绝缘的破坏性试验(三)
三、绝缘的非破坏性试验(zdd)
局部放电的危害：
局部放电发生在一个或几个绝缘内部的气隙或气泡之 中，因为在这个很小的空间内电场强度很大。它的放 电能量很小，所以它的存在并不影响电气设备的短时 绝缘强度。但如一个电气设备在运行电压下长期存在 局部放电现象，这些微弱的放电能量和由此产生的一 些不良效应，如不良化合物的产生，就可以慢慢地损 坏绝缘，日积月累，最后可导致整个绝缘被击穿，发 生电气设备的突发性故障
电阻值。
定义吸收比K： 加压60秒时的绝缘电阻与15秒时电阻之比值 K R60s / R15s
对大电容量试品（也称极化指数P）： 为加压10分钟时的绝缘电阻与1分钟时电阻之比值 K2 R10min / R1min
电力设备预防性试验规程等规定：
电力变压器及大型发电机凡采用沥青浸胶及烘卷云母绝缘 者：K值应不小于1.3，P值应不小于1.5；大型发电机采用环 氧粉云母者：K值应不小于1.6，P应不小于2.0；发电机容量 在200MW及以上，推荐测量K2值。
R4 R3
D
CS
CN B
C4
（2）采用移相电源 由于干扰源的相位一般 是无法改变的，因此，可以通过改变电源 的相位，使得电源的相位和干扰的相位同 相或反相，来达到消除或减少同频率干扰 的目的。
（3）倒相法 测量时将电源正接和倒相各测 量一次，测得两组结果tgδ1、C1和tgδ2、 C2, 然后计算求得tgδ和C：
tg U 曲线
纵向、横向比较
tgδ在反映集中缺陷时不灵敏，测tgδ法适合检测分布 性的绝缘缺陷。
P P1 P2
U 2Ctg U 2C1tg1 U 2C2tg2
tg C1tg1 C2tg 2 C1tg1 C2tg 2
高压试验基本知识(绝缘试验实施导则)
(2) 吸收电流 吸收电流也是随时间变化的。电源接通的
瞬间，由于电场的建立，在电场的作用下介 质产生了极化现象，在极化的过程中，电介 质中电荷由随机排列转变成有规律顺序的排 列，排列时电荷的运动所产生的电流称为吸 收电流。这个电流同样随着时间的延长而逐 步消失，消失的快慢取决于介质材料的不均 匀程度和介质的结构性质。它随时间的衰减 比充电电流慢得多，在充电电流之后起主导 的便是吸收电流。
第三节绝缘电阻和吸收比试验
i流过绝缘介质的总电流 i1 充电电流 i2 吸收电流 i3 泄漏电流
等效电路图
二、绝缘电阻、吸收比和极化指数
1、绝缘电阻：
是电气设备绝缘层在直流电压作用下呈现的电阻值。
R=U/i3（i3泄漏电流）
现场普遍采用绝缘电阻表来测量。
2、吸收比：
是指60s时的绝缘电阻值（R60s）与15s时的绝缘电阻值 （R15s）之比值。用K1表示。 大容量的电气设备，规程上规定不小于1.3。
严格按照《电力设备预防性试验规程》规定的试验周期安 排试验计划。有些设备按具体需要，在规程允许的范围内缩 短或延长试验周期；通常将同一设备的预防性试验尽量安排 在相同季节。
二、对于绝缘试验的总体要求
1、对气候条件的要求
被试品温度不应低于+5℃，空气相对湿度一般不高于80%
2、对试验顺序的要求
先非破坏性试验，后破坏性试验
5、非标准电压等级的电气设备试验电压的确定
若未规定其交流耐压试验电压值，可根据试验规程中规定 的相邻电压等级的同类设备按比例采用插入法记算出试验 电压。
003--绝缘及试验
R2 Z
高电压技术
2、电容分压器
