四川大學(xué)電氣信息學(xué)院高電壓技術(shù)實驗報告

1、四川大學(xué)高電壓技術(shù)實驗報告姓名：XXXXX學(xué)號：07430XXX專業(yè)：電氣工程及其自動化實驗二介質(zhì)損耗角正切值的測量一. 實驗?zāi)康模簩W(xué)習(xí)使用QS1型西林電橋測量介質(zhì)損耗正切值的方法。二. 相關(guān)知識：介質(zhì)極化、偶極子、漏導(dǎo)。三. 實驗任務(wù)：1 正接線測試2 反接線測試四. 接線方式：(a)高壓試驗源(b)正接線(c)反接線圖2- 1QS1西林電橋試驗接線圖(d )對角接線QS1電橋在使用中有多種接線方式，即圖2-1 ( b )所示的正接線，圖 2-1 (c)所示的反接線，圖 2-1(d )所示的對角接線，另外還有低壓測量接線等。正接線適用于所測設(shè)備兩端都對地絕緣的情況，此時電橋的D點接地，試驗高

2、電壓在被試品及標準電容上形成壓降后，作用于電橋本體的電壓很低，測試操作很安全也很方便，而且電橋的三根引出線(Cx、Cn、巳也都是低壓，不需要與地絕緣。反接線適用于所測設(shè)備有一端接地的情況，這時是C點接地，試驗高電壓通過電橋加在被試品及標準電容上，電橋本體處于高電位，在測試操作時應(yīng)注意安全，電橋調(diào)節(jié)手柄應(yīng)保證具有 15kv以上的交流耐壓能力，電橋外殼應(yīng)保證可靠接地。電橋的三根引出線為高壓線，應(yīng)對地絕緣。對角接線使用于所測設(shè)備有一端接地而電橋耐壓又不夠，不能使用反接線的情況，但這種接線的測量誤 差較大，測量結(jié)果需進行校正。低壓接線可用來測量低壓電容器的電容量及tg 3值，標準電容可選配0.001卩

3、f (可測CX范圍為300pf10卩f)或0.01卩f (可測 CX范圍為3000pf100卩f)3 分流電阻的選擇及 tg 3值的修正：QS1電橋可測試品范圍很廣，試品電容電流變化范圍也很廣，但電橋中R3的最大允許工作電流為 0.01A , 如果試品電容電流超過此值，則必須投入分流器，以保證R3的安全工作，分流器擋位的選擇可按表 2-1所列數(shù)據(jù)進行。在投入分流器后所測tg 3值很小的情況下，測量值應(yīng)進行校正，其校正式如下:tg、x 二 tgTtg: =CnR4 100 - r -ntg 3為實測值， tg 3為校正量，tg 3 x為校正后的值。表2-1 分流器擋位選擇表試品電容量f pf)3

4、00080001940048000400000分流開關(guān)刻度f A)0.010.0250.060.151.25分流系數(shù)n100+R 36025104五工作原理：1、絕緣介質(zhì)中的介質(zhì)損耗(P= 3 C u 2 tg 3)以介質(zhì)損耗角3的正切值(tg 3 )來表征，介質(zhì)損耗角正切值等于介質(zhì)有功電流和電容電流之比。用測量tg 3值來評價絕緣的好壞的方法是很有效的，因而被廣泛采用，它能發(fā)現(xiàn)下述的一些絕緣缺陷：(1 )、絕緣介質(zhì)的整體受潮；(2 )、絕緣介質(zhì)中含有氣體等雜質(zhì);(3)、浸漬物及油等的不均勻或臟污。測量介質(zhì)損耗正切值的方法較多，主要有平衡電橋法fQS1 ),不平衡電橋法及瓦特表法。目前，我國多

5、采用平衡電橋法，特別是工業(yè)現(xiàn)場廣泛采用 QS1型西林電橋。這種電橋工作電壓為10Kv，電橋面板如圖2-1所示，其工作原理及操作方法簡介如下:檢流計調(diào)零鈕.R3電阻箱.靈敏度調(diào)節(jié)鈕.檢流計調(diào)諧鈕.C4電容箱f tg 3 )微調(diào)電阻p (R3橋臂).檢流計電源開關(guān).+tg 5 /-tg 5及接通I.檢流計電源插座(12).低壓電容測量(14).橋體引岀線.檢流計標尺框/斷開/接通U切換鈕(11) .接地(13).分流器選擇鈕2、工作原理分析:圖2-2 QS1西林電橋面板圖原理接線圖如圖2-2所示，橋臂BC接入標準電容 Cn (一般CN=50pf ), 橋臂BD由固定的無感電阻 R4和可調(diào)電容C4并

