高电压技术实验教学省公开课一等奖全国示范课微课金奖课件

高电压技术试验教学高压教研室1/47试验一绝缘电阻和泄漏电流测量

测量绝缘电阻与吸收比工作原理测量绝缘电阻与吸收比方法泄漏电流测量2/471.测量绝缘电阻与吸收比工作原理 双层介质模型电流－时间特征

双层介质等值电路图

吸收和泄漏电流及绝缘电阻改变曲线3/47 在工程应用上，把介质处于吸收过程时U/i也称为绝缘电阻R

吸收和泄漏电流及绝缘电阻改变曲线4/47定义吸收比K：加压60秒时绝缘电阻与15秒时绝缘绝缘电阻之比值

定义极化指数P：

为加压10分钟时绝缘电阻与1分钟时电阻之比值5/47

绝缘状态判定： 若绝缘内部有集中性导电通道，或绝缘严重受潮，则电阻R1、R2会显著降低，泄漏电流大大增加，时间常数τ大为减小，吸收电流快速衰减。即使绝缘部分受潮，只要R1与R2中一个数值降低，τ值也会大为减小，吸收电流仍会快速衰减，仍可造成吸收比K（及极化指数P，下同）下降。当K＝1或靠近于1，则设备基本丧失绝缘能力。不一样绝缘状态下绝缘电阻改变曲线

6/472.测量绝缘电阻与吸收比方法

测量仪表：兆欧表 摇表：带有手摇直流发电机兆欧表，俗称摇表 晶体管兆欧表：采取电池供电，晶体管振荡器产生交变电压，经变压器升压及倍压整流后输出直流电压 兆欧表电压：500、1000、2500、5000V等 兆欧表选择：依据设备电压等级不一样，选取不一样电压兆欧表。例：额定电压1kV及以下者使用1000V兆欧表；1kV以上者使用2500V兆欧表兆欧表原理结构图

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例：用兆欧表测量电缆绝缘电阻用兆欧表测电缆绝缘电阻接线图1－铅铠外皮2－绝缘3－导芯

8/47测量绝缘电阻能发觉缺点：总体绝缘质量欠佳绝缘受潮两极间有贯通性导电通道绝缘表面情况不良测量绝缘电阻不能发觉缺点：绝缘中局部缺点绝缘老化9/47测量绝缘电阻注意事项：试验前后将试品接地放电高压测试连线架空测吸收比和极化指数时，应待电源电压稳定后再接入试品预防试品向兆欧表反向放电绕组影响绝缘电阻与温度关系10/47微安表直读法（两种接法）测量电力变压器主绝缘泄漏电流接线T1――调压器；T2――高压试验变压器；D――高压硅堆R――保护电阻；C――滤波电容；T――被试变压器3.泄漏电流测量11/47直流电源要求：输出电压（幅值、极性）输出电流电源保护（保护电阻，放电管、并联电容、旁路开关）注意事项：与测绝缘电阻相同电压保持时间1分钟（待电容电流和吸收电流充分衰减），泄漏电流稳定12/47试验特点：所加直流电压较高，能够发觉一些兆欧表不能发觉缺点直流电压逐步升高，可观察电流与电压关系线性度线性刻度，能准确读取13/47试验二介质损耗角正切测量

西林电桥基本原理存在外界电磁场干扰时测量测试功效注意事项14/47测试无线电材料：常采取高频施压法，所加电压不高电工界：最惯用是西林电桥法在线监测：采取微机对tgδ进行测量15/471.西林电桥基本原理西林电桥：

高压臂：代表试品Z1；无损耗标准电容CN，它以阻抗Z2作为代表。 低压臂：处于桥箱体内可调无感电阻R3，以Z3来代表；无感电阻R4和可调电容C4并联，以Z4来代表 保护：放电管P 电桥平衡：检流计G检零 屏蔽：消除杂散电容影响16/47

电桥平衡条件：

Z1/Z3=Z2/Z4 串联等值回路

tgδ=ωR4C4 Cx=R4CN/R3 并联等值回路

tgδ=ωR4C4 Cx=R4CN/[R3(1+tg2δ)]

Cx：因为tg2

极小，故两种等值电路Cx相等西林电桥基本回路

17/47屏蔽：

杂散电容：高压引线与低压臂之间有电场影响，可看作其间有杂散电容Cs。因为低压臂电位很低，Cx和CN电容量很小，如CN普通只有50

100pF，杂散电容Cs引入，会产生测量误差。若附近另有高压源，其间杂散电容Cs1会引入干扰电流iS，也会造成测量误差 需要屏蔽，消除杂散电容影响西林电桥基本回路

