1、高電壓技術實驗指示書高電壓技術實驗指示書浙江大學電氣工程學院高電壓試驗安全規則為了保證試驗者的生命安全和高壓設備不受損壞，每一個要進行高電壓試驗的人都必須事先認真學習本規則，并在工作過程中嚴格遵守。（1）試驗時必須嚴肅認真，振作精神，不得開玩笑。進行試驗時，與試驗無關人員不得進入實驗。（2）在下列情況下，不得進行高電壓試驗： 試驗者不足兩人； 神經不正常、酒后、精神萎縮、情緒恍惚者； 對將要使用的設備的性能與安全技術尚未充分掌握者。（3）接好試驗線路后，必須仔細檢查無誤，方可合電源。合閘前，操作者應大聲警告：“注意，要合電源！”只有在觀察實驗結果時才加上高電壓，在其它時間（例如討論問題時），電

2、源必須開斷。（4）試驗時發現異聲或其它不正常現象時，應立即停止試驗，開斷電源，檢查線路，找出原因，妥善處理后再繼續進行試驗。（5）在接觸任何高壓帶電部分以前，必須做到： 親眼看見電源已經開斷，調壓器已回到零點位置； 用接地棒將高壓帶電部分接地； 將電容器逐一加以放電并短接之。（6）當安全柵欄內還有人時，不得將接地棒從高壓帶電部分取下。（7）進行有直流高壓的各種試驗時，室內鄰近的各種不帶電的金屬物體應接地。（8）當不幸發生人身事故時，必須立即開斷全部電源，一方面用人工呼吸法進行急救。一方面派人去請醫生，人工呼吸要持續進行到受電者恢復知覺為止，不得中途停止。實驗一 工頻高壓試驗（一）實驗目的（1）

3、掌握高壓試驗變壓器的使用方法；（2）求取高壓試驗變壓器的變比曲線；（3）學習工頻高電壓的測量方法；（4）觀察絕緣子的沿面放電過程，并測量其在正常情況和表面污穢情況下的沿面閃絡電壓。（二）基本原理（1）高壓試驗變壓器是高電壓實驗室最基本的設備，它不但可用來獲得工頻高電壓，而且還是獲取其它類型的高電壓（直流高壓、沖擊高壓等）的電源。由于試驗變壓器的電壓調節范圍很大，因此它的變比不能認為是完全不變的，故有必要求取它的次級電壓U2（高壓）與初級電壓U1（低壓）的關系，并以曲線的形式表示出來（即試驗變壓器的變比曲線）。有了變比曲線，在以后利用這臺試驗變壓器進行試驗時，只要根據初級低壓伏特計的讀數，就可直

4、接查得相應的高壓值，而無需再進行高壓測量。（2）在高壓試驗中，測量工頻高電壓的方法和一般工業上所用的方法是不同的。在工業上通常利用電壓互感器或套管式電容分壓器來測量工頻高壓；如果在高壓試驗中也采用這些測量方法，不但使用不便，精確度不高，而且要制造電壓很高的電壓互感器等設備是極不經濟的，甚至是不可能的。在高電壓實驗室中，一般采用球隙測壓器或高壓靜電電壓表來測量工頻高電壓。（3）在實驗室中測量絕緣子串電壓分布的方法和在實際運行線路上使用的測量方法可以是不同的。在實際運行條件下，加在絕緣子串上的電壓是不能改變的，而在實驗室內，加在絕緣子串上的電壓可以很方便地隨意改變，所以有可能采用下述測量方法：利用

5、一根裝有球形放電間隙的絕緣測桿，將放電間隙依次跨接在每一片絕緣子上，然后升高加到絕緣子串上的電壓，直到間隙擊穿為止，記下這時的電壓表讀數（它反映加在絕緣子串上的電壓值），球形放電間隙被固定一定距離，在整個試驗過程中均保持不變，亦即它的放電電壓Uf為一恒值。由于電壓在每片絕緣上的分布不同，因此放電器每次放電時加在絕緣子串上的電壓值也各不相同，它和放電器所在的絕緣子位置有關。如果令：U1為第1片絕緣子上的電壓降；U1為放電器放在第1片絕緣子上被擊穿時，加在絕緣子串上的總電壓；a1為第1片絕緣子上的電壓降在總電壓中所占的百分比。則可寫出下面的關系式：在各片絕緣子上重復上述試驗，可得到下列關系式： 其