6、聯(lián)組成，橋臂AD接入可調(diào)電阻 R3，對角線AB上接入檢流計G, 剩下一個橋臂AC就接被試品Cx。高壓試驗電壓加在CD之間,測量時只要調(diào)節(jié)R3和C4就可使G中的電流為零，此時電橋達到平衡。由電橋平衡原理有:U CA _ U CBU AD U BD即:Zca _ ZcbZADZBD（式 2-1各橋臂阻抗分別為:RxZCA Z X1 +jgxRxZAD =Z 3 二艮ZB。二乙=1 j C4 R4z _zz CB z N jC N將各橋臂阻抗代入式并使等式兩邊的實部和虛部分別相等，可得:CX =C NR4tg、： = C4 R4（式 2-2 ）在電橋中,R4的數(shù)值取為=10000/ n =3184(

7、Q),電源頻率3 =100 n，因此:（式 2-3 ）即在C4電容箱的刻度盤上完全可以將C4的電容值直接刻度成 tg 5值(實際上是刻度成tg 5 (%)值)， 便于直讀。六.儀器設(shè)備:一套一只1、50/5試驗裝置2、水阻3、電壓表4、QS1電橋5、220KV脈沖電容器（被試品）一只一套一只七.實驗步驟：.首先按圖2-3所示的正接線法接好試驗線路；.將R3、C4以及靈敏度旋鈕旋至零位，極性切換開關(guān)放在中間斷開位置；.根據(jù)被試品電容量確定分流器擋位；.檢查接線無誤后，合上光偏式檢流計的光照電源，這時刻度板上應(yīng)出現(xiàn)一條窄光帶，調(diào)節(jié)零位旋鈕，使窄光帶處在刻度板零位上；.合上試驗電源，升至所需試驗電壓

8、；.把極性切換開關(guān)轉(zhuǎn)至“ + tg S ”位置的“接通I”上；.把靈敏度旋鈕旋至 1或2位置，調(diào)節(jié)檢流計的合頻旋鈕，找到檢流計的諧振點，光帶達到最寬度，即檢流計單擋靈敏度達到最大；.調(diào)節(jié)檢流計靈敏度旋鈕，使光帶達到滿刻度的1/32/3為止；.先調(diào)節(jié) R3使光帶收縮至最窄，然后調(diào)節(jié)C4使光帶再縮至最窄，當觀察不便時，應(yīng)增大靈敏度旋鈕擋（注意在整個調(diào)節(jié)過程中，光帶不能超過滿刻度），最后，反復(fù)調(diào)節(jié)p和C4并在靈敏度旋鈕增至 10擋（最大擋）時，將光帶收縮至最窄（一般不超過4mm ）,這時電橋達到平衡；電橋平衡后，記錄 tg 3、R3、p值，以及分流器擋位和所對應(yīng)的分流器電阻n,還有所用標準電容的容量

9、Cn ；（11）.將檢流計靈敏度降至零，把極性旋鈕旋至關(guān)斷，把試驗電壓降至零并關(guān)斷試驗電源，關(guān)斷燈光電源開關(guān)，最后將試驗變壓器及被試品高壓端接地。（12）.計算被試品電容量：R4100 RbCx 一CnRb rn式中，Cn標準電容的容量（50pf或100pf ）n -分流器電阻值（對應(yīng)于分流器擋位，如表2-1所列）（13）按圖2-4所示的反接線法接好試驗線路（選做）；并按（12）操作步驟調(diào)節(jié)電橋，測出被試品的tg3值和Cx值。注意：反接線法橋體內(nèi)為高壓，電橋箱體必須良好接地，電橋引岀線應(yīng)架空與地絕緣。操作時注意安全八實驗結(jié)果：實驗測得：tg 3 =1.3%R4100 R3Cx 二 Cn由懇：

10、n 可求得 Cx 其中 cn -=50P , R4=10000/ n , R3=171 Q , p =0.8,n=60,故 Cx=4206P 。九實驗分析:1 ）、實驗圖：正接線反接線對角接線2 ）測量介質(zhì)損耗角正切值 tg的意義介質(zhì)損耗角正切值又稱介質(zhì)損耗因數(shù)或簡稱介損。測量介質(zhì)損耗因數(shù)是一項靈敏度很高的試驗項目，它可以發(fā)現(xiàn)電力設(shè)備絕緣整體受潮、劣化變質(zhì)以及小體積被試設(shè)備貫通和未貫通的局部缺陷。例如：某臺變壓器的 套管，正常tg值為0.5 %，而當受潮后tg值為3.5 %，兩個數(shù)據(jù)相差 7倍；而用測量絕緣電阻檢測，受潮前后的數(shù)值相差不大。由于測量介質(zhì)損耗因數(shù)對反映上述缺陷具有較高的靈敏度，所

