什么是絕緣的高電壓試驗(yàn)？

在高壓試驗(yàn)室用工頻交流高壓、直流高壓、雷電沖擊高壓、操作沖擊高壓等模擬電氣設(shè)備的絕緣在運(yùn)行中受到的工作電壓，用以考驗(yàn)各種絕緣耐受這些高電壓作用的能力。第五章絕緣的高電壓試驗(yàn)特點(diǎn)：具有破壞性試驗(yàn)的性質(zhì)。一般放在非破壞性試驗(yàn)項(xiàng)目合格通過之后進(jìn)行，以避免或減少不必要的損失。高電壓技術(shù)河北科技師范學(xué)院電氣教研室難點(diǎn)問題：

由于輸電電壓和相應(yīng)的試驗(yàn)電壓在不斷提高，要獲得各種符合要求的試驗(yàn)用高電壓越來越困難，這是高電壓試驗(yàn)技術(shù)發(fā)展中首先需要解決的問題。高電壓技術(shù)河北科技師范學(xué)院電氣教研室

本章主要內(nèi)容：本章介紹產(chǎn)生各種試驗(yàn)電壓的高電壓設(shè)備、各種高電壓的測量方法以及絕緣高電壓試驗(yàn)的接線和實(shí)施方法。高電壓技術(shù)河北科技師范學(xué)院電氣教研室

工頻高電壓試驗(yàn)不僅僅為了檢驗(yàn)絕緣在工頻交流工作電壓下的性能，也用來等效地檢驗(yàn)絕緣對操作過電壓和雷電過電壓的耐受能力。本節(jié)主要介紹工頻高電壓的產(chǎn)生原理和工頻高壓試驗(yàn)的基本接線圖。第一節(jié)工頻高電壓試驗(yàn)高電壓技術(shù)河北科技師范學(xué)院電氣教研室一、工頻高電壓的產(chǎn)生工頻高電壓的用途：絕緣的工頻耐壓實(shí)驗(yàn)；氣隙工頻擊穿特性；電暈放電及其派生效應(yīng)；靜電感應(yīng)；絕緣子的干閃、濕閃及污閃特性；帶電作業(yè)等實(shí)驗(yàn)研究。高電壓技術(shù)河北科技師范學(xué)院電氣教研室工頻高電壓的產(chǎn)生方法通常采用高壓試驗(yàn)變壓器或其串級裝置來產(chǎn)生。對電纜、電容器等電容量較大的被試品，可采用串聯(lián)諧振回路來獲得試驗(yàn)用的工頻高電壓。工頻高壓裝置是高壓試驗(yàn)室中最基本的設(shè)備，也是產(chǎn)生其他類型高電壓的設(shè)備基礎(chǔ)部件。高電壓技術(shù)河北科技師范學(xué)院電氣教研室（一）高壓試驗(yàn)變壓器——6特點(diǎn)高電壓技術(shù)河北科技師范學(xué)院電氣教研室工頻試驗(yàn)變壓器電力變壓器1、試驗(yàn)變壓器本身應(yīng)有很好的絕緣，但由于不會受到雷電和操作過電壓的作用，絕緣裕度小，試驗(yàn)過程中要嚴(yán)格限制過電壓。

例如：500～750kV試驗(yàn)變壓器的絕緣五分鐘試驗(yàn)電壓僅比其額定電壓高10％～15％。高電壓技術(shù)河北科技師范學(xué)院電氣教研室試驗(yàn)變壓器多為油浸式，在工作條件和結(jié)構(gòu)方面的特點(diǎn)有：2、額定電壓高而容量不大試驗(yàn)變壓器高壓側(cè)電流和額定容量都主要取決于被試品的電容。（5-1）（5-2)高電壓技術(shù)河北科技師范學(xué)院電氣教研室C：被試品的電容和試驗(yàn)變壓器的電容，μF；U：試驗(yàn)電壓，kV；一般250kV以上變壓器高壓側(cè)額定電流取為1A；特殊試驗(yàn)項(xiàng)目額定電流可以放大。3、外觀上的特點(diǎn)：油箱本體不大而其高壓套管又長又大。

單套管式試驗(yàn)變壓器：額定電壓一般不超過250～300kV雙套管式試驗(yàn)變壓器：最高額定電壓達(dá)750kV器身及鐵芯對地電壓為U/2，可以減小變壓器內(nèi)絕緣的水平。高電壓技術(shù)河北科技師范學(xué)院電氣教研室試驗(yàn)變壓器的接線與結(jié)構(gòu)示意圖如5－1。

