电气破坏性试验

1二、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22.1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/T596）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方法：1min工频耐压试验3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最高工作电压kV线端交流试验电压值kV中性点交流试验电压值kV全部更换部分更换绕组全部更换部分更换绕组3540.5857285726672.5140120140120110126.0200170（195）9580220252.036039530633685（200）72（170）330363.046051039143485（230）72（195）500550.0630680536578851407212042.1.1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。fCUI222fCUP5（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。6（续）12345625677UU21U21UXA)(b123456U)(a7二串级试验变压器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8各级试验变压器的容量不一样，T1的容量为T2的容量为总的制造容量为而串级装置的输出容量为串级装置的容量利用率为不难求出n级串级装置的容量利用率为（续）2233221112IUIUIUIUP33222IUIUP22213IUPPP22/2IUP32/PP12n9102.1.2工频耐压试验的基本接线调压器AmA1V2VT1R2RTVGxC)(aKrKxxC)(b)(c1UxCIUxCIUKrUKxU1U原理接线图简化等值电路图相量图容升效应与串联谐振112.1.3工频谐振耐压试验12TYUUc(a)BUcILRC(b)UCcXLXRUCcXIXU2)(2CLXX谐振时11CRRLRXRXQCLQUIQUIPQiC品质因素CLcXRUXRUUQUUCCQQP1解决容量不够的问题谐振时，Q112工频谐振耐压试验的优点1减少电源容量（包括变压器、调压器等）2试品击穿时的故障电流减小3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132.2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。142.2.1直流高压的获得一半波整流和全波整流mUmaxUminUavuUU22minmaxUUUavLavavRUIavUUSCfRUULav2高压硅堆承受两倍的电源电压电压脉动系数RVTCRLR’15一半波整流和全波整流D1TCRLD2D3D4moUU21mDUU2moUUmDUUD1TCRLD216二倍压整流回路(a)两倍电压（b)两倍电压T1C2C1V2VT1V2V1C2C1231C2CT2V1V3C3V（c）三倍电压带上负载后，三种倍压装置的输出电压会降低，并出现脉动17倍压整流回路tu0u1Umtu0u22Umtu0u1Umtu0u22Umtu0u32UmT1V2V1C2C12318三串级直流高压装置空载时，各点电压为：0T11C243C352C4CmU41V2V3V4VtUUmsin1tUUUmmsin2mUU23tUUUmmsin34mUU45两级直流高压装置19串级直流高压装置D1D2D1'C1'C1D2'Cn-1'Cn'Cn-1CnDn-1DnDn-1'Dn'1'2'(n-1)'n'12(n-1)nRLn0'n020串级直流高压装置的参数计算平均电压：脉动电压：4)1(2minmaxnnfCiUUUpnn平均电压降落：6234223nnnfCiUnUUppmp)234(62223nnnfCinUUnUUpmpmp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pUUS/脉动系数：5%(1)(2)(3)21减少串级直流高压装置的脉动的方法1合理选择级数nmpUIfCn最佳0nUp令得2取C’＝2CCn’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：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)24(6)2(333nnfCInnfCIUppp与（2）式比较，减小3从上到下逐级增加电容，即Ck＝Ck’=kCfCnIUp2fCInUp2实际很少采用222.2.2直流耐压试验的基本接线232.3冲击高压试验2.3.1冲击电压波形的定义utT10.5UmUmoT2T1：波头时间（波前时间）T2：波尾时间（波长时间、半峰值时间）BCPAaDt1t2FT1T210090300U(%)50t标准雷电冲击波：1.2s±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,幅值误差：±3％242.3.1冲击电压波形的定义由双指数波叠加而成：)()(21tteeAtu－波尾时间常数。1－波头时间常数，2AA1t/Ae2t/Aeuto21tteeA通常21252.3.2单级冲击电压发生器一、单级冲击电压发生器的原理（1）在波头时间范围内，可将电压波形表示为：11/te用直流电源向电容器充电的波形模拟，时间常数为：T≈3.24R1C2u)(2101CCuCt21)(2101teCCuC)(212112CCCCR0u1R2C0uu1R1C2C26一、单级冲击电压发生器的原理（2）在波尾时间范围内，可将电压波形表示为：02te1)(tAetu2R1Cu0u0tu20u1t/012ueu0121CRT20012ueuT1227.0CRT27单级冲击电压发生器的原理电路（1）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。2R1Cu0u1R2C一般情况下，C1C2，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。高效回路定义放电回路的电压利用系数η为：02UUm02112UCCCUm28单级冲击电压发生器的原理电路（2）对于(b)2R1Cu0u1R2C(a)2R1Cu0u11R2C12Rb)(02122112URRRCCCUm低效回路对于(a)效率介于(a)和(c)之间29实际的单级冲击电压发生器回路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200～300kV2R1C0uu2C1RG2T1TD0R30放电回路的计算利用试品的等效电容做波头电容C22R1Cu0u11R2C12R1101221220)(RdtduCdtduCRuu)(12212222201dtduCRuRdtduCdtduC解以上方程，可得)()(2102tteeKUtuK－－回路系数1、2－－波尾时间常数和波头时间常数2121RCK（1）)()()(212221112111122112122121RRCRRCRRRRRRCC31放电回路的计算将(2)带入(1)计算，得000121112100max22121212111)()()(UUKKUeeKUUTT令02dtdu可得理论波头时间212111ln1T（2）同理，可得波尾时间T2满足)(2112fTT)(2/22120max2TTeeKUU)(2111fT则322.3.3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u0TD0R2Ru2C1RRRRRRRRCCCC1G2G3G4G5G•首先调整球隙距离，使G1的放电电压为U0，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33一多级冲击电压发生器的原理`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。。。。u0R02R2C1RRRRRRRRCCCC1G2G3G4G5G1＋－＋＋＋－－－75324860＋－＋－＋－＋－＋－＋－＋－＋－C10C20C70C50C30C40C60C80u34关键在于：杂散电容来不及放电杂散电容放电的快慢一方面取决于杂散电容的大小，另一方面取决于放电电阻R的大小，即杂散电容放电的时间常数。在实际当中，有时候为了确保各级球隙能顺利自动放电，还需要采取措施增大杂散电容雷电冲击与操作冲击波产生方法相同。（续）35二三电极球隙作用：人为控制输出冲击电压工作原理：当冲击电压发生器各个电容充电完毕后，利用另外一个回路产生一个电压较低的脉冲电压，并将该脉冲电压施加在三电极球隙的电极2和3之间（即间隙g），使间隙g击穿，利用间隙g击穿时产生的火花触发主间隙G的击穿。此时应防止间隙G击穿时，高电位沿电极3瞬间贯入低压脉冲回路。36