用于测量交流高电压和冲击高电压的电容分压器的 原理接线如图，这时C1为高压臂C2为低压臂。 在工频交流电压的作用下，流过两个电容的电流相等， u1 u1 则分压比 N=u1/u2=(C1+C2)/C1 C1 通常C1<<C2，所以u2 << u1，大部分电压 C1 u2 降落在C1上，从而实现低压仪器测高压 C2 C2 电容分压器高压臂的电容量较小，但要 耐受绝大部分作用电压，它是电容分压 集中式 分布式 器的主要部件。 电容分压器
高电压技术
用来测量雷电冲击电压的电阻分压器的阻值应比测 量稳态电压的电阻分压器小的多。冲击电阻分压器的阻 值往往只有10～20kΩ，即使屏蔽技术完善最大为40kΩ。 在高压试验室中，分压器一般都放在冲击电压发生 器的附近，而测量仪器放在控制测试室，二者相距数十 米，其间连线常用高频同轴电缆，避免输出波形在这段 距离受到周围电磁场的干扰。这段电缆可以起到时延的 作用，使示波器录到完整的波形。 1 u1 在电缆终端出要并联一个阻值等于 R1 l 去示波器 电缆波阻抗Z的匹配电阻R，以避免 2 R2 R=Z Z， 冲击波在终端处的反射。这时低压 v 臂电阻R2与电缆的波阻抗Z并联存在 测量回路 低压臂的等值电阻变为 R ' 2 R2 Z
图3——1 （一）绝缘电阻的测量 绝缘电阻：在绝缘上施加一直流电压U时，此电压与出现 的电流I之比。
绝缘电阻是一切电介质和绝缘结构的绝缘状态最基本的 综合性特性参数。 试验意义：能发现绝缘受潮或有集中性的导电通道。
高电压技术
1、兆欧表的工作原理
兆欧表 是利用电流比较 法的原理进行绝缘电阻得测 量的，电压线圈和电流线圈 是相互垂直地固定在同一转 轴上，并处在同一永磁场中， 仪表指针固定在转轴上。
电力系统中哪些试验项目是破坏性试验
电力系统中哪些试验项目是破坏性试验
破坏性试验可应用在不同的领域，泛指在性能测试过程中发生不可逆的变化或隐患，破坏性试验同样在不同的领域采取不同的试验方式，一般建议采取抽样检测的方式，因为它具有不同程度的破坏性，因此在同一试验品上不可重复测量，时基电力是以电力试验设备为主的生产型企业，主要讲一讲电力系统中破坏性试验包括哪些内容。
破坏性试验包括下列内容
（1）交流（工频）耐压试验
交流耐压试验是指具有工频电压特征的试验产品，我们日常能见到的油浸式试验变压器、干式试验变压器、充气试验变压器、串联谐振耐压装置，超低频耐压装置，倍频耐压装置，还包括串激式交流耐压装置，电力变压器的交流耐压试验、电力电缆的串联谐振耐压试验都是破坏性试验。
（2）直流耐压试验
直流耐压比较典型的就是直流高压发生器，在早期可以用于电缆的绝缘性试验，但随着试验技术越来越规范，目前主要是对避雷器的泄露电流检测，以及其它直流高压源的应用。
（3）雷击冲击耐压试验
电力系统在运行中发生闪击事故时，不仅要遭受几百万伏冲击电压的侵袭，而且在事故点还将流过巨大的冲击电流，有时可达几十万安峰值，因此在高电压实验室中需要装置能产生巨大冲击电流的试验设备来研究雷闪电流对绝缘材料和结构以及防雷装置的热或电动力的破
坏作用，雷击冲击电流发生器就是用来产生人工雷闪电流的实验装置。
（4）操作冲击耐压试验
操作冲击耐压试验是通过人工模拟电力系统操作冲击过电压波形，对绝缘耐受操作冲击电压能力进行考核的试验。
提醒
破坏性试验是对设备发生不可逆的变化，同一试验品上尽量不重复测量。
关于电气设备绝缘的试验
⏹⏹第五章电气设备绝缘试验（一）电气设备绝缘试验可分为两大类：（1）耐压试验（破坏性试验）：模仿设备绝缘在运行过程中可能受到的各种电压，对绝缘施加与之相等的或更为严格的电压，从而考研绝缘耐受这类电压的能力，称为耐压试验。
对绝缘考察严格，但容易造成不必要的绝缘损坏。
（2）检查性试验（非破坏性试验）：测定绝缘某些方面的特性，并据此间接地判断绝缘的状况，称为检查性试验。
