高電壓5-2課件

1、5.2 5.2 直流高電壓試驗(yàn)直流高電壓試驗(yàn)直流高壓試驗(yàn)的場(chǎng)合直流高壓試驗(yàn)的場(chǎng)合 被試品的電容量很大的設(shè)備被試品的電容量很大的設(shè)備(如長(zhǎng)電纜、電力電容器如長(zhǎng)電纜、電力電容器)常用直流高電壓試驗(yàn)來(lái)代替工頻電壓試驗(yàn)。常用直流高電壓試驗(yàn)來(lái)代替工頻電壓試驗(yàn)。對(duì)直流輸電設(shè)備進(jìn)行直流高壓試驗(yàn)。對(duì)直流輸電設(shè)備進(jìn)行直流高壓試驗(yàn)。泄漏電流測(cè)量泄漏電流測(cè)量5.2.1直流高電壓的產(chǎn)生 應(yīng)用最廣泛的產(chǎn)生直流高壓的方法是將交流電壓通過(guò)整流元件整流而獲得,對(duì)直流電源的要求 直流電壓的特性由極性、平均值、脈動(dòng)等來(lái)表示。高壓試驗(yàn)的直流電源在提供負(fù)載電流時(shí)，脈動(dòng)電壓要非常小，即直流電源必須具有一定的負(fù)載能力。1. 1. 半波整

2、流回路半波整流回路（a）（b）圖圖5-14半波整流電路半波整流電路(a)及輸出電壓波形圖及輸出電壓波形圖(b)T-工頻室驗(yàn)變壓器工頻室驗(yàn)變壓器 C-濾波電容器濾波電容器 VD-整流元件整流元件(高壓硅堆高壓硅堆) R-保護(hù)電阻保護(hù)電阻 Umax、Umin、Ud-試品輸出直流電壓的最大值、最小值、算術(shù)平方值試品輸出直流電壓的最大值、最小值、算術(shù)平方值 整流回路的基本技術(shù)參數(shù)有三個(gè)：（1）額定平均輸出電壓(算術(shù)平均值)Ud2minmaxUUUd（2）額定平均輸出電流（平均值）IdLddRUI（3）電壓脈動(dòng)系數(shù)（紋波系數(shù)）SdUUS2minmaxUUU表示電壓脈動(dòng)幅度對(duì)于半波對(duì)于半波整流電路整流電路

3、22ddI TIuCfCxdddfCRfCUIUuS212直流高電壓的產(chǎn)生直流高電壓的產(chǎn)生1. 半波整流回路和直流高壓設(shè)備的基本參數(shù)半波整流回路和直流高壓設(shè)備的基本參數(shù)T-工頻室驗(yàn)變壓器 C-濾波電容器 D-整流元件(高壓硅堆) R-保護(hù)電阻 Umax、Umin、Ud-試品輸出直流電壓的最大值、最小值、算術(shù)平方值 TDRCRxutTUminUmaxUT半波整流電路及輸出電壓波形圖（1）半波整流回路2TsmURI2. 倍壓整流回路：可獲得等于可獲得等于(23)m的直流電壓的直流電壓圖圖5-15電源變壓器兩端對(duì)地絕緣的倍電源變壓器兩端對(duì)地絕緣的倍壓電路壓電路此電路可看作兩個(gè)半波電此電路可看作兩個(gè)半

4、波電路的疊加，因而它的參數(shù)路的疊加，因而它的參數(shù)計(jì)算可參照半波電路的計(jì)計(jì)算可參照半波電路的計(jì)算原則進(jìn)行。變壓器算原則進(jìn)行。變壓器A A點(diǎn)點(diǎn)對(duì)地絕緣為對(duì)地絕緣為2 2U UT T，而點(diǎn)，而點(diǎn)AA為為U UT T。輸出電壓為。輸出電壓為變壓器變壓器二次電壓的兩倍。二次電壓的兩倍。注意：UT應(yīng)該是二次電壓的有效值T.O0 2 2TU2TU1230C11D2D常用倍壓電路 C22 2TU2TU工作原理：工作原理：1）當(dāng)電源為負(fù)時(shí)，硅堆）當(dāng)電源為負(fù)時(shí)，硅堆D1截止，截止，D2導(dǎo)通，電源經(jīng)導(dǎo)通，電源經(jīng)D2、R對(duì)對(duì)電容電容C1充電，充電，C1最高充電電壓可達(dá)最高充電電壓可達(dá)UTm；2）當(dāng)電源電壓升高時(shí)，）當(dāng)

