絕緣的高壓試驗

1、1高電壓技術(shù)高電壓試驗設(shè)備交流高電壓試驗設(shè)備直流高電壓試驗設(shè)備沖擊電壓試驗設(shè)備沖擊電流實驗設(shè)備23試驗變壓器電力變壓器負(fù)荷性質(zhì)容性感性容時溫量間度小短低大長高安全系數(shù)小（1.1)大（絕緣配合）一、 交流高電壓試驗設(shè)備試驗變壓器與電力變壓器區(qū)別與聯(lián)系試驗變壓器與電力變壓器的運行條件不同：4工頻高電壓試驗變壓器高壓串聯(lián)諧振試驗設(shè)備串級高壓試驗變壓器一、 交流高電壓的產(chǎn)生1-電源開關(guān)；2-調(diào)壓器；3-電壓表；4-試驗變壓器；5-變壓器保護電阻；6-試品；7-測量銅球保護電阻；8-測量銅球工頻高電壓試驗變壓器工頻高電壓試驗的基本線路試驗電流：Is=CU10-9 A (有效值)所需的試驗容量：Ps= C

2、U210-9 kVAU：試驗電壓kV(有效值)C：試品的電容量 pF5額定電壓kV510253550100 150 250 300 500 750 1000 1500 2250額定容量kVA333351025250 300 300 750 1000 750 22505555102550500 1200 500 1500 2000 1500 9000101010102550100 10001000 300025252550100 15015005050100 200 300100 250 250150 500 400200 7506國產(chǎn)試驗變壓器的額定電壓和額定容量試品名稱電容值（pF）線路絕緣

3、子13.3 kVA910高壓串聯(lián)諧振試驗設(shè)備對于特大的電容的試品，如電纜廠中的成卷高壓電纜的耐壓試驗，以及特大容量發(fā)電機的耐壓試驗等，常用串聯(lián)諧振裝置來滿足試驗的要求11串聯(lián)諧振的原理圖串聯(lián)諧振裝置的等值電路諧振條件：L=1/C，其中 =2f，f=50 Hz諧振時：電流達到最大值 IM=Us/RL及C上獲得比電源電壓高（通常高20倍）的電壓Uc=UL=QUs， Q = L / R = L / C / R12串聯(lián)高壓試驗變壓器單臺試驗變壓器的額定電壓一般不超過500kV750kV常用幾個變壓器串級的辦法得到更高的輸出電壓13串級高壓試驗變壓器整套裝置總?cè)萘浚赫籽b置總?cè)萘浚篣2I2+2U2I2+

4、3U2I2=6U2I2裝置輸出額定容量：裝置輸出額定容量：3U2I2容量利用率：容量利用率：50%50%一般串級數(shù)：一般串級數(shù)：n34激磁（累接）繞組激磁（累接）繞組三變壓器組成的串級變壓器示意圖12=n13串級高壓試驗變壓器整套裝置總?cè)萘浚篣2I2+2U2I2+3U2I2=6U2I2裝置輸出額定容量：3U2I2容量利用率低一般串級數(shù)：n3414二、 直流高電壓試驗設(shè)備半波整流電路T：試驗變壓器 C：濾波電容器D：高壓硅堆； R：保護電阻Rx：試品； R1：限流電阻U = (Umax - Umin)/2半波整流電路輸出電壓波形UT：變壓器電壓（有效值）Umax：電壓最大值Umin：電壓最小值

5、U：脈動幅值15半波整流電路輸出電壓波形IEC和國家標(biāo)準(zhǔn)都規(guī)定直流電壓：算術(shù)平均值Ud，即Ud=(Umax+ Umin )/2紋波系數(shù)：電壓的紋波系數(shù)S = U / Ud直流電壓的S不能大于3要求變壓器絕緣水平高高壓變壓器不接地的直流倍壓電路16倍壓直流與串級直流裝置Why？倍壓電路的工作原理變壓器輸出電壓峰值 2 UT直流高壓2 2 UTUC1UC2 2 UTUB 2 UTUA可達2 2 UT變壓器一端接地的直流倍壓電路降低變壓器的絕緣水平，可采用普通型變壓器作為直流電源的變壓器變壓器一端接地的直流倍壓電路倍壓電路空載時的各點電17位倍壓過程：當(dāng)T的高壓繞組的端點3相對于0點電壓為負(fù)時，D1

