电气设备绝缘的高电压试验ppt课件.ppt

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1、高电压工程基础高电压工程基础第七章第七章 电气设备电气设备绝缘的高电压试验绝缘的高电压试验任课教师：赵任课教师：赵 彤彤山东大学电气工程学院山东大学电气工程学院高电压工程基础电力系统中的电气设备，其绝缘不仅经常受到电力系统中的电气设备，其绝缘不仅经常受到工作电压的影响，还会受到诸如大气过电压和内部工作电压的影响，还会受到诸如大气过电压和内部过电压的侵袭。为了考验其在长时间的工作电压及过电压的侵袭。为了考验其在长时间的工作电压及瞬时的过电压下是否能可靠工作，电气设备的出厂、瞬时的过电压下是否能可靠工作，电气设备的出厂、安装调试或者大修后需要进行各种高电压试验。安装调试或者大修后需要进行各种高电压

2、试验。耐压试验（破坏性试验）耐压试验（破坏性试验）：对绝缘考验严格，：对绝缘考验严格，能保证绝缘具有一定的绝缘水平；缺点是只能离线能保证绝缘具有一定的绝缘水平；缺点是只能离线进行，并可能因耐压试验对绝缘造成一定的损伤。进行，并可能因耐压试验对绝缘造成一定的损伤。一、交流高电压试验一、交流高电压试验二、直流高电压试验二、直流高电压试验三、冲击电压试验三、冲击电压试验四、稳态高电压的测量四、稳态高电压的测量五、冲击电压的测量五、冲击电压的测量高电压工程基础第七章第七章 电气设备绝缘的高电压试验电气设备绝缘的高电压试验7.1 交流高电压试验交流高电压试验高电压工程基础工频耐压试验是在电气设备上施加规

3、定的工频试工频耐压试验是在电气设备上施加规定的工频试验电压并保持一定的时间，以考察绝缘能否耐受该试验电压并保持一定的时间，以考察绝缘能否耐受该试验电压的作用。验电压的作用。工频耐压试验能有效发现绝缘中危险的集中性缺工频耐压试验能有效发现绝缘中危险的集中性缺陷。是检验电气设备绝缘强度最有效和最直接的方法。陷。是检验电气设备绝缘强度最有效和最直接的方法。试验电压的选择要考虑到运行中绝缘的老化及累试验电压的选择要考虑到运行中绝缘的老化及累积效应。试验电压持续时间常用积效应。试验电压持续时间常用1min。高电压工程基础交流绝缘试验应采用频率为交流绝缘试验应采用频率为45Hz65Hz的交流电压。的交流电

4、压。交流电压的交流电压的特性特性主要以峰值、有效值、波形畸变率主要以峰值、有效值、波形畸变率、波顶系数等来表示，试验时电压波形的畸变应尽可能、波顶系数等来表示，试验时电压波形的畸变应尽可能小。小。交流高压的产生通常采用交流高压的产生通常采用工频试验变压器工频试验变压器，但对于，但对于一些特殊试品，如变压器的感应试验，采用频率不超过一些特殊试品，如变压器的感应试验，采用频率不超过500Hz交流电压；对于大容量高电压设备的试验，采用交流电压；对于大容量高电压设备的试验，采用串联谐振方法产生的串联谐振方法产生的30Hz300Hz交流电压；固体绝缘交流电压；固体绝缘的加速老化试验则采用几的加速老化试验

5、则采用几kHz的高频交流电压等等。的高频交流电压等等。 7.1.1 工频高电压的产生工频高电压的产生 高电压工程基础工频高电压的产生一般采用工频高电压的产生一般采用工频高压试验变压器工频高压试验变压器，它是高压试验室最基本的、不可缺少的设备之一。工它是高压试验室最基本的、不可缺少的设备之一。工频高电压试验变压器的作用在于产生工频高电压，使频高电压试验变压器的作用在于产生工频高电压，使之作用于被测试电气设备的绝缘上，以考查被测试电之作用于被测试电气设备的绝缘上，以考查被测试电气设备在长时间的工作电压及瞬时的内过电压下是否气设备在长时间的工作电压及瞬时的内过电压下是否能可靠工作。此外，它也是试验研

6、究气体绝缘间隙、能可靠工作。此外，它也是试验研究气体绝缘间隙、电晕损耗、静电感应、长串绝缘子的闪络电压以及带电晕损耗、静电感应、长串绝缘子的闪络电压以及带电作业等必需项目的高压电源设备。电作业等必需项目的高压电源设备。1、工频高压试验对试验设备的要求、工频高压试验对试验设备的要求高电压工程基础R1 保护电阻，限制试品放电时产生的过电压和过电流，从保护电阻，限制试品放电时产生的过电压和过电流，从而保护试验变压器，一般取而保护试验变压器，一般取0.1-1 /V;T.O.QBTR1R2工频高压试验的一般线路图工频高压试验的一般线路图 调压器试验变压器保护电阻（保护球隙）保护电阻（限流限压）球间隙被试

