絕緣的高電壓試驗(yàn)

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1、單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級(jí),第三級(jí),第四級(jí),第五級(jí),*,第五章 絕緣的高電壓試驗(yàn),什么是絕緣的高電壓試驗(yàn)？,在高壓試驗(yàn)室用工頻交流高壓、直流高壓、雷電沖擊高壓、操作沖擊高壓等模擬電氣設(shè)備的絕緣在運(yùn)行中受到的工作電壓，用以考驗(yàn)各種絕緣耐受這些高電壓作用的能力。,特點(diǎn)：,具有破壞性試驗(yàn)的性質(zhì)。,一般放在非破壞性試驗(yàn)項(xiàng)目合格通過(guò)之后進(jìn)行，以避免或減少不必要的損失。,難點(diǎn)問(wèn)題：,由于輸電電壓和相應(yīng)的試驗(yàn)電壓在不斷提高，要獲得各種符合要求的試驗(yàn)用高電壓越來(lái)越困難，這是高電壓試驗(yàn)技術(shù)發(fā)展中首先需要解決的問(wèn)題。,5.3 沖擊高電壓試驗(yàn),沖擊電壓發(fā)生器,基本回路,標(biāo)準(zhǔn)雷電沖擊波

2、采用的是非周期雙指數(shù)波,波前,波尾,沖擊電壓發(fā)生器常用回路,放電回路的利用系數(shù),多級(jí)沖擊電壓發(fā)生器的工作原理,多級(jí)沖擊電壓發(fā)生器的接線圖,基本原理：并聯(lián)充電，串聯(lián)放電,沖擊電壓發(fā)生器的近似計(jì)算,波前,其中，時(shí)間常數(shù),根據(jù)沖擊波的標(biāo)準(zhǔn)化，可得,即,即,得到,由右圖可得：,可得,波尾,其中，時(shí)間常數(shù),根據(jù)沖擊波的標(biāo)準(zhǔn)化，可得,可得,5.4 高電壓測(cè)量技術(shù),高電壓的測(cè)量,一、高電壓測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)與方法概述,二、球隙放電法測(cè)量高電壓,三、高壓靜電電壓表,四、分壓器,一 高電壓測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)與方法概述,穩(wěn)態(tài)高電壓：,主要是指工頻交流高壓和直流高壓。,沖擊電壓：,無(wú)論是雷電沖擊電壓或操作沖擊電壓，均為快速變化的一種電

3、壓。測(cè)量沖擊電壓的整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)必須具有良好的瞬態(tài)響應(yīng)特性。沖擊電壓的測(cè)量包括峰值測(cè)量和波形記錄兩個(gè)方面,穩(wěn)態(tài)高電壓與沖擊高電壓,測(cè)量的不確定度（誤差）,穩(wěn)態(tài)高電壓測(cè)量系統(tǒng)：,要求測(cè)量系統(tǒng)在額定頻率下測(cè)量試驗(yàn)電壓峰值或有效值的總不確定度應(yīng)在,3%,范圍內(nèi)。,沖擊電壓測(cè)量系統(tǒng)：,測(cè)量,沖擊全波峰值,的總不確定度為,3%,范圍內(nèi)。,實(shí)驗(yàn)室與電力系統(tǒng)的高電壓測(cè)量,電力系統(tǒng)：,電力運(yùn)行部門測(cè)量交流高電壓，是通過(guò)電壓互感器和電壓表來(lái)實(shí)現(xiàn)的。用電壓互感器測(cè)交流電壓把電壓互感器的高壓邊接到被測(cè)電壓，低壓邊跨接一塊電壓表，把電壓表讀數(shù)乘上電壓互感器的變比，就可得被測(cè)電壓值。,電力系統(tǒng)沒(méi)有專門的沖擊電壓測(cè)量系統(tǒng),

