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擊穿電壓試驗儀器設(shè)備

交直流試驗的切換

(1) 電氣、介電強度試驗機器高壓輸出為交流電壓。直流的獲得方式為在原回路中串入高壓硅堆，使測試回路為脈動 的直流電壓。實現(xiàn)的過程為，硅堆已經(jīng)在高壓變壓器的高壓絕緣塔中，平時用一個短路桿把高壓硅堆短接。 需要直流試驗時，取出短路桿，使高壓硅堆接入測試電路中，這時回路的電壓為脈動的直流電壓。

(2) 試驗的交直流電壓切換，主要取決于高壓絕緣塔中的短路桿是否取出。當取出短路桿時，高壓 均壓球上的電壓為直流電壓，插入短路桿時，高壓均壓球上的電壓為交流電壓。短路桿的取出、插入?yún)⒖?span> 左側(cè)的示意圖。

(3) 在直流試驗時，計算機也要選擇直流狀態(tài)，否則測的結(jié)果是不正確的。簡單的說，交流電壓與 直流電壓有根號2倍的關(guān)系。

1、設(shè)備輸入電壓：交流 100KV (普通試驗室電源均可兼容)

2、試驗電壓方式：交流 0--100 KV ；直流 0--100 KV；

3、電器容量：10KVA;

4、試驗方法：0-100KV全量程可調(diào);

5、擊穿及耐壓試驗升壓速率：10V/S-5KV/S

6、試驗方式： 交/直流試驗：1、勻速升壓  2、階梯升壓  3、耐壓試驗

7、過電流保護裝置應(yīng)有足夠靈敏度以保證試樣擊穿時在0.1S內(nèi)切斷電源。

8、漏電電流選擇：1—100 mA可由計算機軟件自由進行設(shè)定。

9、本儀器采用*的無觸點原件勻速調(diào)壓方式，淘汰同類產(chǎn)品中機械傳動升壓方式。

10、支持短時間內(nèi)短路試驗要求。(其它同類產(chǎn)品無此功能)

11、一次試驗可以同時做5個試樣。(同類產(chǎn)品一次試驗只能做一個試樣)

12、電壓測量誤差：≤ 2％

13、試驗電壓連續(xù)可調(diào)：0-100 KV

14、耐壓時間設(shè)定： 0-6小時(可通過軟件連續(xù)設(shè)定)

15、九級安全防護措施： 

(1) 超壓保護

(2)試驗過流保護 

(3)試驗短路保護

(4)安全門開啟保護

(5)軟件誤操作保護

(6)零電壓復(fù)位保護

(7)試驗結(jié)束放電保護

(8)獨立保護接地

(9)試驗完成后電磁放電

擊穿電壓試驗儀器設(shè)備—變壓器油擊穿電壓試驗

在交流電場下，變壓器油紙絕緣電壓一般按照電容分布；直流電壓下，一般按照電阻分布。在極性反轉(zhuǎn)電壓下，既有長時間的直流電壓維持，又有極性反轉(zhuǎn)的過程，因此，電壓分布關(guān)系要相對復(fù)雜。有必要對變壓器絕緣在該電壓下的擊穿特性和擊穿機理進行深入研究。

1實驗方法

1.1實驗?zāi)Ｐ?/span>

實驗?zāi)Ｐ腿鐖D1所示，包括高壓電極、低壓電極、屏蔽電極和絕緣支撐。高低壓電極的直徑為90mm，導(dǎo)角的半徑為15mm，高度為50mm。屏蔽與低壓電極間隙為2mm，高度為20mm避免了絕緣支架漏電流對電流測量的影響。電流測量在低壓電極與屏蔽之間通過屏蔽電纜引出來獲得。實驗?zāi)Ｐ头胖迷谝粋€絕緣筒油箱中，其中充滿被實驗的變壓器油，高低壓電極之間的油隙為試樣。

1.2實驗裝置

實驗裝置如圖2所示，包括正極性直流高壓發(fā)生器、負極性直流高壓發(fā)生器、保護電阻、烘箱、實驗?zāi)Ｐ秃臀脖?。極性反轉(zhuǎn)靠正負極性直流高壓發(fā)生器之間的轉(zhuǎn)換開關(guān)控制。

