高电压工程基础(施围)课件第7章 电气设备绝缘的高电压试验

变压器类设备应作雷电冲击截断波试验，以模拟绝缘 子闪络或避雷器动作时所形成的截断波。产生截断波的原 理：将一截断间隙与被试品并联，调节间隙距离使之具有 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上将承受全部电压，同时， R3上电流流过形成压降，S2处出 现触发火花，导致G2放电，形成 截断。
C1 Q2
Id
n(n 1) I d 4 fC
Id (4n3 3n2 2n) 6 fC
输出电压平均值：U d 2nU m
2Q1
Q2+Q1
Rx
电压降落：U a
Id (4n3 3n 2 2n) 6 fC
Q2+2Q1
脉动系数：S
Q2+(n-2)Q1 Cn’ nQ1 Dn’ DnCn
激励变压器 50Hz 电源 调频调 压电源 电抗器
分压器
被 试 品
反馈控制信号
变频串联谐振装置的原理框图
交流高压试验-需要注意的问题
1）防止工频高压试验中可能出现的过电压 原因：“容升”效应、对初级绕组突然加压、当输出电压较 高时突然切断电源等； 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 保护电阻（按0.1/V选取阻值） 2）试验电压的波形畸变 原因：变压器或调压装置的铁芯工作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：在试验变压器原边绕组并联一个L-C串联谐振回路。
7.3 冲击电压试验
冲击电压：（雷电冲击电压、操作冲击电压） 持续短、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。 标准雷电冲击的定义 ：
U
C z
P
T f 1.67Tx
Tx为30%~90%峰值间所测 得的时间。
x
y
标准雷电冲击电压： 1.2/50[s]
Tt t
（2）直流高压试验设备的基本技术参数 1）输出的额定直流电压（算术平均值）Ud 2）相应的额定直流电流（平均值）Id 3）电压脉动系数（亦称纹波系数） S
S
u
Ud
u
U max U min U U min U d max 2 2
IdT I d 2C 2 fC
u
对于半波 整流电路
u
Ud

n(n 1) I d 4 fCU d
减小电压脉动系数的方法：
Q2+(n-1)Q1
1）减小串接级数； 2）增加每级电容器的电容量；
串级直流高压发生器原理图
3）提高电源频率。
直流高电压的试验
1. 直流高电压试验注意事项 （1）直流高压试验要根据不同试品、不同的试验要求选 择合适的电源容量。 一般情况下，直流高压试验所需的试验电流通常在几 mA到几十mA，但是某些试品在击穿前瞬时泄漏电流还是 很大，将达到安培级。这样大的泄漏电流将使设备内部产 生很大压降而使试验结果不正确。
Q L R 或1 CR
串联谐振装置的等效电路
1 L Uc U L I U s QU s C R
串联谐振方法的优点： 1）试验回路对基波频率产生谐振，因而波形的畸变小； 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故障点扩大。
变频串联谐振装置
2. 冲击电压发生器放电回路的近似计算 （1）波前时间的确定
u2 u2max (1 e
t1时u2 0.3u2max
t / 2
)
2 ( Rd R f )
C1C2 C1 C2
0.3U2max U2max (1 et1 / 2 )
et2 / 2 0.7 et2 / 2 0.1
T L u1 C L C u1
3）外施电压试验和感应高压试验
对于带绕组的被试品，用外施电压对其主绝缘作工频 高压试验时，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 抗造成不允许的电压升高。 有些电气设备绕组绝缘是分级的，绕组的各不同部位 应该耐受和能够耐受的试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行试验。 解决这个问题的办法就是感应高压试验，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 需的试验电压来。
直流高电压的 （1）半波整流回路
D T R R
2UT I sm
u
C
Rx
UT
Umax
Umin
t
T
半波整流电路及输出电压波形图 T---工频室验变压器 C---滤波电容器 D---整流元件(高压硅堆) R---保护电阻 Umax、Umin、Ud---试品输出直流电压的最大值、最小值、算术平方值
F O T O’ f
标准操作冲击电压： 250/2500[s]
AT
T
Rf
Rt
R R
R R
多级冲击电压发生器
（1）充电过程：由试验变压器T和高压硅堆D构成的整流电源， 以峰值电压经保护电阻及充电电阻向主电容充电。 （2）放电过程：当需要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，针极和球表面之间产生火花放电， 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。
交流高压的产生通常采用工频试验变压器，但对于一 些特殊试品，如变压器的感应试验，采用频率不超过 500Hz交流电压；对于大容量高电压设备的试验，采用串 联谐振方法产生的30Hz~300Hz交流电压；固体绝缘的加速 老化试验则采用几kHz的高频交流电压等等。
工频电压的产生
1. 工频高压试验对试验设备的要求
S
u
Ud

