高电压技术课件 第六章 电气设备绝缘试验(二)
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（a）决定波前时间； （b）决定半峰值时间
二、冲击电压发生器的基本原理
如需更高的冲击电压，可采用多级的冲击电压发生器。
多级冲击电压发生器工作原理：其工作原理概括起来 说就是利用多级电容器并联充电，然后通过球隙串联 放电，从而产生高幅值的冲击电压。
发明人：产生较高电压的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 获得专利，被称为马克思回路
第六章 电气设备绝缘试验（二）
工频高压试验 直流高压试验 雷电冲击高压试验 操作冲击高压试验
§6-1 工频高压试验
工频耐压试验是在电气设备上施加规定的工 频试验电压并保持一定的时间，以考验绝缘 能否耐受该试验电压的作用。
工频高压试验能有效发现绝缘中危险的集中 性缺陷，是检验电气设备绝缘强度最有效和 最直接的方法。
冲击电压的一般表达式：
u2= U1[exp（-t/τ1）- exp（-t/τ2）]
时间常数：τ1和τ2 1.2/50μs的雷电波：τ1＞＞τ2
u2由两个指数分量相加构成 波前时间Tf由较小的时间常数τ2决定； 半峰值时间Tt由相对大得多的时间常数τ1决定
冲击电压的产生
冲击电压发生器的基本回路 (a)低效率回路 (b)高效率回路
T3的容量为S T2的容量为2S T1 的容量为3S
n级串级装置的容量利用率
可见，随着试验变压器串接台数的增加，利用 率降低，实际中，串接的试验变压器台数一般 不超过三台。
§6-2 直流高压试验
➢ 在被试品的电容量很大的场合，用工频交流高
电压进行绝缘试验时会出现很大的电容电流，这 就要求工频高压试验装置具有很大的容量，这时 常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。
离线监测的缺点
绝缘预防性试验是在电力设备处于离线情况下进行的。 离线监测的缺点是： ① 需停电进行，而不少重要的电力设备不能轻易地停止 运行； ② 只能周期性进行而不能连续地随时监视，绝缘有可能 在诊断期间发生故障； ③ 停电后的设备状态，如作用电场及温升等和运行中不 相符合，影响诊断的正确性。譬如前述的绝缘tgδ检测， 采用电桥法时，由于标准电容器的额定电压的限制，一 般只加到10kV，这对于220kV～500kV的电力设备而言， 电压是很低的。
T
~
V1 C1 C2
V2
T
~
V2
V3
C2 C3
(a)
C1TΒιβλιοθήκη ~V1V2 C2
C1
V1
(c)
(b) 图5-7 几种倍压整流回路
串级直流高压发生器
C
C
利用 (b)中的倍压整流电 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，
理想情况可获得空载输出 电压等于2nUm(n为级数)
输 出
C
C
C
高效率多级冲击电压发生器
放电时的等值电路
三、冲击电压发生器结构
户外冲击电压发生器 及分压器
户内冲击电压发生器 及截波装置
各种预防性试验方法的特点总结
序号
试验方法
能发现的缺陷
1 测量绝缘电阻及泄漏电流 贯穿性的受潮、脏污和导电通道
2 测量吸收比
大面积受潮、贯穿性的集中缺陷
3 测量tgδ
绝缘的在线监测
1）tgδ的在线监测 2）局部放电（PD）的在线监测
电容C1在被间隙F隔离的状态下由滞留电源 充电到稳态电压U0，球隙击穿后电容C1上 的电荷一方面经R2放电，同时通过R1对电 容C2充电，在被试品上形成上升的电压波前。
当C2上的电压被充电达到最大值后，C2与 C1一起对R2放电，在被试品上形成下降的 波尾。
一般选择R2比R1大得多，C1比C2要大得多， 这样就可以在电容C2上，就可以得到所要求 的波前时间较短（波前时间常数较小）而半
峰值时间较长（波尾时间常数较大）的冲击
波的波形。
在C1向C2充电过程中，如果忽略C1经R2放掉的电荷， 则在（b）图电路中，C2上的电压最大可达
而在（a）图电路中，除了电容上的电荷分布外，还有 R1和R2的分压作用，C2上的最大电压为
利用系数：
为了使问题简化，在决定波前时间时忽略R2的 作用，而在决定半峰值时间时忽略R1的作用。于是 可得到下图所示的等值电路。
试验电压持续时间为1min。
工频耐压试验的接线及设备
1、试验接线
工频耐压试验的原理接线图
2、试验变压器
特点
（1）工作电压高，调节范围广，一般为单相， 最高电压为750kv；
（2）绝缘欲度低，安全系数小，不会受到过 电压的作用。
（3）使用时间有限，通常为间歇工作方式， 所以散热能力小，对应于不同的电压和电流 负荷，有不同的允许持续工作时间。