18/472.存在外界电磁场干扰时测量

现场试品：难以实现屏蔽，干扰较严重 两次测量法：第一次测得tg

1和Cx

，然后倒换试验变压器原边电源线两头(试验电压U相位转180

)，测得第二次数值tg

2和Cx

，可用下式计算得准确tg

和Cx值：

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磁场干扰时介损测量

检流计正反接抗磁场干扰原理：设无磁干扰时，两个测量臂数值分别为R3和C4；设存在磁干扰时，两个测量臂数值分别为(R3+

R3)和(C4+

C4)；把检流计和电桥两臂相接两端倒换一下，两个测量臂数值将分别为(R3－

R3)和(C4－

C4) 当检流计正接时测得：

当检流计反接时测得：

因无磁场干扰时：

故可得：20/47测试功效有效受潮穿透性导电通道气泡电离、绝缘分层、脱壳绝缘老化劣化绝缘油脏污、劣化无效局部损坏小部分绝缘老化劣化个别绝缘弱点21/47注意事项分部测试与温度关系与试验电压关系护环和屏蔽22/47试验三工频高压试验 交流耐压：是交流设备基本耐压方式。适合用于≤220kV以下电力设备。以变压器为例，如图所表示23/471.工频高压产生工频高压试验变压器特点外形结构24/472.工频高压测量工频高压测量测量球隙稍不均匀-Ub偏差小于3%静电电压表0-1MHz，量程小于200kV分压器配用低压仪表电容分压，注意杂散电容影响，办法-屏蔽高压电容器配用整流装置25/473.杂散参数影响工频分压器测压电路（杂散参数影响）26/47试验四直流高压试验在被试品电容量很大场所，用工频交流高电压进行绝缘试验时会出现很大电容电流，这就要求工频高压试验装置含有很大容量，这时惯用直流高电压试验来代替工频高电压试验。工频高电压-整流器-直流高压，倍压整流-直流高压串级装置-更高直流电压。27/47~TV1V2C1C2(a)~TV1V2C1C2(b)~TV1V2V3C1C2C3(c)几个倍压整流回路(a)经整流器V1向电容器C1充电，负半波则经V2向C2充电，最终C1和C2上电压均到达Um，在输出端得到2Um直流高压。(b)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，C2上也可得2Um直流高压。(c)由(b)演变来，能够得到3Um直流高压。28/47串级直流高压发生器利用(b)中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。理想情况可取得空载输出电压等于2nUm(n为级数)CCCCCC输出~串级直流高压发生器原理图29/47试验五冲击高压试验冲击电压波形冲击电压发生器原理冲击电压发生器结构冲击电压测量30/47

雷电冲击高压试验

雷电冲击耐压考验电力设备承受雷电过电压能力。只在制造厂进行本项试验，因为试验会造成绝缘积累效应，所以在要求试验电压下只施加3次冲击。

国家标准要求额定电压≥220kV，容量≥120MVA变压器出厂时应进行本项试验。31/47操作冲击高压试验≥330kV电力设备出厂试验应进行本项试验。在电力系统现场进行各个电压等级变压器耐压试验时，可采取操作冲击感应耐压方式来取代工频耐压试验。因为利用被试变压器本身电磁感应作用来升高电压，所以冲击电源装置电压较低，装备比较简单。而且试验本身不会在绝缘中产生残留性损伤。32/47a.雷电冲击电压波国家标准要求：1.冲击电压波形33/47b.操作冲击电压波国家标准要求：34/4735/47冲击电压普通表示式：u2=U1[exp（-t/τ1）-exp（-t/τ2）]时间常数：τ1和τ21.2/50μs雷电波：τ1＞＞τ2

u2由两个指数分量相加组成波前时间Tf由较小时间常数τ2决定；半峰值时间Tt由相对大得多时间常数τ1决定36/47波头形成：放电电阻Rt→∞，球隙g0放电后，电压u2上升。Tf=3.24RfC1C2/（C1＋C2）因C1＞＞C2，Tf≈3.24RfC2波尾形成：电压u2抵达峰值U2m后，电容C1和C2一起经过电阻Rt放电。因普通C1＞＞C2，放电快慢主要决定于C1Tt＝0.69Rt(C1＋C2)≈0.69RtC1C2上电压u2波形波前波尾37/472.冲击电压发生器基本原理

冲击电压发生器概念：冲击电压发生器由一组并联储能高压电容器，自直流高压源充电几十秒钟后，经过铜球突然经电阻串联放电，在试品上形成陡峭上升前沿冲击电压波形。冲击波连续时间以微秒计，电压峰值普通为几十kV至几MV 创造人：产生较高电压冲击发生器多级回路，首先由德国人E.马克思（E.Marx）提出，为此他于1923年取得专利，被称为马克思回路38/47a.单级冲击电压发生器回路回路1回路2因为受到硅堆和电容器额定电压限制，单级冲击电压发生器最高电压不超出200~300kV。正极性冲击电压负极性冲击电压39/47b.多级冲击电压发生器回路T：供电高压变压器；D：整流用高压硅堆；r：保护电阻；R：充电电阻；rd：每级阻尼电阻；C：每级主电容；Cs：每级对应点对地杂散电容；g1：点火球隙；g2～g4：中间球隙；g0：隔离球隙；40/47 “电容器并联充电，而后串联放电” 电阻R连接与隔离作用：在充电时起电路连接作用；放电时则起隔离作用 电容并联串联转换方法：诸电容由并联变成串联是靠一组球隙分别处于绝缘和放电来到达

41/47杂散电容与同时：实际上因杂散电容Cs是很小，所以各中间球隙在放电前所作用到过电压时间非常短促。为使诸球隙易于同时放电，在采取简单球隙条件下，它们应排列成相互能够放电（紫外线）照射状态。阻尼电阻：为了预防杂散电感和对地分布杂散电容引发高频振荡，电路中分布放置了阻尼电阻rd，普通每级为5Ω－25Ω。若级数为n，阻尼电阻串联总值nrd称作为Rd。Rd也起着调整波前时间作用，但在放电时它与Rt会造成份压，使输出电压有所降低。42/47

发生器电压效率 ŋ＝[C1/(C1＋C2)][Rt/(Rd＋Rt)] 放电时基本回路等值回路 这意味着输出电压u2峰值U2m低于电容C1上初始充电压U1。它是因为C1与C2之间分压和Rt与R