第四章高壓試驗(yàn)設(shè)備及高電壓的測(cè)量第一頁(yè)，共三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五第一節(jié)穩(wěn)態(tài)高壓試驗(yàn)設(shè)備及其測(cè)量一、交流高壓試驗(yàn)設(shè)備1.高壓試驗(yàn)變壓器圖4-1工頻耐壓試驗(yàn)接線T--試驗(yàn)變壓器AV--調(diào)壓器F--保護(hù)球隙R1--保護(hù)電阻R2--球隙保護(hù)電阻第二頁(yè)，共三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五高壓試驗(yàn)變壓器的特點(diǎn)：（1）工作電壓高，一般為單相；（2）絕緣裕度??；（3）連續(xù)運(yùn)行時(shí)間短；（4）漏抗較大；（5）容量小。第三頁(yè)，共三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五式中:U—被試品的試驗(yàn)電壓，kV；CX—被試品的電容，μF；f—電源的頻率，Hz；S—試驗(yàn)變壓器的容量，kVA對(duì)于大多數(shù)被試品，通常試驗(yàn)變壓器高壓側(cè)額定電流在0.1～1A范圍內(nèi)就可滿足試驗(yàn)要求。第四頁(yè)，共三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五目前國(guó)產(chǎn)變壓器的電壓限制在750kV。當(dāng)需要更高的輸出電壓時(shí)，可將2～3臺(tái)試驗(yàn)變壓器串接起來(lái)使用。

