电气破坏性试验

与（2）式比较，减小
3 从上到下逐级增加电容，即Ck＝Ck’=kC
U
nI
p
U n
2
Ip fC
实际很少采用
21
2 fC
2.2.2 直流耐压试验的基本接线
22
2.3 冲击高压试验
2.3.1 冲击电压波形的定义
u
Um
100 90 C P B a 30 A D t1 t2 F T1 T2 50
在波头时间范围内， e t / 1 可将电压波形表示为：
1
R1
u0
2
R1
u0
C
C1
C2
u
u
C1 u0 ( C1 C2 )
用直流电源向电容器充电的 波形模拟， 时间常数为：T≈ 3.24R1C2
C1 u 0
2 R1
C1 C 2 ( C1 C 2 )
( C1 C 2 )
1 e
26
单级冲击电压发生器的原理电路（1）

u0
C1
R1
R2
u

C2

首先C1充电， 然后合上开关， C1经R1向C2充电，形成波头 同时C1和C2经过电阻R2放电， 形成波尾。
高效回路 一般情况下，C1>>C2，所以波尾主要由C1放电的快慢决定 C2和R1－－波头电容和波头电阻， C1和R2－－波尾电容和波尾电阻。 定义放电回路的电压利用系数η为：
二、 绝缘的耐压试验—破坏性试验


交流（工频）耐压 直流耐压 雷电冲击耐压 操作冲击耐压
1
2.1 工频耐压试验
交流耐压：是交流设备的基本耐压方式。
交流耐压试验实施办法：电力设备预防性试验规
程（DL/T 596）已对各类设备的耐压值作出了规定。 以电力变压器为例，当大修而全部更换绕组后，按出 厂试验电压值进行试验。在其它情况下，它们的耐压 值取出厂试验电压的85％。规程给出了电力变压器的 交流工频耐压值如表所示

各级试验变压器的容量不一样，T1的容量为
P1 U 1 I 1 U 2 I 2 U 3 I 3 2U 2 I 2
T2的容量为
P2 U 2 I 2 U 3 I 3


总的制造容量为 P P1 P2 而串级装置的输出容量为
P
/
3U 2 I 2


2U 2 I 2
u 2 ( t ) KU
(e 0
1
t
e
K
2
)
（1）
K－－回路系数
C1R2
1 2
1、 2－－波尾时间常数和波头时间常数
1 2 C 1 C 2 ( R 12 R 2 R 11 R 2 R 12 R 11 ) 1 2 C 1 ( R 11 R 2 ) C 2 ( R 12 R 2 )
1
V1
V2
3
4U m
V3
空载时，各点电压为：
U1 U
U
2
m
sin t
U
m
C2
U
m
sin t
U
U
3
2U
3U
m
m
T
0
4
U
m
sin t
U
5
4U
m
18
串级直流高压装置
1'
D1 D 1' D2
1
C 1'
2'
C1
2
D 2' RL D n -1
(n - 1 )' (n -1 )
12
2.2 直流高压实验
特点： 1 试验设备轻便，容量小 2 可同时测量泄漏电流。 3 局放小，对绝缘的损伤小。 4 不如交流耐压实验更接近真实工况。
13
2.2.1 直流高压的获得
一
T
半波整流和全波整流
V R R’
高压硅堆承受两倍的电源电压
C RL
U
Um Umax
U
2U
av

U
max
U 2
t 2

t
25
一、 单级冲击电压发生器的原理（2）
在波尾时间范围内， e
可将电压波形表示为：
u
t
2
0
t
u ( t ) Ae
1
1 R 2 C1

u0
R2
u

u0
u 0 e t/
1
1 2
u0

C1
0
T2
t
T2
u 0e
1

u0 2
T 2 0 .7 R 2 C 1
U(%)
0.5Um
o
t
T1
T2
0
T1：波头时间（波前时间）
T2：波尾时间（波长时间、 半峰值时间）
t
标准雷电冲击波：1.2s±30％/50 s ±20％, 幅值误差： ±3％
操作冲击波：一般推荐为非振荡形，250 ±30％ /2500 ±60％ s,幅值 23 误差： ±3％
2.3.1 冲击电压波形的定义
u
t/ 1
由双指数波叠加而成：
Ae
t
A
u (t ) A (e
A e
1
t
e
2
)

