1、高電壓工程基礎第七章 電氣設備絕緣的高電壓試驗任課教師：趙 彤高電壓工程基礎電力系統中的電氣設備，其絕緣不僅經常受到工作電壓的影響，還會受到諸如大氣過電壓和內部過電壓的侵襲。為了考驗其在長時間的工作電壓及瞬時的過電壓下是否能可靠工作，電氣設備的出廠、安裝調試或者大修后需要進行各種高電壓試驗。耐壓試驗（破壞性試驗）：對絕緣考驗嚴格，能保證絕緣具有一定的絕緣水平；缺點是只能離線進行，并可能因耐壓試驗對絕緣造成一定的損傷。2一、交流高電壓試驗二、直流高電壓試驗三、沖擊電壓試驗四、穩態高電壓的測量五、沖擊電壓的測量高電壓工程基礎第七章 電氣設備絕緣的高電壓試驗37.1 交流高電壓試驗高電壓工程基礎工頻

2、耐壓試驗是在電氣設備上施加規定的工頻試驗電壓并保持一定的時間，以考察絕緣能否耐受該試驗電壓的作用。工頻耐壓試驗能有效發現絕緣中危險的集中性缺陷。是檢驗電氣設備絕緣強度最有效和最直接的方法。試驗電壓的選擇要考慮到運行中絕緣的老化及累積效應。試驗電壓持續時間常用1min。4高電壓工程基礎交流絕緣試驗應采用頻率為45Hz65Hz的交流電壓。交流電壓的特性主要以峰值、有效值、波形畸變率、波頂系數等來表示，試驗時電壓波形的畸變應盡可能小。交流高壓的產生通常采用工頻試驗變壓器，但對于一些特殊試品，如變壓器的感應試驗，采用頻率不超過500Hz交流電壓；對于大容量高電壓設備的試驗，采用串聯諧振方法產生的30H

3、z300Hz交流電壓；固體絕緣的加速老化試驗則采用幾kHz的高頻交流電壓等等。 57.1.1 工頻高電壓的產生 高電壓工程基礎工頻高電壓的產生一般采用工頻高壓試驗變壓器，它是高壓試驗室最基本的、不可缺少的設備之一。工頻高電壓試驗變壓器的作用在于產生工頻高電壓，使之作用于被測試電氣設備的絕緣上，以考查被測試電氣設備在長時間的工作電壓及瞬時的內過電壓下是否能可靠工作。此外，它也是試驗研究氣體絕緣間隙、電暈損耗、靜電感應、長串絕緣子的閃絡電壓以及帶電作業等必需項目的高壓電源設備。61、工頻高壓試驗對試驗設備的要求高電壓工程基礎R1 保護電阻，限制試品放電時產生的過電壓和過電流，從而保護試驗變壓器，一

4、般取0.1-1 /V;T.O.QBTR1R2工頻高壓試驗的一般線路圖 調壓器試驗變壓器保護電阻（保護球隙）保護電阻（限流限壓）球間隙被試品R2 球隙保護電阻，一般取0.1-0.5 /V。7工頻試驗變壓器的特點：高電壓工程基礎(1) 工作電壓高，調節范圍廣，一般為單相。由于工頻高壓試驗通常用于代替雷電過電壓或者內部過電壓來考核電氣產品絕緣性能，或進行絕緣擊穿試驗，因此試驗變壓器電壓很高。(2) 電壓波形應該是正負半波對稱的正弦波形，頻率在4555Hz范圍內，電壓的有效值等于幅值除以波頂系數。對于調壓裝置，應能夠按所要求的速度連續、平穩地調節電壓。8高電壓工程基礎(3) 在大部分高壓試驗里，試驗變

5、壓器的連續工作時間不長，而在額定電壓下滿載運行的時間更少，這比長期處于滿載下工作的電力變壓器的運行情況要好得多。試驗變壓器的容量不大，所以設計時采用較小的安全系數，在額定電壓下只能作短時運行，對特高壓的試驗變壓器，只有在2/3的額定電壓下才能長期運行。 (4) 使用時間有限。通常為間歇工作方式，所以散熱能力小，對應于不同的電壓電流負荷，有不同的允許持續工作時間。9高電壓工程基礎(6) 試驗變壓器在工作時經常要放電；而電力變壓器在正常運行時，發生短路事故的機會不多，即使發生，繼電保護裝置也會立即將電源跳開。(7) 為減小對局部放電試驗的干擾，要求試驗變壓器自身的局部放電電壓足夠高。(5) 電力變

