1、高電壓技術(shù) 沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué) 主講教師：王立地第4章電氣設(shè)備絕緣高電壓試驗(yàn) 4.1 工頻高電壓試驗(yàn) 4.2 直流高電壓試驗(yàn) 4.3 沖擊高電壓試驗(yàn) 4.1 工頻高電壓試驗(yàn)測(cè)試設(shè)備調(diào)壓器高壓工頻試驗(yàn)變壓器測(cè)試方法 其他類型的交流高電壓試驗(yàn)調(diào)壓器調(diào)壓器試驗(yàn)變壓器的電壓必須從零調(diào)節(jié)到指定值，要靠連到變壓器初級(jí)繞組電路中的調(diào)壓器來(lái)進(jìn)行。 調(diào)壓器應(yīng)該滿足以下基本要求： (1) 電壓應(yīng)該平滑地調(diào)節(jié)，在有滑動(dòng)觸頭的調(diào)壓器中，不應(yīng)該發(fā)生火花。 (2) 調(diào)壓器應(yīng)在試驗(yàn)變壓器的輸入端提供從零到額定值的電壓，電壓具有正弦波形且沒(méi)有畸變。 (3) 調(diào)壓器的容量應(yīng)不小于試驗(yàn)變壓器的容量。 調(diào)壓

2、器自耦調(diào)壓器電動(dòng)發(fā)電機(jī)組感應(yīng)調(diào)壓器移圈調(diào)壓器 自耦調(diào)壓器 自耦調(diào)壓器電動(dòng)發(fā)電機(jī)組感應(yīng)調(diào)壓器移圈調(diào)壓器移圈調(diào)壓器移圈調(diào)壓器高壓工頻試驗(yàn)變壓器高壓工頻試驗(yàn)變壓器高壓試驗(yàn)變壓器容量確定 高壓試驗(yàn)變壓器繞組方式 高壓試驗(yàn)變壓器-外形結(jié)構(gòu)類型 試驗(yàn)變壓器串級(jí)裝置 高壓試驗(yàn)變壓器容量確定 高壓試驗(yàn)變壓器繞組方式 高壓試驗(yàn)變壓器繞組方式 高壓試驗(yàn)變壓器-外形結(jié)構(gòu)類型 試驗(yàn)變壓器與電力變壓器的比較工頻試驗(yàn)變壓器電力變壓器試驗(yàn)變壓器與電力變壓器的比較試驗(yàn)變壓器一般作成單相的。 高壓繞組大多數(shù)作成多層繞組， 層間絕緣由電纜紙和絕緣材料制成的圓筒組成。 試驗(yàn)變壓器與電力變壓器相比主要特點(diǎn)： 變比較大 容量較小 工作

3、時(shí)間短 試驗(yàn)變壓器與電力變壓器的比較試驗(yàn)變壓器電力變壓器1電壓等級(jí)更高、容量不大，僅單相電壓等級(jí)高、容量大，分單相、三相2工作在電容性負(fù)荷下工作在電感性負(fù)荷下3允許發(fā)生短時(shí)短路不允許發(fā)生短路4工作時(shí)間短工作時(shí)間長(zhǎng)5漏磁通較大漏磁通較小6溫度比較低、無(wú)散熱要求溫度比較高、有散熱要求7絕緣裕度小絕緣裕度大 試驗(yàn)變壓器串級(jí)裝置 由于受到體積和重量的限制，單個(gè)試驗(yàn)變壓器的額定電壓不可能做得太高。 當(dāng)所需工頻電壓很高往往采用串級(jí)線路把幾臺(tái)試驗(yàn)變壓器串接起來(lái)。 數(shù)臺(tái)試驗(yàn)變壓器串級(jí)聯(lián)接的辦法就是將它們的高壓繞組串聯(lián)起來(lái)，使它們的高壓側(cè)電壓疊加后得到很高的輸出電壓，而每臺(tái)變壓器的絕緣要求和結(jié)構(gòu)可大大簡(jiǎn)化，減輕

4、絕緣難度，降低總價(jià)格。 由單高壓套管變壓器元件組成的串級(jí)變壓器示意圖串級(jí)方式-自耦式串級(jí)變壓器，這是目前最常用的串級(jí)方式。這里高一級(jí)的變壓器的勵(lì)磁電流由前面一級(jí)的變壓器來(lái)供給。 繞組1為低壓繞組，2為高壓繞組，3為供給下一級(jí)激磁用的串級(jí)激磁繞組。 雖然這時(shí)三臺(tái)變壓器的初級(jí)電壓相同(U1=U3)，次級(jí)電壓也相同（均為U2）， 但它們的容量和高壓繞組結(jié)構(gòu)都不同，因此不能互換位置。設(shè)該裝置T3容量為： P3=U2I2=U1I1； T2的容量： P2=U1I1=U2I2+U3I3=2U2I2； T1的容量為： P1=3U2I2所以當(dāng)串聯(lián)級(jí)數(shù)為3，則整套串級(jí)裝置的制作容量為: P=P1+P2+P3=6U

