高电压实验技术问答题

1. 高压试验室中被用来测量交流高压电的方法常有哪几种？其特点是？ （1） 、利用测量球隙气体放电来测量未知电压的峰值。 气体间隙的放电电压受大气条件的影响，它随气压的升高二升高，随绝对温度的升高二降低。在不均匀低昂场 中，速度增大时，气体间隙的放电电压会有所上升，影响比较显著。在均匀电场下则影响不显著。 优点： 1）可以测量稳态高电压和冲击电压的幅值，几乎是直接测量超高电压的唯一设备。2）结构简单容易自制 或购买，不易损坏。3）测量交流及冲击电压时的不确定度可达 。 （2） 、利用高压静电电压表测量电压的有效值 静电电压表可以用来测量低电压，也可用它直接测量高电压。静电电压表的有点是它基本上不从电路里吸取功 率，或是只吸取极小量的功率，内阻抗极大。通常还可以把它接到分压器上来扩大其电压量程。静电电压表在使用 时应注意高压源及高压引线对表的电场影响。 （3） 、利用以分压器作为转换装置所组成的测量系统来测量交流电压。 通过分压器可解决以低压仪表及一起测量高压峰值及波形问题。交流分压器可用来测量几千伏到几百万伏的交流电 压。 （4） 、利用整流电容电流测量交流高电压峰值 高压标准电容器的电容值很准确，不受外物影响，测量准确度可以很高。利用电容电流整流测量分子的电压表 只能测量符合标准要求的、谐波分量不大的、正负半波对称的正弦交流波形。 （5） 、利用整流充电电压测试交流电压峰值 被测交流电压经整流管 D 使电容充电至交流电压的峰值。电容电压由静电电压表或微安表串联高阻 R 来测量。 以上两个为无缘整流回路法测量峰值。这类方法实施起来比较简单，价格便宜，设计合适时，可达到一定的准确度。 此外它比有源电子线路的测量仪表具有另一优点，即电磁兼容（EMC）性优良，也就是说它对电磁脉冲的干扰不敏 感，因此工作可靠性强。 （6） 、利用旋转伏特计可测量直流及交流电压的瞬时值 （7） 、以光电系统测量交流高电压 特点：因为高电压实验室中所要测的电压值常常比现有电压互感器的额定电压高许多，特制一个超高压的电压互感 器是比较昂贵的，而且很高电压的互感器也比较笨重。所以采用其他的方法来测量交流高电压经济，方便。 2. 高压试验室中高压试验变压器调压时的基本要求有哪些？为什么？ （1） 、调压要从零开始，要均匀平滑，每级电压的变动要很小。 （2） 、升压速度在放电电压的前 75%时，可以较快速度上增，但在后 25%时则应能控制每秒升压不超过放电或耐受 电压的 2% （3） 、经调压器输出的电压波形应保持为正弦波 （4） 、调压应处于稳定的工作状态下。 3. 我们如果对 35KV 电力变压器在大气条件下 1.05* Pa ， 27°C 做工频耐压实验应选用球隙直径为多大？耐 压距离多大？ 空气相对密度

p 273 t0 105 273 20 * 1.0123 po 273 t 101.3 273 27
Hale Waihona Puke Baidu
真实电压
U U N 1.0123 35 35.4219kV
4. 实验变压器运行条件与普通变压器有哪些区别？为什么？ （1） 试验变压器在大多数情况下，工作在电容性负荷下，而电力变压器一般工作在电感性负荷下。 （2） 试验变压器所需试验功率不大，所以变压器的容量不很大，而高压电力变压器的容量都很大。 （3） 试验变压器在工作室，经常要放电；电力变压器在正常运行时，发生事故短路的机会是不多的，而且即使发 生，继电保护装置会立即断开电源。 （4） 电力变压器在运行中可能收到大气过电压及操作过电压的侵袭；而试验变压器并不受到大气过电压的作用， 但由于试品放电的缘故，它在工作时，也可能在绕组上产生梯度过电压。 由于电压值高，变比较大，所 以要采用较厚的绝缘及较宽的间隙距离，因而不受大气过电压的作用。