6、壓器在運行中可能受到雷電過電壓及操作過電壓的侵襲；而試驗變壓器并不會受到過電壓作用，絕緣裕度低，安全系數小。10耐壓試驗對試驗變壓器的要求：高電壓工程基礎高壓繞組的額定電壓應不小于被試品的試驗電壓值。額定容量不小于由被試品試驗電壓及試驗電壓下流過被試品的電流決定的被試品容量，在被試品擊穿或閃絡后能短時維持電弧。11試品大多數為電容性，故當知道試品的電容量及所加的試驗電壓時，便可計算出試驗電流與試驗容量：高電壓工程基礎式中 U 被試品的試驗電壓，kV(有效值)； C 被試品的電容，pF； 所加電壓的角頻率。122U2U2T321321T2321T13U22、串級試驗變壓器高電壓工程基礎目前單個變

7、壓器的額定電壓很少超過750kV，當需要更高電壓等級的試驗變壓器時，常用幾臺變壓器串接的方式，使幾臺變壓器的二次側繞組的電壓相疊加，從而使單臺變壓器的絕緣結構大大簡化。常用的串級方式為自耦式串級變壓器，后級變壓器的勵磁電流由前級變壓器供給。1- 低壓繞組 2-高壓繞組 3-串級勵磁繞組輸出的額定電流：I2（A）每一級變壓器高壓側繞組的額定電壓：U2（kV）裝置輸出的額定電壓：3U213高電壓工程基礎在串接裝置中，各試驗變壓器高壓繞組的容量是相同的，設為W，各低壓繞組和串級勵磁繞組的容量不同。低壓繞組的容量為串級勵磁繞組和高壓繞組的容量和。T3的容量為W；T2的容量為2W；T1的容量為3W。可見

8、，隨著試驗變壓器串接臺數的增加，利用率降低，實際中，串接的試驗變壓器臺數一般不超過三臺。143、調壓裝置高電壓工程基礎為了防止高壓端出現異常電壓，一次側電壓投入應盡可能從低電壓開始，逐漸升高至試驗電壓值。通常在高壓試驗變壓器的前級選配合適的調壓器，借助調壓器進行電壓調整，使高壓試驗變壓器輸出滿足所要求的無級連續、均勻變化的試驗電壓。對調壓裝置的要求：輸出電壓質量好，要求調壓器輸出電壓波形應盡量接近正弦波；輸出電壓下限最好為零。(2) 調壓特性好，要求調壓器阻抗不宜過大；調壓特性曲線平滑線性；調節方便、可靠。 15高電壓工程基礎常用的調壓裝置：自耦調壓器。調壓范圍廣，漏抗小，功耗小，波形畸變小。

9、滑動觸頭受熱容量限制，適用于小容量試驗變壓器。(2) 移圈調壓器。調壓均勻，容量大，漏抗較大，波形畸變大。因此這種調壓方式被廣泛地應用在對于容量要求較大、對波形要求不十分嚴格的場合。16高電壓工程基礎(3) 感應調壓器。結構與繞線式異步電動機相似，通過改變轉子與定子的相對位置調壓。容量大，漏抗大，價格貴。(4) 電動發電機組。調壓方式不受電網電壓質量影響。但投資和運行費用大，適用于對試驗電壓要求很高的場合。177.1.2 串聯諧振交流高壓的產生高電壓工程基礎對于容量大、損耗小的試品，如電纜、電容器以及氣體絕緣開關裝置等的絕緣試驗，如采用工頻交流電壓進行試驗，要求的電源很大，一般很難實現。為了適

10、應大容量試品的耐壓試驗，可采用高壓串聯諧振試驗設備。CRL串聯諧振裝置的等效電路 等值電路中R為代表整個試驗回路損耗的等值電阻，L為可調電感和電源設備漏感之和，C為被試品電容，U1為試驗變壓器空載時高壓端對地電壓。電容上的電壓為：18高電壓工程基礎當調節電感使回路發生諧振時，被試品上的電壓為：式中Q為諧振回路的品質因數，為諧振時感抗(容抗)與回路中電阻R的比：諧振時L遠大于R，即Q值較大， 故用較低的電壓U便可在被試品兩端獲得較高的試驗電壓Uc。諧振時高壓回路流過相同的電流 I，而U=Uc/Q，所以試驗變壓器的容量在理論上僅需被試品容量的1/Q。19高電壓工程基礎串聯諧振方法的優點：1）試驗回