Id 1 2 fCU d 2 fCRx
2. 倍压整流回路
T
A
UT
D1
C C
A
D2
此电路可看作两个半波电路的叠加， 因而它的参数计算可参照半波电路的计算 原则进行。变压器A点对地绝缘为2UT，而 点A’为UT。输出电压为2UT。
工作原理：
倍压电路
D1
0 ~ 2 2UT 1
C1
2 2 2UT
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； 调节方便、可靠。 （2）常用的调压装置
a）自耦式调压装置；b）移圈式调压器；c）感应调压器
串联谐振交流高压的产生
L R
U1
I
UC
C
1 谐振条件： L C
2. 串级试验变压器
输出的额定电流：I2（A）
每一级变压器高压侧绕组 的额定电压：U2（kV）
T2 1
T3
1
2
2 2U2
T1
1
额定输出容量 WT 3W 50% 装置总容量 W 6W
U2
3 2
3U2
装置输出的额定电压：3U2
3
工频试验 变压器
U＝500kV I＝1A
3. 调压装置 （1）对调压装置的要求
(b) 考虑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，形成波头；
（2）放电过程：当C1、C2上的电压相 等时，并联对Rt放电，形成波尾。
D
T
r C
R C
R
R
C
C
冲击电压发生器的单边充电回路
r
R C C R C C
R R C C
R R
D
D
T
R
C
C
冲击电压发生器的双边充电回路
保护电阻 （保护球隙）
试验变压器 调压器
保护电阻 （限流限压）
R1 R2
T
球间隙
T.O. B
Q
被试品
工频高压试验的一般线路图
工频试验变压器及配套调压器的特点： （1）电压 由于工频高压试验通常用于代替雷电过电压或 者内部过电压来考核电气产品绝缘性能，或进行绝缘击穿试 验，因此试验变压器电压很高； （2）波形与调压 电压波形应该是正负半波对称的正弦波 形，频率在45~55Hz范围内，电压的有效值等于幅值除以波 顶系数。对于调压装置，应能够按所要求的速度连续、平稳 地调节电压。 （3）容量 在大部分高压试验里，试验变压器的连续工作 时间不长，而在额定电压下满载运行的时间更少，这比长期 处于满载下工作的电力变压器的运行情况要好得多。试验变 压器的容量不大，所以设计时采用较小的安全系数，在额定 电压下只能作短时运行，对特高压的试验变压器，只有在2/3 的额定电压下才能长期运行。
t2时u2 0.9u2max
0.9U2max U2max (1 et2 / 2 )
t2 t1 2 ln 7
Tf t2 t1 1 0.6
C1C2 T f 3.24( Rd R f ) C1 C2
（2）半峰值时间的确定
u2 u2max e
1 U 2max u2max e Tt /1 2
（2）保护电路 当试品放电，或者发生器输出端可能发生对地短路时， 为了限制电容器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保护电阻。
2. 直流高电压试验的特点
(1) 试验设备的容量较小。特别是采用电力电子变换的高频 电源后，整套直流耐压试验装置的体积、重量大大减小， 便于现场进行试验； (2) 在试验时可以同时测量泄漏电流，能有效地显示绝缘内 部的集中性缺陷或受潮，提供有关绝缘状态的补充信息； (3) 在某种程度上带有非破坏性试验的性质，在直流高压下， 局部放电较弱，不会加快有机绝缘材料分解或老化； (4) 对交流电气设备绝缘的考验不如交流试验那样接近实际 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，因而交流电气设 备的直流耐压试验必须提高试验电压，才能具有等效性。