第7章电气设备绝缘的高电压试验

第7章电气设备绝缘的高电压实验7.1交流高电压实验7.2直流高电压实验7.3冲击电压实验7.4稳态高电压的丈量7.5冲击电压的丈量7.6光电与数字化丈量技术电气设备绝缘的高电压实验种类对设备绝缘的考核最为严厉，有破坏性在非破坏性实验合格后进展耐压实验类型交流耐压直流耐压冲击耐压实验7.1交流高电压实验描画交流电压特性的主要参数峰值、有效值、波形畸变率、波顶系数…根本要求：波形畸变尽能够小交流高电压实验的频率选择普通为45Hz~65Hz因被试设备和电压产生方式而变变压器感应电压实验：500Hz大容量高电压设备的串联谐振实验:30Hz~300Hz固体绝缘的加速老化实验:采用几kHz的高频7.1交流耐压实验工频交流耐压实验最为常用程序对被试设备施加超越其额定任务电压假设干倍数的交流高压，并继续一定时间〔普通为1分钟〕，期间察看设备绝缘能否出现异常景象或发生闪络、击穿实验电压和实验周期要选择适当！固体有机绝缘会产生累积效应工频交流耐压实验的原理接线图V~220VBKRGTY被试品TY为低压调压安装，B为实验变压器，R为限流维护电阻，G为维护球隙实验变压器B的特点：单相，输出电压高、容量相对较小，绝缘裕度小，间歇性任务方式工频耐压实验对实验设备的要求输出电压高目前实验变压器最高输出电压，国内为2250kV，国外为3000kV输出电压波形畸变要小，调压要平稳、均匀容量要满足要求实验变压器的容量P≥ωCxU2【U为实验电压，Cx为被试设备电容】What’sthese?工频电压的产生1.工频高压实验对实验设备的要求〔第一种方式〕T.O.QBTR1R2工频高压实验的普通线路图调压器实验变压器维护电阻〔维护球隙〕维护电阻〔限流限压〕球间隙被试品工频实验变压器的特点：〔1〕电压：输出电压很高，〔2250kV，3000kV〕〔2〕调压与波形：波形应为正负半波对称的正弦波形波顶系数=幅值÷有效值〔〕调压安装应能按要求的速度延续、平稳地调理电压〔3〕容量输出电流：1A制〔〕额定容量：〔4〕变压器任务方式：间歇任务制〔5〕绝缘程度：平安系数较小2.串级实验变压器〔第2种方式：〕