5、電源電壓升高時(shí)，1點(diǎn)電位也抬高，點(diǎn)電位也抬高，D2截止，截止，D1導(dǎo)通，導(dǎo)通，電源經(jīng)電源經(jīng)C1向向C2充電，充電，2點(diǎn)電位逐漸升高。點(diǎn)電位逐漸升高。2 2TU0 2 2TU直流高電壓的產(chǎn)生直流高電壓的產(chǎn)生 半波整流半波整流 LRCRTV2CTV11231CV2倍壓整流倍壓整流 2Um+ - + - + - + - + - Um3. 串級(jí)直流發(fā)生器 利用圖5-17(a)的倍壓整流電路作為基本單元，多級(jí)串聯(lián)起來(lái)即可組成一臺(tái)串級(jí)直流高壓發(fā)生器，如圖5-17(b)所示。圖5-17（a）基本倍壓整流電路 圖5-17(b)兩極串級(jí)直流高壓發(fā)生器接線圖串級(jí)直流發(fā)生器串級(jí)直流發(fā)生器D1C1C1Q2Q2+Q1Q

6、2+2Q1Q2+(n-1)Q1Q12Q1nQ1Q2+(n-2)Q1RxIdD1DnDnCnCn串級(jí)直流高壓發(fā)生器原理圖串級(jí)直流高壓發(fā)生器原理圖 (1)4dn nIufC脈動(dòng)幅值：322(432 )6ddmIUnUnnnfC輸出電壓平均值：32(432 )6daIUnnnfC電壓降落：(1)4dddn nIuSUfCU脈動(dòng)系數(shù)：減小電壓脈動(dòng)系數(shù)的方法：減小電壓脈動(dòng)系數(shù)的方法：1）減小串接級(jí)數(shù)；）減小串接級(jí)數(shù)；2）增加每級(jí)電容器的電容量；）增加每級(jí)電容器的電容量；3）提高電源頻率。）提高電源頻率。 串級(jí)直流高壓發(fā)生器串級(jí)直流高壓發(fā)生器 UoRor空載輸出電壓：空載輸出電壓：Uo2nUmUm電源交流

7、電壓幅值電源交流電壓幅值n級(jí)數(shù)級(jí)數(shù)5.2.2 直流工頻高電壓的測(cè)量直流工頻高電壓的測(cè)量國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：對(duì)具有紋波的直流實(shí)驗(yàn)電壓，一般要求是測(cè)量它的算術(shù)平均值，且要求測(cè)量的總不確定度（誤差）應(yīng)不超過(guò)3%采用平均值型指示儀表對(duì)紋波小的直流電壓進(jìn)行測(cè)量時(shí)，由于雜散電容的影響可以忽略，所以不需要對(duì)測(cè)量高阻進(jìn)行屏蔽；當(dāng)對(duì)紋波較高的直流電壓的最大值進(jìn)行測(cè)量時(shí)，由于雜散電容的影響，會(huì)造成測(cè)量誤差，可將高阻進(jìn)行屏蔽或采用阻容分壓器。 高壓高阻法（電阻分壓器，阻容分壓器）高壓高阻法（電阻分壓器，阻容分壓器）2. 旋轉(zhuǎn)電位計(jì) 電極在電場(chǎng)中旋轉(zhuǎn)，由于電極間電容的變化，形成充放電電荷，通過(guò)測(cè)量充放電電荷的大小，從而求得

