串联谐振法对容性试品交流耐压试验的方法及参数计算

串联谐振法对容性试品交流耐压试验的方法及参数计算

2012年11月30号受红云红河烟草（集团）有限公司的委托，进行红云红河集团管理总部10kV变电站进行电缆试验。根据GB50150-2006《电气装置安装工程电气设备交接试验标准》中规定进行了电缆绝缘电阻试验和交流耐压试验。在进行交流耐压试验时试验方法与我之前从事的CVT试验升压虽然都是采用串联谐振升压方法，但是也有些许不同，下面简单说一下差异之处：1试验电压不同:CVT误差试验时，最高试验电压为额定电压1.05倍或

1.2倍，而交流耐压试验电压更高可达

2.5倍。

2试验频率不同:CVT误差试验，对试验频率有严格要求，即频率范围为(49.5-50.5)Hz，而橡塑电缆交流耐压试验频率范围更广为

（20-300）Hz之间。这主要因为CVT误差试验时频率会影响中间变

压器的传变性能，从而影响整个CVT的误差。

3电压监测装置不同：CVT误差试验，其本身二次绕组输出电压，接入互感器校验仪可做监测电压用，而橡塑电缆耐压试验则采用专门的分

压测量装置来监测电压。

4被试品不同：CVT作为被试品，一般其电容量都是固定值，比如说

0.02、0.01、0.0075、0.005μF，而橡塑电缆电容量一般都是不固定

的，而是跟电缆长度、绝缘介质等有关。

根据上述与之前CVT试验存在差异进行分析、总结交流耐压试验的原理以及举例说明橡塑电缆耐压试验的谐振电抗器选择匹配。

一串联谐振原理简述

串联谐振是由R、L、C元件串联在电路中在一定条件下发生的一种特殊现象，其电路原理图如图1所示，我们按照图1来分析谐振发生的条件以及谐振时的电路特性。

图1串联谐振原理图

1串联谐振发生的条件

在R、L、C 串联的电路中，在交流电压U 的作用下，回路的复阻抗为jX R X X j R C

L j R Z C L +=-+=-+=)(1(ωω；X 为ω的函数，其变化趋势如图2所示，当0ωω＜时，X＜0，电路呈容性；当0ωω＞时，X＞0，电路呈感性；当0ωω=时，0100=-=C

L X ωω,R Z =此时的电路为纯阻性电路，电流和电压同相，电路此时的工作状态称为谐振，由于这种谐振是发生在R、L、C 串联电路中的，所以称谓串联谐振。有公式0100=-

=C L X ωω，可知串联谐振发生条件为120=LC ω。由f πω2=可得，串联谐振时LC f π21

0=。

图2频率变化对RLC 串联电路复阻抗影响

2串联谐振时电路特性

当电路发生串联谐振时，存在如下关系式：

①I R U U R

s ==；②I L j U L

ω=；③I C j U C ω1-=；④01=-C

L ωω；从上述4个公式可以得到以下结论：

㈠由①可知，电源施加全压全部落在回路电阻两端，回路呈纯阻性，回路电流与施加电压同相位。

㈡由②③可知，电感元件与电容元件两端电压大小相等、方向相反，把电感和电容看成一个组合元件的话，其端电压为0。

㈢电容电压落后于电源电压90°，电感电压超前于电源电压90°。

㈣由④可知，整个电路复阻抗虚部X 为0，复阻抗的模最小，整个电路电流在谐振时刻最大。㈤用②除以①可得C

L R j R L j U U S L 1==ω ，可以看出在电感或电容两端的电压是施加电压s U 的C

L R 1倍，这也是串联谐振升压的基本原理。二容性试品交流耐压时电抗器参数计算

以昆明烟厂电缆交流耐压试验为例说明电抗器参数计算，电缆参数如下：型号

ZP-YJV22额定电压（U 0/U）

8.7/15kV 制造厂

安徽华能电缆（集团）有限公司电抗器参数如下：型号

RTXZ-54kVA/54kV 额定电流1A 额定电压

27kV 额定电感量95H 制造厂武汉拓普联合电力设备有限公司

根据铭牌参数以及GB 50150-2006《电气装置安装工程电气设备交接试验标准》的要求，耐压试验电压为2U 0=2×8.7=17.4kV，耐压时间为60min。计算步骤如下：

1在绝缘电阻测试时，同时测试被试品电容量C=280nF；

2估算回路电流fCU I π2=，其中f 为试验频率（初设为50Hz），C 试品电容量，U 为试验电压，则39104.17102803142⨯⨯⨯⨯==-fCU I π=1.52A；

3回路电流为1.52A＞1A(电抗器额定电流)，单节电抗器额定电压为27kV ＞17.4kV，因此可选定使用两节电抗器并联方式；4频率验算：单节电抗器电感量为95H，并联电感量为47.5H，串联谐振条件12=LC ω，此时试验频率应该为LC f 121

π==910

2805.47128.61-⨯⨯=43.6Hz。

5回路电流验算：调节试验电源频率为43.6Hz 时，17.4kV 时回路电流39104.17102806.4328.62⨯⨯⨯⨯⨯==-fCU I π=1.33A＜2A（电抗器并后，通流能力为2A）。

因此对该电缆试品可以选定2节电抗器并联作为谐振电抗器使用。如果在第四步计算出频率大于300Hz 时，要采取增大电感量方式来减小谐振频率（4节电抗器两两串联再并联，电感量为95H），频率小于20Hz 时，采取减小电感量方式增大谐振频率（在原有电抗器上在并联1个或2个电抗器，则电感量为31.7H 或23.5H），然后再进行下一步验算，总之应遵循谐振频率在20-300Hz 之间、电抗器组合后每台电抗器耐受电压和电流均不大于其额定值的原则。