高電壓技術(shù)河北科技師范學(xué)院電氣教研室高電壓技術(shù)河北科技師范學(xué)院電氣教研室4、試驗(yàn)變壓器連續(xù)運(yùn)行時(shí)間不長，發(fā)熱較輕，因而不需要復(fù)雜的冷卻系統(tǒng)。一般在額定電壓或額定功率下只能做短時(shí)運(yùn)行。5、漏抗大，短路電流較小，可降低機(jī)械強(qiáng)度方面的要求，節(jié)省制造費(fèi)用。6、輸出電壓波形很難完美，需要采取措施加以修正。措施有：1）采用優(yōu)質(zhì)鐵芯；2）采用較小的設(shè)計(jì)磁通密度；3）采用適宜的調(diào)壓供電裝置；4）在試驗(yàn)變壓器的低壓側(cè)跨接若干濾波器。高電壓技術(shù)河北科技師范學(xué)院電氣教研室試驗(yàn)變壓器與電力變壓器的比較

試驗(yàn)變壓器電力變壓器電壓等級更高、容量不大，僅單相電壓等級高、容量大，分單相、三相工作在電容性負(fù)荷下工作在電感性負(fù)荷下允許發(fā)生短時(shí)短路不允許發(fā)生短路工作時(shí)間短工作時(shí)間長漏磁通較大漏磁通較小溫度比較低、無散熱要求溫度比較高、有散熱要求絕緣裕度小絕緣裕度大(二)試驗(yàn)變壓器串級裝置變壓器的體積和重量近似地與其額定電壓的三次方成比例。當(dāng)所需的工頻試驗(yàn)電壓很高（例如超過750kV）時(shí)，再采用單臺試驗(yàn)變壓器來產(chǎn)生在技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上不合理。

kV時(shí)，采用若干臺試驗(yàn)變壓器組成串級裝置來滿足要求。高電壓技術(shù)河北科技師范學(xué)院電氣教研室多臺變壓器串級聯(lián)接的方法是：將它們的高壓繞組串聯(lián)起來，使它們的高壓側(cè)電壓疊加后得到較高的輸出電壓。優(yōu)點(diǎn)：每臺變壓器的絕緣要求和結(jié)構(gòu)可大大簡化，減輕絕緣難度，降低總價(jià)格。常用的串級聯(lián)接方法是自耦式聯(lián)接，高一級變壓器的激磁電流由前一級變壓器高壓繞組的一部分來供給。高電壓技術(shù)河北科技師范學(xué)院電氣教研室

由兩臺單套管試驗(yàn)變壓器組成的串級裝置示意圖如圖5-2所示。

高電壓技術(shù)河北科技師范學(xué)院電氣教研室T1的高壓繞組一端和油箱相連（接地）另一端接一特殊的激磁繞組，給T2的低壓繞組4供電，T2的油箱的電位與T1的高壓繞組2的輸出端等電位（對地為U2）。必須用絕緣支柱Z將T2的油箱對地絕緣起來。T2的容量為T1的容量為

顯然，雖然這兩臺試驗(yàn)變壓器的初級電壓相同U1=U3，次級電壓也相同（U2），但它們的容量和高壓繞組結(jié)構(gòu)都不同，因而T1、T2不能互換位置。高電壓技術(shù)河北科技師范學(xué)院電氣教研室整套串級裝置的制造容量為串級裝置的輸出容量卻只有因而裝置的容量利用率高電壓技術(shù)河北科技師范學(xué)院電氣教研室（5-3）

級串級裝置的容量利用率

試驗(yàn)變壓器的臺數(shù)越多，容量利用率越低。這是串級裝置的固有缺點(diǎn)。因而通常很少采用的方案。高電壓技術(shù)河北科技師范學(xué)院電氣教研室二、工頻高壓試驗(yàn)的基本接線圖高電壓技術(shù)河北科技師范學(xué)院電氣教研室T--試驗(yàn)變壓器AV--調(diào)壓器F--保護(hù)球隙R1--保護(hù)電阻R2--球隙保護(hù)電阻高電壓技術(shù)河北科技師范學(xué)院電氣教研室調(diào)壓器可以是：1）自耦變壓器；2）感應(yīng)調(diào)壓器；3）移卷調(diào)壓器；4）電動-發(fā)電機(jī)組。工頻耐壓試驗(yàn)的實(shí)施方法：按規(guī)定的升壓速度提升作用在被試品TO上的電壓，直到它等于所需的試驗(yàn)電壓為止。保持1分鐘，沒有發(fā)現(xiàn)絕緣擊穿或局部損傷，可認(rèn)為合格通過。高電壓技術(shù)河北科技師范學(xué)院電氣教研室小結(jié)本節(jié)主要介紹了工頻高電壓的產(chǎn)生方法及其裝置。高壓試驗(yàn)變壓器的六大特點(diǎn)。當(dāng)所需試驗(yàn)電壓很高時(shí)，常采用串級裝置來產(chǎn)生所需高壓。工頻高電壓試驗(yàn)的基本接線圖和實(shí)施方法。高電壓技術(shù)河北科技師范學(xué)院電氣教研室被試品的電容量很大的場合（例如長電纜段、電力電容器等），用工頻交流高電壓進(jìn)行絕緣試驗(yàn)時(shí)會出現(xiàn)很大的電容電流，要求試驗(yàn)裝置具有很大的容量，很難做到。這時(shí)用直流高電壓試驗(yàn)來代替工頻高電壓試驗(yàn)。直流輸電工程的增多也促使直流高電壓試驗(yàn)的廣泛應(yīng)用。第二節(jié)直流高電壓試驗(yàn)高電壓技術(shù)河北科技師范學(xué)院電氣教研室一、直流高電壓的產(chǎn)生將工頻高電壓經(jīng)高壓整流器變換成直流高電壓。利用倍壓整流原理制成的直流高壓串級裝置（或稱串級直流高壓發(fā)生器)能產(chǎn)生出更高的直流試驗(yàn)電壓。高電壓技術(shù)河北科技師范學(xué)院電氣教研室（一）高壓整流器——高壓硅整流器：其額定反峰電壓可高達(dá)200~300KV