4、實(shí)驗(yàn)室：,互感器在高電壓實(shí)驗(yàn)室中用得不多，因?yàn)楦唠妷簩?shí)驗(yàn)室中所要測(cè)的電壓值常常比現(xiàn)有電壓互感器的額定電壓高許多，特制一個(gè)超高壓的電壓互感器是比較昂貴的，而且很高電壓的互感器也比較笨重，所以采用別的方法來(lái)測(cè)量交流高電壓,用電壓互感器,測(cè)交流電壓,實(shí)驗(yàn)室的高電壓測(cè)量,交流高電壓測(cè)量：,(1)利用氣體放電測(cè)量交流高電壓如測(cè)量球隙,(2)利用靜電力測(cè)量交流高電壓如靜電電壓表,(3)利用整流電容電流測(cè)量交流高電壓如峰值電壓表,直流高電壓的測(cè)量：,用高歐姆電阻串聯(lián)直流毫安表可以測(cè)量直流電壓的平均值，是一種比較方便而又常用的測(cè)量系統(tǒng),沖擊高電壓的測(cè)量：,(1)球隙法：是直接測(cè)量高電壓峰值的一種方法。,(2)

5、分壓器峰值電壓表：只測(cè)峰值，不測(cè)波形。事先應(yīng)驗(yàn)證波形合乎標(biāo)準(zhǔn)，或同時(shí)用示波器觀測(cè)波形。,(3)分壓器示波器（或數(shù)字記錄儀）：可同時(shí)測(cè)出峰值及波形。在采用數(shù)字式示波器或數(shù)字記錄儀時(shí)，可立即獲得峰值和時(shí)間參數(shù)值，并可打印,(1)、(2)是直接測(cè)量的方法,二 球隙放電法測(cè)量高電壓,1.球間隙放電,2.交直流高電壓的測(cè)量,3.沖擊電壓的測(cè)量,4.球隙法測(cè)量高電壓的優(yōu)缺點(diǎn),垂直測(cè)量球隙,1.球間隙放電,球隙的結(jié)構(gòu),符合尺寸的球間隙有兩種方式，圖中所示是垂直球間隙，另有水平球間隙,測(cè)量原理,空氣在一定電場(chǎng)強(qiáng)度下，才能發(fā)生放電。均勻電場(chǎng)下空氣間隙的放電電壓與間隙距離具有一定的關(guān)系?？梢岳瞄g隙放電來(lái)測(cè)量電壓

6、，但絕對(duì)的均勻電場(chǎng)是不易做到的，只能做到接近于均勻電場(chǎng)。,測(cè)量球隙是由一對(duì)相同直徑的金屬球所構(gòu)成。加壓時(shí)，球隙間形成,稍不均勻電場(chǎng),。當(dāng)其余條件相同時(shí)，球間隙在大氣中的擊穿電壓決定于球間隙的距離,垂直測(cè)量球隙,球間隙擊穿電壓的確定,由于鄰近效應(yīng)的影響，球間的電場(chǎng)強(qiáng)度和擊穿電壓很難計(jì)算，球隙的放電電壓主要是,靠試驗(yàn),來(lái)決定的,垂直測(cè)量球隙,球徑與球間隙距離的確定,對(duì)一定球徑，間隙中的電場(chǎng)隨距離的增長(zhǎng)而越來(lái)越不均勻。被測(cè)電壓越高，間隙距離越大，要求球徑也越大，才能保持稍不均勻電場(chǎng),當(dāng)S與D之比大于0.5時(shí)，其放電數(shù)值準(zhǔn)確性較差。要達(dá)到球隙所能達(dá)到的測(cè)量準(zhǔn)確度，其結(jié)構(gòu)和使用條件必須符合IEC或國(guó)家標(biāo)

7、準(zhǔn)規(guī)定,球隙距離：,不大于0.4D,標(biāo)準(zhǔn)球徑D為：,2；5；6.25；10；12.5；15；25；50；75；100；150和200厘米,可測(cè)的電壓峰值：,從幾千伏到近2000千伏,垂直測(cè)量球隙,2.交直流高電壓的測(cè)量,串接保護(hù)電阻,在用球間隙測(cè)量交流和直流電壓時(shí)，經(jīng)常需在球間隙上串聯(lián)一個(gè)保護(hù)電阻R,2,。以測(cè)交流電壓為例接線如圖所示,交直流高電壓測(cè)量球隙接線圖,交直流高電壓測(cè)量球隙接線圖,保護(hù)電阻的作用,R,1,是保護(hù)試驗(yàn)變壓器用的限流電阻,而R,2,是與球隙串連的保護(hù)電阻。,R,2,的可用它來(lái)限制球隙放電時(shí)所流過(guò)球極的短路電流，,以免球極燒傷,而產(chǎn)生麻點(diǎn)；,保護(hù)電阻阻值的選擇,(1)為了限