圖4-2累接式串接試驗(yàn)變壓器的原理接線

T1,T2,T3三級(jí)試驗(yàn)變壓器;1—低壓繞組;2—低壓繞組;3,4—累接繞組;Z1,Z2—絕緣支柱;TM—調(diào)壓器;TO—被試品第五頁(yè)，共三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五2.串聯(lián)諧振試驗(yàn)裝置在現(xiàn)場(chǎng)耐壓試驗(yàn)中，當(dāng)被試品的試驗(yàn)電壓較高或電容值較大，試驗(yàn)變壓器的額定電壓或容量不能滿足要求時(shí)，可采用串聯(lián)諧振試驗(yàn)裝置進(jìn)行試驗(yàn)。圖4-3串聯(lián)諧振試驗(yàn)線路原理圖(a)原理圖；(b)電路圖1—外加可調(diào)電感;2—被試品第六頁(yè)，共三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五其中：R--代表整個(gè)試驗(yàn)回路損耗的等值電阻；L--可調(diào)電感和電源設(shè)備漏感之和；C--被試品電容；U--試驗(yàn)變壓器空載時(shí)高壓端對(duì)地電壓。當(dāng)調(diào)節(jié)電感使回路發(fā)生諧振時(shí)，XL=XC，被試品上的電壓，Q為諧振回路的品質(zhì)因數(shù)，為諧振時(shí)感抗（容抗）與回路中電阻R的比。第七頁(yè)，共三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五二、直流高壓試驗(yàn)設(shè)備直流高電壓通常是由交流高電壓經(jīng)整流變換而來(lái)的。圖4-4倍壓整流電路（a）變壓器兩端不接地;（b）變壓器一端接地第八頁(yè)，共三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五倍壓整流電路只能獲得2Um的電壓，如果需要更高的電壓，可采用串接整流電路。圖4-4串接整流電路第九頁(yè)，共三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五三、穩(wěn)態(tài)高壓的測(cè)量IEC和我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，交流高電壓峰值或有效值的測(cè)量誤差應(yīng)不大于士3%；直流電壓平均值的測(cè)量誤差不大于土3%，脈動(dòng)幅值的測(cè)量誤差應(yīng)不大于10%。目前常用的測(cè)量設(shè)備和方法有：1.球隙球隙是唯一能直接測(cè)量高達(dá)數(shù)兆伏的各類(lèi)第十頁(yè)，共三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五高電壓峰值的測(cè)量裝置。它由一對(duì)直徑相同的金屬球構(gòu)成的，當(dāng)保持各種外界條件不變時(shí)，球間隙在大氣中的擊穿電壓取決于球隙距離。用球隙測(cè)量工頻電壓時(shí)，應(yīng)取連續(xù)三次放電電壓的平均值，相鄰兩次放電的時(shí)間間隔不得小于1分鐘，各次擊穿電壓與平均值之間的偏差不得大于3％。第十一頁(yè)，共三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五2.靜電電壓表靜電電壓表由兩個(gè)平行平板電極構(gòu)成，其中一個(gè)為固定電極，另一個(gè)為可動(dòng)電極。當(dāng)施加穩(wěn)態(tài)電壓時(shí)，兩電極分別帶上異性電荷，由于靜電力的作用，可動(dòng)電極發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，用某種方式加外力于可動(dòng)電極，使之與靜電力平衡，而靜電力的大小與電極上的電荷多少有關(guān)，即與電極間的電壓大小有關(guān)，因此測(cè)定了平衡力也就能知道電壓的大小了。第十二頁(yè)，共三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五靜電電壓表可直接測(cè)量交流和直流高電壓。由于電極上所受的力和電壓的平方成正比，故靜電電壓表指示的是電壓的方均根值。即測(cè)量交流電壓時(shí)，指示的是被測(cè)電壓的有效值；測(cè)直流電壓時(shí)，當(dāng)脈動(dòng)系數(shù)不超過(guò)20%時(shí)，測(cè)得的數(shù)值與平均值的誤差不超過(guò)1%，故可認(rèn)為在直流下靜電電壓表的測(cè)量值為平均值。靜電電壓表的測(cè)量誤差一般為1%～1.5%。第十三頁(yè)，共三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五3.高壓分壓器當(dāng)被測(cè)電壓很高時(shí)，直接用指示儀表測(cè)量高壓比較困難，采用分壓器分出小部分電壓，用測(cè)量?jī)x器進(jìn)行測(cè)量，將測(cè)量值乘以分壓比便可得到待求高壓。根據(jù)分壓器所用分壓元件的不同，有電阻分壓器、電容分壓器和阻容分壓器等三種類(lèi)型。每一分壓器都由高壓臂和低壓臂組成。第十四頁(yè)，共三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五（1）電阻分壓器（2）電容分壓器（3）阻容分壓器按阻尼電阻接法不同，又分為串聯(lián)阻容分壓器和并聯(lián)阻容分壓器兩類(lèi)。前者的測(cè)量回路與電容分壓器相同，后者的測(cè)量回路與電阻分壓器相同。第十五頁(yè)，共三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五4.交流峰值電壓表交流電壓下，絕緣的擊穿取決于電壓的峰值，所以有時(shí)需要測(cè)量高電壓的峰值。目前常用的交流峰值電壓表有以下兩種類(lèi)型：（1）利用電容電流整流測(cè)量峰值電壓；（2）利用電容器上的整流充電電壓測(cè)量峰值電壓。第十六頁(yè)，共三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五圖4-7峰值電壓表原理接線圖（a）利用電容電流整流；（b）利用電容器整流充電電壓第十七頁(yè)，共三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五第二節(jié)沖擊高壓試驗(yàn)設(shè)備及其測(cè)量沖擊高壓試驗(yàn)設(shè)備主要指沖擊電壓發(fā)生器，它是一種產(chǎn)生脈沖波的高電壓發(fā)生裝置，能模擬產(chǎn)生電氣設(shè)備在運(yùn)行中遭受的雷電沖擊電壓波和操作沖擊電壓波。一、沖擊電壓發(fā)生器1.雷電沖擊電壓的產(chǎn)生

第十八頁(yè)，共三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五圖4-8沖擊電壓發(fā)生器的基本回路(a)低效率回路；(b)高效率回路利用高壓電容器通過(guò)球隙對(duì)電阻電容回路放電來(lái)產(chǎn)生雷電沖擊電壓。第十九頁(yè)，共三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五

圖4-9沖擊電壓發(fā)生器的常用回路第二十頁(yè)，共三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五以上是單級(jí)沖擊電壓發(fā)生器的工作原理。由于受到整流設(shè)備和電容器額定電壓的限制，單級(jí)沖擊電壓發(fā)生器的最高電壓一般不超過(guò)200～300kV。如需更高的沖擊電壓，可采用多級(jí)沖擊電壓發(fā)生器。多級(jí)沖擊電壓發(fā)生器的工作原理：利用多級(jí)電容器并聯(lián)充電，然后通過(guò)球隙串聯(lián)放電。第二十一頁(yè)，共三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五圖4-11高效率多級(jí)沖擊電壓發(fā)生器電路圖第二十二頁(yè)，共三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五2.操作沖擊電壓的產(chǎn)生操作沖擊電壓與雷電沖擊電壓的產(chǎn)生原理是相同的，只不過(guò)操作沖擊電壓的波前和半峰值時(shí)間比雷電沖擊電壓的長(zhǎng)得多，從而要求發(fā)生器的放電時(shí)間常數(shù)比產(chǎn)生雷電沖擊電壓時(shí)長(zhǎng)得多。第二十三頁(yè)，共三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五操作沖擊電壓還可以利用沖擊電壓發(fā)生器和變壓器聯(lián)合產(chǎn)生，即用一個(gè)小型的沖擊電壓發(fā)生器向變壓器低壓繞組放電，在變壓器高壓繞組感應(yīng)出幅值很高的操作沖擊電壓波。