主要技術(shù)參數(shù)額定整流電流通過整流器的正向電流在一個周期內(nèi)的平均值。額定反峰電壓當(dāng)整流器阻斷時(shí)，其兩端容許出現(xiàn)的最高反向電壓峰值。高電壓技術(shù)河北科技師范學(xué)院電氣教研室

電路空載RL=∞,則電容充電完畢后，C上的直流電壓Uc將近似等于變壓器高壓側(cè)交流電壓的幅值Um而整流器兩端承受的反向電壓應(yīng)為Uc和變壓器高壓側(cè)電壓之和最大反向電壓高電壓技術(shù)河北科技師范學(xué)院電氣教研室以最簡單的半波整流回路為例整流器額定反峰電壓應(yīng)大于濾波電容器上可能出現(xiàn)的最大電壓的2倍。當(dāng)接有負(fù)載時(shí)（），電容上的電壓出現(xiàn)脈動現(xiàn)象，如圖5-6所示。高電壓技術(shù)河北科技師范學(xué)院電氣教研室電容上整流電壓最大值將不可能再等于Um，而是要低一個ΔU。在整流器截止?fàn)顟B(tài)時(shí)，C上的電壓不再恒定而是向RL放電而逐漸下降。到最小值，即下一個充電周期，出現(xiàn)電壓脈動現(xiàn)象。幅值為＆U整流回路的基本技術(shù)參數(shù)：額定平均輸出電壓：額定平均輸出電流：高電壓技術(shù)河北科技師范學(xué)院電氣教研室半波整流能夠獲得的最高直流電壓為電源交流電壓的幅值Um。電壓脈動系數(shù)（紋波系數(shù)）：

對半波整流回路

（5-4）高電壓技術(shù)河北科技師范學(xué)院電氣教研室可見，負(fù)載電阻越小，輸出電壓脈動幅度越大；增大濾波電容或提高電源頻率可以減小脈動。一般要求S不大于5%。----電壓脈動幅度(二)倍壓整流回路高電壓技術(shù)河北科技師范學(xué)院電氣教研室前兩種可獲得等于的直流電壓，而后一種可以獲得等于的直流電壓。在電壓不變的情況下

變壓器兩端不接地的情況實(shí)質(zhì)上是兩個半波整流回路的疊加變壓器一端接地的情況（三）串級直流高壓發(fā)生器利用圖5-7（b）中的倍壓整流電路作為基本單元，多級串聯(lián)起來即可組成一臺串級直流高壓發(fā)生器，如圖5-8所示。在理想情況下，可以獲得空載輸出電壓等于2nUm（n為級數(shù)）。其充電過程很復(fù)雜，為了便于理解：高電壓技術(shù)河北科技師范學(xué)院電氣教研室串級裝置的充電過程可利用圖5-9所示的直流電源和經(jīng)聯(lián)動切換開關(guān)S給各臺電容器充電的過程來加以說明。高電壓技術(shù)河北科技師范學(xué)院電氣教研室C1C2C3C4第一次Ⅰ位EⅡ位0E第二次Ⅰ位E1/2E1/2EⅡ位3/4E5/4E1/4E1/4E第三次Ⅰ位

E

3/4E3/4EⅡ位7/8E13/8E1/2E1/2E2E2E高電壓技術(shù)河北科技師范學(xué)院電氣教研室二、直流高電壓試驗(yàn)的特點(diǎn)和應(yīng)用范圍用直流高壓發(fā)生器GD代替4-3泄露電流實(shí)驗(yàn)接線中的整流電源部分，如高壓靜電電壓表PV2的量程不夠，可用球隙測壓器F。最常見的直流高壓試驗(yàn)是為某些交流電氣設(shè)備作絕緣預(yù)防性試驗(yàn)項(xiàng)目之一的直流耐壓試驗(yàn)。與交流耐壓試驗(yàn)相比，直流耐壓試驗(yàn)具有以下特點(diǎn)：