6、中 （i1，2，···，n）由此可得：亦即求出了每一片絕緣子上的電壓降在總電壓中所占的百分比。（三）試驗結線與實驗內容試驗結線如下圖所示：圖1-1：工頻高壓試驗接線T1調壓器；T2工頻試驗變壓器；Cx被試品電容；r保護電阻；G測量球隙；R球隙保護電阻試驗內容與具體步驟如下：（1）了解高壓試驗變壓器的構造與使用方法；（2）了解100千伏高壓靜電電壓表的構造與使用方法；（3）同時利用100毫米的球隙測壓器和100千伏靜電電壓表進行高壓測量，求取試驗變壓器的變比曲線，在同一張方格紙上繪出所得的兩條變比曲線，并畫上按變比不變所作出的直線，進行比較與討論，具體步驟與注意事項

7、如下： 使用球隙前應先用細紗布將球面擦拭干凈、校準零點。球隙距離可取0.5；1.0；2.0；3.0；4.0；5.0厘米。 使用球隙時，前后兩次擊穿之間應相隔一定時間，以便讓氣隙能充分地去游離，否則會影響它的擊穿電壓。這一時間在一般試驗中只要510秒就夠了。 當球隙放電時，記錄下初級電壓U1和高壓靜電電壓表U2的讀數，每一球隙距離應重復3次，取其平均值。（4）觀察懸式絕緣子在工頻電壓下的沿面閃絡現象并測定它的工頻干閃電壓和污閃電壓。12實驗二 絕緣預防性試驗(一) 試驗目的(1) 學習掌握測量絕緣電阻Rju,泄漏電流Ix1,介質損耗正切tg等預防性試驗通用項目的試驗方法.(2) 了解直流高電壓的

8、產生方法,觀察工頻高壓試驗變壓器,高壓硅堆,高壓電容器,高壓靜電電壓表外型構造.(3) 掌握KMSB-30a型高壓電容電橋的使用方法.(4) 掌握用兆歐表(又稱搖表)測量被試品的絕緣電阻.(二) 測量泄漏電流試驗接線與設備測量泄漏電流的試驗接線見圖2-1:圖2-1 測量泄漏電流試驗接線原理圖K1:開關; T1:手動調節調壓器;T2:高壓工頻試驗變壓器.R0:工頻高電壓端串聯保護電阻. D:高壓整流硅堆; C:高壓濾波電容器; V:高壓靜電電壓表; Rju:被試品等效電阻; uA:測量被試品泄流電流的微安表.(三) 測量泄漏電流試驗步驟(1) 按圖2-1接好試驗線路,再次檢查無誤,離開高壓試驗區

9、,關上防護網門.(2) 合上電源開關,高壓試驗區警燈閃爍,開始試驗.(3) 人工手動調節調壓器逐漸升高加到被試品上的直流電壓,直到需要的試驗電壓值(可從有關規程查取或試驗老師給出試驗直流電壓數據),停止升壓.讀取微安表上的指針指示值就是泄漏電流值(注意:讀數與微安表量程的關系).(4) 從低壓到被試品允許的最高電壓之間讀出幾組電壓與泄漏電流,畫出一個伏安特性圖,觀察伏安特性圖,分析被試品的絕緣性能.(5) 調壓器回零,分開電源.警燈熄滅,方可打開防護網門,帶上接地棒對帶電部位放電后允許改動試驗線路.(6) 在高壓試驗區接線過程中,接地棒應一直放在工頻試驗變壓器的高壓部位.(7) 試驗結束,關掉