7、品R2 球隙保护电阻，一般取球隙保护电阻，一般取0.1-0.5 /V。工频试验变压器的特点：工频试验变压器的特点：高电压工程基础(1) 工作电压高，调节范围广，一般为单相。由于工频高压试验工作电压高，调节范围广，一般为单相。由于工频高压试验通常用于代替雷电过电压或者内部过电压来考核电气产品绝通常用于代替雷电过电压或者内部过电压来考核电气产品绝缘性能，或进行绝缘击穿试验，因此试验变压器电压很高。缘性能，或进行绝缘击穿试验，因此试验变压器电压很高。(2) 电压波形应该是正负半波对称的正弦波形，频率在电压波形应该是正负半波对称的正弦波形，频率在4555Hz范围内，电压的有效值等于幅值除以波顶系数。对

8、于调压范围内，电压的有效值等于幅值除以波顶系数。对于调压装置，应能够按所要求的速度连续、平稳地调节电压。装置，应能够按所要求的速度连续、平稳地调节电压。高电压工程基础(3) 在大部分高压试验里，试验变压器的连续工作时间不长，而在大部分高压试验里，试验变压器的连续工作时间不长，而在额定电压下满载运行的时间更少，这比长期处于满载下工在额定电压下满载运行的时间更少，这比长期处于满载下工作的电力变压器的运行情况要好得多。试验变压器的容量不作的电力变压器的运行情况要好得多。试验变压器的容量不大，所以设计时采用较小的安全系数，在额定电压下只能作大，所以设计时采用较小的安全系数，在额定电压下只能作短时运行，

9、对特高压的试验变压器，只有在短时运行，对特高压的试验变压器，只有在2/3的额定电压下的额定电压下才能长期运行。才能长期运行。 (4) 使用时间有限。通常为间歇工作方式，所以散热能力小，对使用时间有限。通常为间歇工作方式，所以散热能力小，对应于不同的电压电流负荷，有不同的允许持续工作时间。应于不同的电压电流负荷，有不同的允许持续工作时间。高电压工程基础(6) 试验变压器在工作时经常要放电；而电力变压器在正常运行试验变压器在工作时经常要放电；而电力变压器在正常运行时，发生短路事故的机会不多，即使发生，继电保护装置也时，发生短路事故的机会不多，即使发生，继电保护装置也会立即将电源跳开。会立即将电源跳

10、开。(7) 为减小对局部放电试验的干扰，要求试验变压器自身的局部为减小对局部放电试验的干扰，要求试验变压器自身的局部放电电压足够高。放电电压足够高。(5) 电力变压器在运行中可能受到雷电过电压及操作过电压的侵电力变压器在运行中可能受到雷电过电压及操作过电压的侵袭；而试验变压器并不会受到过电压作用，绝缘裕度低，安袭；而试验变压器并不会受到过电压作用，绝缘裕度低，安全系数小。全系数小。耐压试验对试验变压器的要求：耐压试验对试验变压器的要求：高电压工程基础 高压绕组的额定电压应不小于被试品的试验电压值。高压绕组的额定电压应不小于被试品的试验电压值。 额定容量不小于由被试品试验电压及试验电压下流额定容

11、量不小于由被试品试验电压及试验电压下流过被试品的电流决定的被试品容量，在被试品击穿过被试品的电流决定的被试品容量，在被试品击穿或闪络后能短时维持电弧。或闪络后能短时维持电弧。试品大多数为电容性，故当知道试品的电容量及试品大多数为电容性，故当知道试品的电容量及所加的试验电压时，便可计算出试验电流与试验容量：所加的试验电压时，便可计算出试验电流与试验容量：高电压工程基础)A(109有效值CUICkVA1092CUP式中式中 U 被试品的试验电压，被试品的试验电压，kV(有效值有效值)； C 被试品的电容，被试品的电容，pF； 所加电压的角频率。所加电压的角频率。 2U2 U2 T3 21 3 21

12、T2 3 2 1T1 3U22、串级试验变压器、串级试验变压器高电压工程基础目前单个变压器的额定电压很少超过目前单个变压器的额定电压很少超过750kV，当需要更高，当需要更高电压等级的试验变压器时，常用几台变压器串接的方式，使几电压等级的试验变压器时，常用几台变压器串接的方式，使几台变压器的二次侧绕组的电压相叠加，从而使单台变压器的绝台变压器的二次侧绕组的电压相叠加，从而使单台变压器的绝缘结构大大简化。常用的串级方式为缘结构大大简化。常用的串级方式为自耦式串级变压器自耦式串级变压器，后级，后级变压器的励磁电流由前级变压器供给。变压器的励磁电流由前级变压器供给。1- 低压绕组低压绕组 2-高压绕