1、只有微安級泄漏電流，試驗(yàn)設(shè)備的容量較小。

2、試驗(yàn)時(shí)可同時(shí)測量泄漏電流，由所得的“電壓－電流”曲線能有效地顯示絕緣內(nèi)部的集中性缺陷或受潮。高電壓技術(shù)河北科技師范學(xué)院電氣教研室3、用于旋轉(zhuǎn)電機(jī)時(shí)，能使電機(jī)定子繞組的端部絕緣也受到較高電壓的作用，發(fā)現(xiàn)端部絕緣中的缺陷。4、具非破壞性試驗(yàn)的性質(zhì)。單純作泄漏試驗(yàn)時(shí)電壓低5、直流電壓下，絕緣內(nèi)的電壓分布由電導(dǎo)決定，因而與交流運(yùn)行電壓下的電壓分布不同，所以它對交流電氣設(shè)備的絕緣考驗(yàn)不如交流耐壓試驗(yàn)?zāi)菢咏咏鼘?shí)際。高電壓技術(shù)河北科技師范學(xué)院電氣教研室高電壓技術(shù)河北科技師范學(xué)院電氣教研室對于絕大多數(shù)組合絕緣來說，它們在直流電壓下的電氣強(qiáng)度遠(yuǎn)高于交流電壓下的電氣強(qiáng)度，因而交流電氣設(shè)備的直流耐壓試驗(yàn)必須提高試驗(yàn)電壓。例如：的交流油紙絕緣電纜的直流試驗(yàn)電壓高達(dá)。的交流油紙絕緣電纜的直流試驗(yàn)電壓高達(dá)。加壓時(shí)間要延長到10~15min，在此期間泄漏電流保持不變或稍有下降，表示絕緣狀態(tài)滿意，試驗(yàn)合格通過。直流高電壓的廣泛應(yīng)用除了上述直流耐壓試驗(yàn)。對各種直流輸電設(shè)備的直流高壓試驗(yàn)，例如：各種典型氣隙的直流擊穿特性超高壓直流輸電線上的直流電暈及其各種派生效應(yīng)。各種絕緣材料和絕緣結(jié)構(gòu)在直流高壓下的電氣性能。各種直流輸電設(shè)備的直流耐壓試驗(yàn)。高電壓技術(shù)河北科技師范學(xué)院電氣教研室獲得直流高電壓的方法有高壓整流器和串級直流高壓發(fā)生器。本小節(jié)介紹了用這兩種方法產(chǎn)生直流高壓的原理。直流高壓試驗(yàn)的特點(diǎn)。直流高電壓在各領(lǐng)域獲得越來越廣泛的應(yīng)用。小結(jié)高電壓技術(shù)河北科技師范學(xué)院電氣教研室研究電氣設(shè)備在運(yùn)行中遭受雷電過電壓和操作過電壓的作用時(shí)的絕緣性能。許多高壓試驗(yàn)室中都裝設(shè)了沖擊電壓發(fā)生器，用來產(chǎn)生試驗(yàn)用的雷電沖擊電壓波和操作沖擊電壓波。高壓電氣設(shè)備在出廠試驗(yàn)、型式試驗(yàn)時(shí)或大修后都必須進(jìn)行沖擊高壓試驗(yàn)。第三節(jié)沖擊高電壓試驗(yàn)高電壓技術(shù)河北科技師范學(xué)院電氣教研室一、沖擊電壓發(fā)生器（一）基本回路

標(biāo)準(zhǔn)雷電沖擊全波采用的是非周期性雙指數(shù)波。（5-5）

——波尾時(shí)間常數(shù)

——波前時(shí)間常數(shù)高電壓技術(shù)河北科技師范學(xué)院電氣教研室世界上最大的沖擊電壓發(fā)生器的標(biāo)稱電壓已高達(dá)7200kV或更高。

高電壓技術(shù)河北科技師范學(xué)院電氣教研室τ1---波尾時(shí)間常數(shù)Τ2----波前時(shí)間常數(shù)

波尾，波前，高電壓技術(shù)河北科技師范學(xué)院電氣教研室τ1＞＞τ2，所以在波前范圍內(nèi)，前項(xiàng)約等于1，即：在波尾范圍內(nèi)，后項(xiàng)約等于0，即：高電壓技術(shù)河北科技師范學(xué)院電氣教研室沖擊電壓幅值：高效率回路放電回路的利用系數(shù)或效率把R1移到R2的后面去