圖4-12IEC推薦的一種操作波發(fā)生器第二十四頁(yè)，共三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五二、沖擊高壓的測(cè)量由于沖擊電壓是一種非周期性快速或較快速變化的脈沖電壓，因此測(cè)量沖擊高電壓的儀器和測(cè)量系統(tǒng)必須具有良好的瞬態(tài)響應(yīng)特性，沖擊電壓的測(cè)量包括峰值測(cè)量和波形記錄兩個(gè)方面。1.用球隙測(cè)量

測(cè)量時(shí)，除了球隙的有關(guān)結(jié)構(gòu)、布置、連第二十五頁(yè)，共三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五接和使用等要符合規(guī)定外，還應(yīng)注意以下特點(diǎn)：（1）由于沖擊電壓作用下球隙的放電具有分散性，球隙測(cè)量時(shí)所確定的電壓應(yīng)為球隙的50％放電電壓。（2）球隙放電電壓表中的沖擊放電電壓值是標(biāo)準(zhǔn)雷電沖擊全波或長(zhǎng)波尾沖擊電壓下球隙的50％放電電壓。（3）在小間隙中為加速有效電子的出現(xiàn)，使放第二十六頁(yè)，共三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五電電壓穩(wěn)定，凡所用球徑小于12.5cm，不論測(cè)量何種電壓，或使用任何球徑來(lái)測(cè)量峰值小于50kV的任何電壓時(shí)，都必須用短波光源照射球隙。（4）測(cè)量沖擊電壓時(shí)，與球隙串聯(lián)的保護(hù)電阻的作用是減小球隙擊穿時(shí)加在被試品上的截波電壓陡度，同時(shí)減小阻尼回路內(nèi)可能發(fā)生的振蕩。一般要求不超過(guò)500Ω。第二十七頁(yè)，共三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五2.用分壓器測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量（1）測(cè)量系統(tǒng)的方波響應(yīng)。沖擊測(cè)量系統(tǒng)性能的優(yōu)劣通常用方波響應(yīng)來(lái)衡量。圖4-13沖擊測(cè)量系統(tǒng)的方波響應(yīng)（a)指數(shù)型；(b)衰減振蕩型

第二十八頁(yè)，共三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五(2)沖擊分壓器。沖擊分壓器按其結(jié)構(gòu)可分為電阻分壓器、電容分壓器、串聯(lián)阻容分壓器和并聯(lián)阻容分壓器。圖4-14不同類(lèi)型沖擊分壓器的原理電路圖（a）電阻分壓器；(b)電容分壓器；(c)串聯(lián)阻容分壓器；(d)并聯(lián)阻容分壓器第二十九頁(yè)，共三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五（3）測(cè)量沖擊電壓用的示波器和峰值電壓表。沖擊電壓是變化速度很快的脈沖電壓，高壓示波器適于記錄這種快速變化的一次過(guò)程。高壓示波器電子射線的能量很高，長(zhǎng)時(shí)間射到熒光屏上會(huì)損壞屏上的熒光層，故電子射線平時(shí)是閉鎖的，只有在被測(cè)信號(hào)到達(dá)前的瞬間，通過(guò)啟動(dòng)示波器的釋放裝置才能射到熒光屏上。被測(cè)信號(hào)消失后，電子射線將被自動(dòng)閉鎖。第三十頁(yè)，共三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五小結(jié)交流耐壓試驗(yàn)時(shí)，試驗(yàn)變壓器的容量與被試品的電容量成正比；當(dāng)需要較高試驗(yàn)電壓時(shí)，可采用幾臺(tái)試驗(yàn)變壓器串接的形式，隨著串接臺(tái)數(shù)的增加，裝置的利用率減低；直流高壓一般