高电压技术实验教学

*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,高电压技术实验教学,高压教研室,实验一 绝缘电阻和泄漏电流的测量,测量绝缘电阻与吸收比的工作原理,测量绝缘电阻与吸收比的方法,泄漏电流的测量,1.,测量绝缘电阻与吸收比的工作原理,双层介质模型的电流时间特性,双层介质等值电路图,吸收和泄漏电流及绝缘电阻的变化曲线,在工程应用上，把介质处在吸收过程时的,U/i,也称为绝缘电阻,R,吸收和泄漏电流及绝缘电阻的变化曲线,定义吸收比,K,：,加压,60,秒时的绝缘电阻与,15,秒时绝缘绝缘电阻之比值,定义极化指数,P,：,为加压,10,分钟时的绝缘电阻与,1,分钟时电阻之比值,绝缘状态的判定：,若绝缘内部有集中性导电通道，或绝缘严重受潮，则电阻,R1,、,R2,会显著降低，泄漏电流大大增加，时间常数,大为减小，吸收电流迅速衰减。即使绝缘部分受潮，只要,R1,与,R2,中的一个数值降低，,值也会大为减小，吸收电流仍会迅速衰减，仍可造成吸收比,K,（及极化指数,P,，下同）的下降。当,K,1,或接近于,1,，则设备基本丧失绝缘能力。,不同绝缘状态下的绝缘电阻的变化曲线,2.,测量绝缘电阻与吸收比的方法,测量仪表：,兆欧表,摇表：,带有手摇直流发电机的兆欧表，俗称摇表,晶体管兆欧表：,采用电池供电，晶体管振荡器产生交变电压，经变压器升压及倍压整流后输出直流电压,兆欧表的电压：,500,、,1000,、,2500,、,5000V,等,兆欧表选择：,根据设备电压等级的不同，选用不同电压的兆欧表。例：额定电压,1kV,及以下者使用,1000V,兆欧表；,1kV,以上者使用,2500V,兆欧表,兆欧表的原理结构图,例：,用兆欧表测量电缆绝缘电阻,用兆欧表测电缆绝缘电阻的接线图,1,铅铠外皮,2,绝缘,3,导芯,测量绝缘电阻能发现的缺陷：,总体绝缘质量欠佳,绝缘受潮,两极间有贯穿性的导电通道,绝缘表面情况不良,测量绝缘电阻不能发现的缺陷：,绝缘中的局部缺陷,绝缘的老化,测量绝缘电阻注意事项：,试验前后将试品接地放电,高压测试连线架空,测吸收比和极化指数时，应待电源电压稳定后再接入试品,防止试品向兆欧表反向放电,绕组的影响,绝缘电阻与温度的关系,微安表直读法（两种接法）,测量电力变压器主绝缘泄漏电流的接线,T1,调压器；,T2,高压试验变压器；,D,高压硅堆,R,保护电阻；,C,滤波电容；,T,被试变压器,3.,泄漏电流的测量,直流电源的要求：,输出电压（幅值、极性）,输出电流,电源保护（保护电阻，放电管、并联电容、旁路开关）,注意事项：,与测绝缘电阻相同,电压保持时间,1,分钟（待电容电流和吸收电流充分衰减），泄漏电流稳定,试验特点：,所加直流电压较高，可以发现一些兆欧表不能发现的缺陷,直流电压逐渐升高，可观察电流与电压关系的线性度,线性刻度，能精确读取,实验二 介质损耗角正切的测量,西林电桥的基本原理,存在外界电磁场干扰时的测量,测试功效,注意事项,测试无线电材料：常采用高频施压法，所加的电压不高,电工界：最常用的是西林电桥法,在线监测：采用微机对,tg,进行测量,1.,西林电桥的基本原理,西林电桥：,高压臂：,代表试品的,Z,1,；无损耗的标准电容,CN,，它以阻抗,Z,2,作为代表。,低压臂：,处在桥箱体内的可调无感电阻,R,3,，以,Z3,来代表；无感电阻,R,4,和可调电容,C,4,的并联，以,Z,4,来代表,保护：,放电管,P,电桥平衡：,检流计,G,检零,屏蔽：,消除杂散电容的影响,电桥的平衡条件：,Z,1,/Z,3,= Z,2,/Z,4,串联等值回路,tg,=R,4,C,4,C,x,= R,4,CN/R,3,并联等值回路,tg,=R,4,C,4,C,x,= R,4,CN/R,3,(1+tg,2,),C,x,：因为,tg,2,极小，故两种等值电路的,C,x,相等,西林电桥的基本回路,屏蔽：,杂散电容：,高压引线与低压臂之间有电场的影响，可看作其间有杂散电容,C,s,。