為了滿足其他方面的要求，實(shí)際沖擊電壓發(fā)生器采用圖5-19的回路。這時(shí)R1被拆成R11和R12兩部分。

放電回路的利用系數(shù)或效率，介于上面兩種回路之間（5-10）高電壓技術(shù)河北科技師范學(xué)院電氣教研室阻尼電阻，阻尼回路中的寄生振蕩波前電阻，專門調(diào)節(jié)波前時(shí)間T1，其阻值可調(diào)。（二）多級沖擊電壓發(fā)生器的工作原理單級沖擊電壓發(fā)生器能產(chǎn)生的最高電壓一般不超過200～300kV。沖擊高電壓試驗(yàn)所產(chǎn)生的沖擊電壓往往高達(dá)數(shù)兆伏，因而采用多級疊加的方法來產(chǎn)生波形和幅值都能滿足需要的沖擊高電壓波。高電壓技術(shù)河北科技師范學(xué)院電氣教研室多級沖擊電壓發(fā)生器原理接線圖高電壓技術(shù)河北科技師范學(xué)院電氣教研室波尾電阻R2波前電容C2幅值接近于-4Ucη這種回路由充電狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榉烹娺^程，是利用一系列火花球隙來實(shí)現(xiàn)。它們在充電過程中都不被擊穿，因而所在支路呈開路狀態(tài)。基本原理：并聯(lián)充電，串聯(lián)放電。

并聯(lián)充電，串聯(lián)放電高電壓技術(shù)河北科技師范學(xué)院電氣教研室波尾電阻R2波前電容C2電壓為Uc的整流電源各電容器由Uc充電，電壓上升速度不同，最前面的電容充電最快，如時(shí)間足夠長，全部電容幾乎都能充電到電壓Uc如圖電壓為負(fù)極性。R稱為充電電阻，充電時(shí)不起作用，放電時(shí)作用大，達(dá)數(shù)萬歐一旦第一對火花球隙F1被擊穿，其他依次被擊穿。串聯(lián)狀態(tài)的電容器立即由充電狀態(tài)轉(zhuǎn)為放電過程。第一對火花球隙F1稱為“點(diǎn)火球隙”。R阻值大，相當(dāng)于開路。

方式二：使各級電容器充電到一個略低于F1擊穿電壓的水平上，處于準(zhǔn)備動作的狀態(tài)，然后利用點(diǎn)火裝置產(chǎn)生一點(diǎn)火脈沖，送到點(diǎn)火球隙F1

中的一個輔助間隙上使之擊穿并引起F1的主間隙擊穿，以起動整套裝置。

不論何種方式，保證全部球隙均能跟隨F1的點(diǎn)火作同步擊穿沖擊電壓發(fā)生器的起動方式：方式一：自起動，只要將點(diǎn)火球隙F1的極間距離調(diào)節(jié)到使其擊穿電壓等于所需的充電電壓，當(dāng)F1上的電壓上升到等于時(shí)，F(xiàn)1即自行擊穿，起動整套裝置。

高電壓技術(shù)河北科技師范學(xué)院電氣教研室（三）沖擊電壓發(fā)生器的近似計(jì)算高電壓技術(shù)河北科技師范學(xué)院電氣教研室忽略R2的存在，波前式中波前時(shí)間常數(shù)根據(jù)沖擊視在波前時(shí)間T1的定義，見上圖：高電壓技術(shù)河北科技師范學(xué)院電氣教研室C1﹥﹥C2，由以上兩式可以解得沖擊電壓視在波前時(shí)間（5-16）高電壓技術(shù)河北科技師范學(xué)院電氣教研室在沖擊電壓波形圖中，ΔABD與ΔO’CF相似，從而有：C2上的電壓u2可近似用下式表示式中波尾時(shí)間常數(shù)視在半峰時(shí)間高電壓技術(shù)河北科技師范學(xué)院電氣教研室在決定半峰值時(shí)間T2時(shí)，忽略R11和R12的作用，近似的認(rèn)為C1和C2并聯(lián)起來向R2放電。根據(jù)半峰值時(shí)間的定義：計(jì)算只能作為參考，真正的波形還得依靠實(shí)測，并以其結(jié)果為依據(jù)進(jìn)一步調(diào)整回路參數(shù)T1和R12，直到獲得所需的試驗(yàn)電壓波形為止。

利用所要求的試驗(yàn)電壓波形（例如1.2/50s）求出各個回路參數(shù)值：

通常取的阻值應(yīng)盡可能取小一些，幾十歐姆即可，高效率回路的情況下，高電壓技術(shù)河北科技師范學(xué)院電氣教研室除了雷電沖擊全波外，國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定帶繞組的變壓器類設(shè)備還要用標(biāo)準(zhǔn)沖擊截波進(jìn)行耐壓試驗(yàn)，以模擬運(yùn)行條件下因氣隙或絕緣子在雷電過電壓下發(fā)生擊穿或閃絡(luò)時(shí)出現(xiàn)的截波對繞組絕緣的作用。高電壓技術(shù)河北科技師范學(xué)院電氣教研室圖1-16雷電截波T1－波前時(shí)間；Tc－截?cái)鄷r(shí)間IEC和國標(biāo)規(guī)定為：