10、電源,試驗區高壓端子用接地棒放電,整理現場.(四) 絕緣介質損耗角與電容量測試設備及接線 圖2-2 KMSB-30a型高壓電容電橋原理圖KMSB-30a型高壓電容電橋接線示意圖 圖2-3 KMSB-30a型高壓電容電橋接線示意圖T2:工頻高壓試驗變壓器; R0:保護電阻; Cx:被試品; Cx1:電橋插座;Cs:高壓標準電容器(五) 測量絕緣介質損耗角與電容量的試驗步驟(1) KMSB-30a型高壓電容電橋電源接市電220V/50Hz.(2) 按電源按鈕前首先要確認指零儀的靈敏度開關置零.(3) 標準電容器的最大電流不得超過10mA,在試驗時應引起注意.(4) 用導線將標準電容器低壓端接到電橋

11、專用接線盒,再用專用測量電纜將電橋專用接線盒與電橋背面的Cs插座連接.(5) 用導線將被試品低壓端接到電橋專用接線盒,再用專用測量電纜將電橋專用接線盒與電橋背面的Cx1插座連接.(6) 確認接線沒有錯誤,打開電源開關.(7) 在被試品和標準電容器上未加高壓之前,逐漸增加靈敏度,利用電橋的高靈敏度而進行初步平衡,尋找出一接近平衡的數值,以避免施加試驗電壓后由于極大不平衡而造成的困難.(8) 倍率選擇可按下表 表2-1 表2-1 Cx/pF Cs/pF KDials in useResolution /ppm100100 1:1 6 11000 100 10:1 6 1 10000 100100:

12、1 6 1100000 1001000:1 6 11000 10001:1 6 110000 100010:1 6 1100000 1000100:1 6 11000000 10001000:1 6 1(9) 如果被測電容器的不知道,開始時最好將測量計數盤置于0.500000的位置,然后改變倍率K,使指零儀指向較小的偏轉,增大靈敏度進一步調節讀數盤使電橋逐步平衡,然后記得被測值.(10) 調節靈敏度開關到 “1 ” .(11) 調節Cx/Cs和介損盤數據(a) 調節Cx/Cs盤,使100uA指針表指示到最小.(b) 再調節介損盤,使100uA指針表指示到最小.(c) 然后再調節Cx/Cs盤,直

13、到調節不再變小.(d) 反復調節Cx/Cs盤和介損盤數據,使100uA指示最小.(e) 最后平衡時應將靈敏度開關放到相應的位置.(12) 施加試驗電壓逐漸增大靈敏度,反復調節Cx/Cs讀盤及tg讀盤直到指零儀表頭指針指示最小.此時電橋達到平衡不一定要將靈敏度調節到最大檔“6”,顯示屏顯示被測試品的介質損耗和電容量.(13) 降下試驗電壓且到零位,儀器靈敏度調節到零. (14) 試驗結束,關掉電源,試驗區高壓端子用接地棒放電,整理現場.(六) 用兆歐表（搖表）測量被試品的絕緣電阻特別提示:在高壓試驗區接線過程中,接地棒應一直放在工頻試驗變壓器的高壓部位.實驗三 多級沖擊高壓發生器與沖擊試驗一、實

14、驗目的(1) 熟悉多級雷電沖擊電壓發生器的基本原理、接線和整體結構。(2) 掌握多級雷電沖擊電壓發生器的操作方法及電壓波形調節的方法。(3) 掌握用沖擊電壓分壓器和測量球隙測量沖擊電壓的方法。(4) 了解沖擊電壓測量系統的匹配方式。二、實驗裝置實驗在一套多級沖擊電壓發生器上進行。圖3-1為一多級沖擊電壓發生器及其測量系統的接線原理圖。圖3-1 典型的多級沖擊電壓發生器原理圖T充電變壓器；D1、D2高壓硅堆整流器；K1、K2自動接地開關；R01、R02、R03充電保護電阻；R1、R2直流電阻分壓器；CP耦合電容器；C主電容器；R充電電阻；充電箝位電阻；Rt波尾電阻；Rf波頭電阻；、弱阻尼電容分壓