5、2I2串級(jí)裝置的輸出額定容量為 Pn=3 U2I2因而裝置的容量利用率為 h =Pn/P=1/2同理推出n級(jí)串聯(lián)裝置的容量利用率為 h =2n +1式中： n串級(jí)裝置的級(jí)數(shù)。 串接臺(tái)數(shù)越多，裝置利用系數(shù)越低，且隨著串接數(shù)的增加，整套串接試驗(yàn)變壓器的總漏抗值急劇增加。 串級(jí)試驗(yàn)變壓器的串接數(shù)一般不超過(guò)3。 高壓繞組中點(diǎn)接殼的串級(jí)變壓器原理電路圖 測(cè)試方法 試驗(yàn)電路容升效應(yīng)工頻高壓的測(cè)量試驗(yàn)中需注意的問(wèn)題試驗(yàn)電路1. 作用：能確定電氣設(shè)備絕緣的耐受水平。2. 接線及設(shè)備容升效應(yīng)容升效應(yīng)容升效應(yīng)幾種工頻高壓測(cè)量方法的原理接線圖工頻高壓的測(cè)量實(shí)際測(cè)量時(shí)可采用其中的一種或幾種，從變壓器的初級(jí)（P1P2端

6、）或由附加的測(cè)量繞組（P3P4端）測(cè)得電壓值再乘上變壓比，從而求得高壓側(cè)輸出電壓值是最便捷的方法，但誤差通常較大，常起輔助指示作用。工頻高壓的測(cè)量R1R2一保護(hù)電阻V.D.一分壓器T.O.一試樣 S.V.一靜電電壓Q 一球隙T 一高壓試驗(yàn)變壓器工頻高壓的測(cè)量T試驗(yàn)變壓器;Rb保護(hù)電阻;T.O.被試品;C.M.電流測(cè)壓電路;V.D.分壓電路;S.V.靜電電壓表; G球隙;Rq球隙電阻;P1、P2測(cè)壓繞組輸出端子;P3、P4低壓繞組測(cè)壓端子;P5分壓輸出端子工頻高壓的測(cè)量工頻高壓的測(cè)量工頻高壓的測(cè)量方法 1. 低壓側(cè)測(cè)量 2. 高壓側(cè)測(cè)量 1.低壓側(cè)測(cè)量在試驗(yàn)變壓器的低壓繞組或測(cè)量線圈的端子上用電

7、壓表進(jìn)行測(cè)量，通過(guò)換算來(lái)確定高壓側(cè)的電壓。2.高壓側(cè)測(cè)量（1） 用球間隙測(cè)量工頻高壓（2） 靜電電壓表（3） 電容分壓器（4） 用電壓互感器測(cè)量(1) 用球間隙測(cè)量工頻高壓測(cè)量球隙由一對(duì)相同直徑的金屬球構(gòu)成。當(dāng)球隙距離d與直徑D之比不大時(shí)，球隙間的電場(chǎng)為稍不均勻電場(chǎng)，由氣體放電的理論可知，當(dāng)電壓加于球隙間形成稍不均勻電場(chǎng)時(shí)，其擊穿電壓決定于球隙間的距離。球隙測(cè)量器直徑更大的球隙則使用垂直式裝置。使用時(shí)下球極接地，上球極接高壓。垂直球隙及應(yīng)保證的尺寸P一高壓球的放電點(diǎn)R一球隙保護(hù)電阻測(cè)量球隙安裝空間示意圖(a)垂直球隙;(b)水平球隙1絕緣支架;2絕緣支柱;P高壓球的放電點(diǎn); R球隙保護(hù)電阻;B

8、沒(méi)有外界物體的空間半徑國(guó)際電工委員會(huì)制訂了在標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下標(biāo)準(zhǔn)球隙的距離與工頻放電電壓（峰值）的關(guān)系表。其誤差不大于3%，當(dāng)測(cè)量時(shí)的大氣條件不同于標(biāo)準(zhǔn)大氣條件時(shí)，需要進(jìn)行校正。方法如下：U=KrUHU試驗(yàn)中大氣條件下的放電電壓UH 標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下的放電電壓空氣相對(duì)密度0.70.750.80.850.90.951.01.051.10修正系數(shù)kr0.720.770.810.860.910.951.01.051.09Kr修正系數(shù)，可由查表空氣相對(duì)密度與修正系數(shù)Kr的關(guān)系用球隙測(cè)量工頻電壓時(shí)，應(yīng)取連續(xù)三次擊穿電壓的平均值，相鄰兩次擊穿間隔時(shí)間一般不小于lmin， 各次擊穿電壓與平均值之間的偏差不大于3

