工频耐压时容升电压的估算

工频耐压时容升电压的估算陈雄宾陈章山许金宝丁苏（福建省第二电力建设公司，福州市350013）[摘要]在小型工频耐压试验装置中一般不配备高压测量装置，而是从试验变压器低压侧测量的电压乘以试验变压器变比来测量高压侧电压，无法直接在被试品上测量电压。

对电容性被试品，由于容升电压的存在，这种测量方法不能反映被试品上的真实电压。

通过对试验中容升现象影响因素的分析，采用了一个简单易行的方法来估算容升电压，从而确定被试品上真实电压。

并通过实验验证了该方法。

[关键词]工频耐压容升电压漏抗被试品电压在电气设备绝缘试验中常常要对被试品进行工频耐压试验。

因为工频耐压试验时对被试品所施加的电压、波形、频率和被试品内部的电压分布，均符合实际运行情况，能有效地发现绝缘缺陷，是考核被试品绝缘水平的最直接、最有效的方法。

交流耐压时，被试品一般属容性的，试验变压器在电容性负载下，由于电容电流在试验变压器的漏抗上会产生压降，使得被试品电压发生升高的现象，即高于试验变压器按变比换算的高压侧电压。

这就是耐压试验中的“容升现象”。

由于容升现象存在、使得从试验变压器低压侧测量的电压乘以试验变压器变比不能反映被试品上的真实电压，所以在实际工频耐压试验时，就要求直接在试品两端测量电压。

但直接在被试品上测量电压，就需要高压测量装置，如分压器或PT 或静电电压表，但在小型工频耐压试验装置中一般不配备高压测量装置，而是从试验变压器低压侧测量的电压乘以试验变压器变比来测量高压侧电压，无法直接在被试品上测量电压。

所以必须寻找一种简单方法来确定被试品上实际电压。

本文探讨该方法。

1.估算容升电压的理论基础工频耐压试验简化电路如图1所示，电路中R 是试验变压器绕组直流电阻，L 是试验变压器的漏电感，C 是被试品的电容，Us 为试验变压器高压绕组电势。

这样电路就形成了一个RCL 串联回路，由于C 上的电压和X L 上的电压相位差180o 当X L >Xc 时，回路呈感性阻抗；X L ＝Xc 时，电路出现谐振现象；X L <Xc 时，回路呈容性阻抗，电路中存在容升效应，其相量图如图2所示，试品上的电压U c 会比电源电势Us 高，高出部分就是容升电压。

当XL<Xc ，回路呈容性时，从图2可知，Us＝，（1）22)(c IR IX U L +−）（由于X L >>R,R 的影响可以忽略不计Us≈，则容升电压Uc-Us ≈IX L 。

（2）L c IX U −由式（2）可知容升电压实际上就是试验变压器漏抗的压降，主要由试验变压器的漏抗和回路电流决定的，当使用同一个试验变压器时，漏抗X L 不变，容升电压随回路电流I 线性变化。

试品的容抗越接近于漏抗时，容升效应的影响越大。

图1耐压试验等效电路图2容升相量图2.容升电压实际估算方法及被试品真实电压的确定既然容升电压实际上就是试验变压器漏抗的压降，随回路电流I 线性变化。

那么只要知道了试验变压器漏抗，在实际耐压时通过测量电流，就可以计算出容升电压。

从式（2）知，被试品的电压Uc ≈Us+IX L ,Us 即低压侧测量的电压乘以试验变压器变比，这样被试品上真实电压即可确定。

小型耐压试验装置中一般都有配备电流表，用来测量低压绕组的电流。

也配备一个电压表，接到测量绕组上，用来测量高压绕组的电压，但该电压实际上反映的是空载时电压；当实际耐压接入被试品时，反映的是图1中的高压电势Us，而非被试品电压Uc。

实际上通过试验变压器漏抗来计算容升电压，需测量高压电流，这样就必须在高压侧串联一个电流表，且计算步骤比较复杂。

由于高压电流和低压电流为固定比值，如果把求取漏抗转化为求取单位低压电流时的漏抗压降，则不但可利用耐压装置中的电流表，而且计算容升电压也简单得多。

而试验变压器单位低压电流时的漏抗压降可以通过短路试验很容易确定。

对同一台试验变压器，由于漏抗是固定的，其单位低压电流的漏抗压降也必然是固定的。

短路试验接线如图3所示，绕组12为低压绕组，34为测量绕组，56为高压绕组，将试验变压器的高压侧短路。

短路试验等值电路图如图4所示，其中Z 12为低压绕组内阻抗,Z 34'为折算至低压侧后的测量绕组内阻抗,Z 56’为折算至低压侧后的高压绕组内阻抗,Z f 为励磁阻抗。

其中Z f 均远大于Z 1及Z 2’，励磁电流OC L RUs可略去不计；而电压表V2的内阻远大于Z 34’，故该支路中电流也可忽略不计。

从图4可知，将试验变压器的高压侧短路，则外施电压全部降落在变压器的内部阻抗上，内部阻抗由绕组电阻和漏抗串联组成，而漏抗值远大于电阻值，故电阻值可忽略不计，内部阻抗可近似认为仅由漏抗组成。