t 1
e
t 2

t
1 －波尾时间常数。

2
o
A Ae
t/ 2
－波头时间常数，
通常
1 2
24
2.3.2 单级冲击电压发生器
一、 单级冲击电压发生器的原理（1）
30
放电回路的计算
令
du dt
2
0
（2）
T1
1 1 2
1
ln
1 2
可得理论波头时间
则
T1
1
f(
1 2
)
将(2)带入(1)计算，得
T1
同理，可得波尾时间T2满足
)
1
U
2 max
KU 0 ( e
1
T1
e
2
T2
2 1 1 1 1 1 KU 0 ( 1 ) 2 ( 1 ) 2 2 2 K 0U 0 U 0
C n -1 ' Dn
n'
D n -1 ' C n -1
n
C n'
n 0'
D n'
Cn
n0
19
串级直流高压装置的参数计算
脉动电压： 平均电压降落：
U
U
n max
U 2
n min

ip fC

n ( n 1) 4
(1)
2
U
p
2 nU
m
U
p

ip fC

4 n 3n 2 n
fC Ip
U
m
对于超高压直流装置，采用高电压、大电容量的电容器和高频整流是有利的
2 取C’＝2C
Cn’的电压为其余电容器的一半，因而其高度可减小到一半。在相同的结 构形式下，Cn’的电容量可为其他电容器的两倍，此时电压降落为：
U Ip 3 fC (2n n)
3
Ip 6 fC
p
(4n 3 2n)
min
I av
U
av
RL
Umin
uav
S
U
U
av
电压脉动 系数
U
U
av
2 fR L C
14
一 半波整流和全波整流
T D1
U
o

1 2
U
m
C D2
RL
U
D
2U m
D1 T
D2
Uo Um
C
RL
UD Um
D3
D4
15
二 倍压整流回路
T
V1
T
1
C1
2
V 2
3
C1
V1
C2 V 2
C2
2.1.1 工频电压的获得
一、高压试验变压器（特点） （1）绝缘裕度不需要取得太大 （2）试验变压器的容量一般比较小 ，容性阻抗 大。高压侧额定电流一般为1A。对于某些特殊 试品和特殊试验项目，要求试验变压器的额定 电流大于1A。
I 2 fCU
P 2 fCU
2
4
（续）





（3）油箱本体小、高压套管又长又大。 单套管式，其高压绕组的一端接地，另一端输出额定 全电压 双套管式，铁心和油箱均处于U/2电位，所以油箱不能 放在地上，而必须按全电压的一半对地绝缘起来。用 两只额定电压只有U/2的套管来代替一只额定电压为U 的套管，可以大大降低试验变压器和套管的制造难度 和价格。 （4）连续运行时间短，不需要有复杂的冷却系统。一 般不超过30分钟。 （5）试验变压器的漏抗较大，短路电流较小。
方法：1min工频耐压试验
2
电力变压器交流试验电压值
括号内数值适用于不固定接地或经小电抗接地系统
额 定 电 压 kV 35 66 110 220 330 500 最高 工作 电压 kV 40.5 72.5 126.0 252.0 363.0 550.0 线端交流试验电压值 kV 全部更换 85 140 200 360 395 460 510 630 680 部分更换绕组 72 120 170 （195） 306 336 391 434 536 578 中性点交流试验电压值 kV 全部更换 85 140 95 85 （200） 85 （230） 85 140 部分更换绕组 72 120 80 72 （170） 72 （195） 72 120 3
3
(2)
6
平均电压：
U
p
2 nU
m
U
p
2 nU
m

ip 6 fC
(4 n 3n 2 n )
3 2
(3)
脉动系数：
S U / U
p
<5%
可见，脉动与电压降落与电源频率、级数、电容量、负载电流有关
20
减少串级直流高压装置的脉动的方法
1 合理选择级数n
令
U n
p
0
得
n 最佳
T2 T1
D
R0


G
R1 C2 R2 u

u0

C1


调整调压器的输出可以改变电容C1的充电电压， 调整电阻R1和R2可以改变输出波形， 放电球隙G的放电电压根据C1的充电电压和输出电压的要 求进行调整。 由于受到高压硅堆和电容器额定电压的限制，同时也考虑 放电球隙的直径不宜过大，一般单级冲击电压发生器的最 高输出幅值不超过200～300kV
(a) 两倍电压
T V2
V3
（b)两倍电压
C2 C1
C3
V1
带上负载后，三种倍 压装置的输出电压会 降低，并出现脉动
16
（c） 三倍电压
u
u1 Um
T
0
1
C1
2
V 2
3
t
V1
u
C2
u2
2U m
倍压整流回路
0
t
u3
u
2U m
0
t
17
三 串级直流高压装置
两级直流高压装置
V4
4
5
C4
C3
2
C1
29
放电回路的计算
u 0 u 2 R 12 C 2
du dt du dt

