第四章 高压试验设备及高电压的测量

第四章高压试验设备及高电压的测量高电压技术第四章高压试验设备及高电压的测量高压试验设备是指产生交流、直流以及冲击等各种高电压的试验设备，它们产生的各种波形的高电压可用来模拟电气设备在运行中可能受到的各种作用电压，进行绝缘的耐压试验以考验绝缘耐受这些高电压作用的能力。第四章高压试验设备及高电压的测量高电压技术第一节稳态高压试验设备及其测量一、交流高压试验设备1.高压试验变压器图4-1工频耐压试验接线T--试验变压器AV--调压器F--保护球隙R1--保护电阻R2--球隙保护电阻第四章高压试验设备及高电压的测量高电压技术高压试验变压器的特点：（1）工作电压高，一般为单相；（2）绝缘裕度小；（3）连续运行时间短；（4）漏抗较大；（5）容量小。第四章高压试验设备及高电压的测量高电压技术式中:U—被试品的试验电压，kV；CX—被试品的电容，μF；f—电源的频率，Hz；S—试验变压器的容量，kVA对于大多数被试品，通常试验变压器高压侧额定电流在0.1～1A范围内就可满足试验要求。32102UfCSX第四章高压试验设备及高电压的测量高电压技术目前国产变压器的电压限制在750kV。当需要更高的输出电压时，可将2～3台试验变压器串接起来使用。图4-2累接式串接试验变压器的原理接线T1,T2,T3三级试验变压器;1—低压绕组;2—低压绕组;3,4—累接绕组;Z1,Z2—绝缘支柱;TM—调压器;TO—被试品第四章高压试验设备及高电压的测量高电压技术2.串联谐振试验装置在现场耐压试验中，当被试品的试验电压较高或电容值较大，试验变压器的额定电压或容量不能满足要求时，可采用串联谐振试验装置进行试验。图4-3串联谐振试验线路原理图(a)原理图；(b)电路图1—外加可调电感;2—被试品第四章高压试验设备及高电压的测量高电压技术其中：R--代表整个试验回路损耗的等值电阻；L--可调电感和电源设备漏感之和；C--被试品电容；U--试验变压器空载时高压端对地电压。当调节电感使回路发生谐振时，XL=XC，被试品上的电压，Q为谐振回路的品质因数，为谐振时感抗（容抗）与回路中电阻R的比。QUUCRCRUIXUCC11第四章高压试验设备及高电压的测量高电压技术二、直流高压试验设备直流高电压通常是由交流高电压经整流变换而来的。图4-4倍压整流电路（a）变压器两端不接地;（b）变压器一端接地第四章高压试验设备及高电压的测量高电压技术倍压整流电路只能获得2Um的电压，如果需要更高的电压，可采用串接整流电路。图4-4串接整流电路第四章高压试验设备及高电压的测量高电压技术三、稳态高压的测量IEC和我国国家标准规定，交流高电压峰值或有效值的测量误差应不大于士3%；直流电压平均值的测量误差不大于土3%，脉动幅值的测量误差应不大于10%。目前常用的测量设备和方法有：1.球隙球隙是唯一能直接测量高达数兆伏的各类第四章高压试验设备及高电压的测量高电压技术高电压峰值的测量装置。它由一对直径相同的金属球构成的，当保持各种外界条件不变时，球间隙在大气中的击穿电压取决于球隙距离。用球隙测量工频电压时，应取连续三次放电电压的平均值，相邻两次放电的时间间隔不得小于1分钟，各次击穿电压与平均值之间的偏差不得大于3％。第四章高压试验设备及高电压的测量高电压技术2.静电电压表静电电压表由两个平行平板电极构成，其中一个为固定电极，另一个为可动电极。当施加稳态电压时，两电极分别带上异性电荷，由于静电力的作用，可动电极发生转动，用某种方式加外力于可动电极，使之与静电力平衡，而静电力的大小与电极上的电荷多少有关，即与电极间的电压大小有关，因此测定了平衡力也就能知道电压的大小了。第四章高压试验设备及高电压的测量高电压技术静电电压表可直接测量交流和直流高电压。由于电极上所受的力和电压的平方成正比，故静电电压表指示的是电压的方均根值。即测量交流电压时，指示的是被测电压的有效值；测直流电压时，当脉动系数不超过20%时，测得的数值与平均值的误差不超过1%，故可认为在直流下静电电压表的测量值为平均值。静电电压表的测量误差一般为1%～1.5%。第四章高压试验设备及高电压的测量高电压技术3.高压分压器当被测电压很高时，直接用指示仪表测量高压比较困难，采用分压器分出小部分电压，用测量仪器进行测量，将测量值乘以分压比便可得到待求高压。根据分压器所用分压元件的不同，有电阻分压器、电容分压器和阻容分压器等三种类型。每一分压器都由高压臂和低压臂组成。第四章高压试验设备及高电压的测量高电压技术（1）电阻分压器（2）电容分压器（3）阻容分压器按阻尼电阻接法不同，又分为串联阻容分压器和并联阻容分压器两类。前者的测量回路与电容分压器相同，后者的测量回路与电阻分压器相同。22121RRRuuN12121CCCuuN第四章高压试验设备及高电压的测量高电压技术4.