15、器的高、低壓臂電容；r 分壓器高壓臂的弱阻尼電阻；CRO高壓脈沖示波器；X被試品；G測量球隙；Z測量電纜三、實驗說明沖擊電壓發生器是研究電氣設備在雷電沖擊電壓和操作沖擊電壓作用下的絕緣強度而建立的一種模擬裝置。沖擊電壓波是一種以快速上升到最大值，而后緩慢地衰減到零的單極性電壓波，全部作用時間以微秒計。規程規定的標準雷電沖擊電壓的波形參數為。圖31所示的多級沖擊電壓發生器為高效率回路，用它產生雷電沖擊波時的等值電路如圖32（b）所示。 （a）低效率回路 （b）高效率回路圖3-2 沖擊電壓發生器等值電路圖其中：主電容；負荷電容；=級數；半峰值電阻所處的位置對沖擊電壓發生器的效率影響很大。當位于的負

16、荷側（如圖32（a）所示）時，電阻與形成一分壓器，減小了輸出電壓，當位于的發生器一側（如圖32（b）所示）時，就不會降低輸出電壓，這種電路因此被稱為高效率回路。相反，前者則稱為低效率回路。高效率回路的沖擊電壓發生器的效率可用下式計算 （31）低效率回路的沖擊電壓發生器的效率可用下式計算 （32）式（32）表明，的大小不僅與的位置有關，而且與與的比值有關。多級沖擊電壓發生器的技術參數通常用標稱電壓、級數和儲能大小來表示。標稱電壓為第一級電容器的額定充電電壓與級數的乘積。由于發生器回路測試回路中存在電阻和電感，因此發生器的輸出電壓低于其標稱電壓。實際中，常常通過實測，然后用下式確定多級沖擊電壓發生

17、器的效率 （33）式中沖擊電壓發生器輸出電壓的幅值（V）；沖擊電壓發生器第一級電容器的充電電壓（V）；沖擊電壓發生器的級數。多級沖擊電壓發生器的儲能（W）可用下式計算 （34）考慮發生器回路電感的影響，標準雷電沖擊電壓發生器的波形參數可用下式近似計算 （35）用分壓器示波器系統測量沖擊電壓時，被測電壓按下式計算 （36）式中 分壓器的分壓比；分壓器低壓臂的電壓（幅值，V）；典型的雷電沖擊電壓示波圖如圖33所示。圖3-3 典型的雷電沖擊電壓示波圖波形參數（Tf、Tt）的實測值可由示波圖和所選定的時標脈沖周期時間（T）用作圖法獲得。不同的時標值可以通過示波器面板上的“時標”旋鈕來選擇。用測量球隙的

18、50%放電法測量沖擊電壓，要求多級沖擊電壓發生器每次的輸出電壓穩定，亦即要求發生器各級主電容的充電電壓每次都保持不變。在此前提下，改變測量球隙的距離，找出其放電概率為50%的那一個球隙距離。實際上，用手動操作很難準確地找到這一球隙距離。一般將10次加壓中有46次放電的球隙距離視為放電概率為50%的球隙距離，然后根據這一距離和銅球直徑，從球隙的沖擊放電電壓表上，用插入法查得其放電電壓值，并進行大氣條件校正，得出所用球隙測量的沖擊電壓發生器的輸出電壓值（幅值）。由此電壓值也可計算出效率。此外，用球隙測量沖擊電壓時，由于受環境因素的影響，開始放電可能不正常，分散性較大，因此須經過數次預放電，放電電壓

19、才趨于穩定，此時方可進行正式測量。順便指出，如果對各級主電容的充電電壓采用自動控制，對多級沖擊電壓發生器的動作采用程序控制，可以方便準確地確定出球隙的50%放電電壓值。四、實驗內容/（1）根據圖31，對照實驗所用的多級沖擊電壓發生器，繪出其原理接線圖，檢查和記錄所用設備、儀器、儀表及主要元件的型號、規格和技術參數。（2）熟悉多級沖擊電壓發生器的高壓示波器（或其它高頻數字存貯示波器）的操作使用方法，調節沖擊電壓發生器輸出電壓的波形，使之符合規定的標準雷電沖擊電壓的波形。/（3）調節好點火球隙及其它各球距離，在合適的位置放置好示波器的觸發天線，并根據所用分壓器的類型連接好分壓器示波器測量系統。（4