9、%。 (2) 靜電電壓表當(dāng)加電壓于兩個(gè)特制的電極板時(shí)，由于兩電極上分別充上異性電荷，電極就會(huì)受到靜電機(jī)械力的作用，測(cè)量此靜電力的表計(jì)稱為靜電電壓表。測(cè)量精度在 3以內(nèi)。平板電極間的電場(chǎng)和靜力吸力靜電電壓表靜電電壓表的典型結(jié)構(gòu)保護(hù)電極的中央設(shè)有一個(gè)可動(dòng)圓板電極，可動(dòng)電極在靜電吸引力的作用下產(chǎn)生移動(dòng)，移動(dòng)量經(jīng)放大后，由指針讀出。 該裝置具有耗電量小、波形和電壓頻率引起的誤差小等優(yōu)點(diǎn) ，但由于靜電力很小，摩擦?xí)斐蓽y(cè)量誤差。（3）電容分壓器在被測(cè)電壓高于200kV時(shí)，直接用指示儀表測(cè)量高壓比較困難，通常采用電容分壓器配用低壓儀表測(cè)量高壓。交流電容分壓器C1 、C2分別為高、低壓臂。在工頻電壓作用過(guò)電

10、容C1和C2的電流均為i，兩電容上的壓降分別為ic和 icw = 2pfcwC12icwCwC2，這里，又1u=1icwC+2w1u1= C1 + C2 u C2= Ku212C Cic= ic (C1 + C2 )wC2u=所以有K = C1 +C2C1稱為分壓比。顯然只要C1 C，那么u2 u1，2電容分壓器中，要求C1的電容量很小，但又能承受很高的電壓。 對(duì)電容分壓器中C2的要求是電容量較大而承受電壓較低，因此C2應(yīng)采用高穩(wěn)定度、低損耗、低電感量的云母、空氣或聚苯乙烯介質(zhì)的電容器； 電容量根據(jù)分壓比和低壓儀表的量程確定。 （4）用電壓互感器測(cè)量試驗(yàn)中需注意的問(wèn)題試驗(yàn)中需注意的問(wèn)題 1、防

11、止工頻高壓試驗(yàn)中可能出現(xiàn)的過(guò)電壓在工頻高壓試驗(yàn)中，大多數(shù)試品是電容性的?！叭萆毙?yīng)。 對(duì)初級(jí)繞組突然加壓，而不是由零逐漸升高電壓；或者 ，當(dāng)輸出電壓較高時(shí)突然切斷電源，都有可能由于過(guò)渡過(guò)程而在試驗(yàn)回路中產(chǎn)生過(guò)電壓。 防止產(chǎn)生這種過(guò)電壓的辦法是在變壓器出線端與被測(cè)試品之間串接一適當(dāng)阻值的保護(hù)電阻，它的作用是： 限制短路電流 阻尼放電回路的振蕩過(guò)程 保護(hù)電阻的數(shù)值不宜太大或太小， 阻值太小短路電流過(guò)大，起不到應(yīng)有的保護(hù)作用； 阻值太大會(huì)在正常工作時(shí)由于負(fù)載電流而有較大的電壓降和功率損耗，從而影響加在被測(cè)試品上的電壓值。 保護(hù)電阻其他類型的交流高電壓試驗(yàn)諧振感應(yīng)高電壓第4章電氣設(shè)備絕緣高電壓試驗(yàn)

12、4.1 工頻高電壓試驗(yàn) 4.2 直流高電壓試驗(yàn) 4.3 沖擊高電壓試驗(yàn) 4.2 直流高電壓試驗(yàn)直流耐壓試驗(yàn)的特點(diǎn)直流高電壓的測(cè)量直流耐壓試驗(yàn)的特點(diǎn)(1) 試驗(yàn)設(shè)備的容量較小。特別是采用電力電子變換的高頻電源后，整套直流耐壓試驗(yàn)裝置的體積、重量大大減小，便于現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行試驗(yàn)；(2) 在試驗(yàn)時(shí)可以同時(shí)測(cè)量泄漏電流，能有效地顯示絕緣內(nèi)部的集中性缺陷或受潮，提供有關(guān)絕緣狀態(tài)的補(bǔ)充信息；(3) 在某種程度上帶有非破壞性試驗(yàn)的性質(zhì)，在直流高壓下，局部放電較弱，不會(huì)加快有機(jī)絕緣材料分解或老化；(4) 對(duì)交流電氣設(shè)備絕緣的考驗(yàn)不如交流試驗(yàn)?zāi)菢咏咏鼘?shí)際情況。對(duì)于絕大多數(shù)組合絕緣來(lái)說(shuō)，它們?cè)谥绷麟妷合碌碾姎鈴?qiáng)度遠(yuǎn)高于