8、直流電壓的最大值和平均值的一種裝置。旋轉(zhuǎn)電位計(jì)的測(cè)量精度高， 不確定度在 1以內(nèi)。其結(jié)構(gòu)如圖5-18所示。圖5-18 旋轉(zhuǎn)電位計(jì)3. 靜電電壓表 與交流電壓的測(cè)量原理一樣，可測(cè)量直流電壓的平均值。但是，在工作原理上，它表示的是直流電壓瞬時(shí)值平方的平均值，因此，在紋波較大的情況下，測(cè)量值就不是直流電壓的平均值，這一點(diǎn)必須加以注意。5. 標(biāo)準(zhǔn)球間隙 測(cè)量裝置以及測(cè)量方法與測(cè)量交流電壓時(shí)一樣。但大氣中的灰塵或纖維等會(huì)引起放電電壓的變化，就是說(shuō)長(zhǎng)時(shí)間加壓時(shí)，放電電壓可能會(huì)變得特別低。因此，在測(cè)量直流時(shí)，推薦采用棒一棒間隙。用球隙測(cè)量直流電壓時(shí)，應(yīng)在間隙的軸垂直方向維持穩(wěn)定的氣流，氣流最低為3m/s。

9、用球間隙測(cè)量直流電壓時(shí)，會(huì)出現(xiàn)用球間隙測(cè)量直流電壓時(shí)，會(huì)出現(xiàn)較大的分散性，因此，較大的分散性，因此，IEC規(guī)定中，推薦規(guī)定中，推薦使用左圖的棒間隙。標(biāo)準(zhǔn)棒間隙測(cè)量直使用左圖的棒間隙。標(biāo)準(zhǔn)棒間隙測(cè)量直流電壓時(shí)，其測(cè)量不準(zhǔn)確度在流電壓時(shí)，其測(cè)量不準(zhǔn)確度在3%以內(nèi)，以內(nèi)，測(cè)量方法與球間隙一樣。測(cè)量方法與球間隙一樣。sVk V 非標(biāo)況：)11(014. 01hk 棒間隙直接測(cè)量直流電壓時(shí)也非常費(fèi)時(shí)，棒間隙直接測(cè)量直流電壓時(shí)也非常費(fèi)時(shí)，一般用于求取直流高壓輸出值與直流發(fā)生器低一般用于求取直流高壓輸出值與直流發(fā)生器低壓側(cè)的儀表讀數(shù)間的比例關(guān)系。壓側(cè)的儀表讀數(shù)間的比例關(guān)系。dVs534. 02 標(biāo)況下，正、

10、負(fù)極性的直流電壓下，標(biāo)況下，正、負(fù)極性的直流電壓下，棒間隙棒間隙10次放電電壓的平均值為：次放電電壓的平均值為： 4. 標(biāo)準(zhǔn)棒一棒間隙圖5-19直流電壓測(cè)量用棒間隙6. 6. 紋波電壓的測(cè)量紋波電壓的測(cè)量rUfCRjfCRjU)21 (2如果如果 ，則，則U UU Ur r，可得，可得到紋波電壓。到紋波電壓。 12fCR圖5-20 紋波電壓測(cè)量 利用利用高壓電容與電阻串聯(lián)高壓電容與電阻串聯(lián)來(lái)測(cè)量直流電壓的脈動(dòng)。若來(lái)測(cè)量直流電壓的脈動(dòng)。若直流高壓含有脈動(dòng)電壓分量直流高壓含有脈動(dòng)電壓分量Ur，當(dāng)脈動(dòng)電壓的頻率為，當(dāng)脈動(dòng)電壓的頻率為f，則，則電阻電阻R兩端的電壓為：兩端的電壓為： 也可以采用電容器電