11、以在電工制造及電力設(shè)備交接和預(yù)防性試驗中都得到了廣泛的應(yīng)用。變壓器、發(fā)電機、斷路器等電氣設(shè)備的介損測試規(guī)程都作了規(guī)定。3） 介質(zhì)損耗是表征介質(zhì)交流損耗的參數(shù)（直流損耗用電導(dǎo)就可表征），包括電導(dǎo)損耗和電偶損耗；測量 tg S值對檢測大面積分布性絕緣缺陷或貫穿性絕緣缺陷較靈敏和有效，但對局部性非貫穿性絕緣缺陷卻不靈敏和不太有效。中性介質(zhì)的介質(zhì)損耗主要是電導(dǎo)損耗，極性介質(zhì)的介質(zhì)損耗則由電導(dǎo)損耗和電偶損耗兩部分組成。4） 利用西林電橋測量tg S的結(jié)果會受到一系列外界因素的影響，主要有：外界電磁場的干擾、溫度的影響、測試電壓的影響、試品電容量的影響、試品表面泄露的影響。十實驗總結(jié)及誤差分析在實際測量中

12、，若忽略 R3的分布電容和殘余電感以及R 4上的分布電容和殘余電感對電路的影響，只考慮檢流計G兩端對地的寄生電容 C 3、 C 4和泄露電阻 R 3 , R 4則其等效電 路如圖2所示。CS2檢潦計補離橋?qū)Φ氐钠嫔娙莺蛯⑸鲜鏊膫€式子代入（1）式，使等式兩邊的實部相等，可得到由圖2可見7 一 1*式中皿 RR二RA R/R?1/RjZ二丄4 l/R4*+jO（C4+C4/）由上式可知，Q S 1型高壓交流平衡電橋測量介質(zhì)損耗 tg 3值與檢流計 G兩端對地的寄生 電容C 3、C 4 和泄露電阻 R 3、R 4有關(guān)。所以， 在實際測量中， Q S 1型高壓交流平衡電橋測量介質(zhì)損耗 tg 3值的

13、絕對誤差為：心間少x!V（C4+（7卜皆 1相對誤差為尸*冥100%=3xl（mtgfiu）H4C4由于Q S 1型高壓交流平衡電橋主要技術(shù)參數(shù)為：額定工作電壓 10千伏，試品電容30pF弋4叭500（041461）閔衍嬰 M18RKKMll】Q）fl寄生電容C3、C 4又都是p F級電容， 故相對誤差可簡化為：尸備曲炯鬆（1 烹）燈畑由上式知， 若R 4和C 4均為一定值時，C 4值越大即介質(zhì)損耗 tg 3值越大， 則相對誤差就越大，說明測量越不準確。若R4= 8和C4=0時，不論C4為何值即介質(zhì)損耗tg3為任何值，則相對誤差丫 = 0。因此Q S 1型高壓交流平衡電橋測量介質(zhì)損耗 tg 3

14、值是受到寄生電容 C 3、C 4和泄露電阻R 3、R 4的影響。十一、實驗感想及改進通過實驗及前面分析， 由于檢流計G兩端對地的寄生電容 C 3、C 4和泄露電阻R 3、R 4的存在，QS1 型高壓交流平衡電橋測量介質(zhì)損耗 tg 3值就會產(chǎn)生誤差。為了克服寄生電容 C 3、C 4和泄露電阻R 3、 R 4給測試帶來的影響，在電橋 Z3、Z4臂的連接點 D與地之間， 串接一個附加電源“ E”如圖11-1所 示。附加電源“ E”是一個與試驗回路同頻且可調(diào)整電壓大小 （02. 5 v ）及相位（01 8 0 ）的隔離電源。調(diào)整E使之與R 3和Z4的電壓降大小相等 、方向相反。這樣， 由于A、B兩點的

15、電位與地相等，就消除由寄可使寄生電容 C 3、C 4和泄露電阻 R 3、R 4的兩端同電位而無電流，不再影響測試結(jié)果,生電容C 3、C 4所產(chǎn)生的誤差。圖11-1克服檢流計兩測橋臂對地的寄生電容和泄露電阻對測量的影響實驗二.避雷器試驗.實驗?zāi)康?了解閥型避雷器的種類、型號、規(guī)格、工作原理及不同種類避雷器的結(jié)構(gòu)和適用范圍，掌握閥型避雷器 電氣預(yù)防性試驗的項目、具體內(nèi)容、試驗標準及試驗方法。二.相關(guān)知識: 大氣過電壓、內(nèi)過電壓、伏秒特性、沖擊耐壓強度、絕緣配合、雷電流計算標準。三.實驗內(nèi)容:1 . FS-10型避雷器試驗(1 ).絕緣電阻檢查(2).工頻放電電壓測試2 . FZ-15型避雷器試驗(