13、组高压绕组 3-串级励磁绕组串级励磁绕组输出的额定电流：输出的额定电流：I2（A）每一级变压器高压侧绕组每一级变压器高压侧绕组的额定电压：的额定电压：U2（kV）装置输出的额定电压：装置输出的额定电压：3U2高电压工程基础在串接装置中，各试验变压器高压绕组的容量是相在串接装置中，各试验变压器高压绕组的容量是相同的，设为同的，设为W，各低压绕组和串级励磁绕组的容量不同。，各低压绕组和串级励磁绕组的容量不同。低压绕组的容量为串级励磁绕组和高压绕组的容量和。低压绕组的容量为串级励磁绕组和高压绕组的容量和。T3的容量为的容量为W；T2的容量为的容量为2W；T1的容量为的容量为3W。可见，随着试验变压器

14、串接台数的增加，利用率降可见，随着试验变压器串接台数的增加，利用率降低，实际中，串接的试验变压器台数一般不超过三台。低，实际中，串接的试验变压器台数一般不超过三台。1221nW)n(nnWWWnn总输出3、调压装置、调压装置高电压工程基础为了防止高压端出现异常电压，一次侧电压投入为了防止高压端出现异常电压，一次侧电压投入应尽可能从低电压开始，逐渐升高至试验电压值。通应尽可能从低电压开始，逐渐升高至试验电压值。通常在高压试验变压器的前级选配合适的调压器，借助常在高压试验变压器的前级选配合适的调压器，借助调压器进行电压调整，使高压试验变压器输出满足所调压器进行电压调整，使高压试验变压器输出满足所要

15、求的无级连续、均匀变化的试验电压。要求的无级连续、均匀变化的试验电压。对调压装置的要求：对调压装置的要求：(1) 输出电压质量好输出电压质量好，要求调压器输出电压波形应，要求调压器输出电压波形应尽量接近正弦波；输出电压下限最好为零。尽量接近正弦波；输出电压下限最好为零。(2) 调压特性好调压特性好，要求调压器阻抗不宜过大；调压，要求调压器阻抗不宜过大；调压特性曲线平滑线性；调节方便、可靠。特性曲线平滑线性；调节方便、可靠。 高电压工程基础常用的调压装置：常用的调压装置：(1) 自耦调压器。自耦调压器。调压范围广，漏抗小，功耗小，波调压范围广，漏抗小，功耗小，波形畸变小。滑动触头受热容量限制，适

16、用于小容形畸变小。滑动触头受热容量限制，适用于小容量试验变压器。量试验变压器。(2) 移圈调压器。移圈调压器。调压均匀，容量大，漏抗较大，波调压均匀，容量大，漏抗较大，波形畸变大。因此这种调压方式被广泛地应用在对形畸变大。因此这种调压方式被广泛地应用在对于容量要求较大、对波形要求不十分严格的场合。于容量要求较大、对波形要求不十分严格的场合。高电压工程基础(3) 感应调压器。感应调压器。结构与绕线式异步电动机相似，通结构与绕线式异步电动机相似，通过改变转子与定子的相对位置调压。容量大，漏过改变转子与定子的相对位置调压。容量大，漏抗大，价格贵。抗大，价格贵。(4) 电动发电机组。电动发电机组。调压

17、方式不受电网电压质量影响。调压方式不受电网电压质量影响。但投资和运行费用大，适用于对试验电压要求很但投资和运行费用大，适用于对试验电压要求很高的场合。高的场合。7.1.2 串联谐振交流高压的产生串联谐振交流高压的产生高电压工程基础对于容量大、损耗小的试品，如电缆、电容器以及气体绝对于容量大、损耗小的试品，如电缆、电容器以及气体绝缘开关装置等的绝缘试验，如采用工频交流电压进行试验，要缘开关装置等的绝缘试验，如采用工频交流电压进行试验，要求的电源很大，一般很难实现。为了适应大容量试品的耐压试求的电源很大，一般很难实现。为了适应大容量试品的耐压试验，可采用高压串联谐振试验设备。验，可采用高压串联谐振

18、试验设备。CRLICU1U串联谐振装置的等效电路串联谐振装置的等效电路 等值电路中等值电路中R为代表整个试验回路损为代表整个试验回路损耗的等值电阻，耗的等值电阻，L为可调电感和电源设备为可调电感和电源设备漏感之和，漏感之和，C为被试品电容，为被试品电容，U1为试验变为试验变压器空载时高压端对地电压。压器空载时高压端对地电压。电容上的电压为：电容上的电压为：CCLCCXXXRUIXU22)(高电压工程基础当调节电感使回路发生谐振时，被试品上的电压为：当调节电感使回路发生谐振时，被试品上的电压为：QUUCRCRUIXUCC11式中式中Q为谐振回路的为谐振回路的品质因数品质因数，为谐振时感抗，为谐振

19、时感抗(容抗容抗)与回路中与回路中电阻电阻R的比：的比：CRRLQ1或谐振时谐振时L远大于远大于R，即，即Q值较大，值较大， 故用较低的电压故用较低的电压U便可在被便可在被试品两端获得较高的试验电压试品两端获得较高的试验电压Uc。谐振时高压回路流过相同的。谐振时高压回路流过相同的电流电流 I，而，而U=Uc/Q，所以试验变压器的容量在理论上仅需被试，所以试验变压器的容量在理论上仅需被试品容量的品容量的1/Q。高电压工程基础串联谐振方法的优点：串联谐振方法的优点：1）试验回路对基波频率产生谐振，因而波形的）试验回路对基波频率产生谐振，因而波形的畸变小；畸变小；2）被试品发生击穿时谐振条件被破坏，