13、交流電壓下的電氣強(qiáng)度，因而交流電氣設(shè)備的直流耐壓試驗(yàn)必須提高試驗(yàn)電壓， 才能具有等效性。直流高電壓的測(cè)量1. 靜電電壓表2. 電阻分壓器配合低壓儀表3. 高值電阻與直流電流表串聯(lián)4. 標(biāo)準(zhǔn)球間隙1. 靜電電壓表 與交流電壓的測(cè)量原理一樣，可測(cè)量直流電壓的平均值。但是，在工作原理上，它表示的是直流電壓瞬時(shí)值平方的平均值，因此，在紋波較大的情況下，測(cè)量值就不是直流電壓的平均值，這一點(diǎn)必須加以注意。 2. 電阻分壓器配合低壓儀表 K = U 2U1=R2 R1 + R23. 高值電阻與直流電流表串聯(lián) 4. 標(biāo)準(zhǔn)球間隙 測(cè)量裝置以及測(cè)量方法與測(cè)量交流電壓時(shí)一樣。但大氣中的灰塵或纖維等會(huì)引起放電電壓的變

14、化， 就是說(shuō)長(zhǎng)時(shí)間加壓時(shí)，放電電壓可能會(huì)變得特別低。因此，在測(cè)量直流時(shí)，推薦采用前面所述的棒一棒間隙。用球隙測(cè)量直流電壓時(shí)，應(yīng)在間隙的軸垂直方向維持穩(wěn)定的氣流，氣流最低為3m/s。 第4章電氣設(shè)備絕緣高電壓試驗(yàn) 4.1 工頻高電壓試驗(yàn) 4.2 直流高電壓試驗(yàn) 4.3 沖擊高電壓試驗(yàn) 4.3 沖擊高電壓試驗(yàn)沖擊高電壓的產(chǎn)生沖擊高電壓發(fā)生器沖擊高電壓的產(chǎn)生沖擊電壓：（雷電沖擊電壓、操作沖擊電壓）沖擊高電壓的產(chǎn)生 持續(xù)短、電壓上升速度快，緩慢下降的暫態(tài)電壓。由波頭時(shí)間、波尾時(shí)間、峰值和極性來(lái)表示。標(biāo)準(zhǔn)雷電沖擊標(biāo)準(zhǔn)雷電沖擊電壓：1.2/50ms標(biāo)準(zhǔn)操作沖擊電壓：250/2500ms沖擊電壓產(chǎn)生的基本原

15、理RdRf_+C1RtC2試品等電容Uu20波頭電阻主電容(t) _U +C10RfRtC2u2(t)波尾電阻(a) 典型電路(b) 高效率回路 （2）放電過(guò)程：當(dāng)C1、C2上的電壓相等時(shí)，并聯(lián)對(duì)Rt放電，形成波尾。（1）充電過(guò)程：C1向C2充電，建立電壓，形成波頭； 沖擊高電壓發(fā)生器沖擊電壓發(fā)生器由一組并聯(lián)的儲(chǔ)能高壓電容器，自直流高壓源充電后，通過(guò)銅球突然經(jīng)電阻串聯(lián)放電，在試品上形成陡峭上升前沿的沖擊電壓波形。德國(guó)人E.（E.Marx）提出，回路。發(fā)生器（Marx Generator）- t- tu(t) = A(e t1- e t 2 )標(biāo)準(zhǔn)雷電沖擊全波采用非周期性雙指數(shù)波。t1波尾時(shí)間常數(shù)t 2 波前時(shí)間常數(shù)tu(t) Ae-t1tu(t) A(1- e- t2 )波前， 波尾，多級(jí)沖擊電壓發(fā)生器采用多級(jí)疊加的方法來(lái)產(chǎn)生波形和幅值都能滿足需要的沖擊高電壓波?；驹?并聯(lián)充電，串聯(lián)放電基本原理:并聯(lián)充電，串聯(lián)放電沖