绝缘高压试验

各种预防性绝缘试验的作用第五章绝缘的高电压试验什么是绝缘的高电压试验？

在高压试验室用工频交流高压、直流高压、雷电冲击高压、操作冲击高压等模拟电气设备的绝缘在运行中受到的工作电压，用以考验各种绝缘耐受这些高电压作用的能力。

特点：直观、可信度高、要求严格。具有破坏性试验的性质。一般放在非破坏性试验项目合格通过之后进行，以避免或减少不必要的损失。难点问题：

由于输电电压和相应的试验电压在不断提高，要获得各种符合要求的试验用高电压越来越困难，这是高电压试验技术发展中首先需要解决的问题。本章主要内容：

本章介绍产生各种试验电压的高电压设备、各种高电压的测量方法以及绝缘高电压试验的接线和实施方法。第一节工频高电压试验工频高电压试验不仅仅为了检验绝缘在工频交流工作电压下的性能，也用来等效地检验绝缘对操作过电压和雷电过电压的耐受能力。本节主要介绍工频高电压的产生原理和工频高压试验的基本接线图。工频高电压试验的基本线路1-电源开关；2-调压器；3-电压表；4-试验变压器；5-变压器保护电阻；6-试品；7-测量铜球保护电阻；8-测量铜球一、工频高电压的产生通常采用高压试验变压器或其串级装置来产生。对电缆、电容器等电容量较大的被试品，可采用串联谐振回路来获得试验用的工频高电压。工频高压装置是高压试验室中最基本的设备，也是产生其他类型高电压的设备基础部件。（一）高压试验变压器——特点试验变压器本身应有很好的绝缘，但绝缘裕度小，试验过程中要严格限制过电压的出现。例如：500～750kV试验变压器的绝缘五分钟试验电压仅比其额定电压高10％～15％。额定电压高而容量不大,试验变压器高压侧电流和额定容量都主要取决于被试品的电容。

(A)

（kVA）被试品的电容和试验变压器本身的电容，uF

试验电压，kV;

电源频率，Hz。外观上的特点：由于试验变压器的额定电压很高而容量不大，油箱本体不大而其高压套管又长又大。单套管式试验变压器：额定电压一般不超过250～300kV双套管式试验变压器：最高额定电压达750kV试验变压器连续运行时间不长，发热较轻，因而不需要复杂的冷却系统。漏抗大，短路电流较小，可降低机械强度方面的要求。输出电压波形很难完美，需要采取措施加以修正。试验变压器试验变压器的接线与结构示意图如5－1。

工频试验变压器与电力变压器的比较工频试验变压器电力变压器(二)试验变压器串级装置变压器的体积和重量近似地与其额定电压的三次方成比例。当所需的工频试验电压很高（例如超过750kV）时，再采用单台试验变压器来产生在技术和经济上不合理。时，采用若干台试验变压器组成串级装置来满足要求。由两台单套管试验变压器组成的串级装置示意图如图5-2所示。

T2的容量为T1的容量为

显然，虽然这两台试验变压器地初级电压相同，次级电压也相同，但它们的容量和高压绕组结构都不同，因而不能互换位置。

整套串级装置的制造容量为串级装置的输出容量却只有

因而装置的容量利用率n级串级装置的容量利用率试验变压器的台数越多，容量利用率越低。这是串级装置的固有缺点。因而通常很少采用n>3的方案。整套装置总容量：U2I2+2U2I2+3U2I2=6U2I2 装置输出额定容量：3U2I2 容量利用率低

三变压器组成的串级变压器示意图

二、工频高压试验的基本接线图

由于试验变压器（输出电压可调）的低压绕组应由一调压器来供电，调压器应能按规定的升压速度连续、平稳地调节电压，使高压侧电压在0-U的范围内变化。常用的调压供电装置有下列几种：自耦变压器特点：体积小、质量轻、短路阻抗小、功耗小、对波形畸变少。不适用大功率变压器。感应调压器利用电磁感应原理将初级电能通过磁场感应馈送到次级，又通过改变定转子绕组轴线相对角位移和一定的联接方式，使次级负载电压能在带电状态下并在较大的范围内得到平滑无级连续调节。移卷调压器广泛应用于对波形要求不严格、额定电压为100kv及以上的试验变压器上。电动-发电机组可以得到很好的正弦波形和均匀的电压调节，适用于对试验要求较高的大型制造厂和试验基地应用。