1.3實驗過程

變壓器油試品首先經(jīng)過脫水、脫氣處理，使含水量小于l0ppm，交流擊穿電壓大于60kV，90℃時介質(zhì)損耗小于0.4%，可以看成工程純凈變壓器油。處理后的變壓器油放置在烘箱中恒溫。

參照實驗標準，根據(jù)擊穿實驗的要求，本文設(shè)計了實驗方案，施加電壓過程如圖3所示。對每個樣品實驗，電壓施加到-V1，后開始記錄實驗時間。從每個電壓持續(xù)時間開始時刻算起，取最小20s間隔記錄實驗電壓與電流數(shù)值，一直到樣品擊穿。更換新變壓器油樣品，重復(fù)進行實驗。

2實驗結(jié)果

2.1不同油隙實驗

油隙取6mm和8mm，每個油隙樣品個數(shù)為10}在室溫20℃下進行了極性反轉(zhuǎn)電壓實驗。對每個間隙，都得到了10個擊穿電壓值，把它們(實點)標注在不擊穿時施加電壓過程曲線(細線)上可以得到擊穿電壓位置的分布情況，如圖4所示。取10個樣品中擊穿電壓相對較高的5個樣品的電流作算術(shù)平均，平均電流變化曲線如圖5所示。經(jīng)計算，6mm油隙的擊穿場強絕對值的平均值為8.33kV/mm

8mm油隙為8.9kV/mm。

圖4可以說明，在20℃溫度下，2種油隙的擊穿沒有發(fā)生在極性反轉(zhuǎn)位置;隨油隙距離增大，擊穿電壓升高。計算的擊穿場強數(shù)值也出現(xiàn)了升高。圖5可以說明，2種油隙平均電流變化規(guī)律一致，同一電壓下，電流出現(xiàn)了明顯從暫態(tài)到穩(wěn)態(tài)的變化過程。

2.2不同溫度實驗

取油隙為8mm，在20℃、40℃、60℃、80℃和100℃5個溫度點下，進行了極性反轉(zhuǎn)電壓實驗，對每個溫度點下樣品個數(shù)為10。擊穿場強絕對值與溫度關(guān)系如圖6所示。對每個溫度點下的10個擊穿電壓值的分布情況如圖7所示。

圖6說明變壓器油擊穿場強與溫度相關(guān)，在40℃以下時，隨溫度升高，擊穿場強升高。在40℃以上時，隨溫度升高擊穿場強下降，在40℃時出現(xiàn)了最大值。由圖7可見，擊穿電壓出現(xiàn)時刻的概率分布不同。低溫時擊穿電壓不出現(xiàn)在極性反轉(zhuǎn)位置，高溫時擊穿經(jīng)常在極性反轉(zhuǎn)位置;不論低溫還是高溫下，擊穿出現(xiàn)在同極性電壓升高位置概率高。

在各種溫度下，油隙平均電流隨施加電壓升高而增大。在同一電壓下，平均電流隨溫度升高而增大，而且都出現(xiàn)了從暫態(tài)到穩(wěn)態(tài)的變化過程，這個過程的規(guī)律相差很大。低溫時電流由小到大緩慢變化，高溫時電流出現(xiàn)了過沖，電流由大到小變化。

3離子運動與擊穿規(guī)律的討論

3.1液體電導(dǎo)的一般規(guī)律

作為弱極性介質(zhì)，變壓器油的電導(dǎo)一般為雜質(zhì)電導(dǎo)。在弱電場下，雜質(zhì)分子僅有極少一部分由于熱振動離解而形成的正負極性的帶電離子，離解的正負離子相碰撞也能復(fù)合成中性分子。液體中的離子在松弛時間內(nèi)與鄰近的分子束縛在一起，在某一位置作振動，而另一段時間因碰撞得到較大的動能超出鄰近分子的束縛勢壘時，與相鄰的分子分開，遷移一個與分子尺寸可相比較的一段路徑后，再次被束縛。在無電場時，離子沿各方向遷移幾率相等，總體無離子電流。

3.2離子運動模型建立

從離子電導(dǎo)一般規(guī)律可以看出，正負離子的產(chǎn)生是分子熱振動的結(jié)果，同時離子會復(fù)合成分子。在電場作用下，僅有一小部分過剩離子運動產(chǎn)生電導(dǎo)。由于離子的平均躍遷距離遠小于極板之間的距離，所以過剩離子中的一小部分正負離子能夠達到電極中和產(chǎn)生電極電流。

