绝缘的破坏性试验(三)

t
u(t) Ae 1
u
1 R2 C1


R2
u0
u
u0 et/ 1
u0
1 2
u0
C1

0
T2
t
T2
u0e 1

u0 2
T2 0.7R2C1
单级冲击电压发生器的原理电路（1）

u0
C1 R2
R1

C2 u


高效回路
首先C1充电， 然后合上开关，
C1经R1向C2充电，形成波头 同时C1和C2经过电阻R2放电， 形成波尾。
QC QUI Q Pi UI
工频谐振耐压试验的优点
1 减少电源容量（包括变压器、调压器等） 2 试品击穿时的故障电流减小 3 电源中的谐波成分大大减少
并联谐振： 当输出电压满足要求，而试验变压器的容
量不够时，还可以考虑并联谐振的方法
工频试验 变压器
参数: U＝500kV I＝1A
5.2 直流高压实验
5.3.1 冲击电压波形形状的描述
由双指数波叠加而成：
t
t
u(t) A(e 1 e 2 )
1 －波尾时间常数。
2 －波头时间常数，
通常 1 2
5.3.2 单级冲击电压发生器
一、 单级冲击电压发生器的原理
在波头时间范围内，
et /1 1
可将电压波形表示为： u(t) A(1 et /2 )
一、直流耐压试验特点 随着直流输电技术的发展，直流耐压试验受到 重视。
1 试验设备轻便，容量小（不需要提供无功） 2 可同时测量泄漏电流。 3 局放小，对绝缘的损伤小。
缺点：由于交流和直流情况下绝缘内部的电压 分布不同，因而，直流耐压试验不如交流耐压 实验更接近真实工况。
预备知识: 直流电源的组成
U 3 2U m
U 4 3U m U m sin t
U 5 4U m
串级直流高压装置
D1
1'
1
C1'
D1'
C1
D2
2'
2
D2'
RL
Dn-1
(n-1)'
(n-1)
Cn-1'
n'
Dn-1' Dn
Cn-1
n
Cn'
Dn'
Cn
n0'
n0
该装置的优点
理论上，增加串级级数即可以得到更高直流电压 对试验变压器的最大输出电压没有提出更高要求 对硅堆反向承受电压没有提出更高要求
各级试验变压器的容量不一样，T1的容量为

T2的容量P为1 U1I1
U2I2
U3I3
2U 2 I 2

P2 U 2 I 2 U 3 I 3
总的制造容量为 P P1 P2 3U 2 I 2
而串级装置的输出容量为

P / 2U 2 I 2
串级装置的容量利用率为
u
A A(1 et 2 )
2

R1
C1C 2 C1 C 2
0
用直流电源向电容器充电的波形模拟， 波头时间：T1≈ 3.24R1C2
t
u
C1 u0 (C1 C2 )
C1u0 1 et 2
(C1 C2 ) t
波尾波形
在波尾时间范围内，et2 0
可将电压波形表示为：
子上感应出来的电势作为类似于变压器副边的二次电源，
单相感应调压器制造成本比较高，特别是大容量产品。 此外单相产品转子偏心若达到一定数值，很容易产生运行振 动和噪声。由于这些因素，单相感应调压器输出容量受到很 大限制，大容量产品很少生产。
经专门设计的感应调压器，能较好地适用于一般要求的 高压试验配套
高压试验常用调压器的主要特点
T
D1
C D2
D1 T
D2 C
D3
D4
RL
Uo

1 2Um
U D 2U m
Uo Um
RL
UD Um
二 倍压整流回路 图5-7
V1 T
C1
C2
T 1 C1 2 V 2 3
V1
C2
V2
(a) 两倍电压
（b)两倍电压
T
V2 V3
C2
C3
C1
V1
带上负载后，三种倍 压装置的输出电压会 降低，并出现脉动
一般情况下，C1>>C2，所以波尾主要由C1放电的快慢决定 C2和R1－－波头电容和波头电阻，
C1和R2－－波尾电容和波尾电阻。
定义放电回路的电压利用系数η为： U2m U0
U2m

C1 C1 C2
U0
单级冲击电压发生器的原理电路

R11
u0
C1
R2
R12

C2
u u0
C1 R2Baidu Nhomakorabea
R1

T 工频交流
整
滤
流
波
脉动直流
直流电源的组成
稳
负
压
载
直流
5.2.1 直流高压的获得
一 半波整流和全波整流
高压硅堆承受两倍的电源电压
UUmamx Umin
uav
U 2U
半波整流
U av