T1＝1.2μs±30％Tc=2～5μs產(chǎn)生雷電沖擊截波的原理：試品上并聯(lián)一個適當(dāng)?shù)慕財(cái)嚅g隙，讓它在雷電沖擊全波的作用下?lián)舸饔迷谠嚻飞系木褪且粋€截波。對截?cái)嘌b置的要求是放電分散性小和能準(zhǔn)確控制截?cái)鄷r(shí)間。高電壓技術(shù)河北科技師范學(xué)院電氣教研室圖5－24表示采用三電極針孔球隙和延時(shí)回路的截?cái)嘌b置原理圖球隙主間隙F的自放電電壓被整定得略高于發(fā)生器送出的全波電壓，在全波電壓加到截?cái)嚅g隙的同時(shí)，從分壓器分出某一幅值的起動電壓脈沖，經(jīng)過延時(shí)回路Y再送到下球的輔助觸發(fā)間隙f上去，f擊穿后將立即引發(fā)主間隙F的擊穿而形成載波。高電壓技術(shù)河北科技師范學(xué)院電氣教研室延時(shí)回路可采用延時(shí)電纜段，調(diào)節(jié)電纜的長度即可改變主間隙的擊穿時(shí)刻和沖擊全波的截?cái)鄷r(shí)間。延時(shí)回路Y二、操作沖擊試驗(yàn)電壓的產(chǎn)生

國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：額定電壓大于220kV的超高壓電氣設(shè)備在出廠試驗(yàn)、型式試驗(yàn)中，不能象220kV及以下的高壓電氣設(shè)備那樣以工頻耐壓試驗(yàn)來等效取代操作沖擊耐壓試驗(yàn)。沖擊電壓波及其產(chǎn)生方法分為兩大類：高電壓技術(shù)河北科技師范學(xué)院電氣教研室（一）非周期性雙指數(shù)沖擊長波

國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)波形為250/2500

。高電壓技術(shù)河北科技師范學(xué)院電氣教研室圖1-17操作沖擊試驗(yàn)電壓波形（a）非周期性雙指數(shù)沖擊波；（b）衰減振蕩波非周期性雙指數(shù)沖擊長波特別適合于進(jìn)行各種氣隙的操作沖擊擊穿試驗(yàn)（在這種波形的操作波下，氣隙的電氣強(qiáng)度最低），這種操作沖擊波通常均利用現(xiàn)成的沖擊電壓發(fā)生器來產(chǎn)生，原理上與產(chǎn)生雷電沖擊波時(shí)沒有什么不同。此時(shí)的波前時(shí)間和半峰值時(shí)間都顯著增長了。因此在選擇發(fā)生器的電路形式和元件參數(shù)時(shí)，應(yīng)注意以下兩個問題：（1）為了大大拉長波前，或在回路中串接外加電感L，或?qū)㈦娐分蠷1的阻值顯著加大，這樣做都會使發(fā)生器的利用系數(shù)η明顯降低，為使發(fā)生器的利用系數(shù)降低不是很多，需采用高效率回路。但其值一般也只有0.5～0.6。高電壓技術(shù)河北科技師范學(xué)院電氣教研室（2）計(jì)算操作波回路參數(shù)時(shí)：不能用前面介紹的雷電波時(shí)的近似計(jì)算法來計(jì)算操作波回路參數(shù)；要考慮充電電阻R對波形和發(fā)生器效率的影響。因?yàn)檫@時(shí)波前電阻R1和波尾電阻R2的值都已顯著增大，而充電電阻R不能跟著加大，因而R對放電過程的影響相對增大。高電壓技術(shù)河北科技師范學(xué)院電氣教研室（二）衰減振蕩波圖5-25中為IEC所推薦采用的一種操作波發(fā)生裝置，主要利用現(xiàn)成的高壓試驗(yàn)變壓器來達(dá)到目的。

高電壓技術(shù)河北科技師范學(xué)院電氣教研室調(diào)波電阻調(diào)波電容高電壓技術(shù)河北科技師范學(xué)院電氣教研室主電容C預(yù)先由整流電源充電到U0，然后讓它通過球隙F的擊穿而對T的初級繞組放電。在T的高壓繞組產(chǎn)生出高壓操作波。具體波形的產(chǎn)生通過調(diào)節(jié)R1和C1而得到。這種操作波及其產(chǎn)生方法特別適用于電力變壓器的現(xiàn)場試驗(yàn)，因?yàn)樗菰S省去高壓試驗(yàn)變壓器，而電力變壓器既是被試品，又起試驗(yàn)變壓器的作用。圖中其他器件都不大，容易運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場再組裝起來進(jìn)行試驗(yàn)。三、絕緣的沖擊高壓試驗(yàn)方法