20、串联电）被试品发生击穿时谐振条件被破坏，串联电抗器限制短抗器限制短 路电流，故绝缘击穿处的电弧不路电流，故绝缘击穿处的电弧不会将故障点扩大。会将故障点扩大。 调频调调频调压电源压电源50Hz电源电源反馈控制信号反馈控制信号激励变压器激励变压器电抗器电抗器分压器分压器被被试试品品变频串联谐振装置的原理框图变频串联谐振装置的原理框图 为了使回路参数满足谐振条件，可以调节电容或电感，也为了使回路参数满足谐振条件，可以调节电容或电感，也可以调节电源频率。交流两相或三相工频电源，经变频控制单可以调节电源频率。交流两相或三相工频电源，经变频控制单元输出元输出30300 Hz频率可调的交流电压，励磁变压器升

21、压，谐频率可调的交流电压，励磁变压器升压，谐振电抗器振电抗器L和被试品和被试品Cx构成高压谐振电路来产生交流高压。电构成高压谐振电路来产生交流高压。电容分压器是纯电容式的，用来测量试验电压。系统的频率取决容分压器是纯电容式的，用来测量试验电压。系统的频率取决于回路的于回路的L-C参数。当负载电容参数。当负载电容Cx的变化范围很大时，可以根的变化范围很大时，可以根据据Cx的大小，适当调整电抗器的电感的大小，适当调整电抗器的电感L值，使谐振频率固定在值，使谐振频率固定在规定要求范围内。规定要求范围内。高电压工程基础7.1.3 交流高压试验交流高压试验高电压工程基础原因：原因：工频高压试验中多数试品

22、是电容性的，会在试品上产生工频高压试验中多数试品是电容性的，会在试品上产生“容升容升”效应，即实际作用到试品上的电压值会超过按变比高效应，即实际作用到试品上的电压值会超过按变比高压侧应输出的电压值。此外，对初级绕组突然加压，或当输出压侧应输出的电压值。此外，对初级绕组突然加压，或当输出电压较高时突然切断电源，有可能由于过渡过程而在试验回路电压较高时突然切断电源，有可能由于过渡过程而在试验回路中产生过电压。被试品突然击穿，也可能出现大幅值的过电压。中产生过电压。被试品突然击穿，也可能出现大幅值的过电压。1、防止工频高压试验中可能出现的过电压、防止工频高压试验中可能出现的过电压防止措施：防止措施：

23、在变压器出线端与被试品之间串接一适当阻值的保在变压器出线端与被试品之间串接一适当阻值的保护电阻（按护电阻（按0.1 /V选取阻值），限制过电压幅值的同时限制选取阻值），限制过电压幅值的同时限制了流过被试品和试验变压器的短路电流。了流过被试品和试验变压器的短路电流。高电压工程基础原因：原因：变压器或调压装置的铁芯工作在磁化曲线的饱和段，励变压器或调压装置的铁芯工作在磁化曲线的饱和段，励磁电流呈非正弦波，或当变压器和调压器存在漏抗时，会造成磁电流呈非正弦波，或当变压器和调压器存在漏抗时，会造成变压器的输出波形畸变。被试品的容量越大，波形畸变越严重。变压器的输出波形畸变。被试品的容量越大，波形畸变越

24、严重。2、试验电压的波形畸变与改善措施、试验电压的波形畸变与改善措施措施：措施：在试验变压器的一次绕组并联一个在试验变压器的一次绕组并联一个L-C串联谐振回路。串联谐振回路。若主要需减弱若主要需减弱3次谐波，则次谐波，则L-C回路可按回路可按3L=1/ 3C选择参数，选择参数，使励磁电流中的使励磁电流中的3次谐波分量有了短路回路。次谐波分量有了短路回路。u1CLCLTu1高电压工程基础对于带绕组的被试品，用外施电压对其主绝缘作工频高压对于带绕组的被试品，用外施电压对其主绝缘作工频高压试验时，首先应将各绕组的首尾短接，然后，根据不同要求做试验时，首先应将各绕组的首尾短接，然后，根据不同要求做其它

25、接线，这样能防止电容电流流过励磁感抗造成不允许的电其它接线，这样能防止电容电流流过励磁感抗造成不允许的电压升高。压升高。有些电气设备绕组绝缘是分级的，线端绝缘较强，中性点有些电气设备绕组绝缘是分级的，线端绝缘较强，中性点或接地端绝缘较弱，绕组的各不同部位应该耐受和能够耐受的或接地端绝缘较弱，绕组的各不同部位应该耐受和能够耐受的试验电压当然也就不同。另外，外施电压法对绕组的纵绝缘和试验电压当然也就不同。另外，外施电压法对绕组的纵绝缘和相间绝缘也难于进行试验。解决这个问题的办法就是相间绝缘也难于进行试验。解决这个问题的办法就是感应高压感应高压试验试验，即在其低压绕组上施加两倍的额定电压，使中压绕组