Umax
Umin 2
I av

U av RL
U
S U av
电压脉动 系数
U U av
2 fRLC
全波整流
5 绝缘的耐压试验—破坏性试验
特点:试验时施加到设备上的电压远高 于设备正常运行绝缘所承受的电压, 试验时可能会对绝缘造成伤害.
工频耐压试验 直流耐压试验 雷电冲击耐压试验 操作冲击耐压试验
5.1 工频耐压试验
工频耐压试验：是交流设备的基本耐压方式。是鉴定电气设备性能最
严格、最有效的直接方法，能有效发现较危险的集中性缺陷。它对判断电 气设备是否投入运行具有决定性的意义。是保证设备绝缘水平，避免发生 绝缘事故的重要手段。
（c） 三倍电压
分析
T 1 C1 2 V 2 3
V1
C2
倍压整流回路
三 串级直流高压装置
两级直流高压装置
V4 4 C3
V3
5 C4
2
3
V2
C1
V1
C2
1 T
0
4U m
空载时，各点电压为： U1 U m sin t
U 2 U m U m sin t
只能满足一般 要求
自耦调压器
环式
柱式
0.1～30 10～2500
0.5kV
10kV及以 下
0（1）～100
<1
>98
<3
小
低
高
可以满足特殊要求
5.1.2 工频耐压试验的基本接线
调压器
R1 T A
V1
TV
mA
R2
V2
Cx
G
(a) 原理接线图
rK
xK
U rK
U1
ICx Cx U
U xK
U
U1
电力变压器交流试验电压值
括号内数值适用于不固定接地或经小电抗接地系统
额 最高
线端交流试验电压值
定 工作
kV
电 电压
压 kV 全部更换 部分更换绕组
kV
35 40.5
85
72
66 72.5
140
120
110 126.0 200
170 （195）
220 252.0 360
306
395
336
330 363.0 460
串级直流高压装置的参数计算
脉动电压：
U U nmax U nmin ip n(n 1)
(1)
2
fC 4
平均电压降落：
U p
2nUm U p

ip fC
4n3 3n2 2n 6
(2)
平均电压：
Up

2nUm

U p

2nUm

ip 6 fC
(4n3

3n2

2n)
(3)
脉动系数：
S U /U p
<5%
可见，脉动与电压降落与电源频率、级数、电容量、负载电流有关
减少串级直流高压装置的脉动的方法
1 合理选择级数n
令
U p 0 n
得
n最佳
fC Ip Um
对于超高压直流装置，采用高电压、大电容量的电容器和高频整流是有利的
2 取C’＝2C
Cn’的电压为其余电容器的一半，因而其高度可减小到一半。在相同的结 构形式下，Cn’的电容量可为其他电容器的两倍，此时电压降落为：
型式
额定容量（kVA）
电压
调压范围(%) 波形畸变率(%)
效率(%) 空载电流(%)
短路阻抗 产品成本 作为高压试验调压
器
移圈调压器
25~2250
10kV及以下
5（2.5）～100 <5 >94 <30 大 中
只能满足一般 要求
感应调压器
10～4500
10kV及以下
5（2.5）～100 <5 >96 <15 中 中
直流耐压试验的基本接线
5.3 冲击高压试验
5.3.1 冲击电压波形的定义
u Um
o
0.5Um
t
T1
T2
T1：波头时间（波前时间） T2：波尾时间（波长时间、 半峰值时间）
标准雷电冲击波：1.2s±30％/50 s ±20％, 幅值误差： ±3％ 操作冲击波：一般推荐为非振荡形，250 ±30％ /2500 ±60％ s,幅值 误差： ±3％
U p

Ip 3 fC
(2n 3

n)

