四川大学电气信息学院高电压技术实验报告

（式 2-2）
在电桥中，R4 的数值取为=10000/π=3184（Ω） ，电源频率ω=100π，因此： tgδ= C4（μf） （式 2-3）
即在 C4 电容箱的刻度盘上完全可以将 C4 的电容值直接刻度成 tgδ值（实际上是刻度成 tgδ（%）值） ， 便于直读。
六．仪器设备： 1、50/5 试验装置 2、水阻 3、电压表 一套 一只 一只
由上式可知， Q S 1 型高压交流平衡电桥测量介质损耗 tgδ值与检流计 G 两端对地的寄生 电容 C’3、 C’4 和泄露电阻 R’3 、R’4 有关。所以， 在实际测量中， Q S 1 型高压交流平衡电桥测量介质损耗 tgδ值的 绝对误差为：
相对误差为
由于 Q S 1 型高压交流平衡电桥主要技术参数为： 额定工作电压 1 0 千伏，试品电容
图 2-2 QS1 西林电桥面板图
剩下一个桥臂 AC 就接被试品 CX。
高压试验电压加在 CD 之间，测量时只要调节 R3 和 C4 就可使 G 中的电
流为零，此时电桥达到平衡。由电桥平衡原理有：
U CA U CB U AD U BD
即：
ZCA ZCB Z AD ZBD
（式 2-1）
各桥臂阻抗分别为：
图 11-1 克服检流计两测桥臂对地的寄生电容和泄露电阻对测量的影响
实验二．避雷器试验
一．实验目的：
了解阀型避雷器的种类、型号、规格、工作原理及不同种类避雷器的结构和适用范围，掌握阀型避雷器 电气预防性试验的项目、具体内容、试验标准及试验方法。 二．相关知识： 大气过电压、内过电压、伏秒特性、冲击耐压强度、绝缘配合、雷电流计算标准。 三．实验内容： 1．FS-10 型避雷器试验 （1） ．绝缘电阻检查 （2） ．工频放电电压测试 2．FZ-15 型避雷器试验 （1） ．绝缘电阻检查 （2） ．泄漏电流及非线性系数的测试 四．实验仪器设备： 1、50/5 试验装置 2、水阻 3、高压硅堆 4、滤波电容 5、微安表 6、电压表 7、高压静电电压表 8、FS-10 型避雷器 9、FZ-15 型避雷器 一套 一只 一只 一只 一只 一只 一只 一只 一只
⑴．检流计调谐钮 ⑶．C4 电容箱（tgδ） ⑸．微调电阻ρ（R3 桥臂） ⑺．检流计电源开关 ⑵．检流计调零钮 ⑷．R3 电阻箱 ⑹．灵敏度调节钮 ⑻．检流计标尺框
⑼．+tgδ/-tgδ及接通Ⅰ/断开/接通Ⅱ切换钮
⑽．检流计电源插座 ⑿．低压电容测量 ⒁．桥体引出线
⑾．接地 ⒀．分流器选择钮
2、工作原理分析： 原理接线图如图 2-2 所示，桥臂 BC 接入标准电容 CN（一般 CN=50pf） ， 桥臂 BD 由固定的无感电阻 R4 和可调电容 C4 并联组成，桥臂 AD 接入可调电阻 R3，对角线 AB 上接入检流计 G，
寄生电容 C’3、C’4 又都是 p F 级电容， 故相对误差可简化为：
由上式知， 若 R’4 和 C’4 均为一定值时，C’4 值越大即介质损耗 tgδ值越大， 则相对误差就越大，说明 测量越不准确。 若 R’4=∞和 C’4=0 时， 不论 C’4 为何值即介质损耗 tgδ为任何值，则相对误差γ= 0 。因此 Q S 1 型高 压交流平衡电桥测量介质损耗 tgδ值是受到寄生电容 C’3、C’4 和泄露电阻 R’3 、R’4 的影响。 十一、实验感想及改进 通过实验及前面分析， 由于检流计 G 两端对地的寄生电容 C’3、 C’4 和泄露电阻 R’3 、 R’4 的存在， QS1 型高压交流平衡电桥测量介质损耗 tgδ值就会产生误差。