26、、，即在其低压绕组上施加两倍的额定电压，使中压绕组、高压绕组感应出所需的试验电压来。高压绕组感应出所需的试验电压来。3、外施电压试验和感应高压试验、外施电压试验和感应高压试验高电压工程基础感应耐压试验既可考验主绝缘，也可考验纵绝缘（层间、感应耐压试验既可考验主绝缘，也可考验纵绝缘（层间、匝间绝缘）。匝间绝缘）。为防止铁芯中的磁通密度增加，铁芯过分饱和，可提高外为防止铁芯中的磁通密度增加，铁芯过分饱和，可提高外施电压的频率，使施电压的频率，使f 100Hz。但频率增加时，铁损、介损将随之增加，为避免频率的提但频率增加时，铁损、介损将随之增加，为避免频率的提高对绝缘的考验加重，应缩短试验时间。高对

27、绝缘的考验加重，应缩短试验时间。试验标准规定试验标准规定：试验频率：试验频率f2 fN时，全电压下的加压时间为时，全电压下的加压时间为60s；当当f 2 fN时，试验时间为时，试验时间为(s)10060ft但但t不得小于不得小于20s，一般试验频率，一般试验频率f 400Hz。高电压工程基础现场缺少高频试验电源，利用三台单相变压器产生三倍频现场缺少高频试验电源，利用三台单相变压器产生三倍频电压。将三台单相变压器一次侧接成星形，二次侧接成开口三电压。将三台单相变压器一次侧接成星形，二次侧接成开口三角形。角形。基本原理基本原理：一次侧加较高电压使铁芯饱和，由于铁芯的非线性性：一次侧加较高电压使铁芯

28、饱和，由于铁芯的非线性性质，在正弦激磁电流的作用下，铁芯中产生三次谐波磁通。则在质，在正弦激磁电流的作用下，铁芯中产生三次谐波磁通。则在每相绕组中感应出三次谐波电势，二次侧三角形开口处即可输出每相绕组中感应出三次谐波电势，二次侧三角形开口处即可输出三相三次谐波电势的算术和。三相三次谐波电势的算术和。7.2 直流高电压试验直流高电压试验高电压工程基础（1）直流高压试验设备）直流高压试验设备1）测量泄漏电流；）测量泄漏电流；2）直流耐压试验（一些大容量的交流）直流耐压试验（一些大容量的交流设备，如油纸绝缘电力电缆，也常用来代替交流耐压试验；设备，如油纸绝缘电力电缆，也常用来代替交流耐压试验；高压直

29、流输电设备耐压试验）；高压直流输电设备耐压试验）；3）冲击电压发生器和冲击）冲击电压发生器和冲击电流发生器等的直流高压电源。电流发生器等的直流高压电源。（2）对直流电源的要求）对直流电源的要求直流电压的特性由极性、平均值、脉动等来表示。高直流电压的特性由极性、平均值、脉动等来表示。高压试验的直流电源在提供负载电流时，脉动电压要非常小，压试验的直流电源在提供负载电流时，脉动电压要非常小，即直流电源必须具有一定的负载能力。即直流电源必须具有一定的负载能力。7.2.1 直流高电压的产生直流高电压的产生高电压工程基础直流高电压由试验变压器将交流电压升高后经整流获得。直流高电压由试验变压器将交流电压升高

30、后经整流获得。下图为基本的半波整流电路，能获得的下图为基本的半波整流电路，能获得的最高直流电压为工频试最高直流电压为工频试验变压器输出交流电压的峰值。验变压器输出交流电压的峰值。1、半波整流回路和直流高压设备的基本参数、半波整流回路和直流高压设备的基本参数T-工频室验变压器工频室验变压器 C-滤波电容器滤波电容器 D-整流元件整流元件(高压硅堆高压硅堆) R-保护电阻保护电阻 Umax、Umin、UT-试品输出直流电压的最大值、最小值、算术平方值试品输出直流电压的最大值、最小值、算术平方值 TDRCRxutTUminUmaxUT半波整流电路及输出电压波形图半波整流电路及输出电压波形图2TsmU

31、RI高电压工程基础（1）额定整流电流）额定整流电流指允许长时间通过整流器的直流电流（平均值）。指允许长时间通过整流器的直流电流（平均值）。 整流元件的主要技术参数整流元件的主要技术参数（2）额定反峰电压）额定反峰电压当整流器阻断时，允许加在其两端的最大反向电压峰值。当整流器阻断时，允许加在其两端的最大反向电压峰值。 （1）输出的额定直流电压（算术平均值）输出的额定直流电压（算术平均值）Ud 直流高压试验设备的基本技术参数直流高压试验设备的基本技术参数（2）输出的额定直流电流（平均值）输出的额定直流电流（平均值）Id（3）电压脉动系数（亦称纹波系数）电压脉动系数（亦称纹波系数）S高电压工程基础u