6、正向?qū)?，使電容C1充電，充電穩(wěn)定后點1相對于3建立起UM的電壓變壓器一端接地的直流倍壓電路倍壓電路空載時的各點電18位倍壓過程：當(dāng)點1相對于0為正時，D1開始截止變壓器一端接地的直流倍壓電路倍壓電路空載時的各點電位倍壓過程：在點1相對于2為正時D2導(dǎo)通。充電穩(wěn)定時，由于點3相對于0的最高電壓可達+UM，點1相對于3已 充 有 +UM 電 壓 ， 所 以 點 1 的 對 地 電 壓 最 高 可 達 2UM，此時D2導(dǎo)通，最終可使C2充上2 UM的電壓變壓器一端接地的直流倍壓電路倍壓電路空載時的各點電20位一點在設(shè)計時應(yīng)予注意。直流高壓串級發(fā)生22器串級直流裝置概念：倍壓電路的積木式的迭加電壓脈

7、動幅值：U 隨級數(shù)n的平方倍關(guān)系上升當(dāng)級數(shù)n 超過一定值時，再增加n 將無助于輸出電壓的增加，而元件數(shù)量和整個結(jié)構(gòu)高度卻會隨n而正比上升，這23沖擊電壓發(fā)生器的基本原理概念：沖擊電壓發(fā)生器由一組并聯(lián)的儲能高壓電容器，自直流高壓源充電幾十秒鐘后，通過銅球突然經(jīng)電阻串聯(lián)放電，在試品上形成陡峭上升前沿的沖擊電壓波形。沖擊波持續(xù)時間以微秒計，電壓峰值一般為幾十kV至幾MV發(fā)明人：產(chǎn)生較高電壓的沖擊發(fā)生器多級回路，首先由德國人E.Marx提出，為此他于1923年獲得專利，被稱為Marx回路三、沖擊電壓試驗設(shè)備沖電壓發(fā)生器原理電路圖C0：主電容G： 隔離間隙Cf ：波前電容Rf ：波前電阻Rt ：波尾電阻

8、T.O.：被試品24三、沖擊電壓試驗設(shè)備雷電沖擊電壓發(fā)生器的基本原理主電容充電到U0 ，間隙G點火擊穿：電容C0上電荷經(jīng)Rf對Cf充電經(jīng)Rt對地放電電容Cf上電荷達到最大經(jīng)Rt對地放電25C0Cf電壓上升速度主要取決于Rf Cf時間常數(shù)電壓下降速度主要取決于（C0+Cf）Rt時間常數(shù)三、沖擊電壓試驗設(shè)備雷電沖擊電壓發(fā)生器的基本原理Cf上電壓u2的波形為使Cf 上的電壓接近于C0 的原始充電電壓，應(yīng)選擇波前波尾Rt RfRg：每級的阻尼電阻；Rf：外加的波前電阻；Rt： 波尾電阻Cf：外加的波前電容T.O.：被試品26多級沖擊電壓發(fā)生器T：供電高壓變壓器；D：整流用高壓硅堆；Rb： 保護電阻，一

9、般為幾百千歐；Rch：充電電阻，一般為幾十千歐；C： 每級的主電容；Cp：每級相應(yīng)點的對地雜散電容，一般僅為 幾個皮法；g1：點火球隙；g2g3：中間球隙；G4：輸出球隙；沖擊電壓發(fā)生器的基本回路27工作原理主電容充電：主電容C通過整流源并聯(lián)充電到電壓U。各球隙事先調(diào)節(jié)到能耐壓U值，若作用電壓稍高于U，則各球隙便會擊穿點火球隙點火：在針極2上施加一點火脈沖，電壓58kV，極性與上球充電電壓極性相反，針極和接地球面之間產(chǎn)生一小火花，加強主間隙的場強，促使點火球隙g1放電1：接地球極；2：針極；3：絕緣體4：高壓球極點火球隙28工作原理點1電位抬高：g1放電后，點2從原先在充電下的-U突變?yōu)榱汶娢?/p>