试验变压器高压侧的电压可以用高压静电电压表PV2或测量球隙F来测量。测量球隙还能防止因操作失误而出现高电压的作用，而让PV2承担测量高压的任务。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TO上的电压，直到它等于所需的试验电压Ut为止。保持1分钟，没有发现绝缘击穿或局部损伤，可认为合格通过。第二节直流高电压试验被试品的电容量很大的场合（例如长电缆段、电力电容器等），用工频给交流高电压进行绝缘试验时会出现很大的电容电流，要求试验装置具有很大的容量，很难做到。这时用直流高电压试验来代替工频高电压试验。一、直流高电压的产生将工频高电压经高压整流器而变换成直流高电压。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)能产生出更高的直流试验电压。（一）高压整流器主要技术参数额定整流电流：通过整流器的正向电流在一个周期内的平均值。额定反峰电压：当整流器阻断时，其两端容许出现的最高反向电压峰值。电路空载时整流器两端承受的反向电压

最大反向电压

当接有负载时（），电容C上的整流电压的最大值Umax将不可能再等于Um，而是要比它低一个△U;在整流器处于静止状态时，电容C上的电压也不再保持恒定，将因RL放电而逐渐下降，直至某一最小值Umin为止，因为这时第二个周期的充电过程开始了，电压出现脉动现象，如图5-6所示。整流回路的基本技术参数：

额定平均输出电压：

额定平均输出电流：

电压脉动系数（纹波系数）：对半波整流回路负载电阻RL越小（负载越大），输出电压的脉动幅度越大；而增大滤波电容C或提高电源频率f，均可减小电压脉动。(二)倍压整流回路三种倍压整流电路，前二种可获得等于2Um的直流电压，而后一种可获得等于3Um的直流电压。（a）中，电源T在正半波期间流经整流器V1向电容器C1充电，负半波时则经V2向C2充电，最后C1和C2上的电压均达到Um，它们叠加起来即可在输出端获得2Um的直流电压。这种倍压整流回路实质上是两个半波整流回路的叠加。

（b）中，电源在负半波期间经V1向C1充电，而正半波期间电源与C1串联起来经V2向C2充电，所以最后C2上也获得2Um的直流电压。

（c）中,电源在正半波期间经V1向C1充电，经V2向C2充电，负半波期间电源与C1和C2串联起来经V3向C3充电，最后C3上获得3Um的直流电压。

前面说的都是空载时的情况，当接上负载电阻后，输出电压也会出现电压降落和脉动的现象。倍压直流与串级直流装置倍压电路的工作原理变压器输出电压峰值UT直流高压2UTUC1＝UC2＝UTUB＝UT

UA可达2UT要求变压器绝缘水平高高压变压器不接地的直流倍压电路Why？

变压器一端接地的直流倍压电路

降低变压器的绝缘水平，可采用普通型变压器作为直流电源的变压器变压器一端接地的直流倍压电路倍压电路空载时的各点电位

倍压过程：当T的高压绕组的端点3相对于0点电压为负时，D1正向导通，使电容C1充电，充电稳定后点1相对于3建立起UM的电压

变压器一端接地的直流倍压电路倍压电路空载时的各点电位

倍压过程：当点1相对于0为正时，D1开始截止

变压器一端接地的直流倍压电路倍压电路空载时的各点电位

倍压过程：在点1相对于2为正时D2导通。充电稳定时，由于在点3相对于0的最高电压可达+UM，因点1相对于3已充有+UM电压，所以点1的对地电压最高可达＋2UM，此时D2导通，最终可使C2充上2UM的电压