8、流，要求R,2,大一些；但為了避免R,2,上壓降引起測(cè)量誤差，要求R,2,小一些,(2)對(duì)于測(cè)量直流和工頻交流電壓時(shí)，I.E.C推薦此電阻值為,100千歐,。,交直流高電壓測(cè)量球隙接線圖,正確測(cè)量交直流高電壓的其它措施,預(yù)放電：,如果空氣中有灰塵或纖維物質(zhì)，則會(huì)產(chǎn)生不正常的破壞性放電。因此在取得前后一致的數(shù)據(jù)以前，必須進(jìn)行多次預(yù)放電。在放電電壓值相對(duì)穩(wěn)定后，才正式算數(shù)。最后測(cè)量應(yīng)取三次連續(xù)數(shù)的平均值，其偏差不超過(guò)3%。,交直流高電壓測(cè)量球隙接線圖,3.沖擊電壓的測(cè)量,測(cè)量沖擊與穩(wěn)態(tài)高電壓的區(qū)別與聯(lián)系,影響因素：,球隙測(cè)量電壓的可靠性，決定于測(cè)量結(jié)果的分散性。有兩個(gè)因素影響放電的分散性：一是球面

9、的塵污，二是球隙間空氣電離不充分。,自由電子影響：,放電必須由有效自由電子來(lái)觸發(fā)，交、直流電壓變化慢，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，不難在間隙中出現(xiàn)有效自由電子。沖擊電壓變化快，一霎即逝，要在這樣短暫瞬間正好出現(xiàn)有效自由電子比較困難。當(dāng)測(cè)量電壓較高，所用球徑較大，間隙所占空間較大，出現(xiàn)有效自由電子比較容易，當(dāng)測(cè)量電壓較低，所用球徑較小，間隙所占空間較小，出現(xiàn)有效自由電子比較困難,激發(fā)自由電子的方法：,所以國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，凡所用球徑小于12.5厘米或測(cè)量電壓低于50千伏，都必須用,照射,，即用人工方法使間隙中空氣電離。,預(yù)放電：,沖擊和穩(wěn)態(tài)都需要預(yù)放電,50%放電電壓的測(cè)量,50%放電電壓的概念：,所謂球隙的50%

10、放電電壓值，是指在此電壓作用下，相應(yīng)的球間隙距離的放電概率為50%,測(cè)量方法：,一種,簡(jiǎn)單的作法,，如使某一沖擊電壓作用到某一球隙距離上，十次中如有五次放電五次不放電，則此沖擊電壓即為該球隙距離的50%放電電壓。但要在十次中正好有五次放、五次不放，實(shí)踐中有困難，所以有規(guī)定認(rèn)為如十次中能有四次放、六次不放，或六次放、四次不放都可算作50%放電電壓。,概率,本身代表多次事件中,出現(xiàn)的頻率,，次數(shù)少了不一定準(zhǔn)確。很有可能，即使電壓、距離都不變，這十次中的放電概率與后十次中的很不相同，但如次數(shù)多了，還是可能得出一準(zhǔn)確值的,不僅球隙測(cè)量用50%放電電壓，所有自恢復(fù)絕緣，只要它的放電分散情況,符合正態(tài)分布

11、規(guī)律的，都采用50%放電電壓,確定50%放電電壓的方法分,多級(jí)法,和,升降法,等,多級(jí)法：,用多級(jí)法求某一間隙的50%放電電壓時(shí)，可向此間隙逐級(jí)施加電壓U，每級(jí)電壓施加10次，求得在該電壓下的放電近似概率P%，然后在正態(tài)概率紙上標(biāo)出相應(yīng)于U的P點(diǎn)。如此做45點(diǎn)，即可得出一條擬合直線，由此直線可求得相應(yīng)于P=50%的U值，即為50%放電電壓U,50,。一般認(rèn)為在P=2080%范圍內(nèi)P與U近似直線關(guān)系，在P=5080%做一點(diǎn)及P=2050%做一點(diǎn)，聯(lián)成直線即可求得U,50,。,升降法：,參見(jiàn)教材p110,電壓與放電概率,4.球隙法測(cè)量高電壓的優(yōu)缺點(diǎn),優(yōu)點(diǎn)：,(1)可以測(cè)量穩(wěn)態(tài)高電壓和沖擊電壓的幅值

