工頻電壓下的介電強(qiáng)度試驗(yàn)

?工頻電源應(yīng)用廣，且材料的工頻擊穿場(chǎng)強(qiáng)比直流和沖擊電壓下的都低，對(duì)于絕緣材料，通常都是做工頻下的擊穿試驗(yàn)。

?絕緣材料的介電強(qiáng)度，一般都是指在工頻下的介電強(qiáng)度。

?電工設(shè)備的例行試驗(yàn)中，一般也是做工頻耐壓試驗(yàn)。

1工頻耐壓試驗(yàn)：

升壓方式

定義：

      ?電壓從零按照一定方式和速度上升到規(guī)定的試驗(yàn)電壓或擊穿電壓；

升壓方式

      ?快速升壓、20s逐漸升壓、 慢速升壓、60s逐級(jí)升壓、極慢速升壓；

快速升壓

?電壓從零上升到擊穿電壓所經(jīng)歷的時(shí)間約為10~20s，常用500V/s；

20s逐漸升壓

?電壓逐級(jí)升高，每級(jí)停留20s；

?第一級(jí)電壓約為快速升壓擊穿值的40%的電壓，在此電壓下，經(jīng)受20s，若試樣不擊穿，再加高一級(jí)，直至試樣擊穿為止；

?升壓過程要盡量快，升壓的時(shí)間計(jì)算在下一級(jí)的20s之內(nèi)；

?擊穿應(yīng)發(fā)生在第級(jí)或更高的電壓等級(jí)上，否則應(yīng)降低第一級(jí)電壓重新進(jìn)行試驗(yàn)；

?逐級(jí)加壓比快速加壓作用的時(shí)間長，測(cè)得的擊穿電壓比較低；

慢速升壓

?從快速升壓的擊穿電壓的20%開始，以較慢的速度升壓，使擊穿發(fā)生在120~240s內(nèi)；

60s逐級(jí)升壓

?與20s逐級(jí)升壓類似，只是每級(jí)停留的時(shí)間為60s；

極慢速升壓

?從快速升壓擊穿電壓的40%開始，以極慢速的速度升壓，使擊穿發(fā)生在300~600s內(nèi)。

?升壓速度慢，電壓作用時(shí)間更長，測(cè)得的擊穿電壓更低，試驗(yàn)結(jié)果比較可靠。

2試驗(yàn)設(shè)備與裝置

試驗(yàn)系統(tǒng)：包括高壓試驗(yàn)變壓器、調(diào)壓器，以及控制和保 護(hù)裝置等。

高壓試驗(yàn)變壓器

?工頻高電壓一般都通過試驗(yàn)變壓器升壓獲得。試驗(yàn)變壓器要求；

?具有足夠的額定電壓和容量；

?輸出的電壓波形沒有畸變；

試驗(yàn)變壓器的電壓

電壓等級(jí)，根據(jù)試樣的試驗(yàn)電壓等級(jí)來選定：

?絕緣材料50~100kV

?絕緣結(jié)構(gòu)>1000kV

試驗(yàn)變壓器單臺(tái)容量：

?國內(nèi)：750kV

?國外：1000kV

超過單臺(tái)變壓器額定電壓，采用多臺(tái)變壓器串接以獲得更高的試驗(yàn)電壓。

高壓試驗(yàn)變壓器                   調(diào)壓器

測(cè)控卡

2.1試驗(yàn)變壓器的串接

?串接的級(jí)數(shù)增加，輸出的電壓增高，但設(shè)備的利用率降低，而且內(nèi)阻抗增大，因此也不宜采用過多的級(jí)數(shù)，目前最多的是采用三級(jí)串接。

?對(duì)于電容較大的試樣，可以通過串聯(lián)諧振回路獲得比試驗(yàn)變壓器更高的電壓。

2.2串聯(lián)諧振

?諧振回路中，電抗器上的電壓與試樣上的電壓大小相等，相位相反；

?當(dāng)試驗(yàn)電壓很高時(shí)，要制作單臺(tái)高壓調(diào)諧電抗器是不經(jīng)濟(jì)的，可將調(diào)諧電感接在調(diào)諧變壓器的低壓側(cè)，組成一臺(tái)高壓調(diào)諧電抗器，并可將多臺(tái)這樣的電抗器串接起來，使之能夠承受超高壓試驗(yàn)電壓；