由于低压臂的电位很低，,C,x,和,CN,的电容量很小，如,CN,一般只有,50,100pF,，杂散电容,C,s,的引入，会产生测量误差。若附近另有高压源，其间的杂散电容,C,s1,会引入干扰电流,i,S,，也会造成测量误差,需要屏蔽，消除杂散电容的影响,西林电桥的基本回路,2.,存在外界电磁场干扰时的测量,现场试品：难以实现屏蔽，干扰较严重,两次测量法：第一次测得,tg,1,和,C,x,，然后倒换试验变压器原边电源线的两头,(,试验电压,U,的相位转,180,),，测得第二次的数值,tg,2,和,C,x,，,可用下式计算得准确的,tg,和,C,x,值：,磁场干扰时介损的测量,检流计正反接抗磁场干扰的原理：,设无磁干扰时，两个测量臂的数值分别为,R,3,和,C,4,；设存在磁干扰时，两个测量臂的数值分别为,(R,3,+,R,3,),和,(C,4,+,C,4,),；把检流计和电桥两臂相接的两端倒换一下，两个测量臂的数值将分别为,(R,3,R,3,),和,(C,4,C,4,),当检流计正接时测得：,当检流计反接时测得：,因无磁场干扰时：,故可得：,测试功效,有效,受潮,穿透性导电通道,气泡电离、绝缘分层、脱壳,绝缘老化劣化,绝缘油脏污、劣化,无效,局部损坏,小部分绝缘的老化劣化,个别绝缘弱点,注意事项,分部测试,与温度的关系,与试验电压的关系,护环和屏蔽,实验三 工频高压试验,交流耐压：是交流设备的基本耐压方式。适用于,220kV,以下的电力设备。 以变压器为例，如图所示,1.,工频高压的产生,工频高压试验变压器,特点,外形结构,2.,工频高压的测量,工频高压的测量,测量球隙,稍不均匀,-,Ub,偏差小于,3%,静电电压表,0-1MHz,，,量程小于,200kV,分压器配用低压仪表,电容分压，注意杂散电容影响，措施,-,屏蔽,高压电容器配用整流装置,3.,杂散参数的影响,工频分压器测压电路（杂散参数的影响）,实验四 直流高压试验,在被试品的电容量很大的场合，用工频交流高电压进行绝缘试验时会出现很大的电容电流，这就要求工频高压试验装置具有很大的容量，这时常用直流高电压试验来代替工频高电压试验。,工频高电压,-,整流器,-,直流高压，倍压整流,-,直流高压串级装置,-,更高直流电压。,T,V,1,V,2,C,1,C,2,(a),T,V,1,V,2,C,1,C,2,(b),T,V,1,V,2,V,3,C,1,C,2,C,3,(c),几种倍压整流回路,(a),经整流器,V1,向电容器,C1,充电，负半波则经,V2,向,C2,充电，最后,C1,和,C2,上的电压均达到,Um,，,在输出端得到,2Um,的直流高压。,(b),负半波期间经,V1,向,C1,充电，而正半波期间电源与,C1,串联起来经,V2,向,C2,充电，,C2,上也可得,2Um,的直流高压。,(c),由,(b),演变来的，可以得到,3Um,的直流高压。,串级直流高压发生器,利用,(b),中的倍压整流电路为基本单元，多级串联起来即可组成一台串级直流高压发生器。,理想情况可获得空载输出电压等于,2nUm(n,为级数,),C,C,C,C,C,C,输出,串级直流高压发生器原理图,实验五 冲击高压试验,冲击电压波形,冲击电压发生器原理,冲击电压发生器结构,冲击电压测量,雷电冲击高压试验,雷电冲击耐压考验电力设备承受雷电过电压的能力。只在制造厂进行本项试验，因为试验会造成绝缘的积累效应，所以在规定的试验电压下只施加,3,次冲击。,国家标准规定额定电压,220kV,，,容量,120MVA,的变压器出厂时应进行本项试验。,操作冲击高压试验,330kV,电力设备的出厂试验应进行本项试验。,在电力系统现场进行各个电压等级变压器的耐压试验时，可采用操作冲击感应耐压方式来取代工频耐压试验。