高电压技术6

2.电阻分压器配合低压仪表 测量直流高压用电阻分压器的原理电路如图6-2-12所示. U2 R2 1 分压比
K
U1

R1 R2
测量仪表的选用，视指示电压的 U1 性质而定。如 2 磁电式仪表——指示电压平均值； U 2 R2 静电式仪表——指示电压有效值； 峰值电压表——指示电压的峰值； 示波器——分压信号通过隔直电容， 可在屏幕上显示脉动分量的波形和幅值。 总的原则是，测量仪表的内阻应该 足够大，以致可认为不影响分压比。
§6-3 冲击高压试验
一、雷电冲击高压的获得:
为了研究电气设备在运行中遭受雷电过电压和操作过电 压作用时的绝缘性能，在许多高压试验室中都装设了冲击电 压发生器，用来产生试验用的雷电冲击电压波和操作冲击电 压波。许多高压电气设备在出厂试验、型式试验时或大修后 都必须进行冲击高压试验。
1.基本回路的基本原理:
3.高效率冲击电压发生器电路：
Rb
T
G V C G G G
Rt Rg
Rt Rg
Rt R g
Rf
~
C f
T .O.
Rch
Rch
Rch
图6-3-4 高效率冲击电压发生器电路
优点：只要适当整定各级间隙的击穿电压，这种电路是 能够可靠地工作，且具有高效率。
二、常用的测量系统有：球隙测电压峰值；分压器配用示波 器、峰值电压表、数字记录仪等测压电压峰值及波形。这里 重点介绍球隙测量法和数字记录仪。 1.用球隙测量冲击电压峰值 这种测量方法存在诸多不便，不宜用来测量实时的电压，但它 迄今仍是测量雷电冲击和操作冲击电压峰值的标准测量装置。 ㈠球隙的优点: ⑴ 击穿时延小伏秒特性在1μs左右即已变平，放电电压分 散性小，具有稳定的放电电压值和较高的测量精度。 ⑵ 稍不均匀电场的冲击系数β≈1，它的50％冲击放电电压 与静态放电电压的幅值几乎相等，可以合用同一张放电 电压表格或同样的放电电压特性曲线。 ⑶ 由于湿度对稍不均匀电场的放电电压影响较小，因而采 用球隙来测量电压可以不必对湿度进行校正。
R1
L( Z L )
M
图6-2-12
3.用高值电阻与直流电流表串联 4.静电电压表 用静电电压表有可能直接测量到高达几百千伏的直流 电压，它所指示的是电压的有效值。当电压纹波系数不超 过20％时，可以认为有效值与算术平均值是接近相等的， 故也可用来测量直流电压的算术平均值。应注意，其刻度 是不均匀的，量程中起始1/4部分刻度粗略，分辨率差。
A
接整流 电源
G B RfFT.O.C00C Rt f
图6-3-1 冲击电压发生器 C0 —主电容； R f —波前电阻； G —隔离间隙； Rt —波尾电阻； C f —波前电容； T .O. —被试品
2.多级冲击电压发生器:
图6-3-2为多级冲击电压发生器的原理接线图。 其基本工作原理可概括为“并联充电，串联放电”。
(1)单套管式：高压绕组的高电位端经一大套管引出，其低电 位端则与铁心、铁壳相连。 (2)双套管式：高压绕组的中点与铁芯、铁壳相连，其两端分 别通过两个大套管引出。 (3)绝缘筒式：高压绕组的中点与铁芯相连，其两端分别与绝 缘筒两端的金属板相连。绝缘筒既作容器，又作外绝缘。
3.串级变压器的使用：
为解决单个变压器容量大于500～750KV时制造、运输、安 装等不便，而常用几个变压器串级的方法，以获得较高的输出 电压。原理电路图见P156图6-1-1。
§6. 电气设备绝缘试验（二）
第一节 工频高压试验 第二节 直流高压试验 第三节 冲击高压试验
§6-1 工频高压试验
实验目的： 1.检验绝缘在工频交流工作电压下的性能。 2.等效地检验绝缘对操作过电压和雷电过电压地耐受 能力。
一、工频高压的获得： 利用工频高压试验变压器或其串级装置产生。 1.工频高压试验变压器的特点：（P155） 2.试验变压器的外形结构： 金属外壳的单套管式或双套管式、绝缘筒外壳式三种。
§6-2 直流高压试验
在被试品的电容量很大的场合(例如长电缆段、电力 电容器等)，用工频交流高电压进行绝缘试验时会出现 很大的电容电流。这就要求工频高压试验装置具有很 大的容量，但这往往是很难做到的。这时常用直流高 电压试验来代替工频高电压试验。 此外，随着高压直流输电技术的发展，出现了越来 越多的直流输电工程，因而必然需要进行多种内容的 直流高电压试验。
K
2U p Rf
J
V1
C2
H
T .O. RL
Up
~
O
图6-2-5 倍压整流电路之三
工作原理：
(1)空载情况: 假定电源电势从负半周开始，整流元件V2闭锁，V1导通， 使电容C1充电。电容C1两端最大可能达到的电位差接近于 U p ； 此时B点的电位接近于地电位。当电源电势由 - U p 逐渐升高时， B点电位随之被抬高，此时V1便闭锁。当B点电位比J点为正时， V2导通，C2被充电，J点电位逐渐升高。电源电势由 U p 逐渐下 降时，B点电位下降,当B点电位低于J点电位时,V2闭锁。当B点 电位下降到对地为负时,V1导通，使C1充电。 以后即重复上述过程。理论上,最后B点电位将在0～ 2Up 范围内变化,而J点的电位则可稳定在 2Up 。
(2)基本的半波整流电路：（P171 图6-2-1）
Rb
~
T
V
C
Rf
T.O. RL
图6-2-1 基本的半波整流电路
T—高压试验变压器； V—整流元件； C—稳定电容； T.O.—被试品； R f —限流电阻； Rb —保护电阻.