16、1 ).絕緣電阻檢查(2).泄漏電流及非線性系數(shù)的測試四實驗儀器設(shè)備:1、50/5試驗裝置一套2、水阻一只3、高壓硅堆一只4、濾波電容一只5、微安表一只6、電壓表一只7、高壓靜電電壓表一只8、FS-10型避雷器一只9、FZ-15型避雷器一只五實驗說明及原理:閥型避雷器分普通型和磁吹型兩類，普通型又分FS型（配電型）和 FZ型（站用型）兩種。它們的作用過程都是在雷電波入侵時擊穿火花間隙，通過閥片（非線性電阻）泄導(dǎo)雷電流并限制殘壓值，在雷電過后又 通過閥片減小工頻續(xù)流并通過火花間隙的自然熄弧能力在工頻續(xù)流第一次過零時切斷之，避雷器實際工作時 的通流時間10ms （半個工頻周期）。FS型避雷器的結(jié)構(gòu)

17、最簡單，如圖5-1所示，由火花間隙和非線性電阻（閥片）串聯(lián)組成。FZ型避雷器的結(jié)構(gòu)特點是在火花間隙上并聯(lián)有均壓電阻（也為非線性電阻），如圖5-2所示，增設(shè)均壓電阻是為了提高避雷器的保護性能，因為多個火花間隙串聯(lián)后將引起間隙上工頻電壓分布圖j-eep+4ch_e-5-1 FS型避雷器結(jié)構(gòu)及圖5-2 FZ型避雷器電路示意圖電路示意圖不均，并隨外瓷套電壓分布而變化，從而引起避雷器間隙恢復(fù)電壓的不均勻及不穩(wěn)定，降低避雷器熄弧能力，同時其工頻放電電壓也將下降和不穩(wěn)定。加上均壓電阻后，工頻電壓將按電阻分布，從而大大改善間隙工頻電壓的分布均勻度，提高避雷器的保護性能。非線性電阻的伏安特性式為：U=CI a，

18、其中C為材料系數(shù)，a即為非線性系數(shù)（普通型閥片的a - 0.2、磁吹型閥片的a - 0.24、FZ型避雷器因均壓電阻的影響，其整體a - 0.350.45 ）,其伏安特性曲線如圖 5-3所示?？梢娏鬟^非線性電阻的電流越大，其阻值越小，反之其阻 值越大，這種特性對避雷器泄導(dǎo)雷電流并限制殘壓，減小并切斷工頻續(xù)流都很有利。另外，F(xiàn)S型避雷圖5-3非線性電阻的伏安特性曲線器的工作電壓較低（w 10kv ），而FZ型避雷器工作電壓可做到220kv 。 FZ型避雷器中的非線性電阻（均壓。磁吹型避雷器有電阻和閥片）的熱容量較 FS型為大，因其工作時要長期流過工頻漏電流（很小、微安級）FCZ型（電站用）和 F

19、CD型（旋轉(zhuǎn)電機用）兩種，其結(jié)構(gòu)與FZ型相似，間隙上都有均壓電阻，只是磁吹型避雷器采用磁吹間隙， 并配有磁場線圈和輔助間隙。由于以上結(jié)構(gòu)上的不同，所以對FS型和FZ （ FCZ、FCD）型避雷器的預(yù)防性試驗項目和標準都有很大的不同。根據(jù)電力設(shè)備預(yù)防性試驗規(guī)程，對FS型避雷器主要應(yīng)做絕緣電阻檢查和工頻放電電壓試驗，對FZ （及FCZ、FCD ）型避雷器則應(yīng)做絕緣電阻檢查和直流泄漏電流及非線性系數(shù)的測試。只有在其解體檢修后才要 求做工頻放電電壓試驗（需要專門設(shè)備）。避雷器其它的預(yù)防性試驗還包括底座絕緣電阻的檢查、放電計數(shù)器的檢查及瓷套密封性檢查等。避雷器試驗應(yīng)在每年雷雨季節(jié)前及大修后或必要時進行。