(2)操作冲击高压试验
≥330kV电力设备的出厂试验应进行本 项试验。在电力系统现场进行各个电压等
级变压器的耐压试验时，可采用操作冲击 感应耐压方式来取代工频耐压试验。由于 利用被试变压器自身的电磁感应作用来升 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
(a) 经整流器V1向电容器C1充电，负半波则经V2向C2充电，最后C1和C2 上的电压均达到Um，在输出端得到2Um的直流高压。
(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的直流高压。
(c) 由(b)演变来的，可以得到3Um的直流高压。
C
~
图5-8 串级直流高压 发生器原理图
§6-3 冲击高压试验
(1)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的 能力。只在制造厂进行本项试验，因为试验会 造成绝缘的积累效应，所以在规定的试验电压 下只施加3次冲击。 国家标准规定额定电压≥220kV，容量 ≥120MVA的变压器出厂时应进行本项试验。
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
一、冲击电压波形
a、雷电冲击电压波
Tf 1.67(t2 t1 )
国标规定： Tf 1.2s 30% Tt 50s 20%
b、操作冲击电压波
国标规定： Tf 250s 20% Tt 2500s 60%
绝缘普遍受潮和劣化
4 测量局部放电
有气体放电的局部缺陷
5 油的气相色谱分析
持续性的局部过热和局部放电
6 交流或直流耐压试验
使抗电强度下降到一定程度的主绝缘局 部缺陷
7
操作波或倍频感应耐压试 使抗电强度下降到一定程度的主绝缘或
验(限于变压器)
纵绝缘的局部缺陷
表中序号6和7两项为破坏性试验，其它各项均属于非破坏性试验
（4）漏抗大。一二次绕组的电压变比大，高 压绕组电压高，所以两绕组间的绝缘间距大， 导致漏抗较大。
（5）容量小。
（6）工作时经常要放电。
3、工频高压的产生
串级变压器
容量的关系：
在串接装置中，各试验变压器高压绕组的容 量是相同的，设为S，各低压绕组的和累接绕组 的容量不同。低压绕组的容量为累接绕组和高 压绕组的容量和。
二、冲击电压发生器的基本原理
如需更高的冲击电压，可采用多级的冲击电压发生器。
多级冲击电压发生器工作原理：其工作原理概括起来 说就是利用多级电容器并联充电，然后通过球隙串联 放电，从而产生高幅值的冲击电压。
发明人：产生较高电压的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 获得专利，被称为马克思回路
第六章 电气设备绝缘试验（二）
工频高压试验 直流高压试验 雷电冲击高压试验 操作冲击高压试验
§6-1 工频高压试验
工频耐压试验是在电气设备上施加规定的工 频试验电压并保持一定的时间，以考验绝缘 能否耐受该试验电压的作用。
工频高压试验能有效发现绝缘中危险的集中 性缺陷，是检验电气设备绝缘强度最有效和 最直接的方法。
冲击电压的一般表达式：
u2= U1[exp（-t/τ1）- exp（-t/τ2）]
时间常数：τ1和τ2 1.2/50μs的雷电波：τ1＞＞τ2
u2由两个指数分量相加构成 波前时间Tf由较小的时间常数τ2决定； 半峰值时间Tt由相对大得多的时间常数τ1决定
冲击电压的产生
冲击电压发生器的基本回路 (a)低效率回路 (b)高效率回路
T3的容量为S T2的容量为2S T1 的容量为3S
n级串级装置的容量利用率
可见，随着试验变压器串接台数的增加，利用 率降低，实际中，串接的试验变压器台数一般 不超过三台。
§6-2 直流高压试验
➢ 在被试品的电容量很大的场合，用工频交流高
电压进行绝缘试验时会出现很大的电容电流，这 就要求工频高压试验装置具有很大的容量，这时 常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。
离线监测的缺点
绝缘预防性试验是在电力设备处于离线情况下进行的。 离线监测的缺点是： ① 需停电进行，而不少重要的电力设备不能轻易地停止 运行； ② 只能周期性进行而不能连续地随时监视，绝缘有可能 在诊断期间发生故障； ③ 停电后的设备状态，如作用电场及温升等和运行中不 相符合，影响诊断的正确性。譬如前述的绝缘tgδ检测， 采用电桥法时，由于标准电容器的额定电压的限制，一 般只加到10kV，这对于220kV～500kV的电力设备而言， 电压是很低的。
T
~