2U2

U2

T3

21

3

21T2

3

2

1T1

3U2T1和T2的高压绕组均有励磁绕组抽头：1：低压绕组2：高压绕组3：高压励磁绕组〔变比1：1〕3.调压安装〔1〕对调压安装的要求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；调理方便、可靠。〔2〕常用的调压安装a〕自耦式调压安装；b〕移圈式调压器；c〕感应调压器串联谐振交流高压的产生〔第3种方式〕CRL串联谐振安装的等效电路串联谐振方法的优点：1〕实验回路对基波频率产生谐振，因此波形的畸变小；2〕被试品发生击穿时谐振条件被破坏，串联电抗器限制短路电流，故绝缘击穿处的电弧不会将缺点点扩展。调频调压电源50Hz电源反响控制信号鼓励变压器电抗器分压器被试品变频串联谐振安装的原理框图变频串联谐振安装工频电源经变频控制单元输出30~300Hz频率可调的交流电压，励磁变压器升压，谐振电抗器L和被试品Cx构成高压谐振电路来产生交流高压。交流高压实验1〕防止工频高压实验中能够出现的过电压缘由：“容升〞效应、对初级绕组忽然加压、当输出电压较高时忽然切断电源等；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维护电阻〔按0.1/V选取阻值〕2〕实验电压的波形畸变缘由：变压器或调压安装的铁芯任务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：在实验变压器原边绕组并联一个L-C串联谐振回路。u1CLCLTu13〕外施电压实验和感应高压实验对于带绕组的被试品，用外施电压对其主绝缘作工频高压实验时，首先应将各绕组的首尾短接，然后，根据不同要求做其它接线，这样能防止电容电流流过励磁感抗呵斥不允许的电压升高。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可以耐受的实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展实验。处理这个问题的方法就是感应高压实验，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实验电压来。7.2直流高电压实验〔1〕直流高压实验设备的用途1〕丈量走漏电流2〕直流耐压实验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〕对直流电源的要求直流电压的特性由极性、平均值、脉动等来表示。高压实验的直流电源在提供负载电流时，脉动电压要非常小，即直流电源必需具有一定的负载才干。直流耐压实验低压控制箱~220VμA被试品限流电阻高压发生安装直流高电压的产生1.半波整流回路和直流高压设备的根本参数T---工频实验变压器C---滤波电容器D---整流元件(高压硅堆)R---维护电阻Umax、Umin、Ud---试品输出直流电压的最大值、最小值、算术平均值TDRCRxutTUminUmax√2UT半波整流电路及输出电压波形图〔1〕半波整流回路t2t1〔2〕直流高压实验设备的根本技术参数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2.倍压整流回路CCT倍压电路1230C1常用倍压电路C2此电路可看作两个半波电路的叠加，因此它的参数计算可参照半波电路的计算原那么进展。变压器A点对地绝缘为2UT，而点A’为UT。输出电压为2UT。任务原理：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。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〕添加每级电容器的电容量；3〕提高电源频率。直流高电压的实验〔1〕直流高压实验要根据不同试品、不同的实验要求选择适宜的电源容量。普通情况下，直流高压实验所需的实验电流通常在几mA到几十mA，但是某些试品在击穿前瞬时走漏电流还是很大，将到达安培级。这样大的走漏电流将使设备内部产生很大压降而使实验结果不正确。〔2〕维护电路当试品放电，或者发生器输出端能够发生对地短路时，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维护电阻。1.直流高电压实验本卷须知(1)实验设备的容量较小。特别是采用电力电子变换的高频电源后，整套直流耐压实验安装的体积、分量大大减小，便于现场进展实验；(2)在实验时可以同时丈量走漏电流，能有效地显示绝缘内部的集中性缺陷或受潮，提供有关绝缘形状的补充信息；(3)在某种程度上带有非破坏性实验的性质，在直流高压下，部分放电较弱，不会加快有机绝缘资料分解或老化；(4)对交流电气设备绝缘的考验不如交流实验那样接近实践情况。对于绝大多数组合绝缘来说，它们在直流电压下的电气强度远高于交流电压下的电气强度，因此交流电气设备的直流耐压实验必需提高实验电压，才干具有等效性。2.直流高电压实验的特点