R1 1
R2
R1 2

u0
C1
C2
u

du dt
2
2
(C1
1 R2
du dt
0
) R 11
du dt

C1
0
C2

( u 2 R 12 C 2
2
)
利用试品的等效电 容做波头电容C2
解以上方程，可得
t
(b) 简化等值电路图
容升效应与串联谐振
10
2.1.3 工频谐振耐压试验
解决容量不够的问题
1 B TY U Uc 2 I U Uc C L R
(a)
(b)
U 2
U
c
IX
C

R
2
X
( X L X c )
C
品质因素
X R
L
谐振时
Uc U R X
X
L
XC
Q

X
C

L
R

1
L

U R
串级装置的容量利用率为

P P
/

2 3
不难求出n级串级装置的容量利用率为

2 n 1
8
9
2.1.2 工频耐压试验的基本接线
T A R1 R2 TV V2
Cx
调压器
V1
G
mA
(a) 原理接线图
rK
U1
xK
I Cx
Cx
U rK
U xK
U
U
U1
I Cx
(c) 相量图
G2～G4的放电电压在U0～2U0范围内；
• 对各个电容器同时充电到U0 • G1首先击穿，导致G2～G4依次击穿；
• 各个电容器串联起来对C2和R2放电，在输出端获得幅值很高的冲击
电压
32
一 多级冲击电压发生器的原理
＋ ＋ ＋ ＋
C10
－ －
C30
3
－
C50
5
－
C70
7
R0
u0
1
R
R
＋
R
＋
R1
G5
R
CR
1
XC
U C QU
QC Pi QUI UI
谐振时，Q>>1
Q
P
1 Q
QC
11
工频谐振耐压试验的优点
1 2 3 减少电源容量（包括变压器、调压器等） 试品击穿时的故障电流减小 电源中的谐波成分大大减少
并联谐振： 当输出电压满足要求，而试验变压器的容量不 够时，还可以考虑并联谐振的方法
GC 1
0
＋ －
G2 C
－
＋ －
G3 C
－
G4 C
－
R2 C 2
u
－
2
4
6
－ ＋
8
＋
R
充电结束时，上面一排杂散电容被充电到电压U0，下面一排未被充电 G1首先击穿，1点电位瞬时降为零，2点电位瞬时变为－U0。杂散电容 ` C30来不及放电，3点电位仍维持在U0，于是G2承受的电压（上升到2U0 ，从而导致G2击穿。 G2击穿后，3点电位从＋U0 降为－ U0 ，4点电位瞬时变为－2U0。杂散 电容C50来不及放电，5点电位仍维持在U0，于是G3承受的电压上升到 3U0，从而导致G3击穿。。。。
5
（续）
A
U 6 5 6 5 6 5
1 U 2
1 2 2
U
U
4
X
1
3
2
4
3 7 7
1 U 2
(a)
(b)
6
二 串级试验变压器
T1、T2－单套管试验变压器，AV-调压器，1、2－T1的高低压绕组 4、5－T2的高低压绕组，3－累接绕组，TO-试品。Z－绝缘支柱 两台单套管变压器串级联结示意图
7
（续）

U
2m
U
U0
2m

C1 C1 C 2
U0
27
单级冲击电压发生器的原理电路（2）

R1


R1 1
R2
R1 2

u0
C1
R2
C2
u

u0
C1
C2
u



(a )
(b )
对于(a)
对于(b)
U
2m

C1 C1 C 2

R2 R1 R 2
U0
低效回路
效率介于(a)和(c)之间
28
实际的单级冲击电压发生器回路
U
2 max
/ 2 KU
(e 0
1
T2
e
2
)
T2 T1
f(
1 2
)
31
2.3.3 多级冲击电压发生器
一 多级冲击电压发生器的原理 并联充电、串联放电
T D
R0
u0
R
R
R
GBiblioteka BaiduC 1
G2 C

G3 C
R1
G5
G4 C

R2 C 2
u
R
R
R
R
• 首先调整球隙距离，使G1的放电电压为U0，