11、流整流法來(lái)也可以采用電容器電流整流法來(lái)測(cè)量直流電壓脈動(dòng)的幅值，其測(cè)量方測(cè)量直流電壓脈動(dòng)的幅值，其測(cè)量方法與交流峰值測(cè)量的方法相同。法與交流峰值測(cè)量的方法相同。小結(jié)：穩(wěn)態(tài)高電壓的測(cè)量小結(jié)：穩(wěn)態(tài)高電壓的測(cè)量高壓測(cè)量系統(tǒng)：高壓測(cè)量系統(tǒng)：轉(zhuǎn)換裝置、至試品間的引線、接地連線、 低壓測(cè)量回路、測(cè)量?jī)x表等 對(duì)測(cè)量結(jié)果的要求：對(duì)測(cè)量結(jié)果的要求：（1）交流電壓的測(cè)量，要求蜂值或有效值時(shí)的總不確定度在3之內(nèi)；（2）直流電壓的測(cè)量，要求電壓算術(shù)平均值時(shí)的總不確定度不超過(guò)3%，直流電壓的紋波幅值總不確定度不超過(guò)10%，或脈動(dòng)系數(shù)測(cè)量的不確定度應(yīng)小于1%。 穩(wěn)態(tài)高電壓：穩(wěn)態(tài)高電壓：工頻交流高壓、直流高壓利用氣體放電測(cè)量

12、交流高電壓，例如測(cè)量球隙利用氣體放電測(cè)量交流高電壓，例如測(cè)量球隙,棒隙。棒隙。利用靜電力測(cè)量高電壓，例如靜電電壓表。利用靜電力測(cè)量高電壓，例如靜電電壓表。利用整流電容電流或充電電壓來(lái)測(cè)量高電壓，利用整流電容電流或充電電壓來(lái)測(cè)量高電壓，例如峰值電壓表。例如峰值電壓表。利用分壓器測(cè)量高電壓，如電容分壓器和電阻利用分壓器測(cè)量高電壓，如電容分壓器和電阻分壓器。分壓器。實(shí)驗(yàn)室中測(cè)量穩(wěn)態(tài)高壓常用的方法：實(shí)驗(yàn)室中測(cè)量穩(wěn)態(tài)高壓常用的方法：5.2.3 絕緣的直流耐壓試驗(yàn)1.直流高電壓試驗(yàn)特點(diǎn)直流高電壓試驗(yàn)特點(diǎn)(1) 試驗(yàn)設(shè)備的容量較小試驗(yàn)設(shè)備的容量較小。特別是采用電力電子變。特別是采用電力電子變換的高頻電源后，

13、整套直流耐壓試驗(yàn)裝置的體積、換的高頻電源后，整套直流耐壓試驗(yàn)裝置的體積、重量大大減小，便于現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行試驗(yàn)；重量大大減小，便于現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行試驗(yàn)；(2) 可同時(shí)測(cè)量泄漏電流可同時(shí)測(cè)量泄漏電流，能有效地顯示絕緣內(nèi)部，能有效地顯示絕緣內(nèi)部的集中性缺陷或受潮，提供有關(guān)絕緣狀態(tài)的補(bǔ)充信的集中性缺陷或受潮，提供有關(guān)絕緣狀態(tài)的補(bǔ)充信息；息；(3) 比交流耐壓試驗(yàn)比交流耐壓試驗(yàn)更能發(fā)現(xiàn)電機(jī)端部的絕緣缺陷更能發(fā)現(xiàn)電機(jī)端部的絕緣缺陷。(4) 在某種程度上帶有非破壞性試驗(yàn)的性質(zhì)在某種程度上帶有非破壞性試驗(yàn)的性質(zhì)，對(duì)絕對(duì)絕緣損傷小緣損傷??；在直流高壓下，局部放電較弱，不會(huì)加；在直流高壓下，局部放電較弱，不會(huì)加快有機(jī)絕緣材料分