?串聯(lián)諧振回路，不但能提高試驗(yàn)電壓，而且電壓波形好，又比較安全。

2.3變壓器的容量

試樣都是容性阻抗。試驗(yàn)變壓器的容量，可以根據(jù)試樣在試驗(yàn)電壓下通過的容性電流來計(jì)算

?一般試樣電容為幾十到幾百pF，擊穿電壓不超過100kV，選擇容量為10kVA；

?電工設(shè)備耐壓試驗(yàn)變壓器容量一般要大一些，高壓側(cè)電流為1A或更大；

?對(duì)于電容量特別大的試樣，必須采用電抗器與試樣并聯(lián)，補(bǔ)償容性電流，以減小變壓器的容量；

?采用超低頻正弦電壓對(duì)大容量試樣做耐壓試驗(yàn)，可以大大降低變壓器的容量。

2.4電壓波形

工頻電壓的波形應(yīng)為正弦波，正弦波的峰值與有效值之比稱為波形因數(shù)。要求波形因數(shù)不超過

波形畸變會(huì)影響介電強(qiáng)度的試驗(yàn)結(jié)果

?高次諧波會(huì)降低擊穿場(chǎng)強(qiáng)；

?試樣的擊穿是決定于電壓的峰值，而一般測(cè)量電壓的儀表都是測(cè)量有效值；

?波形畸變，同一峰值的電壓測(cè)得有效值不同；

產(chǎn)生波形畸變的原因

?電源本身有3次或5次高次諧波；

?變壓器的非線性激磁電流：激磁電流決定于磁化曲線（非線性）；

改善電壓波形

?在調(diào)壓器和試驗(yàn)變壓器之間接入濾波器，電感與電容根據(jù)濾波頻率選擇電容不宜太小，以免調(diào)壓器過載。

?電網(wǎng)中常為3次諧波，線電壓不含3次諧波，調(diào)壓器一次側(cè)接線電壓。

2.5調(diào)壓器

自耦調(diào)壓器

結(jié)構(gòu)

?鐵心上只繞一個(gè)線圈

?線圈的兩端為一次側(cè)，接電源

?一次側(cè)與二次側(cè)有一個(gè)公共連接端頭，必須接中線或接地

?二次側(cè)另一頭為滑動(dòng)觸點(diǎn)，觸點(diǎn)與公共端距離增大時(shí)，電壓升高

優(yōu)缺點(diǎn)

?結(jié)構(gòu)簡單、體積小、漏抗小、價(jià)格便宜

?輸出電流較大時(shí)，觸點(diǎn)在移動(dòng)過程中會(huì)因接觸不好而出現(xiàn)火花。

適用

?容量為幾千伏安以下，油浸式的容量可達(dá)幾十千伏安。

2.6移圈調(diào)壓器(容量大的調(diào)壓器均采用)

結(jié)構(gòu)

?由三個(gè)線圈套在一個(gè)鐵心上組成

?I和II匝數(shù)相等，繞向相反，串接

?III為短路線圈，緊套在I、II外邊

原理

?靠移動(dòng)短路線圈改變其他兩個(gè)線圈的漏磁通

?改變I、II上的電壓分配實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)輸出電壓

?III從低位置向高位置移動(dòng)，輸出電壓逐步升高

特點(diǎn)

?靠電磁耦合而不用機(jī)械觸點(diǎn)，因此調(diào)壓過程

?不會(huì)出現(xiàn)火花，容量可以做的很大

?漏抗比較大，使用中應(yīng)注意畸變

2.7控制線路應(yīng)滿足要求

?只有在實(shí)驗(yàn)人員撤離高壓試驗(yàn)區(qū)，并關(guān)好安全門(S1限位開關(guān))，才能加上電壓進(jìn)行試驗(yàn)

?升壓必須從零開始(S2零限位)，以一定方式和速度上升

?在試樣發(fā)生擊穿時(shí)，能自動(dòng)切斷電源(KA1過載釋放器)。在自動(dòng)控制線路中，能自動(dòng)使電壓下降到0。

2.8保護(hù)球隙

放電測(cè)量保護(hù)球隙        線遙控保護(hù)球隙        放電測(cè)量保護(hù)球隙

放電保護(hù)球隙          250kV/500kV保護(hù)球隙       測(cè)量保護(hù)球隙

3保護(hù)和接地

?在控制回路中采用過載釋放器、安全門開關(guān)、調(diào)壓器限位開關(guān)

?低壓部分可能出現(xiàn)高電壓的各點(diǎn)，都要接上放電間隙

?高壓測(cè)試回路中接保護(hù)電阻，限制試樣擊穿或閃絡(luò)時(shí)流過變壓器的電流并使變壓器高壓端點(diǎn)位變化緩慢，以改善由此產(chǎn)生的脈沖在高壓繞組間的分布和消除可能出現(xiàn)的振蕩，并保護(hù)測(cè)量銅球和電極在擊穿時(shí)不會(huì)燒壞。