为了克服寄生电容 C’3、C’4 和泄露电阻 R’3 、 R’4 给测试带来的影响，在电桥 Z3 、Z4 臂的连接点 D 与地之间， 串接一个附加电源“ E” ，如图 11-1 所 示。附加电源“ E”是一个与试验回路同频且可调整电压大小( 0 ～ 2．5 v ) 及相位( 0 ～ 1 8 0O ) 的隔离 电源。调整 E 使之与 R 3 和 Z4 的电压降大小相等 、方向相反。这样， 由于 A、B 两点的电位与地相等，就 可使寄生电容 C’3、C’4 和泄露电阻 R’3 、R’4 的两端同电位而无电流，不再影响测试结果， 消除由寄 生电容 C’3、C’4 所产生的误差。
Cx CN R4 100 R3 R3 n
式中，CN ------标准电容的容量（50pf 或 100pf）
n
------分流器电阻值（对应于分流器挡位，如表 2-1 所列）
⒀．按图 2-4 所示的反接线法接好试验线路（选做） ；并按⑵～⑿操作步骤调节电桥，测出被试品的 tgδ 值和 CX 值。
十．实验总结及误差分析 在实际测量中，若忽略 R3 的分布电容和残余电感以及 R 4 上的分布电容和残余电感对电路的影响， 只考 虑检流计 G 两端对地的寄生电容 C’3、 C’4 和泄露电阻 R’3 ， R’4 则其等效电 路如图 2 所示。
由图 2 可见
将上述四个式子代入( 1 ) 式， 使等式两边的实部相等， 可得到
Z CA Z X RX 1 j C X R X
Z ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱD Z 4
R4 1 jC 4 R4
1 j C N
Z AD Z 3 R3
Z CB Z N
将各桥臂阻抗代入式 2-？，并使等式两边的实部和虚部分别相等，可得：
CX CN
R4 R3
tg C 4 R4
五．实验说明及原理： 阀型避雷器分普通型和磁吹型两类，普通型又分 FS 型（配电型）和 FZ 型（站用型）两种。它们的作用
过程都是在雷电波入侵时击穿火花间隙，通过阀片（非线性电阻）泄导雷电流并限制残压值，在雷电过后又 通过阀片减小工频续流并通过火花间隙的自然熄弧能力在工频续流第一次过零时切断之，避雷器实际工作时 的通流时间≯10ms（半个工频周期） 。FS 型避雷器的结构最简单，如图 5-1 所示，由火花间隙和非线性电阻 （阀片）串联组成。FZ 型避雷器的结构特点是在火花间隙上并联有均压电阻（也为非线性电阻） ，如图 5-2 所示，增设均压电阻是为了提高避雷器的保护性能，因为多个火花间隙串联后将引起间隙上工频电压分布图
=4206P。
九．实验分析： 1） 、实验图：
正接线
反接线
对角接线
2）测量介质损耗角正切值 tg 的意义 介质损耗角正切值又称介质损耗因数或简称介损。测量介质损耗因数是一项灵敏度很高的试验项目，它可以 发现电力设备绝缘整体受潮、劣化变质以及小体积被试设备贯通和未贯通的局部缺陷。例如：某台变压器的 套管，正常 tg 值为 0.5％，而当受潮后 tg 值为 3.5％，两个数据相差 7 倍；而用测量绝缘电阻检测，受潮前 后的数值相差不大。
由于测量介质损耗因数对反映上述缺陷具有较高的灵敏度，所以在电工制造及电力设备交接和预防性试验中 都得到了广泛的应用。变压器、发电机、断路器等电气设备的介损测试《规程》都作了规定。 3）介质损耗是表征介质交流损耗的参数（直流损耗用电导就可表征） ，包括电导损耗和电偶损耗；测量 tgδ 值对检测大面积分布性绝缘缺陷或贯穿性绝缘缺陷较灵敏和有效，但对局部性非贯穿性绝缘缺陷却不灵敏和 不太有效。中性介质的介质损耗主要是电导损耗，极性介质的介质损耗则由电导损耗和电偶损耗两部分组成。 4）利用西林电桥测量 tgδ的结果会受到一系列外界因素的影响，主要有：外界电磁场的干扰、温度的影响、 测试电压的影响、试品电容量的影响、试品表面泄露的影响。