電氣設(shè)備內(nèi)絕緣的雷電沖擊耐壓試驗(yàn)采用三次沖擊法，即對被試品施加三次正極性和三次負(fù)極性雷電沖擊試驗(yàn)電壓。（1.2/50全波）。對變壓器和電抗器類設(shè)備的內(nèi)絕緣，還要進(jìn)行雷電沖擊截波（1.2/2～5)耐壓試驗(yàn)。 在進(jìn)行內(nèi)絕緣沖擊全波耐壓試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)在被試品上并聯(lián)一球隙，并將它的放電電壓整定得比試驗(yàn)電壓高15％～20％。使并聯(lián)球隙發(fā)揮保護(hù)作用。高電壓技術(shù)河北科技師范學(xué)院電氣教研室進(jìn)行內(nèi)絕緣沖擊高壓試驗(yàn)時(shí)的一個難題是如何發(fā)現(xiàn)絕緣內(nèi)的局部損傷或故障，因?yàn)闆_擊電壓的作用時(shí)間很短，有時(shí)在絕緣內(nèi)遺留下非貫通性局部損傷，很難用常規(guī)的測試方法揭示出來，例如電力變壓器繞組匝間和線餅間絕緣發(fā)生故障后，往往沒有明顯的異樣。發(fā)現(xiàn)絕緣內(nèi)的局部損傷或故障，目前用得最多的監(jiān)測方法是拍攝變壓器中性點(diǎn)處的電流示波圖。電力系統(tǒng)外絕緣的沖擊高壓試驗(yàn)通常采用15次沖擊法，即施加正負(fù)極性沖擊全波試驗(yàn)電壓各15次。時(shí)間間隔不小于1Min，若擊穿或閃絡(luò)的閃數(shù)不超過2次，即可認(rèn)為該外絕緣試驗(yàn)合格。高電壓技術(shù)河北科技師范學(xué)院電氣教研室小結(jié)沖擊高壓發(fā)生器用來產(chǎn)生試驗(yàn)用的雷電沖擊電壓波和操作沖擊電壓波。本節(jié)介紹了獲得雷電沖擊電壓全波、雷電沖擊截波、操作沖擊試驗(yàn)電壓的原理及其參數(shù)的近似計(jì)算。絕緣的沖擊高電壓試驗(yàn)方法，重點(diǎn)介紹了三次沖擊法和15次沖擊法。高電壓技術(shù)河北科技師范學(xué)院電氣教研室高電壓試驗(yàn)除了要有產(chǎn)生各種試驗(yàn)電壓的高壓設(shè)備，還必須要有能測量這些高電壓的儀器和設(shè)備。電力系統(tǒng)中，廣泛應(yīng)用電壓互感器配上低電壓表來測量高電壓；但此法在試驗(yàn)室中用得很少。試驗(yàn)室條件下廣泛應(yīng)用高壓靜電電壓表、峰值電壓表、球隙測壓器、高壓分壓器等儀器測量高電壓。國標(biāo)規(guī)定，高電壓的測量誤差一般應(yīng)控制在±3％以內(nèi)。

第四節(jié)高電壓測量技術(shù)高電壓技術(shù)河北科技師范學(xué)院電氣教研室

兩個特制的電極間加上電壓，電極間就會受到靜電力的作用，而且的大小與的數(shù)值有固定關(guān)系，設(shè)法測量的大小就確定所加電壓的大小。利用這一原理制成的儀表即為靜電電壓表，它可以用來測量低電壓，也可以在高壓測量中得到應(yīng)用。高電壓技術(shù)河北科技師范學(xué)院電氣教研室一、高壓靜電電壓表若高壓靜電電壓表采用的是消除了邊緣效應(yīng)的平板電極，那么由靜電場理論，易求得但儀表不可能反映力的瞬時(shí)值，而只能反映其平均值。高電壓技術(shù)河北科技師范學(xué)院電氣教研室為了盡可能減少極間距離和儀表體積，極間應(yīng)采用均勻電場，所以高壓靜電電壓表的電極均采用消除了邊緣效應(yīng)的平板電極，如圖5-26所示。高電壓技術(shù)河北科技師范學(xué)院電氣教研室靜電電壓表的優(yōu)點(diǎn)