这类试验一般在较低的电压下进行，通常不会导致绝缘的击穿损坏。
由此可见，上述两类试验时互为补充，而不能相互代替的。
当然，应先做检查性试验，据此再确定耐压试验的时间和条件。
5-1 测定绝缘电阻绝缘电阻是反映绝缘性能的最基本的指标之一，通常都用兆欧表测量绝缘电阻。
其工作原理图可参考图5-1-1。
通常兆欧表的量程为500V、1000V、2500V、5000V等。
图5-1-1 兆欧表原理电路图如图5-1-2是用兆欧表测套管绝缘的接线图，兆欧表对外有三个接线端子，测量时，线路端子（L）接被试品的高压导体；接地端子（E）接被试品外壳或地；屏蔽端子（G）接被试品的屏蔽环或别的屏蔽电极。
图5-1-2 用兆欧表测套管绝缘的接线图如前所述，一般电介质都可以用图1-4-2所示的等效电路图来表示。
图中，串联之路RP —CP代表电介质的吸收特性，如绝缘良好，则最终Rlk和RP的值都很大，稳定的绝缘电阻值也很高。
反之，绝缘受潮时，则不仅最后稳定的电阻很低，而且还会很快达到稳定值。
因此，也可以用绝缘电阻随时间而变化的关系来反映绝缘的状况。
通常用时间为60s和15s时所测得的绝缘电阻值之比，称为吸收比K，即K=R60/R15如绝缘良好，则此值应大于1.3~1.5。
对于某些容量较大的电气设备，其绝缘的极化和吸收的过程很长，上述的吸收比K还不能充分反映绝缘吸收过程的整体。
此时可增测极化指数PP=R10min /R1min如绝缘良好，则此值应大于1.5~2.0。
测量绝缘电阻可以有效发现下列缺陷：（1）总体绝缘质量欠佳；（2）绝缘受潮；（3）两极间有贯穿性的导电通道；（4）绝缘表面情况不良。
高电压技术第二版习题答案
（1）在气体放电过程中，碰撞电离为什么主要是由电子产生的？答：气体中的带电粒子主要有电子和离子，它们在电场力的作用下向各自的极板运动，带正电荷的粒子向负极板运动，带负电荷的粒子向正极板运动。
电子与离子相比，它的质量更小，半径更小，自由行程更大，迁移率更大，因此在电场力的作用下，它更容易被加速，因此电子的运动速度远大于离子的运动速度。
更容易累积到足够多的动能，因此电子碰撞中性分子并使之电离的概率要比离子大得多。
所以，在气体放电过程中，碰撞电离主要是由电子产生的。
（2）带电粒子是由哪些物理过程产生的，为什么带电粒子产生需要能量 ？答：带电粒子主要是由电离产生的，根据电离发生的位置，分为空间电离和表面电离。
根据电离获得能量的形式不同，空间电离又分为光电离、热电离和碰撞电离，表面电离分为正离子碰撞阴极表面电离、光电子发射、热电子发射和强场发射。
原子或分子呈中性状态，要使原子核外的电子摆脱原子核的约束而成为自由电子，必须施加一定的外加能量，使基态的原子或分子中结合最松弛的那个电子电离出来所需的最小能量称为电离能。
（3）为什么SF6气体的电气强度高？答：主要因为SF6气体具有很强的电负性，容易俘获自由电子而形成负离子，气体中自由电子的数目变少了，而电子又是碰撞电离的主要因素，因此气体中碰撞电离的能力变得很弱，因而削弱了放电发展过程。
1-2 汤逊理论与流注理论对气体放电过程和自持放电条件的观点有何不同？这两种理论各适用于何种场合？答：汤逊理论的基本观点：电子碰撞电离是气体电离的主要原因；正离子碰撞阴极表面使阴极表面逸出电子是维持气体放电的必要条件；阴极逸出电子能否接替起始电子的作用是自持放电的判据。
它只适用于低气压、短气隙的情况。
气体放电流注理论以实验为基础，它考虑了高气压、长气隙情况下空间电荷对原有电场的影响和空间光电离的作用。