交流峰值电压表交流电压下，绝缘的击穿取决于电压的峰值，所以有时需要测量高电压的峰值。目前常用的交流峰值电压表有以下两种类型：（1）利用电容电流整流测量峰值电压；（2）利用电容器上的整流充电电压测量峰值电压。第四章高压试验设备及高电压的测量高电压技术图4-7峰值电压表原理接线图（a）利用电容电流整流；（b）利用电容器整流充电电压第四章高压试验设备及高电压的测量高电压技术第二节冲击高压试验设备及其测量冲击高压试验设备主要指冲击电压发生器，它是一种产生脉冲波的高电压发生装置，能模拟产生电气设备在运行中遭受的雷电冲击电压波和操作冲击电压波。一、冲击电压发生器1.雷电冲击电压的产生第四章高压试验设备及高电压的测量高电压技术图4-8冲击电压发生器的基本回路(a)低效率回路；(b)高效率回路利用高压电容器通过球隙对电阻电容回路放电来产生雷电冲击电压。02112UCCCUm02112122UCCCRRRUm第四章高压试验设备及高电压的测量高电压技术图4-9冲击电压发生器的常用回路2112112CCCRRR第四章高压试验设备及高电压的测量高电压技术以上是单级冲击电压发生器的工作原理。由于受到整流设备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一般不超过200～300kV。如需更高的冲击电压，可采用多级冲击电压发生器。多级冲击电压发生器的工作原理：利用多级电容器并联充电，然后通过球隙串联放电。第四章高压试验设备及高电压的测量高电压技术图4-11高效率多级冲击电压发生器电路图第四章高压试验设备及高电压的测量高电压技术2.操作冲击电压的产生操作冲击电压与雷电冲击电压的产生原理是相同的，只不过操作冲击电压的波前和半峰值时间比雷电冲击电压的长得多，从而要求发生器的放电时间常数比产生雷电冲击电压时长得多。第四章高压试验设备及高电压的测量高电压技术操作冲击电压还可以利用冲击电压发生器和变压器联合产生，即用一个小型的冲击电压发生器向变压器低压绕组放电，在变压器高压绕组感应出幅值很高的操作冲击电压波。图4-12IEC推荐的一种操作波发生器第四章高压试验设备及高电压的测量高电压技术二、冲击高压的测量由于冲击电压是一种非周期性快速或较快速变化的脉冲电压，因此测量冲击高电压的仪器和测量系统必须具有良好的瞬态响应特性，冲击电压的测量包括峰值测量和波形记录两个方面。1.用球隙测量测量时，除了球隙的有关结构、布置、连第四章高压试验设备及高电压的测量高电压技术接和使用等要符合规定外，还应注意以下特点：（1）由于冲击电压作用下球隙的放电具有分散性，球隙测量时所确定的电压应为球隙的50％放电电压。（2）球隙放电电压表中的冲击放电电压值是标准雷电冲击全波或长波尾冲击电压下球隙的50％放电电压。（3）在小间隙中为加速有效电子的出现，使放第四章高压试验设备及高电压的测量高电压技术电电压稳定，凡所用球径小于12.5cm，不论测量何种电压，或使用任何球径来测量峰值小于50kV的任何电压时，都必须用短波光源照射球隙。（4）测量冲击电压时，与球隙串联的保护电阻的作用是减小球隙击穿时加在被试品上的截波电压陡度，同时减小阻尼回路内可能发生的振荡。一般要求不超过500Ω。第四章高压试验设备及高电压的测量高电压技术2.用分压器测量系统测量（1）测量系统的方波响应。冲击测量系统性能的优劣通常用方波响应来衡量。图4-13冲击测量系统的方波响应（a)指数型；(b)衰减振荡型第四章高压试验设备及高电压的测量高电压技术(2)冲击分压器。冲击分压器按其结构可分为电阻分压器、电容分压器、串联阻容分压器和并联阻容分压器。图4-14不同类型冲击分压器的原理电路图（a）电阻分压器；(b)电容分压器；(c)串联阻容分压器；(d)并联阻容分压器第四章高压试验设备及高电压的测量高电压技术（3）测量冲击电压用的示波器和峰值电压表。冲击电压是变化速度很快的脉冲电压，高压示波器适于记录这种快速变化的一次过程。高压示波器电子射线的能量很高，长时间射到荧光屏上会损坏屏上的荧光层，故电子射线平时是闭锁的，只有在被测信号到达前的瞬间，通过启动示波器的释放装置才能射到荧光屏上。被测信号消失后，电子射线将被自动闭锁。第四章高压试验设备及高电压的测量高电压技术小结交流耐压试验时，试验变压器的容量与被试品的电容量成正比；当需要较高试验电压时，可采用几台试验变压器串接的形式，随着串接台数的增加，装置的利用率减低；直流高压一般通过串接整流电路获得，在进行直流耐压试验时，可以同时测量泄漏电流；第四章高压试验设备及高电压的测量高电压技术冲击电压是由冲击电压发生器产生的，分高效率回路和低效率回路两种，如需要更高的冲击电压，可采用多级冲击电压发生器，其基本工作原理是电容器并联充电、串联放电；稳态高压的测量方法主要有球隙测量法、静电电压表法和高压分压器法；冲击高压可采用球隙和分压器测量系统进行测量。