受到重视。一、直流耐压试验特点试验设备轻便，容量小（不需要提供无功）；可同时测量泄漏电流；局放小，对绝缘的损伤小；缺点：由于交流和直流情况下绝缘内部的电压分布不同，因而，直流耐压试验不如交流耐压实验更接近真实工况。预备知识:直流电源的组成

直流电源的基本组成5.2.1直流高压的获得一半波整流和全波整流高压硅堆承受两倍的电源电压电压脉动系数半波整流全波整流二倍压整流回路图5-11(a)两倍电压（b)两倍电压倍压整流回路分析三倍压整流回路（c）三倍电压带上负载后，三种倍压装置的输出电压会降低，并出现脉动三串级直流高压装置空载时，各点电压为：两级直流高压装置串级直流高压装置该装置的优点理论上，增加串级级数即可以得到更高直流电压对试验变压器的最大输出电压没有提出更高要求对硅堆反向承受电压没有提出更高要求串级直流高压装置的参数计算平均电压：

脉动电压：

平均电压降落：

可见，脉动与电压降落与电源频率、级数、电容量、负载电流有关脉动系数：<5%(1)(2)(3)减少串级直流高压装置的脉动的方法合理选择级数n对于超高压直流装置，采用高电压、大电容量的电容器和高频整流是有利的。减少串级直流高压装置的脉动的方法2取C’＝2CCn’的电压为其余电容器的一半，因而其高度可减小到一半。在相同的结构形式下，Cn’的电容量可为其他电容器的两倍，此时电压降落为：与（2）式比较，减小3从上到下逐级增加电容，即Ck＝Ck’=kC实际很少采用串级直流高压发生装置5级U＝1000kVI为mA量级5.2.2直流耐压试验的基本接线直流耐压试验的基本接线5.3冲击高压试验5.3.1冲击电压波形的定义T1：波头时间（波前时间）T2：波尾时间（波长时间、半峰值时间）标准雷电冲击波：1.2s±30％/50s±20％,幅值误差：±3％操作冲击波：一般推荐为非振荡形，250±30％/2500±60％s,幅值误差：±3％5.3.1冲击电压波形形状的描述由双指数波叠加而成：－波尾时间常数。

－波头时间常数，

5.3.2单级冲击电压发生器一、单级冲击电压发生器的原理在波头时间范围内，可将电压波形表示为：用直流电源向电容器充电的波形模拟，波头时间：T1≈3.24R1C2-------达到96%A所需要的时间波头波形推导波尾波形在波尾时间范围内，可将电压波形表示为：单级冲击电压发生器的原理电路（1）首先C1充电，然后合上开关，C1经R1向C2充电，形成波头同时C1和C2经过电阻R2放电，形成波尾。一般情况下，C1>>C2，所以波尾主要由C1放电的快慢决定

C2和R1－－波头电容和波头电阻，

C1和R2－－波尾电容和波尾电阻。高效回路定义放电回路的电压利用系数η为：

单级冲击电压发生器的种类对于(b)低效回路对于(a)效率介于(a)和(c)之间对于(c)高效回路(c)实际的单级冲击电压发生器回路调整调压器的输出可以改变电容C1的充电电压，调整电阻R1和R2可以改变输出波形，放电球隙G的放电电压根据C1的充电电压和输出电压的要求进行调整。由于受到高压硅堆和电容器额定电压的限制，同时也考虑放电球隙的直径不宜过大，一般单级冲击电压发生器的最高输出幅值不超过200～300kV

放电回路的计算(分析部分,略)利用试品的等效电容做波头电容C2

解以上方程，可得K－－回路系数1、

2－－波尾时间常数和波头时间常数（1）放电回路的计算将(2)带入(1)计算，得可得理论波头时间（2）同理，可得波尾时间T2满足5.3.3多级冲击电压发生器一多级冲击电压发生器的原理并联充电、串联放电(高效回路)首先调整球隙距离，使G1的放电电压为U0，G2～G4的放电电压在U0～2U0范围内；对各个电容器同时充电到U0G1首先击穿，导致G2～G4依次击穿；各个电容器串联起来对C2和R2放电，在输出端获得幅值很高的冲击电压

多级冲击电压发生器球隙击穿的原理充电结束时，上面一排杂散电容充电到U0，下面一排未被充电。G1首先击穿，1点电位瞬时降为零，2点电位瞬时变为－U0。杂散电容C30来不及放电，3点电位仍维持在U0，于是G2承受的电压（上升到2U0，从而导致G2击穿。G2击穿后，3点电位从＋U0降为－U0，4点电位瞬时变为－2U0。杂散电容C50来不及放电，5点电位仍维持在U0，于是G3承受的电压上升到3U0，从而导致G3击穿。多级冲击电压发生器的特点关键在于：杂散电容来不及放电杂散电容放电的快慢一方面取决于杂散电容的大小，另一方面取决于放电电阻R的大小，即杂散电容放电的时间常数。在实际当中，有时候为了确保各级球隙能顺利自动放电，还需要采取措施增大杂散电容

雷电冲击与操作冲击波产生方法相同。雷电冲击电压发生器（1760kV,8级，1.2/50us)特高压冲击电压发生器二三电极球隙作用：人为控制输出冲击电压工作原理：当冲击电压发生器各个电容充电完毕后，利用另外一个回路产生一个电压较低的脉冲电压，并将该脉冲电压施加在三电极球隙的电极2和3之间（即间隙g），使间隙g击穿，利用间隙g击穿时产生的火花触发主间隙G的击穿。此时应防止间隙G击穿时，高电位沿电极3瞬间贯入低压脉冲回路。球隙操作冲击电压的产生(一)、非周期性双指数操作波的产生

用于标准雷电波形参数的计算也不再适用。62（二）、衰减振荡波63适用于变压器的现场试验5.4冲击电流试验冲击大电流的应用

冲击短路试验：冲击电流发生器就是用来产生人工雷闪电流的实验装置。

脉冲功率技术：冲击大电流技术由于在电子及离子加速器、核聚变、微波、大功率放电激光方面的应用。

电火花振源：冲击大电流的声学效应，可以用来作电火花振源。在水中的放电可产生水击效应，用来加工成形或分碎以及海底探矿。还有以大电流产生强磁的应用。64第一类波形电流从零值以较短的时间上升到峰值，然后以近似指数规律或强阻尼正弦波形下降到零。这种波形以视在波前时间T1和视在半峰值时间T2表示为T1/T2波。

国家和国际IEC标准规定了四种该类冲击波，即1/20微秒、4/10