在初始阶段，气体放电以碰撞电离和电子崩的形式出现，但当电子崩发展到一定程度之后，某一初始电子的头部集聚到足够数量的空间电荷，就会引起新的强烈电离和二次电子崩，这种强烈的电离和二次电子崩是由于空间电荷使局部电场大大增强以及发生空间光电离的结果，这时放电即转入新的流注阶段。
高电压技术--3电气设备绝缘试验
主要内容:
电气设备的故障及检测概述 绝缘电阻和吸收比的测量 介质损耗角正切的测量 局部放电的测量 电压分布的检测 绝缘的高电压试验
第1节 电气设备的故障及检测概述
一、电气设备的绝缘缺陷分类 1.局部性或集中性缺陷
绝缘开裂、绝缘局部磨损、绝缘局部受潮 2.整体性和分布性缺陷
电压分布的测量、局部放电的测量、绝缘油气相色谱分 析。 （2）破坏性试验
检测绝缘的电气强度，即耐压试验。通过对绝缘施 加很高的电压，检测其耐受电压的能力，可发现比较隐 蔽的缺陷。是保证电气设备安全运行最直接可靠的检验 手段。
工频高压试验、直流高压试验、冲击高压试验。
第2节 绝缘电阻和吸收比的测量
一、绝缘电阻的测量
因此，测量绝缘表面的电压分布可以发现某些绝 缘的缺陷
1.线路绝缘子串的电压分布
等值电路 500kV绝缘子串电压分布 C：每片绝缘子的本体电容，30～50pF CE：每片的对地电容，4～5pF CL：每片对高压线电容，0.5～1pF
2.改善电压分布措施 可以使用在导线处安装均压环的方法改善电压分
布。
绝缘电阻是一切电介质和绝缘机构的绝缘状态最
基本的综合性特性参数。
1.兆欧表的工作原理
电流通路：
RV—WV Rx—RA—WA
f ( IV ) f ( RA Rx )
IA
RV
f (Rx )
2.兆欧表的使用方法 （1）兆欧表的接线
芯柱 屏蔽环
（2）屏蔽端子G的作用 瓷体 在套管装设金属屏蔽环
或者几匝裸铜丝。只测体积 法兰
1.K1参数（吸收比）
K1
Rt 2 Rt1
It1 It2
i ig ia
2020年华南理工大学926电气工程综合考研复试考试大纲(含参考书目)
华南理工大学2020年硕士研究生入学《电气工程综合（926）》考试大纲及参考书目
命题方式招生单位自命题科目类别复试
满分100
考试性质
适用于电气工程及其自动化专业硕士研究生入学考试，考试内容涵盖大学本科阶段要求掌握的模拟电子技术和数字电子技术、电机学、电力电子、高电压技术以及电力系统分析等课程的相关基本概念、原理和分析计算方法。
考试方式和考试时间
闭卷
试卷结构
考试内容和考试要求
电气工程综合考试科目总分100分。
1. 《电工》部分（模拟电子技术和数字电子技术） (20分)
考试范围（知识点）
（1）半导体器件：基本概念；半导体二极管的单向导电性、伏安特性并熟悉二极管电流方程、主要参数与小信号模型，二极管的反向击穿特性与稳压管的稳压作用。
（2）基本放大电路：基本概念和定义，基本放大电路的组成原则、工作原理及BJT、FET构成的三种基本组态放大电路的性能特点，放大电路的等效电路分析法，放大电路的图解分析法，常用静态工作点稳定电路的工作原理。
（3）多级放大电路：基本概念及定义，各种级间耦合方式及其特点，分析方法，交流性能指标，差分放大电路的组成、工作原理、静态工作点及性能指标的分析计算。
（4）数制和码制：二、十六进制、十进制及其它们的相互转换，格雷码及ASCII 码。
（5）逻辑代数基础：基本运算，基本公式与定理，逻辑函数的各种表示方法，。
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电力变压器交流试验电压值
括号内数值适用于不固定接地或经小电抗接地系统
额 最高
线端交流试验电压值
定 工作
kV
电 电压
压 kV 全部更换 部分更换绕组
kV
35 40.5