32、表示输出电压的脉动幅值或波纹。根据国际电工委员会和我表示输出电压的脉动幅值或波纹。根据国际电工委员会和我国国家标准规定，直流高压试验设备在额定电压和额定电流下国国家标准规定，直流高压试验设备在额定电压和额定电流下的脉动系数的脉动系数S应不大于应不大于3%。电压脉动系数电压脉动系数S：dUuSmaxmin2UUumaxmin2dUUU对于半波对于半波整流电路整流电路22ddI TIuCfCxdddfCRfCUIUuS212高电压工程基础倍压整流电路可看作两个半波电路的叠加，因而倍压整流电路可看作两个半波电路的叠加，因而它的参数计算可参照半波电路的计算原则进行。变压它的参数计算可参照半波电路的计算

33、原则进行。变压器器A点对地绝缘为点对地绝缘为2UT，而点，而点A为为UT。输出电压为。输出电压为2UT。2、倍压整流回路、倍压整流回路CCT1D2DTUAA倍压电路倍压电路 高电压工程基础1230C11D2D常用倍压电路常用倍压电路 C22 2TU2TU2 2TU0 2 2TU1）当电源为负时，硅堆）当电源为负时，硅堆D1截止，截止，D2导通，电源经导通，电源经D2对电对电容容C1充电，充电，1点电位为正，点电位为正，3点电位为负，点电位为负，C1最高充电电压可最高充电电压可达达 。2）当电源电压升高时，）当电源电压升高时，1点电位也抬高，此时点电位也抬高，此时D2截止；当截止；当1点电位高于

34、点电位高于2点电位时，点电位时，D1导通，电源经导通，电源经C1、D1向向C2充电，充电，2点电位逐渐升高。点电位逐渐升高。3）当电源电压从）当电源电压从 逐渐下降，逐渐下降，1点电位随之降落，当点电位随之降落，当1点电位低于点电位低于2点电位时，点电位时， D1截止；当截止；当1点电位继续下降到低于地点电位继续下降到低于地电位时，电位时， D2又导通，电源再经又导通，电源再经D2对对C1充电。充电。T2UT2U3、串级直流发生器、串级直流发生器D1C1C1Q2Q2+Q1Q2+2Q1Q2+(n-1)Q1Q12Q1nQ1Q2+(n-2)Q1RxIdD1DnDnCnCn串级直流高压发生器原理图串级

35、直流高压发生器原理图 (1)4dn nIufC脉动幅值：322(432 )6ddmIUnUnnnfC输出电压平均值：32(432 )6daIUnnnfC电压降落：(1)4dddn nIuSUfCU脉动系数：减小电压脉动系数的方法：减小电压脉动系数的方法：1）减小串接级数；）减小串接级数；2）增加每级电容器的电容量；）增加每级电容器的电容量；3）提高电源频率。）提高电源频率。 高电压工程基础（1）直流高压试验要根据不同试品、不同的试验要求选择直流高压试验要根据不同试品、不同的试验要求选择合适的电源容量。合适的电源容量。 一般情况下，直流高压试验所需的试验电流通常在几一般情况下，直流高压试验所需的

36、试验电流通常在几mA到几十到几十mA，但是某些试品在击穿前瞬时泄漏电流还是很大，但是某些试品在击穿前瞬时泄漏电流还是很大，将达到安培级。这样大的泄漏电流将使设备内部产生很大压将达到安培级。这样大的泄漏电流将使设备内部产生很大压降而使试验结果不正确。降而使试验结果不正确。（2）保护电路保护电路 当试品放电，或者发生器输出端可能发生对地短路时，当试品放电，或者发生器输出端可能发生对地短路时，为了限制电容器柱的放电电流和流经高压硅堆的电流，需在为了限制电容器柱的放电电流和流经高压硅堆的电流，需在试品与高压输出端之间串接一保护电阻。试品与高压输出端之间串接一保护电阻。直流高电压试验注意事项：直流高电压

37、试验注意事项：7.2.2 直流高电压的试验直流高电压的试验高电压工程基础高电压工程基础直流耐压试验与交流耐压试验相比具有以下特点：直流耐压试验与交流耐压试验相比具有以下特点：(1) 试验中只有微安级泄漏电流，不需要供给试品电容电流，试验中只有微安级泄漏电流，不需要供给试品电容电流，试验设备的容量较小试验设备的容量较小。特别是采用电力电子变换的高频电。特别是采用电力电子变换的高频电源后，整套直流耐压试验装置的体积、重量大大减小，便源后，整套直流耐压试验装置的体积、重量大大减小，便于现场进行试验；于现场进行试验；(2) 在试验时在试验时可以同时测量泄漏电流可以同时测量泄漏电流，能有效地显示绝缘内，