由于利用被试变压器自身的电磁感应作用来升高电压，所以冲击电源装置电压较低，装备比较简单。而且试验本身不会在绝缘中产生残留性损伤。,a.,雷电冲击电压波,国标规定：,1.,冲击电压波形,b.,操作冲击电压波,国标规定：,冲击电压的一般表达式：,u,2,= U,1,exp,（,-t/,1,）,- exp,（,-t/,2,）,时间常数：,1,和,2,1.2/50s,的雷电波：,1,2,u,2,由两个指数分量相加构成,波前时间,T,f,由较小的时间常数,2,决定；,半峰值时间,T,t,由相对大得多的时间常数,1,决定,波头的形成：,放电电阻,R,t,，,球隙,g,0,放电后，电压,u,2,上升。,T,f,=3.24R,f,C,1,C,2,/,（,C,1,C,2,）,因,C,1,C,2,，,T,f,3.24R,f,C,2,波尾的形成：,电压,u,2,到达峰值,U,2m,后，电容,C,1,和,C,2,一起经过电阻,R,t,放电。因一般,C,1,C,2,，,放电快慢主要决定于,C,1,T,t,0.69R,t,(C,1,C,2,)0.69R,t,C,1,C,2,上电压,u,2,的波形,波前,波尾,2.,冲击电压发生器的基本原理,冲击电压发生器概念：冲击电压发生器由一组并联的储能高压电容器，自直流高压源充电几十秒钟后，通过铜球突然经电阻串联放电，在试品上形成陡峭上升前沿的冲击电压波形。冲击波持续时间以微秒计，电压峰值一般为几十,kV,至几,MV,发明人：产生较高电压的冲击发生器多级回路，首先由德国人,E.,马克思（,E.Marx,）,提出，为此他于,1923,年获得专利，被称为马克思回路,a.,单级冲击电压发生器回路,回路,1,回路,2,由于受到硅堆和电容器额定电压的限制，单级冲击电压发生器的最高电压不超过,200300kV,。,正极性冲击电压,负极性冲击电压,b.,多级冲击电压发生器回路,T,：,供电高压变压器；,D,：,整流用高压硅堆；,r,：,保护电阻；,R,：,充电电阻；,rd,：每级的阻尼电阻；,C,：,每级的主电容；,Cs,：,每级相应点的对地杂散电容；,g,1,：,点火球隙；,g,2,g,4,：,中间球隙；,g,0,：,隔离球隙；,“电容器并联充电，而后串联放电”,电阻,R,的连接与隔离作用：,在充电时起电路的连接作用；放电时则起隔离作用,电容并联串联转换方法：,诸电容由并联变成串联是靠一组球隙分别处于绝缘和放电来达到,杂散电容与同步：,实际上因杂散电容,Cs,是很小的，所以各中间球隙在放电前所作用到的过电压时间非常短促。为使诸球隙易于同步放电，在采用简单球隙的条件下，它们应排列成相互能够放电（紫外线）照射的状态。,阻尼电阻：,为了防止杂散电感和对地分布的杂散电容引起高频振荡，电路中分布放置了阻尼电阻,r,d,，一般每级为,5,25,。若级数为,n,，阻尼电阻的串联总值,nr,d,称作为,R,d,。,R,d,也起着调节波前时间的作用，但在放电时它与,Rt,会造成分压，使输出的电压有所降低。,发生器电压效率,C,1,/(C,1,C,2,)R,t,/(R,d,R,t,),放电时基本回路的等值回路,这意味着输出电压,u,2,的峰值,U,2m,低于电容,C,1,上的初始充电压,U,1,。,它是由于,C,1,与,C,2,之间的分压和,R,t,与,R,d,之间的分压造成的,c.,高效冲击电压发生器回路,冲击电压发生器高效回路接线,r,f,：,每级的波前电阻，一般约几十欧；,r,t,：,每级的放电电阻，通常约几百欧；,C,2,：,负荷电容，其值不仅取决于试品，而且与调波相关。一般处于几百皮法至几个纳法间,冲击电压发生器回路接线,等值电路,3.,冲击电压发生器结构,4.,冲击电压的测量,球隙测电压峰值,分压器配用示波器、峰值电压表、数字记录仪等,分压器类型：电阻型、电容型、阻容并联型、阻容串联型,