变压器一端接地的直流倍压电路倍压电路空载时的各点电位

串级直流装置

概念：倍压电路的积木式的迭加利用图5-7（b）中的倍压整流电路作为基本单元，多级串联起来即可组成一台串级直流高压发生器，如图5-8所示。当级数n超过一定值时，再增加n将无助于输出电压的增加，而元件数量和整个结构高度却会随n而正比上升，这一点在设计时应予注意。直流高压串级发生器串级装置的充电过程可利用图5-9所示的直流电源+E和-E经切换开关S给各台电容器充电的过程来加以说明。

二、直流高电压试验的特点和应用范围

特点：只有微安级泄漏电流，试验设备的容量较小。试验时可同时测量泄漏电流，由所得的“电压－电流”曲线能有效地显示绝缘内部的集中性缺陷或受潮。用于旋转电机时，能使电机定子绕组的端部绝缘也受到较高电压的作用，发现端部绝缘中的缺陷。在直流电压下，局部放电较弱，不会加快有机绝缘材料的分解或老化变质，在某种程度上带有非破坏性试验的性质。直流电压下，绝缘内的电压分布由电导决定，因而与交流运行电压下的电压分布不同，所以交流电气设备的绝缘考验不如交流耐压试验那样接近实际。直流高压试验接线示意图第三节冲击高电压实验一、冲击高电压的产生1.单级冲击电压发生器单级冲击电压发生器基本回路C0放电回路标准雷电冲击全波采用的是非周期性双指数波。

图双指数函数冲击电压波

波前形成过程：波尾形成过程：一、冲击高电压的产生

实际冲击电压发生器采用图5-19的回路。

图5-19冲击电压发声器常用回路

放电回路的利用系数

一、冲击高电压的产生2.多级冲击电压发生器单级冲击电压发生器能产生的最高电压一般不超过200～300kV。因而采用多级叠加的方法来产生波形和幅值都能满足需要的冲击高电压波。多级冲击电压发生器原理接线图:

图5-20多级冲击电压发生器的原理接线图基本原理:并联充电，串联放电

图5-21冲击电压发生器充电过程等值电路图5-22冲击电压发生器放电过程等值电路一、冲击高电压的产生自起动方式：只要将点火球隙F1的极间距离调节到使其击穿电压等于所需的充电电压Uc，当F1的电压上升到等于Uc时，F1即自行击穿，起动整套装置。方式二：使各级电容器充电到一个略低于F1击穿电压的水平上，处于准备动作状态，然后利用装置产生一点火脉冲，送到F1的一个球电极上。第四节高电压测量技术

目前最常用的测量冲击电压的方法有：①分压器-示波器；②测量球隙；③分压器-峰值电压表。球隙和峰值电压表只能测量电压峰值，示波器则能记录波序，即不仅指示峰值而且能显示电压随时间的变化过程。1.分压器与数字记录仪（示波器）图冲击电压测量系统

由于可同时测定波形和峰值，所以在测量中被广泛使用。由于数字记录仪的输入电压一般小于数百伏，所以常和分压器一起构成冲击电压测量系统来进行测量，如图所示。2.标准球间隙(1)多级法以预期的50%放电电压的2～3%作为电压级差，对被测试品分级施加冲击电压，每级施加电压10次。至少要加4级电压。要求在最低一级电压时的放电次数近于零，而在最高一级电压时，近于全部放电。求出每级电压下的放电次数与施加次数之比P（即放电频率）后，将其按电压值标于正态概率纸上，给出拟合直线P=f(U)，在此直线上对应于概率P=0.5的电压值即为50%放电电压。

(2)升降法估计50%放电电压的预期值后，取Ui的2～3％为电压增量△U，先施加冲击电压Ui一次，如未引起放电，则下次施加电压应为Ui＋△U，如U1已引起放电，则下次施加电压应为Ui一△U，以后的加压都按下述规律：凡上次加压如已引起放电，则下次