工頻電壓下的介電強度試驗

?工頻電源應用廣，且材料的工頻擊穿場強比直流和沖擊電壓下的都低，對于絕緣材料，通常都是做工頻下的擊穿試驗。

?絕緣材料的介電強度，一般都是指在工頻下的介電強度。

?電工設備的例行試驗中，一般也是做工頻耐壓試驗。

1工頻耐壓試驗：

升壓方式

定義：

      ?電壓從零按照一定方式和速度上升到規定的試驗電壓或擊穿電壓；

升壓方式

      ?快速升壓、20s逐漸升壓、 慢速升壓、60s逐級升壓、極慢速升壓；

快速升壓

?電壓從零上升到擊穿電壓所經歷的時間約為10~20s，常用500V/s；

20s逐漸升壓

?電壓逐級升高，每級停留20s；

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

?升壓過程要盡量快，升壓的時間計算在下一級的20s之內；

?擊穿應發生在第級或更高的電壓等級上，否則應降低第一級電壓重新進行試驗；

?逐級加壓比快速加壓作用的時間長，測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，使擊穿發生在120~240s內；

60s逐級升壓

?與20s逐級升壓類似，只是每級停留的時間為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，使擊穿發生在300~600s內。

?升壓速度慢，電壓作用時間更長，測得的擊穿電壓更低，試驗結果比較可靠。

2試驗設備與裝置

試驗系統：包括高壓試驗變壓器、調壓器，以及控制和保 護裝置等。

高壓試驗變壓器

?工頻高電壓一般都通過試驗變壓器升壓獲得。試驗變壓器要求；

?具有足夠的額定電壓和容量；

?輸出的電壓波形沒有畸變；

試驗變壓器的電壓

電壓等級，根據試樣的試驗電壓等級來選定：

?絕緣材料50~100kV

?絕緣結構>1000kV

試驗變壓器單臺容量：

?國內：750kV

?國外：1000kV

超過單臺變壓器額定電壓，采用多臺變壓器串接以獲得更高的試驗電壓。

高壓試驗變壓器                   調壓器

測控卡

2.1試驗變壓器的串接

?串接的級數增加，輸出的電壓增高，但設備的利用率降低，而且內阻抗增大，因此也不宜采用過多的級數，目前最多的是采用三級串接。

?對于電容較大的試樣，可以通過串聯諧振回路獲得比試驗變壓器更高的電壓。

2.2串聯諧振

?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；

?當試驗電壓很高時，要制作單臺高壓調諧電抗器是不經濟的，可將調諧電感接在調諧變壓器的低壓側，組成一臺高壓調諧電抗器，并可將多臺這樣的電抗器串接起來，使之能夠承受超高壓試驗電壓；

?串聯諧振回路，不但能提高試驗電壓，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。試驗變壓器的容量，可以根據試樣在試驗電壓下通過的容性電流來計算

?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；

?電工設備耐壓試驗變壓器容量一般要大一些，高壓側電流為1A或更大；

?對于電容量特別大的試樣，必須采用電抗器與試樣并聯，補償容性電流，以減小變壓器的容量；

?采用超低頻正弦電壓對大容量試樣做耐壓試驗，可以大大降低變壓器的容量。

2.4電壓波形

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

波形畸變會影響介電強度的試驗結果

?高次諧波會降低擊穿場強；

?試樣的擊穿是決定于電壓的峰值，而一般測量電壓的儀表都是測量有效值；

?波形畸變，同一峰值的電壓測得有效值不同；

產生波形畸變的原因

?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

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

?電網中常為3次諧波，線電壓不含3次諧波，調壓器一次側接線電壓。

2.5調壓器

自耦調壓器

結構

?鐵心上只繞一個線圈

?線圈的兩端為一次側，接電源

?一次側與二次側有一個公共連接端頭，必須接中線或接地

?二次側另一頭為滑動觸點，觸點與公共端距離增大時，電壓升高

優缺點

?結構簡單、體積小、漏抗小、價格便宜

?輸出電流較大時，觸點在移動過程中會因接觸不好而出現火花。

適用

?容量為幾千伏安以下，油浸式的容量可達幾十千伏安。

2.6移圈調壓器(容量大的調壓器均采用)