R f 的作用是：当被试品击穿时，限制电容C的放电电流。
Rb的作用是：防止过流，对整流元件起保护作用。
三.工频高压的测量：1.试验接线图
Rb
T
C.M . V .D.
T .O.
A
E
P5
Rq
~
P3
P4
S .V .
G
P1
P2
图6-1-3 工频高压的测量 T—试验变压器; Rb —保护电阻.；T.O—被试品；C.M.—电流测压电路； V.D.—分压电路； S.V.—静电电压表；G—球隙； Rq —球隙电阻； P1、P2—测压绕组输出端子；P3、P4—低压绕组测压端子； P5—分压输出端子
一、直流高压的获得/产生： 高压试验室中通常采用将工频高电压经高压整流器 而变换成直流高电压的方法，而利用倍压整流原理制 成的直流高压串级装置(或称串级直流高压发生器)能 产生出更高的直流试验电压。 1、高压整流器和半波整流电路： (1)高压整流器最主要的技术参数： 额定电流：是指允许长时间通过整流元件的直流电 流（平均值）。 额定电压：是指允许加在整流元件上的最大反向电 压的峰值。
图6-2-10 外接限流电 阻限制过电流和电压
图中 Rb的作用是限制过电流，保护相应的硅 堆。当负载发生破坏性放电时，外接限流电 阻两端之间应能承受瞬时电位 2nUP 不发生闪络。 ，而
二、直流高压的测量：
1. 棒隙或球隙 试验研究结果表明，使用棒－棒气隙来测量直流高电压， 与使用球隙相比，其测量结果准确度更高，分散性更小，测 量装置的结构更简单。因此棒－棒气隙可以作为直流高电压 的标准测量装置。 直流击穿电压的测量程序为：将间隙距离固定，测量间 隙距离，然后逐渐升高电压，直到击穿为止。在75％预计击 穿电压值以下时，升压速度可稍快，当电压升至75％预计击 穿电压时，应缓慢升压，从75％～100％放电电压的升压时间 约为1min。从第一次击穿即开始记录放电电压，击穿后电压 退至零位。再次升压，重复10次击穿，取其平均值并校正到 标准大气条件，即为该间隙距离下的平均击穿电压。间隙击 穿后，为了限制放电电流，电路中应串有保护电阻。
1)充电过程 在充电过程中火花球隙均不击穿，各球隙支路呈开路， 各级电容器C经充电电阻 Rch1 ~ Rch6 并联地由电压为U的整流 电源充电，若充电过程足够长，所有电容器都可充到U。 2)放电过程 一旦第一对球隙G1击穿，各级球隙G2.G3.G4 将迅速依 次击穿，各台电容器将串联起来发生器立即由充电状态转为 放电过程，第一对球隙G1称为“点火球隙”。 由于各级充电电阻 Rch1 ~ Rch有足够大的阻值，因而在 6 短暂的放电过程中，可近似把各个充电电阻支路看成开路。 经放电过程后，被试品上受到的电压幅值接近于3Uη （η 为发生器的利用系数）。
P1-P2端子输出的电压,未能反映高压绕组短路阻抗 上的压降；P3-P4端子引出的电压,未能反映试验变压 器全部短路阻抗上的压降。 两种方法所测的电压都没有反映保护电阻Rb中的压 降，所以，估计难以满足标准规定的允差。虽然如此， 由于这类测压法比较简便和安全(低压绕组、测压绕组 与高压绕组之间有接地静电屏隔离)，所以，通常都还 保留着至少作为辅助指示之用，或与某些直接测高压 法相配合。
对于容性负荷，该电路输出整流电压的最大允许 峰值仅为整流元件额定电压的一半。
2、倍压整流回路：
如欲得到更高的电压并充分利用变压器的功率，则有多种倍 压电路可供选择，下面介绍的是被试品和试验变压器均允许有 一极接地的倍压整流电路如图6-2-5所示。
0 ~ 2Up V 2 B C1 A Rb
三、直流高压试验:
国家有关规定：直流高压试验时，加在试品上的试验电压， 应是纹波系数不大于3%的直流电压。 对绝缘作直流耐压试验时，为了避免在电源合闸的过渡过程 中产生过电压，应从相当低的电压值开始施加电压。在75%试 验电压以下时，应以均匀速度缓慢地升高电压，超过75%试验 电压值后，应以每秒2%试验电压的速度上升到100%试验电压 值，在此值下保持规定时间后，切除交流电源，并通过适当的 电阻使试品和滤波电阻器放电。 对某些电容较大的被试品，在试验完成后，将被试品放电时， 必须先通过限流电阻反复几次放电，直到无火花时，方可直接 接地放电。
3、串级整流电路：
上述电路，均只能得到倍压。如欲得更高的电压，可采用串 级整流电路，如图6-2-7所示。 利用倍压整流电路为基本 单元，多级串联起来即可组 成一台串级直流高压发生器， 合上电源后，各级电容上的 电压由下而上逐渐增大，理 想情况可获得空载输出电压 等于2nUm(n为级数)。