11、路對基波頻率產生諧振，因而波形的畸變小；2）被試品發生擊穿時諧振條件被破壞，串聯電抗器限制短 路電流，故絕緣擊穿處的電弧不會將故障點擴大。 20調頻調壓電源50Hz電源反饋控制信號激勵變壓器電抗器分壓器被試品變頻串聯諧振裝置的原理框圖 為了使回路參數滿足諧振條件，可以調節電容或電感，也可以調節電源頻率。交流兩相或三相工頻電源，經變頻控制單元輸出30300 Hz頻率可調的交流電壓，勵磁變壓器升壓，諧振電抗器L和被試品Cx構成高壓諧振電路來產生交流高壓。電容分壓器是純電容式的，用來測量試驗電壓。系統的頻率取決于回路的L-C參數。當負載電容Cx的變化范圍很大時，可以根據Cx的大小，適當調整電抗器的電

12、感L值，使諧振頻率固定在規定要求范圍內。高電壓工程基礎217.1.3 交流高壓試驗高電壓工程基礎原因：工頻高壓試驗中多數試品是電容性的，會在試品上產生“容升”效應，即實際作用到試品上的電壓值會超過按變比高壓側應輸出的電壓值。此外，對初級繞組突然加壓，或當輸出電壓較高時突然切斷電源，有可能由于過渡過程而在試驗回路中產生過電壓。被試品突然擊穿，也可能出現大幅值的過電壓。1、防止工頻高壓試驗中可能出現的過電壓防止措施：在變壓器出線端與被試品之間串接一適當阻值的保護電阻（按0.1 /V選取阻值），限制過電壓幅值的同時限制了流過被試品和試驗變壓器的短路電流。22高電壓工程基礎原因：變壓器或調壓裝置的鐵芯

13、工作在磁化曲線的飽和段，勵磁電流呈非正弦波，或當變壓器和調壓器存在漏抗時，會造成變壓器的輸出波形畸變。被試品的容量越大，波形畸變越嚴重。2、試驗電壓的波形畸變與改善措施措施：在試驗變壓器的一次繞組并聯一個L-C串聯諧振回路。若主要需減弱3次諧波，則L-C回路可按3L=1/ 3C選擇參數，使勵磁電流中的3次諧波分量有了短路回路。u1CLCLTu123高電壓工程基礎對于帶繞組的被試品，用外施電壓對其主絕緣作工頻高壓試驗時，首先應將各繞組的首尾短接，然后，根據不同要求做其它接線，這樣能防止電容電流流過勵磁感抗造成不允許的電壓升高。有些電氣設備繞組絕緣是分級的，線端絕緣較強，中性點或接地端絕緣較弱，繞

14、組的各不同部位應該耐受和能夠耐受的試驗電壓當然也就不同。另外，外施電壓法對繞組的縱絕緣和相間絕緣也難于進行試驗。解決這個問題的辦法就是感應高壓試驗，即在其低壓繞組上施加兩倍的額定電壓，使中壓繞組、高壓繞組感應出所需的試驗電壓來。3、外施電壓試驗和感應高壓試驗24高電壓工程基礎感應耐壓試驗既可考驗主絕緣，也可考驗縱絕緣（層間、匝間絕緣）。為防止鐵芯中的磁通密度增加，鐵芯過分飽和，可提高外施電壓的頻率，使f 100Hz。但頻率增加時，鐵損、介損將隨之增加，為避免頻率的提高對絕緣的考驗加重，應縮短試驗時間。試驗標準規定：試驗頻率f2 fN時，全電壓下的加壓時間為60s；當f 2 fN時，試驗時間為但

15、t不得小于20s，一般試驗頻率f 400Hz。25高電壓工程基礎現場缺少高頻試驗電源，利用三臺單相變壓器產生三倍頻電壓。將三臺單相變壓器一次側接成星形，二次側接成開口三角形。基本原理：一次側加較高電壓使鐵芯飽和，由于鐵芯的非線性性質，在正弦激磁電流的作用下，鐵芯中產生三次諧波磁通。則在每相繞組中感應出三次諧波電勢，二次側三角形開口處即可輸出三相三次諧波電勢的算術和。267.2 直流高電壓試驗高電壓工程基礎（1）直流高壓試驗設備1）測量泄漏電流；2）直流耐壓試驗（一些大容量的交流設備，如油紙絕緣電力電纜，也常用來代替交流耐壓試驗；高壓直流輸電設備耐壓試驗）；3）沖擊電壓發生器和沖擊電流發生器等的