20、絕緣電阻的檢查應(yīng)采用電壓2500V及量程2500M Q的兆歐表。要求對于 FS型避雷器絕緣電阻應(yīng)不低于 2500M Q ; FZ （ FCZ、FCD ）型避雷器絕緣電 阻與前次或同類型的測試值比較，不應(yīng)有明顯差別。FS型避雷器的工頻放電電壓試驗的合格值如表5-1所列。表5-1 FS型避雷器的工頻放電電壓值:額定電壓（kv）3610工頻放電電壓大修后91116 1926 31（kv）運行中81215 2123 335-2所列，所測泄漏電流FZ型避雷器的直流泄漏電流及非線性系數(shù)的測試的試驗電壓及電導(dǎo)電流值如表值還應(yīng)與歷年數(shù)據(jù)相比較，不應(yīng)有顯著變化，同相元件電導(dǎo)電流差值不應(yīng)大于30%。I %- I

21、max -I minI max100%（式 5-1 ）非線性系數(shù)按式5-2計算:（式 5-2 ）表5-2 FZ型避雷器的直流泄漏試驗電壓及電導(dǎo)電流值：額定電壓（kv）361015203040試驗電壓（kv）U1-8101216U2461016202432U2時電導(dǎo)電流（卩A）450 650400 600電導(dǎo)電流差值按式 5-1計算:同相組合元件的非線性系數(shù)差值不應(yīng)大于0.05。六.實驗接線:圖4-4絕緣電阻測試接線圖圖4-5FS型避雷器工頻放電實驗接線圖(b)微安表接在試驗變壓器尾端(a)微安表接在避雷器處圖4-6FZ型避雷器工頻放電實驗接線圖七.實驗步驟:1 . FS-10型避雷器試驗(1

22、).絕緣電阻檢查測試接線如圖4-4所示，測試前應(yīng)把避雷器表面清潔干凈，檢查有無外傷，兩端頭有無松動及銹蝕。測試時避雷器應(yīng)豎放，先檢查兆歐表的零位和最大偏轉(zhuǎn)位，然后夾好接線，以120轉(zhuǎn)/分的速度勻速搖轉(zhuǎn)兆歐表，讀取穩(wěn)定的讀數(shù)；為消除表面泄露的影響，可做一屏蔽環(huán)并接于兆歐表的G端，使表面泄露不影響讀數(shù)。所測得的絕緣電阻如果小于2500M Q，可能是避雷器瓷套密封不良引起內(nèi)部受潮所至。(2 ).工頻放電電壓測試測試接線如圖4-5所示，試驗電路中應(yīng)設(shè)保護電阻R,用來限制擊穿放電時的放電電流，要求將此電流幅值限制到0.7A以下，以避免放電燒壞火花間隙；控制電路應(yīng)設(shè)電流速斷保護，要求間隙放電后在0.5s內(nèi)

23、切斷電源。電壓測量可在低壓側(cè)進行，并通過變比折算出高壓側(cè)電壓，試驗步驟： 檢查接線正確后，接通電源； 合上高壓試驗開關(guān)，勻速升壓2kv/s ),直至避雷器擊穿放電，并記錄此時的電壓值，然后將調(diào)壓 器電壓降至零，斷開高壓試驗開關(guān); 重復(fù)步驟三次，每次間隔時間不小于1min ,取三次放電電壓平均值為此避雷器的工頻放電電壓； 切斷電源。2 . FZ-15型避雷器試驗（1 ）.絕緣電阻檢查測試方法與測FS型避雷器絕緣電阻時相同，所不同的是因 FZ型避雷器火花間隙上并聯(lián)有均壓電阻，故 所測得的值比FS型要小得多。規(guī)程中沒有規(guī)定具體數(shù)值，但必須做相對比較。如果與前次比較明顯偏小，則 可能是避雷器瓷套密封不良引起內(nèi)部受潮；如果明顯增大，則可能是避雷器均壓電阻接觸不良或斷裂所至。（2 ）.泄漏電流及非線性系數(shù)的測試測試接線如圖4-6所示，注意高壓硅堆的方向應(yīng)使試驗電壓呈負極性，要求試驗電壓的脈動系數(shù)不大于1.5%，一般是在回路上并接 0.010.1卩f的濾波電容C,保護電阻R應(yīng)使避雷器放電時的放電電流不大于 硅堆最大允許電流，應(yīng)直接測量加在避雷器上的試驗電壓（一般用靜電電壓表測量），測量準確度應(yīng)在3級或以上，電導(dǎo)電流可在圖中A、B、C三處測量，以A處為優(yōu)選，注意在 C處測量時除避雷器外的其它試驗設(shè)備的接地端應(yīng)接于