交流耐压和直流耐压实验的比较对实验设备本身的要求不同交流耐压要求的设备容量比直流耐压实验大对电气设备绝缘考验的偏重点不同交流下，设备绝缘中的电压按电容分布直流下，绝缘中的电压按电阻分布对被试设备绝缘的损伤程度不同交流下部分放电的严重程度比直流下大得多关系互为补充7.3冲击电压实验冲击电压：〔雷电冲击电压、操作冲击电压〕继续短、电压上升速度快，缓慢下降的暂态电压。由波头时间、波尾时间、峰值和极性来表示。POO’TfCFTttUxyz规范雷电冲击的定义：Tx为30%到90%峰值间所测得的时间。规范雷电冲击电压：1.2/50[s]规范操作冲击电压：250/2500[s]冲击电压发生器与参数计算1.冲击电压产生的根本原理_+RfRtC2C1U0u2(t)Rd_+RfRtC2C1u2(t)U0LRf_+RtC2C1U0u2(t)(a)典型等效电路(b)思索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，构成波头；〔2〕放电过程：当C1、C2上的电压相等时，并联对Rt放电，构成波尾。主电容试品等电容波头电阻波尾电阻RRRR多级冲击电压发生器RfRtATT〔1〕充电过程：由实验变压器T和高压硅堆D构成的整流电源，以峰值电压经维护电阻及充电电阻向主电容充电。〔2〕放电过程：当需求启动冲击电压发生器时，可向点火球隙的针极送去一脉冲电压，针极和球外表之间产生火花放电，引起点火球隙放电，各球隙相继放电，将电容器串联起来，对试品放电。“电容器并联充电，串联放电〞，这一过程由一组球隙来完成。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2.冲击电压发生器放电回路的近似计算〔1〕波前时间确实定〔2〕半峰值时间确实定〔3〕冲击电压发生器的效率截断波的产生方法变压器类设备应作雷电冲击截断波实验，以模拟绝缘子闪络或避雷器动作时所构成的截断波。产生截断波的原理：将一截断间隙与被试品并联，调理间隙间隔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上将接受全部电压，同时，R3上电流流过构成压降，S2处出现触发火花，导致G2放电，构成截断。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理冲击电压发生器的波头、波尾电阻，可改动波头波尾时间，就可以得到规范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，然后经过球隙G的击穿，使向实验变压器的原绕组〔低压侧〕放电，在变压器的副绕组〔高压侧〕便会因电磁感应根本上按变比产生高电压的操作波形。IEC引荐的利用工频实验变压器产生操作冲击陡波前冲击电压的获得利用冲击电压发生器对电容器C1充电，然后电容器C1上的电荷经过间隙G2放电，可获得陡波前冲击电压es。电压的波头时间决议于C1-G2-R2回路尺寸以及放电间隙G3的火花构成时间。将回路封入高气压SF6气体中，可减小回路尺寸，且可提高G2的放电电压，从而获得幅值为102~103kV、波头时间为0.02~0.1s的陡波前冲击电压。陡波冲击电压发生器7.4稳态高电压的丈量高压丈量系统：转换安装、至试品间的引线、接地连线、低压丈量回路、丈量仪表等对丈量结果的要求：〔IEC的规范丈量系统〕〔1〕交流电压的丈量，要求蜂值或有效值时的总不确定度在3％之内；〔2〕直流电压的丈量，要求电压算术平均值时的总不确定度不超越3%，直流电压的纹波幅值总不确定度不超越10%，或脉动系数丈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①利用气体放电丈量交流高电压，例如丈量球隙。②利用静电力丈量高电压，例如静电电压表。③利用整流电容电流或充电电压来丈量高电压，例如峰值电压表。④利用分压器丈量高电压，如电容分压器和电阻分压器。实验室中丈量稳态高压常用的方法：气体放电间隙〔校正曲线〕1.球间隙垂直型规范丈量球隙〔1〕间隙间隔不超越球径的1/2，可保证丈量的不确定度在3%以内。用球隙丈量工频电压时，应取延续三次击穿电压的平均值，相邻两次间隔时间不小于1min，击穿电压与平均值之间的偏向不大于3%。〔2〕当球隙间隔不大于0.4D时，其丈量不确定度在5%以内。〔3〕球间隙丈量电压时，必需进展大气条件的修正。〔4〕丈量时必需放电，容易引起过电压而呵斥被试品不用要的损伤。〔5〕丈量时较费时间，所需的空间越大。2.棒间隙用球间隙丈量直流电压时，会出现较大的分散性，因此，IEC规定中，引荐运用左图的棒间隙。规范棒间隙丈量直流电压时，其丈量不准确度在±3%以内，丈量方法与球间隙一样。棒间隙直接丈量直流电压时也非常费时，普通用于求取直流高压输出值与直流发生器低压侧的仪表读数间的比例关系。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：Sfl静电电压表(有效值)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，丈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。利用高压电容器的丈量方法1.电容器电流整流法丈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丈量充电电流的有效值〔I〕，电压有效值为：由于高频谐波电流的容抗比基波电流的要小，假设所测电压存在波形畸变，这种方法很容易带来较大的丈量不确定度。2.电容器充电电压法丈量交流峰值IdRCDVA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丈量。假设静电电压表或微安表串联电阻测得的电压为Ud，那么电压峰值：3.直流脉动电压的丈量直流脉动的丈量利用高压电容与电阻串联来丈量直流电压的脉动。假设直流高压含有脉动电压分量Vr，当脉动电压的频率为f，那么电阻R两端的电压为：也可以采用电容器电流整流法来丈量直流电压脉动的幅值，其丈量方法与交流峰值丈量的方法一样。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，并联维护的放电间隙或放电管P；为了防止在控制台出现高电压，微安表应并联电阻。电阻的温度系数应尽能够小。高阻值电阻可侵入绝缘油中以加强散热，同时可以防止电晕放电和绝缘走漏。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分压器的分压比是常数，即不应随被测电压的波形、频率、幅值、周围大气条件、安装地点的变化而改动。此外，分压器的接入应不影响电压波形和幅值。〔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，要求每个元件尽能够为纯电容，介质损耗和电感尽能够小。〔2〕集中式电容分压器，它的高压臂运用一个气体介质的高压规范电容器。对于电容分压器低压臂电容C2，要求电容量较大而接受的电压较低，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。7.5冲击电压的丈量冲击电压的测定包括：幅值丈量和波形记录规范规定：对于规范全波、波尾截断波以及1/5s短波，幅值的丈量不确定度不超越±3%，1s以内波头截断波，其幅值的丈量误差不超越±5%，波头及波长时间的丈量不确定度不超越10%。目前最常用的冲击电压的丈量方法：a.丈量球隙；b.分压器-示波器。1.球间隙丈量冲击电压的幅值在利用球隙丈量冲击电压时的留意问题：a.在球隙间隔太小〔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，应对球隙进展照射。b.利用球隙丈量冲击电压时，如