12、，幾乎是直接測(cè)量超高電壓的唯一設(shè)備,(2)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易自制或購(gòu)買，不易損壞,(3)有一定的準(zhǔn)確度，一般認(rèn)為測(cè)量交流及沖擊電壓時(shí)可達(dá)3%以內(nèi)。,缺點(diǎn)：,(1)測(cè)量時(shí)必須放電，放電時(shí)將破壞穩(wěn)定狀態(tài)可能引起過(guò)電壓。,(2)氣體放電有統(tǒng)計(jì)性，數(shù)據(jù)分散，必須取多次放電數(shù)據(jù)的平均值，測(cè)量較費(fèi)時(shí)間。,(3)實(shí)際使用中，測(cè)量穩(wěn)態(tài)電壓要做校訂曲線，測(cè)量沖擊電壓要用50%放電電壓法，手續(xù)都較麻煩。,(4)要校訂大氣條件。,(5)被測(cè)電壓越高，球徑越大，目前已有用到直徑為3米的銅球，不僅本身越來(lái)越笨重，而且影響建筑尺寸。從發(fā)展的角度來(lái)看，測(cè)量球隙的前途將成問(wèn)題。,(6)一般來(lái)說(shuō)測(cè)量球隙不宜使用于室外，實(shí)踐證明，由

13、于強(qiáng)氣流以及灰塵、砂土、纖維和高濕度的影響，球隙在室外使用時(shí)常會(huì)產(chǎn)生異常放電。,三、高壓靜電電壓表,概念與原理：,加電壓于兩個(gè)相對(duì)的電極，由于兩電極上分別充上異性電荷，電極就會(huì)受到靜電機(jī)械力的作用。測(cè)量此靜電力的大小，或是測(cè)量由靜電力所產(chǎn)生的某一極板的偏移(或偏轉(zhuǎn))來(lái)反映所加電壓大小的表計(jì)稱為靜電電壓表,平板電極間的,電場(chǎng)和靜電吸力,適用范圍：,測(cè)量穩(wěn)態(tài)電壓,。靜電電壓表已廣泛應(yīng)用于測(cè)量低電壓，并且也用它直接測(cè)量穩(wěn)態(tài)高電壓。由于它的內(nèi)阻極大，可以把它并在分壓器的低壓臂上，通過(guò)它的電壓讀數(shù)乘以分壓比來(lái)測(cè)量高電壓,不能測(cè)量沖擊電壓,四 分壓器,高壓交流分壓器,高壓直流分壓器,3.,測(cè)量沖擊電壓的分

14、壓器,分壓器的原理,其中Z,1,為分壓器,高壓臂,的阻抗，Z,2,為分壓器,低壓臂,的阻抗，大部分的被測(cè)電壓降落在Z,1,上，Z,2,上僅有一小部分電壓，用低量程電壓表測(cè)量得Z,2,上的電壓，乘上一個(gè)常數(shù)，即可得被測(cè)電壓。這個(gè)常數(shù)叫做,分壓比,K,交流分壓器接線圖,對(duì)分壓器提出基本要求,要求被測(cè)電壓與Z,2,上的電壓僅在幅值上差k倍，,相角應(yīng)完全相同,，或相角差極小，一般,K1,。分壓器是個(gè)中間環(huán)節(jié)，要達(dá)到上述目標(biāo)，對(duì)分壓器提出基本要求如下：,(1)分壓器接入被測(cè)電路，應(yīng)基本上不影響原始的被測(cè)電壓峰值和波形。,(2)由分壓器低壓臂所測(cè)得的,電壓波形,應(yīng)與被測(cè)電壓波形相同，分壓比應(yīng)與被測(cè)電壓的頻率和峰值大小無(wú)關(guān)。,(3)分壓比與大氣條件(氣壓、氣溫、一般條件下的濕度)無(wú)關(guān)或基本上無(wú)關(guān)。分壓比應(yīng)較穩(wěn)定，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定其,測(cè)量的不確定度應(yīng)在|1|以內(nèi),。,(4)分壓器所,消耗的電能應(yīng)不大,，不會(huì)對(duì)電源造成大的負(fù)載效應(yīng)。在一定的冷卻條件下，分壓器消耗的電能所形起的溫升，不應(yīng)引起分壓比的改變。,