85
72
66 72.5
140
120
110 126.0 200
170 （195）
220 252.0 360
306
395
336
330 363.0 460
（c） 三倍电压
分析
T 1 C1 2 V 2 3
V1
C2
倍压整流回路
三 串级直流高压装置
两级直流高压装置
V4 4 C3
V3
5 C4
2
3
V2
C1
V1
C2
1 T
0
4U m
空载时，各点电压为： U1 U m sin t
U 2 U m U m sin t
串级直流高压装置的参数计算
脉动电压：
U U nmax U nmin ip n(n 1)
(1)
2
fC 4
平均电压降落：
U p
2nUm U p
ip fC
4n3 3n2 2n 6
(2)
平均电压：
Up
2nUm
U p
2nUm
ip 6 fC
(4n3
3n2
一、直流耐压试验特点 随着直流输电技术的发展，直流耐压试验受到 重视。
1 试验设备轻便，容量小（不需要提供无功） 2 可同时测量泄漏电流。 3 局放小，对绝缘的损伤小。
缺点：由于交流和直流情况下绝缘内部的电压 分布不同，因而，直流耐压试验不如交流耐压 实验更接近真实工况。
预备知识: 直流电源的组成
各级试验变压器的容量不一样，T1的容量为
T2的容量P为1 U1I1
U2I2
U3I3
2U 2 I 2
P2 U 2 I 2 U 3 I 3
总的制造容量为 P P1 P2 3U 2 I 2
而串级装置的输出容量为
P / 2U 2 I 2
串级装置的容量利用率为
P/ P
2 3
不难求出n级串级装置的容量利用率为
2 n 1
三、调压装置
1.自耦调压器 单相自耦调压器是一个线圈，通过不同的抽头来取得不同
的电压。用手柄转动其实就是通过碳刷机械运动连续变比改 变副边线圈匝数。
存在滑动触头，电压波形不失真，容量小。 2.移圈式调压器
移圈调压器的结构和电磁原理与变压器相似。它借助一个沿 铁心柱高度方向上下移动的短路线圈，改变主回路二个线圈 的阻抗和电压分配，达到调节输出电压的目的。 不存在滑动触头，但漏抗大，电压波形畸变，容量大 3.电动发电机组
一般情况下，C1>>C2，所以波尾主要由C1放电的快慢决定 C2和R1－－波头电容和波头电阻，
C1和R2－－波尾电容和波尾电阻。
定义放电回路的电压利用系数η为： U2m U0
U2m
C1 C1 C2
U0
单级冲击电压发生器的原理电路
R11
u0
C1
R2
R12
C2
u u0
C1 R2
R1
U p
Ip 3 fC
(2n 3
n)
Ip 6 fC
(4n 3
2n)
与（2）式比较，减小
3 从上到下逐级增加电容，即Ck＝Ck’=kC
U nI p 2 fC
Байду номын сангаас n2 I p fC
实际很少采用
串级直流高 压发生装置
5级 U＝1000kV I为mA量级
5.2.2 直流耐压试验的基本接线
T 工频交流
整
滤
流
波
脉动直流
直流电源的组成
稳
负
压
载
直流
5.2.1 直流高压的获得
一 半波整流和全波整流
高压硅堆承受两倍的电源电压
UUmamx Umin
uav
U 2U
半波整流
U av
Umax
Umin 2
I av
U av RL
U
S U av
电压脉动 系数
U U av
2 fRLC
全波整流
（4）连续运行时间短，不需要有复杂的冷却系统。一般不超过 30分钟。
（5）试验变压器的漏抗较大，短路电流较小。
2 试验变压器结构图
6 5
U
1
24
3
(a)
6 5
U
1U 2 1 22
X
3
7
7
(b)
A 6 5 U 4
1U 2