內(nèi)阻抗特別大，幾乎不消耗什么能量能測量相當(dāng)高的交流和直流電壓。配合使用分壓器可以測量更高的電壓，高電壓技術(shù)河北科技師范學(xué)院電氣教研室二、峰值電壓表：在不少場合，只需測量高電壓的峰值。例如，絕緣的擊穿就僅僅取決于電壓的峰值，峰值電壓表工作原理可分為兩類：（一）利用整流電容電流來測量交流高壓圖5-27（a）利用整流電容電流來測量交流高壓的峰值電壓表原理高電壓技術(shù)河北科技師范學(xué)院電氣教研室檢流計(jì)在Ic的正半周(二)利用電容器充電電壓來測量交流高壓（5-27b)圖5-27（b）利用電容器充電電壓來測量交流高壓的峰值電壓表原理高電壓技術(shù)河北科技師范學(xué)院電氣教研室靜電電壓表PVR串微安表PAUd為電容器C充電到某一電壓值。在RC≥20T的情況下，其誤差≤2.5%，如果測量沖擊電壓的峰值，上圖中的測量原理：沖擊電壓是速變的一次過程。所以C的電容量要大大減小。便于在很短的時(shí)間內(nèi)一次充好電。在選用沖擊峰值電壓表注意其輸入阻抗盡可能大一些。注意：被測電壓的波形必須是平滑上升的，否則就會加大誤差。注意事項(xiàng)：選用沖擊峰值電壓表時(shí)，要注意其響應(yīng)時(shí)間是否合適于被測波形的要求，并應(yīng)使其輸入阻抗盡可能大。利用峰值電壓表，可直接讀出沖擊電壓的峰值，與用球隙測壓器測峰值相比，可大大簡化測量過程。但是被測電壓波形必須是平滑上升的，否則就會產(chǎn)生誤差。指示儀表可以是指針式表計(jì)，也可以是具有存儲功能的數(shù)字式電壓表。高電壓技術(shù)河北科技師范學(xué)院電氣教研室三、球隙測壓器高電壓技術(shù)河北科技師范學(xué)院電氣教研室保護(hù)電阻

唯一能直接測量高達(dá)數(shù)兆伏的各類高壓峰值的測量裝置。

由一對直徑相同的金屬球構(gòu)成，測量誤差約2％～3％工作原理基于一定直徑（）的球隙在一定極間距離（）時(shí)的放電（擊穿）電壓為一定值。高電壓技術(shù)河北科技師范學(xué)院電氣教研室（一）球隙的優(yōu)點(diǎn)擊穿時(shí)延小，具有比較穩(wěn)定的放電電壓值和較高的測量精度。50%沖擊放電電壓與靜態(tài)（交流或直流）放電電壓的幅值幾乎相等。不必對濕度進(jìn)行校正。高電壓技術(shù)河北科技師范學(xué)院電氣教研室(二)球隙的放電電壓

國際電工委員會綜合比較了各國高壓試驗(yàn)室所得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)編制成標(biāo)準(zhǔn)球隙放電電壓表。R1為限流電阻，R2為球隙測壓器的專用保護(hù)電阻。高電壓技術(shù)河北科技師范學(xué)院電氣教研室確定50%的放電概率常用10次加壓法，即對球隙加上10次同樣的沖擊電壓，如有4～6次發(fā)生了放電，即可認(rèn)為已達(dá)到50％放電概率。用球隙測量沖擊電壓時(shí)，應(yīng)通過調(diào)節(jié)極距來達(dá)到50％放電概率，此時(shí)被測電壓即等于球隙在這一距離時(shí)的50％沖擊放電電壓。高電壓技術(shù)河北科技師范學(xué)院電氣教研室確定球隙或其他自恢復(fù)絕緣的50％沖擊放電電壓的方法：多極法

或固定電壓值，逐級調(diào)節(jié)球隙距離；或固定球隙距離，逐級改變所加沖擊電壓的幅值。得到放電概率P與所加電壓U（或球隙距離d)的關(guān)系曲線，從而得到P＝50％時(shí)的U50％（或d50%)

高電壓技術(shù)河北科技師范學(xué)院電氣教研室

升降法

預(yù)先估計(jì)一個大致50％擊穿電壓的2％～3％作為級差，凡是加壓引起擊穿，則下次加壓比上次低。反復(fù)加壓20～40次，分別統(tǒng)計(jì)各級電壓的加壓次數(shù)，高電壓技術(shù)河北科技師范學(xué)院電氣教研室加壓總次數(shù)加壓次數(shù)統(tǒng)計(jì)加壓總次數(shù)時(shí)注意：如果第一次加U’50%未引起擊穿，則從后來首先引起擊穿的那一次開始統(tǒng)計(jì)。如果第一次加U’50%即引起擊穿，則要從后來首先未發(fā)生擊穿的那一次開始統(tǒng)計(jì)。四、高壓分壓器被測電壓很高時(shí)，不但高壓靜電電壓表無法直接測量，就是球隙測壓器也無能為力。因?yàn)榍驑O直徑最大不能超過2米。