（5） 试验变电压器工作时间短，在额定电压下满载运行的时间更短。譬如进行电器设备的耐压试验常常是 1min 工频耐压，而电力变压器则几乎终年或多年在额定电压下满载运行。 因为高压试验变压器的试验电压 较低，设计温升较低，故在额定功率下只能做短时运行。 （6） 由于上述原因，试验变压器工作温度低，而电力变压器温升较高。因此电力变压器都带有散热管、风冷甚至 强迫油循环冷却装置，而试验变压器则没有各种附加的散热装置或只有简单的散热装置。 5. 请解释高压实验变压器产高压冲击波方法的原理和过程。 （1） 电容器对变压器一次侧放点产生操作冲击波 原理：如图 1-39 所示，一组电容器 C 直流充电至一定值 ，然后通过铜球隙 G 的击穿，使 C 想试验变压器 T 的 一次侧（低压侧）绕组放电，在变压器的二次侧（高压侧）便会因电磁感应基本上按变比而产生高电压的操作冲击 波形。 过程：火花球隙 G 刚击穿时，充电电压为 U0 的主电容 C 突然向变压器放电.变压器漏感 L 在开始瞬间会阻碍电 流之流通.在一次侧绕组上形成一个尖端脉冲电压，此脉冲电压在一次侧操作冲击电压波的起始的时刻发生,C1 的作 用是用以减小尖端脉冲电压的幅值及上升陡度。 G 击穿后，C 向 L0 及 Cr 放电。Ce 充电，电压就从 0 上升到幅值 Um。 当 Ce 上电压到达 Um 后，Ce 与 C 一起向激磁电感 L0 放电，Ce 上的电压下降形成波尾而形成波尾，在波尾的 某一时刻，变压器铁心达到饱和，电压急剧下降到 0 值。 （2） 用闸流管使变压器一次侧瞬间接通工频电源产生操作冲击波 原理：如图 1-48 为单台变压器下的试验等效电路图。设闸流管在某一个相角 下触发而导通，闸流管流过电流， 使变压器街上交流电源而激磁。因为闸流管不能通过方向电流，所以当流过它的电流为零而企图反向时，这六官就 截止。上面所述的闸流管导通的一段时间成为激磁时期。闸流管截止以后，变压器就和交流电源相隔开，但因在激 磁时期中变压器的激磁电感 和电容 分别积储了磁能和电能，所以形成了阻尼衰减振荡放点，直至能量消耗完了为 止。 方法：这种方法采用工频交流电压作为电源，在变压器的一次侧通过高压闸流管 V 瞬间导通而激磁，典型的激 磁时间是小于工频的二分之一周期，这样毁在试验变压器的高压侧产生长波前的操作冲击波。输出的操作波形既与 负荷阻抗值有关，也和电源电压合闸相角（即闸流管的导通角）有关。 6. 请分析和说明高压直流实验设备中硅堆的电压分布及均压措施有哪些？为什么？ 硅整流二极管(单管)的额定反峰值电压可达数千伏至一万伏，因此需将许多单管串联起来，加以封装组成硅堆， 作为高压整流元件来使用。但是当在硅堆上外加反向电压时，每个单管在硅堆上的电压分布是不均匀的。造成电压 分布不均匀的主要原因是存在二极管对地及对高压端的寄生电容。 1. 可尽量减少串联的管数 n 。 因为每个单管所实际承受的电压不一定等于按均匀分配时该单管所能承受的电 压，而且硅堆上的电压分部是不均匀的。这样容易造成某一承受反压最大的单管被击穿，从而导致发生一系列的击 穿，导致硅堆完全损坏。 2. 另一途径就是在单管两端并联大电容（相对于结电容 Ct）而言）或小电阻（相对于反向内阻而言） 。因为 这样可以使得 CtRt 组成的阻抗减少来达到强迫均压的目的。 3. 选用高压雪崩型整流元件。由于它击穿时动态电阻很小且能承受相当大的反向浪涌功率，从而使得硅堆中 某单管接近击穿时，因为内阻的减少，而使它所分配到的电压减小，从而起到自动均压的作用。 7. 说明和解释桥式电阻分压器测量的原理和过程。 P83 面原理有图。 原理：设 A.A”是分压器的高压臂，X,D 是可调电阻箱，B,B”是低压臂电阻， ，G 是指零用高灵敏度检流计，测 量时要进行两次平衡： 过程：第一次平衡，K 合上，C,D 短接，调节 X 使 G 指零，桥路平衡得： A/B=A”/(B”+X) 第二次平衡，K 打开，调节 D 使 G 指零，桥路又平衡，得 (A+C)/(B+D)=A” 、 （B”+X） 故 A/B=(A+C)/(B+D),即 AD=BC。由此分压比 K=U1/U2=(A+B)/B=(C+D)/D D 可选用一精密电阻箱，C 选用已知的精密电阻（工作电压较高） ，这样通过二次平衡由 C 和 D 的读书可以立即 测出分压比 K，只要 C 和 D 有足够的精准度，则 K 的准确度即能保证。