38、能有效地显示绝缘内部的集中性缺陷或受潮，提供有关绝缘状态的补充信息；部的集中性缺陷或受潮，提供有关绝缘状态的补充信息；(3) 在某种程度上带有非破坏性试验的性质在某种程度上带有非破坏性试验的性质，在直流高压下，在直流高压下，局部放电较弱，不会加快有机绝缘材料分解或老化；局部放电较弱，不会加快有机绝缘材料分解或老化；(4) 对交流电气设备绝缘的考验不如交流试验那样接近实际对交流电气设备绝缘的考验不如交流试验那样接近实际情况情况。对于绝大多数组合绝缘来说，它们在直流电压下的。对于绝大多数组合绝缘来说，它们在直流电压下的电气强度远高于交流电压下的电气强度，因而交流电气设电气强度远高于交流电压下的电气

39、强度，因而交流电气设备的直流耐压试验必须提高试验电压，才能具有等效性。备的直流耐压试验必须提高试验电压，才能具有等效性。高电压工程基础由于直流电压作用下绝缘内部的电压分布和交流由于直流电压作用下绝缘内部的电压分布和交流电压作用下的电压分布不同，其对绝缘的考验不如交电压作用下的电压分布不同，其对绝缘的考验不如交流下接近实际和准确。所以只对几种电容量很大的电流下接近实际和准确。所以只对几种电容量很大的电气设备才改做直流耐压试验。气设备才改做直流耐压试验。因直流电压下绝缘中的电压分布经较长时间才趋因直流电压下绝缘中的电压分布经较长时间才趋于稳定，且直流电压下绝缘中的介质损耗及直流电压于稳定，且直流电

40、压下绝缘中的介质损耗及直流电压对绝缘的损伤比交流电压下的小，所以直流耐压试验对绝缘的损伤比交流电压下的小，所以直流耐压试验的时间较工频耐压试验时间长，一般在的时间较工频耐压试验时间长，一般在510min。试验接线同测量泄漏电流的试验接线。试验接线同测量泄漏电流的试验接线。 高电压工程基础直流耐压试验时，试验电压值的选择是一个重直流耐压试验时，试验电压值的选择是一个重要的问题，绝缘在直流电压下的击穿强度比交流下要的问题，绝缘在直流电压下的击穿强度比交流下高，在选择直流耐压试验电压时应注意这一点。试高，在选择直流耐压试验电压时应注意这一点。试验电压主要根据运行经验确定。如发电机定子绕组，验电压主要

41、根据运行经验确定。如发电机定子绕组，试验电压取试验电压取23倍额定电压。倍额定电压。210kV电缆取电缆取5倍额定倍额定电压，电压，1530kV取取4倍额定电压，倍额定电压，35kV及以上取及以上取22.6倍额定电压。倍额定电压。 7.3 冲击电压试验冲击电压试验高电压工程基础冲击电压：（雷电冲击电压、操作冲击电压）冲击电压：（雷电冲击电压、操作冲击电压）持续短、电压上升速度快，达到幅值后缓慢下降的暂持续短、电压上升速度快，达到幅值后缓慢下降的暂态电压。由波头时间、波尾时间、峰值和极性来表示。态电压。由波头时间、波尾时间、峰值和极性来表示。PO OTfCFTttUxyz标准雷电冲击的定义标准雷

42、电冲击的定义 ：xfTT67. 1Tx为为30%90%峰值间所峰值间所测得的时间。测得的时间。标准雷电冲击电压：标准雷电冲击电压： 1.2/50 s标准操作冲击电压：标准操作冲击电压： 250/2500 s 7.3.1 冲击电压发生器与参数计算冲击电压发生器与参数计算高电压工程基础_+RfRtC2C1U0u2(t)Rd_+RfRtC2C1u2(t)U0LRf_+RtC2C1U0u2(t)(a) 典型等效电路典型等效电路 (b) 考虑回路电感的等效电路考虑回路电感的等效电路 (c) 高效回路的等效电路高效回路的等效电路 主电容主电容试品等电容试品等电容波头电阻波头电阻波尾电阻波尾电阻G0G0G0

43、电容电容C1在被间隙在被间隙G0隔离的状态下由直流隔离的状态下由直流电源充电到稳态电压电源充电到稳态电压U0，球隙击穿后，球隙击穿后，电容电容C1上的电荷一方面经上的电荷一方面经Rt放电，同时放电，同时通过通过Rf对电容对电容C2充电，在被试品上形成充电，在被试品上形成上升的电压波前。当上升的电压波前。当C2上的电压被充电上的电压被充电达到最大值后，达到最大值后， C2与与C1一起对一起对Rt放电，放电，在被试品上形成下降的波尾。在被试品上形成下降的波尾。一般选择一般选择Rt比比Rf大得多，大得多， C1比比C2大得多，这样大得多，这样就可以在就可以在C2上得到所要求的波头较短（波头时间常上得

44、到所要求的波头较短（波头时间常数较小）而半峰值时间较长（波尾时间常数较大）数较小）而半峰值时间较长（波尾时间常数较大）的冲击电压波形。的冲击电压波形。Rf的大小决定了波头的长短，称为的大小决定了波头的长短，称为波头电阻波头电阻。Rt的大小决定了波长，称为的大小决定了波长，称为波尾电阻波尾电阻。Rf_+RtC2C1U0u2(t)高电压工程基础高电压工程基础对于高效回路，在对于高效回路，在C1向向C2充电过程充电过程中，如果忽略中，如果忽略C1经经Rt放掉的电荷，放掉的电荷，则则C2上的电压最大可达：上的电压最大可达：Rf_+RtC2C1U0u2(t)02112UCCCUm_+RfRtC2C1U0