結構

?由三個線圈套在一個鐵心上組成

?I和II匝數相等，繞向相反，串接

?III為短路線圈，緊套在I、II外邊

原理

?靠移動短路線圈改變其他兩個線圈的漏磁通

?改變I、II上的電壓分配實現調節輸出電壓

?III從低位置向高位置移動，輸出電壓逐步升高

特點

?靠電磁耦合而不用機械觸點，因此調壓過程

?不會出現火花，容量可以做的很大

?漏抗比較大，使用中應注意畸變

2.7控制線路應滿足要求

?只有在實驗人員撤離高壓試驗區，并關好安全門(S1限位開關)，才能加上電壓進行試驗

?升壓必須從零開始(S2零限位)，以一定方式和速度上升

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

2.8保護球隙

放電測量保護球隙        線遙控保護球隙        放電測量保護球隙

放電保護球隙          250kV/500kV保護球隙       測量保護球隙

3保護和接地

?在控制回路中采用過載釋放器、安全門開關、調壓器限位開關

?低壓部分可能出現高電壓的各點，都要接上放電間隙

?高壓測試回路中接保護電阻，限制試樣擊穿或閃絡時流過變壓器的電流并使變壓器高壓端點位變化緩慢，以改善由此產生的脈沖在高壓繞組間的分布和消除可能出現的振蕩，并保護測量銅球和電極在擊穿時不會燒壞。

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

?高壓試驗區應裝有保護圍欄，圍欄的入口處應裝有聯鎖開關和信號燈，并備有接地棒。

3.1工頻高電壓的測量

測量方法

直接測量試樣兩端的電壓；

?靜電電壓表、球隙放電測量法等；

把高電壓變換為低電壓進行測量；

?分壓器、電壓互感器等；

通過測量變壓器低壓繞組或特別繞制的測量繞組的電壓換算高壓端的電壓；

要求

?測量誤差不超過3%；

?測量用儀表一般要求為0.5級；

3.2靜電電壓表

?由兩個極板組成，一個極板固定，一個由彈簧連接，可以移動；

?通過極板間受力的大小，可以測定極板間的電壓，但分度是非線性的；

?內阻很大，決定于電極間的絕緣電阻；

?電容很小，約5~50pF；

?交流電壓下測得的是有效值；

?目前最高電壓等級為500kV；

?依靠電場力工作，因此空間電場、電荷對它的影響很明顯，在使用中應予以注意；

3.3球隙測量法

◆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系，

◆利用球隙放電時的距離來測量電壓

需滿足條件

?保證球隙間電場均勻

?球隙中的空氣要符合規定的標準狀態

◆測量時，先讓球隙放電幾次，當放電比較穩定后重復測3次，每次間隔不少于1min，取3次試驗平均值

◆GB311-64規定：在工頻下測得的是電壓峰值

◆測量結果可靠，但裝置占地面積較大，測量比較麻煩，一般只用于校準其他測試儀器。

3.4互感器測量法

◆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行測量。

◆電壓互感器的電壓比k為已知，則在二次側測得的電壓乘以k就得到一次側的高電壓值

◆測量方法非常方便、可靠，在電網上普遍應用，但造價比較高

電壓互感器

3.5分壓器法

◆分壓器由一個高阻抗與低阻抗串接而成。

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

◆對于工頻交流電壓

?電壓較低時，用電阻分壓器

?電壓很高時，電阻分壓器功率損耗大，發熱嚴重，同時體積大、分布電容的影響嚴重，采用電容分壓器更合適。

分壓器測量原理圖

3.6測量繞組法

◆試驗變壓器本身帶有測量繞組

?測量繞組與高壓繞組匝數比為k1，則高壓端電壓U2=此繞組電壓U1*k1

◆試驗變壓器的低壓繞組

?低壓側電壓*高低壓繞組匝數比

?高低壓側電壓不全決定于匝數比，準確度比測量繞組的低

測量線路圖

測量誤差

◆繞組法測得高壓端開路電壓

◆試驗回路接試樣，試樣兩端電壓由試樣電容，保護電阻及變壓器內阻抗決定。

?UL較大，Ur較小時，可能使測量值小于實際試樣上承受電壓值

?UL很小，Ur較大時，可能出現測量值偏大

?測量誤差隨著試樣電容量的改變而變化