10、。而點1從原零電位變?yōu)?U間隙g2放電：間隙g2兩端作用了2U的電位差（能承受一個U），所以g2在g1放電所造成的紫外線的照射下馬上放電點3電位抬高g3放電：點4的電位變?yōu)?U，而點3從原零電位變?yōu)?2U間隙g3放電：g3的瞬間壓差達到3u，立即擊穿放電29工作原理間隙g4：跟著放電，各級電容器C串聯(lián)起來，經(jīng)各級阻尼電阻Rg 向波尾電阻Rt 放電，形成主放電回路，在被試品上形成沖擊電壓波前和波尾的過程主放電回路0 g1 2 1 g2 4 3 0 p g4 5 6 g330器回路接線工作原理概括“電容器并聯(lián)充電，而后串聯(lián)放電”電阻Rch的連接與隔離作用：在充電時起電路的連接作用；放電時則起隔離作

11、用電容并聯(lián)串聯(lián)轉(zhuǎn)換方法：各電容由并聯(lián)變成串聯(lián)是靠一組球隙分別處于絕緣和放電來達到?jīng)_擊電壓發(fā)生31工作原理 關(guān)鍵雜散電容與同步：實際上因雜散電容Cp很小，所以各中間球隙，在放電前所作用到的過電壓時間非常短促。為使諸球隙易于同步放電，在采用簡單球隙的條件下，它們應(yīng)排列成相互能夠放電（紫外線）照射的狀態(tài)沖擊電壓發(fā)生器回路接線32工作原理 效率的2個影響因素1.各級的次放電回路：主電容C經(jīng)經(jīng)充電Rch 和阻尼電阻Rg，中間球隙G放電放電，Rch值足夠大，放電速度遠慢于主放電的速度，可忽略其影響。2.阻尼電阻Rg：主電容對各級Cp充電回路中存在寄生電感， Cp值很小，可引起局部振蕩，且疊加在總的輸出波形

12、上。電阻Rg的接入消除局部振蕩，但主放電電流在其上的壓降使輸出電壓降低沖擊電壓發(fā)生器回路接線等值電路放電時，發(fā)生器的等值電路如圖C0 ：等值的主電容，三個電容C的串聯(lián)值=C/3Rf：=RfCf：=Cf+CT.O.輸出電壓：U2=3U串聯(lián)放電時的等值電路級數(shù)為n級時：上述各參數(shù)的3置換為n33沖擊電壓發(fā)生器等值電路沖擊波形的近似計算其中因為代入t1,t2時刻值：由（2）（3）解出t2-t1（1）（2）（3）根據(jù)相似三角形所以波前時間：波前波前T1半峰半峰T2不防忽略R11，R12的作用。39操作沖擊電壓發(fā)生器回路沖擊電壓發(fā)生器高效回路接線接線圖相同：二者的區(qū)別：當(dāng)產(chǎn)生操作沖擊電壓時，回路中各阻值

13、至少要增加兩個數(shù)量級沖擊電流發(fā)生器的基本原理與結(jié)構(gòu)大電容器儲能產(chǎn)生沖擊電流工作原理基本上與沖擊電壓發(fā)生器相似。由一組高壓大電容量的電容器，先通過直流高壓并聯(lián)充電，充電時間為幾十秒到幾分鐘，然后通過觸發(fā)球隙的擊穿，并聯(lián)地對試品放電，從而在試品上流過沖擊大電流45沖擊電流發(fā)生器的充放電回路四、沖擊大電流的產(chǎn)生C：為多個并聯(lián)電容器的電容充電回路：由高壓試驗變壓器T、保護電阻R1和高壓硅堆D構(gòu)成放電回路：由C和觸發(fā)間隙G、電感L 、電阻R 、試品O 及分流器S 所構(gòu)成沖擊電流發(fā)生器的充放電回路L及R：電容器本身及連線、球隙放電火花、試品和分流器S的總電感及電阻效應(yīng)，也包括了為調(diào)波而外加的電感及電阻值分