14、解或老化；快有機(jī)絕緣材料分解或老化；(5) 對(duì)交流電氣設(shè)備絕緣的考驗(yàn)不如交流試驗(yàn)?zāi)菢訉?duì)交流電氣設(shè)備絕緣的考驗(yàn)不如交流試驗(yàn)?zāi)菢咏咏鼘?shí)際情況接近實(shí)際情況。對(duì)于絕大多數(shù)組合絕緣來(lái)說(shuō)，它們。對(duì)于絕大多數(shù)組合絕緣來(lái)說(shuō)，它們?cè)谥绷麟妷合碌碾姎鈴?qiáng)度遠(yuǎn)高于交流電壓下的電氣在直流電壓下的電氣強(qiáng)度遠(yuǎn)高于交流電壓下的電氣強(qiáng)度，因而交流電氣設(shè)備的直流耐壓試驗(yàn)必須提高強(qiáng)度，因而交流電氣設(shè)備的直流耐壓試驗(yàn)必須提高試驗(yàn)電壓，才能具有等效性。試驗(yàn)電壓，才能具有等效性。試驗(yàn)設(shè)備容量小，重量輕，便于現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)；試驗(yàn)設(shè)備容量小，重量輕，便于現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)；可同時(shí)進(jìn)行泄漏電流測(cè)量可同時(shí)進(jìn)行泄漏電流測(cè)量直流耐壓試驗(yàn)更能有效發(fā)現(xiàn)電機(jī)直流耐壓試驗(yàn)

15、更能有效發(fā)現(xiàn)電機(jī)定子端部的絕緣缺陷定子端部的絕緣缺陷對(duì)絕緣損傷小對(duì)絕緣損傷小對(duì)交流電氣設(shè)備絕緣的考驗(yàn)對(duì)交流電氣設(shè)備絕緣的考驗(yàn)不如交流耐壓試驗(yàn)接近實(shí)際不如交流耐壓試驗(yàn)接近實(shí)際5.2.3 絕緣的直流耐壓試驗(yàn)1.直流高電壓試驗(yàn)特點(diǎn)直流高電壓試驗(yàn)特點(diǎn)（1）直流高壓試驗(yàn)要根據(jù)不同試品、不同的試驗(yàn)要求選直流高壓試驗(yàn)要根據(jù)不同試品、不同的試驗(yàn)要求選擇合適的電源容量。擇合適的電源容量。 一般情況下，直流高壓試驗(yàn)所需的一般情況下，直流高壓試驗(yàn)所需的試驗(yàn)電流通常在幾試驗(yàn)電流通常在幾mA到幾十到幾十mA，但是某些試品在擊穿前瞬時(shí)泄漏電流還，但是某些試品在擊穿前瞬時(shí)泄漏電流還是很大，將達(dá)到安培級(jí)。這樣大的泄漏電流將使

16、設(shè)備內(nèi)部是很大，將達(dá)到安培級(jí)。這樣大的泄漏電流將使設(shè)備內(nèi)部產(chǎn)生很大壓降而使試驗(yàn)結(jié)果不正確。產(chǎn)生很大壓降而使試驗(yàn)結(jié)果不正確。（2）保護(hù)電路保護(hù)電路 當(dāng)試品放電，或者發(fā)生器輸出端可能發(fā)生對(duì)地短路時(shí)，當(dāng)試品放電，或者發(fā)生器輸出端可能發(fā)生對(duì)地短路時(shí)，為了限制電容器柱的放電電流和流經(jīng)高壓硅的電流，需在為了限制電容器柱的放電電流和流經(jīng)高壓硅的電流，需在試品與高壓輸出端之間試品與高壓輸出端之間串接一保護(hù)電阻串接一保護(hù)電阻。2. 直流高電壓試驗(yàn)注意事項(xiàng)直流高電壓試驗(yàn)注意事項(xiàng)（3）直流高壓試驗(yàn)電壓值的選擇。直流高壓試驗(yàn)電壓值的選擇。主要根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)來(lái)確定，一般為主要根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)來(lái)確定，一般為額定電壓的兩倍額定電