?試樣擊穿或間隙放電，將有很大的電流流過接地線。接地電阻過大會(huì)顯著升高接地線的電位。各接地點(diǎn)與接地體的連接線應(yīng)采用盡量短的多股線，以減小電阻和電感。

?高壓試驗(yàn)區(qū)應(yīng)裝有保護(hù)圍欄，圍欄的入口處應(yīng)裝有聯(lián)鎖開關(guān)和信號(hào)燈，并備有接地棒。

3.1工頻高電壓的測(cè)量

測(cè)量方法

直接測(cè)量試樣兩端的電壓；

?靜電電壓表、球隙放電測(cè)量法等；

把高電壓變換為低電壓進(jìn)行測(cè)量；

?分壓器、電壓互感器等；

通過測(cè)量變壓器低壓繞組或特別繞制的測(cè)量繞組的電壓換算高壓端的電壓；

要求

?測(cè)量誤差不超過3%；

?測(cè)量用儀表一般要求為0.5級(jí)；

3.2靜電電壓表

?由兩個(gè)極板組成，一個(gè)極板固定，一個(gè)由彈簧連接，可以移動(dòng)；

?通過極板間受力的大小，可以測(cè)定極板間的電壓，但分度是非線性的；

?內(nèi)阻很大，決定于電極間的絕緣電阻；

?電容很小，約5~50pF；

?交流電壓下測(cè)得的是有效值；

?目前最高電壓等級(jí)為500kV；

?依靠電場(chǎng)力工作，因此空間電場(chǎng)、電荷對(duì)它的影響很明顯，在使用中應(yīng)予以注意；

3.3球隙測(cè)量法

◆在確定條件下，球隙間空氣的放電電壓與球隙的距離有一定的關(guān)系，

◆利用球隙放電時(shí)的距離來測(cè)量電壓

需滿足條件

?保證球隙間電場(chǎng)均勻

?球隙中的空氣要符合規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)

◆測(cè)量時(shí)，先讓球隙放電幾次，當(dāng)放電比較穩(wěn)定后重復(fù)測(cè)3次，每次間隔不少于1min，取3次試驗(yàn)平均值

◆GB311-64規(guī)定：在工頻下測(cè)得的是電壓峰值

◆測(cè)量結(jié)果可靠，但裝置占地面積較大，測(cè)量比較麻煩，一般只用于校準(zhǔn)其他測(cè)試儀器。

3.4互感器測(cè)量法

◆電壓互感器是變比和角差都很精確的降壓變壓器，它將高電壓變換為低電壓進(jìn)行測(cè)量。

◆電壓互感器的電壓比k為已知，則在二次側(cè)測(cè)得的電壓乘以k就得到一次側(cè)的高電壓值

◆測(cè)量方法非常方便、可靠，在電網(wǎng)上普遍應(yīng)用，但造價(jià)比較高

電壓互感器

3.5分壓器法

◆分壓器由一個(gè)高阻抗與低阻抗串接而成。

◆被測(cè)的高電壓絕大部分降落在高阻抗上，可以從低阻抗兩端測(cè)得低電壓，通過分壓比換算得到被測(cè)的高電壓

◆對(duì)于工頻交流電壓

?電壓較低時(shí)，用電阻分壓器

?電壓很高時(shí)，電阻分壓器功率損耗大，發(fā)熱嚴(yán)重，同時(shí)體積大、分布電容的影響嚴(yán)重，采用電容分壓器更合適。

分壓器測(cè)量原理圖

3.6測(cè)量繞組法

◆試驗(yàn)變壓器本身帶有測(cè)量繞組

?測(cè)量繞組與高壓繞組匝數(shù)比為k1，則高壓端電壓U2=此繞組電壓U1*k1

◆試驗(yàn)變壓器的低壓繞組

?低壓側(cè)電壓*高低壓繞組匝數(shù)比

?高低壓側(cè)電壓不全決定于匝數(shù)比，準(zhǔn)確度比測(cè)量繞組的低

測(cè)量線路圖

測(cè)量誤差

◆繞組法測(cè)得高壓端開路電壓

◆試驗(yàn)回路接試樣，試樣兩端電壓由試樣電容，保護(hù)電阻及變壓器內(nèi)阻抗決定。

?UL較大，Ur較小時(shí)，可能使測(cè)量值小于實(shí)際試樣上承受電壓值

?UL很小，Ur較大時(shí)，可能出現(xiàn)測(cè)量值偏大

?測(cè)量誤差隨著試樣電容量的改變而變化