14、流器：是一個無感低值電阻器，當(dāng)電流流過它時，它兩端送出電壓信號，可用作為測量電流的波形和峰值。最簡單易制的一種分流器是絞線式對折分流器4640沖擊大電流的應(yīng)用沖擊短路試驗：電力系統(tǒng)在運行中發(fā)生閃擊事故時，不僅要遭受幾百萬伏沖擊電壓的侵襲，而且在事故點還將流過巨大的沖擊電流，有時可達幾十萬安峰值。因此在高電壓實驗室中需要裝置能產(chǎn)生巨大沖擊電流的試驗設(shè)備來研究雷閃電流對絕緣材料和結(jié)構(gòu)以及防雷裝置的熱或電動力的破壞作用。沖擊電流發(fā)生器就是用來產(chǎn)生人工雷閃電流的實驗裝置41沖擊大電流的應(yīng)用脈沖功率技術(shù)：沖擊大電流技術(shù)由于在電子及離子加速器、核聚變、微波、大功率放電激光方面的應(yīng)用。近年來已經(jīng)發(fā)展成一個獨

15、立的學(xué)科叫做脈沖功率技術(shù)（PPTPulsed Power Technology)，后者要求產(chǎn)生的沖擊電流可高達幾十萬安培甚至上百萬安培。由此可以在負(fù)載上得到高達109瓦以上的瞬時功率，可應(yīng)用于高溫等離子體焦點裝置中，產(chǎn)生溫度達幾千萬度的高溫等離子體42沖擊大電流的應(yīng)用電火花振源：沖擊大電流的聲學(xué)效應(yīng)，可以用來作電火花振源。4848 電脈沖清井 沖擊大電流的爆炸效應(yīng)。 管道除垢 液電成型 液電噴涂沖擊大電流的應(yīng)用47高壓實驗室安全規(guī)則！48 任何人在進入高壓試驗區(qū)以前，必須確知高壓電源已經(jīng)拉閘，高壓試驗設(shè)備已經(jīng)接地，如高壓電源雖已拉閘但高壓試驗設(shè)備尚未接地，進入者必須先用放電桿使設(shè)備充分放電，然

16、后才能接近設(shè)備及可能帶電的導(dǎo)線。 高壓試驗設(shè)備、可能帶電的導(dǎo)線以及試驗區(qū)周圍必須以高約2米的鐵絲網(wǎng)遮攔，全部遮攔必須可靠接地，遮攔有門以供人進入，門上必須有鎖，以防無關(guān)人員進入。遮攔與帶高壓的設(shè)備及導(dǎo)線間應(yīng)根據(jù)設(shè)備電壓保持一定安全距離。在臨時試驗區(qū)周圍應(yīng)圍上活動遮攔，否則至少用繩子圍出試驗區(qū)范圍，并且白晝應(yīng)用紅色警告牌，黑夜用紅燈標(biāo)明安全界限，同時設(shè)專人監(jiān)視，嚴(yán)防無知者闖入試驗區(qū)。48 高電壓實驗室應(yīng)有良好的接地系統(tǒng)，凡是實驗室內(nèi) 不許帶電的金屬部分都應(yīng)可靠接地。高電壓試驗設(shè) 備都有一點接地，低壓設(shè)備及控制桌也應(yīng)有一點接 地，這些固定接地線應(yīng)用粗金屬線與接地系統(tǒng)牢固 連接。試驗完畢應(yīng)用接地桿使

17、已經(jīng)切除電源的高壓 設(shè)備、母線、試品及一切被絕緣的金屬部分逐一放 電，放電桿用足夠長度的輕便絕緣材料做成。接地 線采用多股金屬裸線。凡閑置在試驗區(qū)內(nèi)的電容器 必須兩級短路接地，做完試驗的電容器必須充分放 電，只有當(dāng)目睹電容器處在被短路接地的情況下， 才能接觸電容器改變接線。 高電壓實驗室的接地系統(tǒng)只起固定電位的作用，切 忌作為大電流的放電回路。48 應(yīng)有明顯無誤的標(biāo)志標(biāo)明高壓電源開關(guān)的斷連位 置，在每次試驗開始前應(yīng)先檢查設(shè)備接地是否良 好，連線是否正確，設(shè)備是否正常，在合閘前應(yīng)檢 查接地桿是否已經(jīng)撤除，遮攔門是否已經(jīng)關(guān)閉，工 作人員是否已經(jīng)全部退至遮攔外，并應(yīng)用警鈴、警 燈或高呼“高壓合閘”，務(wù)必使在場人員皆