45、u2(t)Rd对于低效回路，除了电容上的电荷分对于低效回路，除了电容上的电荷分布外，还有布外，还有Rd和和Rt的分压作用，的分压作用， C2上上的最大电压为的最大电压为02112UCCCRRRUtdtm利用系数：利用系数：02UUm112tdtRCRR CC对于低效回路：112CCC对于高效回路：高电压工程基础_+RfRtC2C1U0u2(t)Rd对于标准雷电波，波头时间很短，而波尾对于标准雷电波，波头时间很短，而波尾衰减相对很慢，在考虑波头时，可忽略波衰减相对很慢，在考虑波头时，可忽略波尾衰减的影响，近似认为尾衰减的影响，近似认为Rt开路。开路。 波前时间的确定波前时间的确定2/22max(

46、1)tuue21212)(CCCCRRfd22/2max2max0.9(1)tUUe222max0.9tuu时22/0.1te12/2max2max0.3(1)tUUe122max0.3tuu时7 . 021/te7ln212tt2121)(24. 3CCCCRRTfdf6 . 0112ttTf高电压工程基础_+RfRtC2C1U0u2(t)Rd在考虑波长时，不考虑在考虑波长时，不考虑Rd和和Rf的影响，近的影响，近似认为似认为C1和和C2对对Rt放电，则放电，则C2上电压为：上电压为： 半峰值时间的确定半峰值时间的确定1/22maxtuue)(211dtRRCC1/2max2max12tTU

47、ue)(69. 02ln211CCRRTdtt可根据所要求的波形选择回路参数，通常可根据所要求的波形选择回路参数，通常C2是由试品决定的。是由试品决定的。而而C1一般取一般取(510)C2，即可根据所要求的波形求出，即可根据所要求的波形求出(Rd+Rf)和和Rt。另外，另外，Rd是用来阻尼回路振荡的，通常取几十欧，对高效率回是用来阻尼回路振荡的，通常取几十欧，对高效率回路，路，Rd=0，这样回路中的所有参数都可确定了。，这样回路中的所有参数都可确定了。由半峰值时间由半峰值时间Tt的定义，可得：的定义，可得：高电压工程基础如需更高的冲击电压，可采用多级冲击电压发如需更高的冲击电压，可采用多级冲击

48、电压发生器。其工作原理概括来说就是生器。其工作原理概括来说就是利用多级电容器并利用多级电容器并联充电，然后通过球隙使电容器串联放电，从而产联充电，然后通过球隙使电容器串联放电，从而产生高幅值的冲击电压。生高幅值的冲击电压。高电压工程基础充电过程充电过程：由试验变压器：由试验变压器T和高压硅堆和高压硅堆VD构成的整构成的整流电源，以峰值电压经保护电阻流电源，以峰值电压经保护电阻r 及充电电阻及充电电阻R 向主向主电容电容C1C4充电。经过一定时间后，主电容通过整流充电。经过一定时间后，主电容通过整流电源并联充电到电压电源并联充电到电压U，各球隙，各球隙G1 G4间电位差亦间电位差亦为为U。充电过

49、程中，波尾电阻。充电过程中，波尾电阻Rf、试品、试品C0等都由隔等都由隔离球隙与充电回路隔开，因此对地都是零电位。离球隙与充电回路隔开，因此对地都是零电位。高电压工程基础放电过程放电过程：当需要启动冲击电压发生器时，可向点火球隙的：当需要启动冲击电压发生器时，可向点火球隙的针极送去一脉冲电压，针极和球表面之间产生火花放电，引针极送去一脉冲电压，针极和球表面之间产生火花放电，引起点火球隙放电，电容器起点火球隙放电，电容器C1的上极板经的上极板经G1接地，点接地，点1电位由电位由地电位变为地电位变为-U。电容器。电容器C1和和C2间有充电电阻间有充电电阻R隔开，隔开，R比较比较大，在大，在G1放电

50、瞬间，点放电瞬间，点2和点和点4电位不可能突变，点电位不可能突变，点4电位仍电位仍为为+U，球隙，球隙G2上的电位差突然上升到上的电位差突然上升到2U，G2放电，于是放电，于是3点点的电位为的电位为-2U。同理，。同理，G3、G4也相继放电，将电容器也相继放电，将电容器C1C4串串联起来。最后隔离球隙联起来。最后隔离球隙G0也放电，也放电，输出电压为输出电压为C1C4上电压上电压的总和，即的总和，即-4U。高电压工程基础为了提高输出电压，通常采用双边电容器充电方式。为了提高输出电压，通常采用双边电容器充电方式。回路的回路的rt和和rf被分散在各级小回路内，没有专用的被分散在各级小回路内，没有专