平衡(穩(wěn)定)狀態(tài)下，單位時間內(nèi)離子數(shù)應(yīng)該滿足以下等式：

熱離解離子數(shù)=復(fù)合離子數(shù)+中和離子數(shù)。

在單位時間內(nèi)離子運動的平均距離為s，設(shè)電場間隙d為s的m倍，則暫態(tài)過程底完成需要m個單位時間。假設(shè)離子在所處的區(qū)域內(nèi)均勻分布，則在第一個單位時間，熱電離產(chǎn)生的濃度為n01，的離子，沿電場方向產(chǎn)生的過剩離子為△n1，這些過剩離子有s距離空間的離子能夠達到極板，間隙內(nèi)剩余(d-s>距離空間的過剩離子。在第二個單位時間內(nèi)，會有相同濃度n01(第一個單位時間內(nèi)的過剩離子與總離子數(shù)相比較可以忽略)的離子產(chǎn)生，沿電場方向也產(chǎn)生的過剩離子△n1，和相同距離s的位移，但與第一個單位時間不同的是，第一個單位時間內(nèi)乘l余的過剩離子由于復(fù)合作用濃度下降到△n2同時也完成了s距離的移動。如次累計，當單位時間數(shù)增加到一定程度后，由于離子復(fù)合的作用，第一個單位時間離解的過剩離子己經(jīng)不存在了，離子運動進入穩(wěn)態(tài)過程。

正負過剩離子運動規(guī)律的差異會導(dǎo)致電場分空間非對稱性;電場強度變化會導(dǎo)致過剩離子運動發(fā)生改變，通過弱場區(qū)域離子運動速度減慢，通過強場區(qū)的運動速度加快，也會導(dǎo)致電場改變，所以實際電場分布會有所差異。按照以上離子運動模型，極板電流及電場的分布與過剩離子的復(fù)合速度、離子運動速度(單位時間內(nèi)離子運動的平均距離和極板間距有關(guān)。其他條件不變時，隨溫度增加，過剩離子復(fù)合速度和運動速度都增加，電場畸變減弱;其他條件不變時，電場強度增大，過剩離子運動速度與復(fù)合速度增加，電場畸變減弱。

3.3極性反轉(zhuǎn)電壓下的擊穿規(guī)律

一般，擊穿電壓與電場畸變程度有關(guān)。電場畸變造成局部場強過高，引起局部放電或擊穿，最后導(dǎo)致整體絕緣擊穿。相同溫度和場強下，油間隙在一定范圍內(nèi)變化不會影響電極附近離子濃度分布，場強畸變變化不大，所以在極性反轉(zhuǎn)電壓下，擊穿場強沒有出現(xiàn)隨油間隙增加而下降的“體積效應(yīng)"現(xiàn)象。同極性電壓升高瞬間使電場畸變，無論在低溫還是在高溫狀態(tài)下，油隙擊穿概率都提高。

在極性反轉(zhuǎn)過程中，高溫時離子運動速度快，受離子集聚影響，電極附近電場強度增大。所以，高溫時擊穿會常常發(fā)生在極性反轉(zhuǎn)過程中。穩(wěn)態(tài)時，隨溫度增加，離子運動和復(fù)合速度加快，電場畸變減弱。所以低溫時更容易在穩(wěn)態(tài)擊穿。變壓器油在極性反轉(zhuǎn)電壓下?lián)舸┑臏囟忍匦允且陨?span>3種情況共同作用出現(xiàn)的結(jié)果。

結(jié)論:

在極性反轉(zhuǎn)電壓下，擊穿場強隨油間隙沒有出現(xiàn)“體積效應(yīng)"現(xiàn)象。變壓器油擊穿電壓與溫度相關(guān)，出現(xiàn)擊穿電壓由低到高，再由高到低的變化，在本實驗溫度點內(nèi)，40℃出現(xiàn)了擊穿場強的最高值。在極性反轉(zhuǎn)后，流過油隙的電流出現(xiàn)了暫態(tài)過程，該過程隨溫度變化明顯。采用提出的離子運動模型可以解釋極性反轉(zhuǎn)電壓下變壓器油擊穿的規(guī)律。變壓器油的擊穿特性及其規(guī)律研究結(jié)果對