17、壓的兩倍以上，以上，且是逐級(jí)升壓，一旦發(fā)現(xiàn)異?，F(xiàn)象，可及時(shí)停止試驗(yàn)，進(jìn)且是逐級(jí)升壓，一旦發(fā)現(xiàn)異?，F(xiàn)象，可及時(shí)停止試驗(yàn)，進(jìn)行處理。行處理。小 結(jié)獲得直流高電壓的方法有半波整流回路、倍壓整流回路和串級(jí)直流發(fā)生器。6種直流工頻高電壓的測(cè)量方法。利用直流高壓對(duì)電器設(shè)備進(jìn)行耐壓試驗(yàn)有重要的實(shí)際意義，并隨著直流輸電系統(tǒng)的應(yīng)用將會(huì)有更大的發(fā)展。5-1簡(jiǎn)述直流耐壓試驗(yàn)與交流相比有哪些主要特點(diǎn)。簡(jiǎn)述直流耐壓試驗(yàn)與交流相比有哪些主要特點(diǎn)。答：（答：（1）直流下沒(méi)有電容電流，要求電源容量很小，加上可么）直流下沒(méi)有電容電流，要求電源容量很小，加上可么用串級(jí)的方法產(chǎn)生高壓直流，所以試驗(yàn)設(shè)備可以做得比較輕巧，用串級(jí)的方法

18、產(chǎn)生高壓直流，所以試驗(yàn)設(shè)備可以做得比較輕巧，適合于現(xiàn)場(chǎng)預(yù)防性試驗(yàn)的要求。特別對(duì)容量較大的試品，如果做適合于現(xiàn)場(chǎng)預(yù)防性試驗(yàn)的要求。特別對(duì)容量較大的試品，如果做交流耐壓試驗(yàn)，需要較大容量的試驗(yàn)設(shè)備，在一般情況下不容易交流耐壓試驗(yàn)，需要較大容量的試驗(yàn)設(shè)備，在一般情況下不容易辦到。而做直流耐壓試驗(yàn)時(shí)，只需供給絕緣泄漏電流（最高只達(dá)辦到。而做直流耐壓試驗(yàn)時(shí)，只需供給絕緣泄漏電流（最高只達(dá)毫安級(jí)），試驗(yàn)設(shè)備可以做得體積小而且比較輕便，適合現(xiàn)場(chǎng)預(yù)毫安級(jí)），試驗(yàn)設(shè)備可以做得體積小而且比較輕便，適合現(xiàn)場(chǎng)預(yù)防性試驗(yàn)的要求。防性試驗(yàn)的要求。（2）在試驗(yàn)時(shí)可以同時(shí)測(cè)量泄漏電流，由所得的）在試驗(yàn)時(shí)可以同時(shí)測(cè)量泄漏電流，由所得的“電壓一電流電壓一電流”曲線能有效地顯示絕緣內(nèi)部的集中性缺陷或受潮，提供有關(guān)絕曲線能有效地顯示絕緣內(nèi)部的集中性缺陷或受潮，提供有關(guān)絕緣狀態(tài)的補(bǔ)充信息。緣狀態(tài)的補(bǔ)充信息。（3）直流耐壓試驗(yàn)比之交流耐壓試驗(yàn)更能發(fā)現(xiàn)電機(jī)端部的絕緣）直流耐壓試驗(yàn)比之交流耐壓試驗(yàn)更能發(fā)現(xiàn)電機(jī)端部的絕緣缺陷。其原因是直流下沒(méi)有電容電流流經(jīng)線棒絕緣，因而沒(méi)有電缺陷。其原因是直流下沒(méi)有電容電流流經(jīng)線棒絕緣，因而沒(méi)有電容電流在半導(dǎo)體防暈層上造成的電壓降，故端部絕緣上分到的電容電流在半導(dǎo)體防暈層上造成的電壓降，故端部絕緣上分到的電壓較高，有利于發(fā)現(xiàn)該處絕緣缺陷。壓較高，有