20、）均勻地升高電壓，使沖擊電壓發生器的第一級主電容充電到預定值，并延長一定的充電時間（35s），待最后一級主電容上的充電電壓與第一級主電容的充電壓相等后，按“觸發點火”按鈕，點火球隙放電，各級球隙應同步放電；否則，應重新調節各球隙距離，直到各級球隙動作達到同步。（5）用測量球隙的50%放電法測量沖擊電壓幅值。（6）用分壓器示波器系統測量沖擊電壓，并拍攝沖擊電壓波形圖。五、實驗注意事項（1）每次調節球隙距離時都應首先對各級電容器放電，再把接地棒掛在所要調節的銅球上，然后才可進行調節。（5）兩次沖擊試驗的間隔時間不得少于30s。（6）采用分壓器示波器測量系統時，應注意匹配電阻的選擇和接線方式，以便正

21、確計算分壓比及獲得良好的沖擊電壓波形。六、實驗報告要求（1）簡述所用沖擊電壓發生器的基本工作原理，并畫出其實際原理接線圖，標出各設備、儀器、儀表及主要元件的型號、規格和主要技術參數。（2）對實測效率和計算效率進行比較，判明所用的多級沖擊電壓發生器屬于何種效率回路。（3）拍攝雷電沖擊電壓波形圖，實測其波形參數Tf/Tt，并與計算值進行分析比較。（4）將用分壓器示波器系統和測量球隙所測的沖擊電壓值進行分析比較。 實驗四 波沿均勻無損單導線的傳輸1 實驗目的11 進一步掌握波動方程及其解的物理意義；12 進一步理解波速、波阻抗的有關概念以及波阻抗與電阻的異同。2 實驗裝置及示意圖圖41 波沿均勻無損

22、單導線的傳輸實驗原理圖 F1雷擊點（1,1）行波信號取樣分壓器；Z1雷擊點(1, 1)行波信號測量電纜；F2行波經過時間（2-1）2位置行波信號取樣分壓器；Z2行波經過時間（2-1）2位置行波信號測量電纜；RZ行波經過時間（2-1）2位置匹配電阻；CRO雙通道數字脈沖示波器。3 實驗原理說明31 波動方程及其解均勻無損耗單導線的單元等值電路如圖42所示，根據電感、電容上電壓、電流的關系可得：圖42 均勻無損耗單導線的單元等值電路-(+)=L0； (-)-=C0整理得：-L0 （4-1）； -C0 （4-2）。上面波動方程的解為： (4-3)； (4-4)式中：為波速；Z為線路波阻抗；和分別為電

23、壓的前行波和反行波；和分別為電流的前行波和反行波。其中，波速：= (4-5) ; 波阻抗：Z （4-6）32 描述行波在均勻無損耗單導線上傳播基本規律的四個方程為方便起見，把、和分別寫成、和，、分別寫為、，可得出描述行波在均勻無損耗單導線上傳播基本規律的4個方程為： (4-7)； (4-8)。Z （4-9）； =-Z (4-10)。由此可見，導線上任何一點的電壓和電流，等于通過該點的前行波和反行波之和；從這4個方程出發，再加上邊界條件和起始條件，即可求解各種類型的波過程問題。33 波動方程解的物理意義331前行波和反行波下面用行波的概念來分析波動方程的物理意義。首先討論式（4-3）電壓的第一個分量。設任意波形的電壓波沿線路傳播，如圖4-3所示，假定時刻，線路上任意位置1點的電壓值為,當時刻（>1），電壓值為的點到達,則應滿足：； 即；由式（4-5）可知，波速恒大于零；又因為>0，所以>0。由此可見，表示沿x的正方向以波速向前行進的電壓波，故稱為電壓前行波。類似的，可以證明表示沿的反方向行進的電壓波，稱為電壓反行波；表示沿的正方向行進