Ip 6 fC
(4n 3

2n)
与（2）式比较，减小
3 从上到下逐级增加电容，即Ck＝Ck’=kC
U nI p 2 fC
U n2 I p fC
实际很少采用
串级直流高 压发生装置
5级 U＝1000kV I为mA量级
5.2.2 直流耐压试验的基本接线
交流耐压试验实施办法：电力设备预防性试验规程（DL/T 596
）已对各类设备的耐压值作出了规定。 方法：1min工频耐压试验
在绝缘上施加工频试验电压1min,若不发生绝缘闪络、击 穿和其它异常现象，则认为绝缘是合格的。
以电力变压器为例，当大修而全部更换绕组后，按出厂试验电压值 进行试验。在其它情况下，它们的耐压值取出厂试验电压的85％。规程给 出了电力变压器的交流工频耐压值如表所示
4.感应调压器
感应调压器的结构和电磁原理类似绕线式异步电动机，而能 量转换关系则类似于自耦变压器。它借助于手轮或伺服电动 机等传动机构，使定子和转子之间产生角位移，从而改变定 子绕组与转子绕组感应电动势的相位和幅值关系，以达到调 节输出电压的目的。感应调压器有三相式和单相式两种。 无触点 。
感应调压器是由转子和定子构成，为了阻止转子旋转故将其用螺栓固定，将在转
391
510
434
500 550.0 630
536
680
578
中性点交流试验电压值 kV
全部更换 部分更换绕组
85
72
140
120
95
80
85 （200）
85 （230）
85 140
72 （170）
72 （195）
72 120
5.1.1 工频电压的获得
进行工频试验时，不允许直接使用电网的 工频电压，必须使用专门的高压发生装置。
（4）连续运行时间短，不需要有复杂的冷却系统。一般不超过 30分钟。
（5）试验变压器的漏抗较大，短路电流较小。
2 试验变压器结构图
6 5
U
1
24
3
(a)
6 5
U
1U 2 1 22
X
3
7
7
(b)
A 6 5 U 4
1U 2
试验变压器结构图
1.低压绕组 2、高压绕组 3、铁芯 4、外壳 5、高压套管 6、均压环 7、绝缘支柱
一、高压试验变压器
1、特点 （1）绝缘裕度不需要取得太大 。Why？ （2）试验变压器的容量一般比较小 ，容性阻抗
大。高压侧额定电流一般为1A。对于某些特殊 试品和特殊试验项目，要求试验变压器的额定 电流大于1A。
I 2fCU P 2fCU 2
特点
（3）油箱本体小、高压套管又长又大。
单套管式，其高压绕组的一端接地，另一端输出额定全电压 双套管式，铁心和油箱均处于U/2电位，所以油箱不能放在地 上，而必须按全电压的一半对地绝缘起来。用两只额定电压 只有U/2的套管来代替一只额定电压为U的套管，可以大大降 低试验变压器和套管的制造难度和价格。
二 串级试验变压器
U U2 U3 2U2
T1
T2
I4
I3
3
4 U4
5 I3
U3
TO
I1
AV
U1
1 2 I2 U2
Z
U2
T1、T2－单套管试验变压器，AV-调压器，1、2－T1的高低压绕组 4、5－T2的高低压绕组，3－累接绕组，TO-试品。Z－绝缘支柱 两台单套管变压器串级联结示意图
分析
ICx
(b) 简化等值电路图
(c) 相量图
容升效应与串联谐振
容升效应？ Why?
5.1.3 工频谐振耐压试验
1 B
TY
U
2 Uc
U
L
R
I
C
Uc
(a)
(b)
Uc IXC
U R2( X L Xc )2
XC
谐振时
XL XC,
UC
U R
XC
U
XL R
,
Q L 1 1 R CR

P/ P

2 3
不难求出n级串级装置的容量利用率为

2 n 1
三、调压装置
1.自耦调压器 单相自耦调压器是一个线圈，通过不同的抽头来取得不同
的电压。用手柄转动其实就是通过碳刷机械运动连续变比改 变副边线圈匝数。
存在滑动触头，电压波形不失真，容量小。 2.移圈式调压器
移圈调压器的结构和电磁原理与变压器相似。它借助一个沿 铁心柱高度方向上下移动的短路线圈，改变主回路二个线圈 的阻抗和电压分配，达到调节输出电压的目的。 不存在滑动触头，但漏抗大，电压波形畸变，容量大 3.电动发电机组
C2 u



高效回路
(b)
(c)
对于(a)
U2m

C1 C1 C2

R2 R1 R2
U0
低效回路
对于(b) 效率介于(a)和(c)之间
对于(c)
高效回路
实际的单级冲击电压发生器回路
T2
D
R0
G
R1

T1
u0
C1
C2
R2 u

调整调压器的输出可以改变电容C1的充电电压， 调整电阻R1和R2可以改变输出波形， 放电球隙G的放电电压根据C1的充电电压和输出电压的要