电气设备绝缘的高电压试验
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第6章 电气设备绝缘的高电压试验
6.1 交流高电压试验 6.2 直流高电压试验 6.3 冲击电压试验 6.4 稳态高电压的测量 6.5 冲击电压的测量 6.6 光电与数字化测量技术
电气设备绝缘的高电压试验
6.1 交流高电压试验
交流绝缘试验应采用频率为45Hz~65Hz的交流电压。
交流电压的特性主要以峰值、有效值、波形畸变率、 波顶系数等来表示，试验时电压波形的畸变应尽可能小。
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。
电气设备绝缘的高电压试验
6.2 直流高电压试验
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。
电气设备绝缘的高电压试验
➢工频电压的产生
1. 工频高压试验对试验设备的要求
50Hz 调频调 电源 压电源
激励变压器 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
电气设备绝缘的高电压试验
➢交流高压试验
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
3. 调压装置 （1）对调压装置的要求 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
电气设备绝缘的高电压试验
电气设备绝缘的高电压试验
交流两相或三相工频电源，经变频控制单元输出30~300 Hz频率可调的交流电压，励磁变压器升压，谐振电抗器L和被 试品Cx构成高压谐振电路来产生交流高压。电容分压器是纯电 容式的，用来测量试验电压。系统的频率取决于回路的L-C参 数。当负载电容Cx的变化范围很大时，可以根据Cx的大小， 适当调整电抗器的电感L值，使谐振频率固定在规定要求范围 内。
调压器
试验变压器
保护电阻 （限流限压）
保护电阻 （保护球隙）
T
R1
R2
球间隙
T.O. B
工频高压试验的一般线路图
电气设备绝缘的高电压试验
Q
被试品
工频试验变压器的特点：
（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）调压与波形 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。
Ud 2fCdU 2fCxR
电气设备绝缘的高电压试验
2. 倍压整流回路
TA
U T D1
C
A
C
D2 倍压电路
电气设备绝缘的高电压试验
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） 装置输出的额定电压：3U2
T1 13
2
T2 3
1 2
T3 12
U2 2U2 3U2
额 装 定 置 输 总 电出 气容 容 设量 备量 绝缘的 高W W 电压T 试 验 6 3W W50%
电气设备绝缘的高电压试验
（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
uUmax Umin
2
Ud
Umax
Umin 2
对于半波 整流电路
u IdT Id
2C 2 fC
Su Id 1
（1）直流高压试验设备
1）测量泄漏电流；2）直流耐压试验（一些大容量的交流 设备，如油纸绝缘电力电缆，也常用来代替交流耐压试验； 高压直流输电设备耐压试验）；3）冲击电压发生器和冲 击电流发生器等的直流高压电源。
（2）对直流电源的要求
直流电压的特性由极性、平均值、脉动等来表示。高 压试验的直流电源在提供负载电流时，脉动电压要非常小， 即直流电源必须具有一定的负载能力。
➢串联谐振交流高压的产生
L
R
U1 I
UC
C
串联谐振装置的等效电路
谐振条件：L 1 C
QLR或 1CR
U cU L1 CI R LU sQsU
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。
电气设备绝缘的高电压试验
➢直流高电压的产生
1. 半波整流回路和直流高压设备的基本参数
（1）半波整流回路
T
D
R R
2U T 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
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。
T
L L
Βιβλιοθήκη Baidu
u1
u1
C C
电气设备绝缘的高电压试验
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。
6.1 交流高电压试验 6.2 直流高电压试验 6.3 冲击电压试验 6.4 稳态高电压的测量 6.5 冲击电压的测量 6.6 光电与数字化测量技术
电气设备绝缘的高电压试验
6.1 交流高电压试验
交流绝缘试验应采用频率为45Hz~65Hz的交流电压。
交流电压的特性主要以峰值、有效值、波形畸变率、 波顶系数等来表示，试验时电压波形的畸变应尽可能小。
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。
电气设备绝缘的高电压试验
6.2 直流高电压试验
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。
电气设备绝缘的高电压试验
➢工频电压的产生
1. 工频高压试验对试验设备的要求
50Hz 调频调 电源 压电源
激励变压器 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
电气设备绝缘的高电压试验
➢交流高压试验
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
3. 调压装置 （1）对调压装置的要求 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
电气设备绝缘的高电压试验
电气设备绝缘的高电压试验
交流两相或三相工频电源，经变频控制单元输出30~300 Hz频率可调的交流电压，励磁变压器升压，谐振电抗器L和被 试品Cx构成高压谐振电路来产生交流高压。电容分压器是纯电 容式的，用来测量试验电压。系统的频率取决于回路的L-C参 数。当负载电容Cx的变化范围很大时，可以根据Cx的大小， 适当调整电抗器的电感L值，使谐振频率固定在规定要求范围 内。
调压器
试验变压器
保护电阻 （限流限压）
保护电阻 （保护球隙）
T
R1
R2
球间隙
T.O. B
工频高压试验的一般线路图
电气设备绝缘的高电压试验
Q
被试品
工频试验变压器的特点：
（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）调压与波形 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。
Ud 2fCdU 2fCxR
电气设备绝缘的高电压试验
2. 倍压整流回路
TA
U T D1
C
A
C
D2 倍压电路
电气设备绝缘的高电压试验
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） 装置输出的额定电压：3U2
T1 13
2
T2 3
1 2
T3 12
U2 2U2 3U2
额 装 定 置 输 总 电出 气容 容 设量 备量 绝缘的 高W W 电压T 试 验 6 3W W50%
电气设备绝缘的高电压试验
（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
uUmax Umin
2
Ud
Umax
Umin 2
对于半波 整流电路
u IdT Id
2C 2 fC
Su Id 1
（1）直流高压试验设备
1）测量泄漏电流；2）直流耐压试验（一些大容量的交流 设备，如油纸绝缘电力电缆，也常用来代替交流耐压试验； 高压直流输电设备耐压试验）；3）冲击电压发生器和冲 击电流发生器等的直流高压电源。
（2）对直流电源的要求
直流电压的特性由极性、平均值、脉动等来表示。高 压试验的直流电源在提供负载电流时，脉动电压要非常小， 即直流电源必须具有一定的负载能力。
➢串联谐振交流高压的产生
L
R
U1 I
UC
C
串联谐振装置的等效电路
谐振条件：L 1 C
QLR或 1CR
U cU L1 CI R LU sQsU
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。
电气设备绝缘的高电压试验
➢直流高电压的产生
1. 半波整流回路和直流高压设备的基本参数
（1）半波整流回路
T
D
R R
2U T 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
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。
T
L L
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u1
u1
C C
电气设备绝缘的高电压试验
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。