1.“容升效应” ：工频高压试验变压器上所接的试品，绝大多数是电容性的。在通过试验变压器施加工频高压时，往 往会在容性试品上产生容性效应，也就是说实际作用到试品上的电压值会超过按变比高压侧所应输出的电压值，试 品电容和试验变压器漏抗越大，容升效应越明显。 2.常用测量交流高电压方法：1、利用测量球隙气体放电测位置电压峰值；2、高压静电电压表测有效值；3、分压器 作为转换装置组成的测量系统来测量交流电压 4、利用整流电容电流测量交流高电压峰值 5、整流充电电压测量交 流电压峰值 6、旋转伏特计可测量直流及交流电压瞬时值、7、以光电系统测量交流高电压 3.高压硅堆基本参数 1 额定整流电流 If：通过硅堆的正向电流在一个周期内的平均值 2、正向压降 Uf：硅堆通过的 正向电流为额定值时在硅堆两端的压降。3、额定反峰电压 Ur：硅堆截止时在硅堆两端允许出现的最高反向工作电 压峰值 4、反向平均电流 Ir：在最高反向工作电压作用下流过管子的反向电流平均值。5、额定过载电流（Is） ：负 载击穿或闪络时，硅堆能够允许的短时过载电流平均值。6、额定工作频率：工频高压硅堆（2DL）< 3kHz，高频高 压硅堆（2DGL）> 3kHz。 4.电阻分压器测量误差 1.电阻本身发热（或环境温度变化）造成阻值变化。2.电晕放电造成测量误差。3.绝缘支架的 漏电造成测量误差 5.桥式电阻分压器优点分压器的测量误差主要是由于 R1 组织不稳定造成的分压比的变化，如能在工作条件下随时 测量准分压比可大大提高分压器的准确度，桥式线路的电阻分压器即可解决在高压下直接测量分压比的问题。 6.桥式线路主要特点分压器高压臂阻值的变化并不影响分压比的测量准确度， 因为分压比在高电压夏随时可以测得。 同样低压臂及可调电阻的阻值变化也不影响分压比的准确度。虽然高压臂阻值等在较长时间内的变化对分压比无影 响，但在桥路二次平衡所需的短时间内则要求阻值是稳定的或者变化很小，否则将增加分压比的测量误差。 7.冲击电压发生器的功用冲击电压发生器是一种产生脉冲波的高电压发生装置，用于研究电力设备遭受大气过电压 和操作过电压时的绝缘性能，同时，冲击电压的破坏作用不仅决定于幅值，还与波形陡度有关，所以也用于研究某 些电力设备的截断波绝缘性能。 1.冲击电压分压器+示波器，可用于测量冲击电压的波形和幅值。 分压器的作用：一般示波器的输入能承受 300V，而被测电压为几十万-几百万伏，所以分压器就是用于将高幅值 的冲击电压线性缩小到几百伏以内，以供示波器测量。 冲击高压分压系统的连接线原则① 发生器先连线到试品，然后由试品连接到分压器；② 分压器与试品为避免相 互的电场和电磁场干扰，须相距一定距离;③ 分压器和试品间须加阻尼电阻，改善测量系统转换特性；④ 用屏蔽电 缆传输信号； （波纹管、编织层、双层屏蔽）;⑤ 测试系统的接地应良好。 电容分压器特点 1.分布式电容分压器只有幅值误差，而无波形误差 2.电容分压器的电容比屏蔽电阻分压器的杂 散电容大得多； 电容器的绝缘电阻大于电阻分压器的阻值 3.对测陡波， 电容分压器的响应特性不如屏蔽电阻分压器 好 4.电容分压器不消耗能量，不发热，对测量波头较平，波长较长的波，电容分压器比电阻分压器较有利，且电容 分压器还可供调节波形 8.电阻分压器性能改进①补偿法改善分压的性能。在分压器顶端加一屏蔽环，环与分压器本体间存在杂散电容，由 环流向分压器本体间的杂散电容电流可以部分补偿由分压器本体流向地的杂散电容电流，从而改善分压器上的电压 分布。②尽量缩小分压器尺寸以减小对地杂散电容 9.测量系统的误差要求： 冲击试验中要求测量标准波及截尾波时的峰值误差在 3%以内，波头和波尾误差在 10%以内。 上述误差是对整个 冲击测量系统而言的，一个冲击测量系统不仅包含分压器本体，还包括示波器、分压器和示波器间的测量电缆分压 器和冲击电压发生器的高压引线，每个组成部件都可能引起误差。 10、冲击电流发生器 工作时先由整流装置向电容器组充电到所需电压，送一触发脉冲到点 火球隙 G，G 击穿，于是电容器组 C 经 L、R 及被试品放电。根据充 电电压的高低和回路参数的大小， 可产生不同大小及波形的冲击电流。 结论： （1）U，L，C 三值决定电流的最大幅值，为获得最大电流：提高电容 器的充电电压 U 增加电容器的容量 C 减小回路电感 L 减少放电回路的 电阻 R（2）为获得大的电流陡度，提高充电电压 U 减少放电回路的电 感L 3、结构（考虑因素） （1）尽可能减小回路电感（2）放电回路一点接地（3）电容器分组串、并联（4）电容器组应 有可靠的保护措施（5）各通流导体应具有足够的机械强度。