V1 C1 C2
V2
T
~
V2
V3
C2 C3
(a)
C1TΒιβλιοθήκη ~V1V2 C2
C1
V1
(c)
(b) 图5-7 几种倍压整流回路
串级直流高压发生器
C
C
利用 (b)中的倍压整流电 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，
理想情况可获得空载输出 电压等于2nUm(n为级数)
输 出
C
C
C
高效率多级冲击电压发生器
放电时的等值电路
三、冲击电压发生器结构
户外冲击电压发生器 及分压器
户内冲击电压发生器 及截波装置
各种预防性试验方法的特点总结
序号
试验方法
能发现的缺陷
1 测量绝缘电阻及泄漏电流 贯穿性的受潮、脏污和导电通道
2 测量吸收比
大面积受潮、贯穿性的集中缺陷
3 测量tgδ
绝缘的在线监测
1）tgδ的在线监测 2）局部放电（PD）的在线监测
电容C1在被间隙F隔离的状态下由滞留电源 充电到稳态电压U0，球隙击穿后电容C1上 的电荷一方面经R2放电，同时通过R1对电 容C2充电，在被试品上形成上升的电压波前。
当C2上的电压被充电达到最大值后，C2与 C1一起对R2放电，在被试品上形成下降的 波尾。
一般选择R2比R1大得多，C1比C2要大得多， 这样就可以在电容C2上，就可以得到所要求 的波前时间较短（波前时间常数较小）而半
峰值时间较长（波尾时间常数较大）的冲击
波的波形。
在C1向C2充电过程中，如果忽略C1经R2放掉的电荷， 则在（b）图电路中，C2上的电压最大可达
而在（a）图电路中，除了电容上的电荷分布外，还有 R1和R2的分压作用，C2上的最大电压为
利用系数：
为了使问题简化，在决定波前时间时忽略R2的 作用，而在决定半峰值时间时忽略R1的作用。于是 可得到下图所示的等值电路。
试验电压持续时间为1min。
工频耐压试验的接线及设备
1、试验接线
工频耐压试验的原理接线图
2、试验变压器
特点
（1）工作电压高，调节范围广，一般为单相， 最高电压为750kv；
（2）绝缘欲度低，安全系数小，不会受到过 电压的作用。
（3）使用时间有限，通常为间歇工作方式， 所以散热能力小，对应于不同的电压和电流 负荷，有不同的允许持续工作时间。
(2)操作冲击高压试验
≥330kV电力设备的出厂试验应进行本 项试验。在电力系统现场进行各个电压等
级变压器的耐压试验时，可采用操作冲击 感应耐压方式来取代工频耐压试验。由于 利用被试变压器自身的电磁感应作用来升 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
(a) 经整流器V1向电容器C1充电，负半波则经V2向C2充电，最后C1和C2 上的电压均达到Um，在输出端得到2Um的直流高压。
(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的直流高压。
(c) 由(b)演变来的，可以得到3Um的直流高压。
C
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图5-8 串级直流高压 发生器原理图
§6-3 冲击高压试验
(1)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的 能力。只在制造厂进行本项试验，因为试验会 造成绝缘的积累效应，所以在规定的试验电压 下只施加3次冲击。 国家标准规定额定电压≥220kV，容量 ≥120MVA的变压器出厂时应进行本项试验。
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
一、冲击电压波形
a、雷电冲击电压波
Tf 1.67(t2 t1 )
国标规定： Tf 1.2s 30% Tt 50s 20%
b、操作冲击电压波
国标规定： Tf 250s 20% Tt 2500s 60%
绝缘普遍受潮和劣化
4 测量局部放电
有气体放电的局部缺陷
5 油的气相色谱分析
持续性的局部过热和局部放电
6 交流或直流耐压试验
使抗电强度下降到一定程度的主绝缘局 部缺陷
7
操作波或倍频感应耐压试 使抗电强度下降到一定程度的主绝缘或
验(限于变压器)
纵绝缘的局部缺陷
表中序号6和7两项为破坏性试验，其它各项均属于非破坏性试验
（4）漏抗大。一二次绕组的电压变比大，高 压绕组电压高，所以两绕组间的绝缘间距大， 导致漏抗较大。
（5）容量小。
（6）工作时经常要放电。
3、工频高压的产生
串级变压器
容量的关系：
在串接装置中，各试验变压器高压绕组的容 量是相同的，设为S，各低压绕组的和累接绕组 的容量不同。低压绕组的容量为累接绕组和高 压绕组的容量和。