试验变压器结构图
1.低压绕组 2、高压绕组 3、铁芯 4、外壳 5、高压套管 6、均压环 7、绝缘支柱
子上感应出来的电势作为类似于变压器副边的二次电源，
单相感应调压器制造成本比较高，特别是大容量产品。 此外单相产品转子偏心若达到一定数值，很容易产生运行振 动和噪声。由于这些因素，单相感应调压器输出容量受到很 大限制，大容量产品很少生产。
经专门设计的感应调压器，能较好地适用于一般要求的 高压试验配套
高压试验常用调压器的主要特点
C2 u
高效回路
(b)
(c)
对于(a)
U2m
C1 C1 C2
R2 R1 R2
U0
低效回路
对于(b) 效率介于(a)和(c)之间
对于(c)
高效回路
实际的单级冲击电压发生器回路
T2
D
R0
G
R1
T1
u0
C1
C2
R2 u
调整调压器的输出可以改变电容C1的充电电压， 调整电阻R1和R2可以改变输出波形， 放电球隙G的放电电压根据C1的充电电压和输出电压的要
u
A A(1 et 2 )
2
R1
C1C 2 C1 C 2
0
用直流电源向电容器充电的波形模拟， 波头时间：T1≈ 3.24R1C2
t
u
C1 u0 (C1 C2 )
C1u0 1 et 2
(C1 C2 ) t
波尾波形
在波尾时间范围内，et2 0
可将电压波形表示为：
5 绝缘的耐压试验—破坏性试验
特点:试验时施加到设备上的电压远高 于设备正常运行绝缘所承受的电压, 试验时可能会对绝缘造成伤害.
工频耐压试验 直流耐压试验 雷电冲击耐压试验 操作冲击耐压试验
5.1 工频耐压试验
工频耐压试验：是交流设备的基本耐压方式。是鉴定电气设备性能最
严格、最有效的直接方法，能有效发现较危险的集中性缺陷。它对判断电 气设备是否投入运行具有决定性的意义。是保证设备绝缘水平，避免发生 绝缘事故的重要手段。
t
u(t) Ae 1
u
1 R2 C1
R2
u0
u
u0 et/ 1
u0
1 2
u0
C1
0
T2
t
T2
u0e 1
u0 2
T2 0.7R2C1
单级冲击电压发生器的原理电路（1）
u0
C1 R2
R1
C2 u
高效回路
首先C1充电， 然后合上开关，
C1经R1向C2充电，形成波头 同时C1和C2经过电阻R2放电， 形成波尾。
型式
额定容量（kVA）
电压
调压范围(%) 波形畸变率(%)
效率(%) 空载电流(%)
短路阻抗 产品成本 作为高压试验调压
器
移圈调压器
25~2250
10kV及以下
5（2.5）～100 <5 >94 <30 大 中
只能满足一般 要求
感应调压器
10～4500
10kV及以下
5（2.5）～100 <5 >96 <15 中 中
391
510
434
500 550.0 630
536
680
578
中性点交流试验电压值 kV
全部更换 部分更换绕组
85
72
140
120
95
80
85 （200）
85 （230）
85 140
72 （170）
72 （195）
72 120
5.1.1 工频电压的获得
进行工频试验时，不允许直接使用电网的 工频电压，必须使用专门的高压发生装置。
T
D1
C D2
D1 T
D2 C
D3
D4
RL
Uo
1 2Um
U D 2U m
Uo Um
RL
UD Um
二 倍压整流回路 图5-7
V1 T
C1
C2
T 1 C1 2 V 2 3
V1
C2
V2
(a) 两倍电压
（b)两倍电压
T
V2 V3
C2
C3
C1
V1
带上负载后，三种倍 压装置的输出电压会 降低，并出现脉动
只能满足一般 要求
自耦调压器
环式
柱式
0.1～30 10～2500
0.5kV