因此图3短路试验电路接线图中电压表V1测量的实际上就是高压和低压总漏抗（Z 12+Z 56’）压降，电压表V2测量的实际上就是高压侧漏抗Z 56’压降。

同时通过读取低压绕组电流，便可分别计算两个不同绕组的单位低压电流下漏抗压降。

通过短路试验得到的单位低压电流下漏抗压降是不同绕组的电压，要体现到高压侧，就必须进行折算。

对低压绕组，应乘以高压对低压绕组的变比N1；对测量绕组应乘以高压对测量绕组的变比N2。

设折算到高压侧后的单位低压电流下总漏抗压降和高压侧漏抗压降分别为X 总、X 高图3短路试验电路图4短路试验等值电路图图5实际耐压试验电路图6实际耐压试验等值电路图在实际耐压试验中要确定被试品上电压，可以有两种方法：第一种从低压绕组确定，在图5中读取低压绕组电压V 1及电流I，则Uc＝V 1N 1+X 总I，容升电压为X 总I （3）第二种从测量绕组确定，在图5中读取低压绕组电压V 2及电流I，则Uc＝V 2N 2+X 高I，容升电压为X 高I (4)这两种方法所得到的被试品电压是相同的。

但它们所反映的容升电压不同，这是AV1V2123456Cx因为采用低压绕组计算，其漏抗为高低压两侧总和，而采用测量绕组计算，其漏抗仅为高压侧，这样在相同电流下，表现出容升电压就有差别。

从图6可以看出，在电容性电流下，高压电势实际上为低压电压容升效应的结果。

因此低压和测量绕组所反映的起始电势不同，加上各自的容升电压后被试品上的电压就相同。

在实际耐压时，可以根据需要，任选一种方法计算。

3.实验验证为验证上述的方法是否正确，进行了一个实验。

实验所用耐压变压器低压绕组额定电压400V、额定电流50A，高压绕组额定电压100kV、额定电流200mA，测量绕组额定电压100V。

这样高压对低压绕组变比N 1＝250，高压对测量绕组变比N 2＝1000，作被试品的电容器其电容量为12.09nF。

先按图3进行短路试验，得到数据如表1表1短路试验数据则对低压绕组X 总＝V 1×N 1/I=500.5(伏/安)对测量绕组X 高＝V 2×N 2/I=298(伏/安)然后按图5把被试品电容接入高压侧，并且并接一个直接测量被试品电压的高压测量装置（高压测量装置阻抗远大于被试品阻抗），再进行试验，得到数据如表2表2带电容性被试品试验数据则由式（3）计算得Uc＝V 1N 1+X 总I＝95.7×250+500.5×40＝43945（V），容升电压为X 总I＝500.5×40＝20020（V）由式（4）计算得Uc＝V 2N 2+X 高I＝31.3×1000+298×40＝43220（V），容升电压为X 高I＝298×40=11920(V)可见从低压绕组和测量绕组确定的被试品实际电压非常接近。

而且与高压测量装置读取的数值也均非常接近。

在带负载实验时测量了几组数据，计算结果与低压绕组电流I（A）低压绕组电压V 1（V）测量绕组电压V 2（V）50100.114.9低压绕组电流I（A）低压绕组电压V 1（V）测量绕组电压V 2（V）高压测量装置读数（kV）4095.731.344.6高压测量装置直接测量值均非常接近，限于篇幅，数据就不一一列出。

可见该方法是正确可行的。

在实际耐压中，为了利用耐压装置中的电压表，一般采用从测量绕组来确定被试品实际电压。

而耐压装置中的电压表刻度已折算至高压侧，其读数就是高压绕组电势V2N2。

故实际耐压时只要读取耐压装置中电流表读数，乘以折算到高压侧的测量绕组的单位低压电流下漏抗压降X高计算出容升电压，再加上电压表读数，就可确定被试品实际电压。

4.结论归纳起来本方法就是通过短路试验，先确定单位低压电流时的漏抗压降；然后乘以变比折算到高压侧（结果实际就是单位低压电流时容升电压）；实际耐压时只要读取耐压装置中电流表读数，乘以单位低压电流时容升电压计算出总容升电压，再加上电压表读数，就可确定被试品实际电压。

通过本方法，只要做一次短路试验，在以后的耐压中，不需增加其他的测量仪表或高压测量装置，而仅仅利用耐压装置本身的仪表就可以方便地确定容升效应时被试品实际电压。

这在缺少高压测量装置时是非常重要的。

必须注意的是，本方法使用的前提条件是被试品必须是容性的，且其容抗大于试验变压器漏抗，即图1中X L<Xc。

若X L＞Xc，回路呈感性，就不存在图2相量关系，自然就不能采用本方法。

那么如何判断X L<Xc呢？从图6可知，当X L<Xc时，整个回路呈容性，由于容升效应使V2N2＞V1N1；相反X L＞Xc时，回路呈感性，V2N2＜V1N1。

因此只要按图5进行试验时，同时测量低压绕组V1和测量绕组V2，乘以各自变比折算到高压侧，比较两者大小，即可判断。

实际耐压中，所遇到的被试品一般能满足X L<Xc。