注意：反接线法桥体内为高压，电桥箱体必须良好接地，电桥引出线应架空与地绝缘。操作时注意安全。
八．实验结果： 实验测得：tgδ=1.3%
由
Cx CN
R4 100 R3 R3 n
可 求 得 Cx
其 中 CN -=50P, R4=10000/ π ， R3=171 Ω , ρ =0.8,n=60, 故 Cx
（a）
高压试验源
（ b）
正接线
（c）
反接线
（d）
对角接线
图 2- 1 QS1 西林电桥试验接线图
QS1 电桥在使用中有多种接线方式，即图 2-1（b）所示的正接线，图 2-1（c）所示的反接线，图 2-1 （d）所示的对角接线，另外还有低压测量接线等。 正接线适用于所测设备两端都对地绝缘的情况，此时电桥的 D 点接地，试验高电压在被试品及标准电容 上形成压降后，作用于电桥本体的电压很低，测试操作很安全也很方便，而且电桥的三根引出线（CX、CN、 E）也都是低压，不需要与地绝缘。 反接线适用于所测设备有一端接地的情况，这时是 C 点接地，试验高电压通过电桥加在被试品及标准电 容上， 电桥本体处于高电位， 在测试操作时应注意安全， 电桥调节手柄应保证具有 15kv 以上的交流耐压能力， 电桥外壳应保证可靠接地。电桥的三根引出线为高压线，应对地绝缘。 对角接线使用于所测设备有一端接地而电桥耐压又不够，不能使用反接线的情况，但这种接线的测量误 差较大，测量结果需进行校正。 低压接线可用来测量低压电容器的电容量及 tgδ值，标准电容可选配 0.001μf（可测 CX 范围为 300pf～
10μf）或 0.01μf（可测 CX 范围为 3000pf～100μf） 3．分流电阻的选择及 tgδ值的修正： QS1 电桥可测试品范围很广， 试品电容电流变化范围也很广， 但电桥中 R3 的最大允许工作电流为 0.01A， 如果试品电容电流超过此值，则必须投入分流器，以保证 R3 的安全工作，分流器挡位的选择可按表 2-1 所列 数据进行。 在投入分流器后所测 tgδ值很小的情况下，测量值应进行校正，其校正式如下：
4、QS1 电桥 5、220Kv 脉冲电容器（被试品）
一套 一只
七．实验步骤： ⑴．首先按图 2-3 所示的正接线法接好试验线路； ⑵．将 R3、C4 以及灵敏度旋钮旋至零位，极性切换开关放在中间断开位置； ⑶．根据被试品电容量确定分流器挡位； ⑷．检查接线无误后，合上光偏式检流计的光照电源，这时刻度板上应出现一条窄光带，调节零位旋钮， 使窄光带处在刻度板零位上； ⑸．合上试验电源，升至所需试验电压； ⑹．把极性切换开关转至“+ tgδ”位置的“接通Ⅰ”上； ⑺．把灵敏度旋钮旋至 1 或 2 位置，调节检流计的合频旋钮，找到检流计的谐振点，光带达到最宽度， 即检流计单挡灵敏度达到最大； ⑻．调节检流计灵敏度旋钮，使光带达到满刻度的 1/3～2/3 为止； ⑼．先调节 R3 使光带收缩至最窄，然后调节 C4 使光带再缩至最窄，当观察不便时，应增大灵敏度旋钮 挡（注意在整个调节过程中，光带不能超过满刻度） ，最后，反复调节ρ和 C4 并在灵敏度旋钮增至 10 挡（最 大挡）时，将光带收缩至最窄（一般不超过 4mm） ，这时电桥达到平衡； ⑽．电桥平衡后，记录 tgδ、R3、ρ值，以及分流器挡位和所对应的分流器电阻 n，还有所用标准电容的 容量 CN； ⑾．将检流计灵敏度降至零，把极性旋钮旋至关断，把试验电压降至零并关断试验电源，关断灯光电源 开关，最后将试验变压器及被试品高压端接地。 ⑿．计算被试品电容量：