16、直流高壓電源。（2）對直流電源的要求直流電壓的特性由極性、平均值、脈動等來表示。高壓試驗的直流電源在提供負載電流時，脈動電壓要非常小，即直流電源必須具有一定的負載能力。277.2.1 直流高電壓的產生高電壓工程基礎直流高電壓由試驗變壓器將交流電壓升高后經整流獲得。下圖為基本的半波整流電路，能獲得的最高直流電壓為工頻試驗變壓器輸出交流電壓的峰值。1、半波整流回路和直流高壓設備的基本參數T-工頻室驗變壓器 C-濾波電容器 D-整流元件(高壓硅堆) R-保護電阻 Umax、Umin、UT-試品輸出直流電壓的最大值、最小值、算術平方值 TDRCRxutTUminUmaxUT半波整流電路及輸出電壓波形圖

17、28高電壓工程基礎（1）額定整流電流指允許長時間通過整流器的直流電流（平均值）。整流元件的主要技術參數（2）額定反峰電壓當整流器阻斷時，允許加在其兩端的最大反向電壓峰值。 （1）輸出的額定直流電壓（算術平均值）Ud直流高壓試驗設備的基本技術參數（2）輸出的額定直流電流（平均值）Id（3）電壓脈動系數（亦稱紋波系數）S29高電壓工程基礎u表示輸出電壓的脈動幅值或波紋。根據國際電工委員會和我國國家標準規定，直流高壓試驗設備在額定電壓和額定電流下的脈動系數S應不大于3%。電壓脈動系數S：對于半波整流電路30高電壓工程基礎倍壓整流電路可看作兩個半波電路的疊加，因而它的參數計算可參照半波電路的計算原則進

18、行。變壓器A點對地絕緣為2UT，而點A為UT。輸出電壓為2UT。2、倍壓整流回路CCT倍壓電路 31高電壓工程基礎1230C1常用倍壓電路 C21）當電源為負時，硅堆D1截止，D2導通，電源經D2對電容C1充電，1點電位為正，3點電位為負，C1最高充電電壓可達 。2）當電源電壓升高時，1點電位也抬高，此時D2截止；當1點電位高于2點電位時，D1導通，電源經C1、D1向C2充電，2點電位逐漸升高。3）當電源電壓從 逐漸下降，1點電位隨之降落，當1點電位低于2點電位時， D1截止；當1點電位繼續下降到低于地電位時， D2又導通，電源再經D2對C1充電。323、串級直流發生器D1C1C1Q2Q2+Q

19、1Q2+2Q1Q2+(n-1)Q1Q12Q1nQ1Q2+(n-2)Q1RxIdD1DnDnCnCn串級直流高壓發生器原理圖 減小電壓脈動系數的方法：1）減小串接級數；2）增加每級電容器的電容量；3）提高電源頻率。 高電壓工程基礎33（1）直流高壓試驗要根據不同試品、不同的試驗要求選擇合適的電源容量。 一般情況下，直流高壓試驗所需的試驗電流通常在幾mA到幾十mA，但是某些試品在擊穿前瞬時泄漏電流還是很大，將達到安培級。這樣大的泄漏電流將使設備內部產生很大壓降而使試驗結果不正確。（2）保護電路 當試品放電，或者發生器輸出端可能發生對地短路時，為了限制電容器柱的放電電流和流經高壓硅堆的電流，需在試品

20、與高壓輸出端之間串接一保護電阻。直流高電壓試驗注意事項：7.2.2 直流高電壓的試驗高電壓工程基礎34高電壓工程基礎直流耐壓試驗與交流耐壓試驗相比具有以下特點：(1) 試驗中只有微安級泄漏電流，不需要供給試品電容電流，試驗設備的容量較小。特別是采用電力電子變換的高頻電源后，整套直流耐壓試驗裝置的體積、重量大大減小，便于現場進行試驗；(2) 在試驗時可以同時測量泄漏電流，能有效地顯示絕緣內部的集中性缺陷或受潮，提供有關絕緣狀態的補充信息；(3) 在某種程度上帶有非破壞性試驗的性質，在直流高壓下，局部放電較弱，不會加快有機絕緣材料分解或老化；(4) 對交流電氣設備絕緣的考驗不如交流試驗那樣接近實際

21、情況。對于絕大多數組合絕緣來說，它們在直流電壓下的電氣強度遠高于交流電壓下的電氣強度，因而交流電氣設備的直流耐壓試驗必須提高試驗電壓，才能具有等效性。35高電壓工程基礎由于直流電壓作用下絕緣內部的電壓分布和交流電壓作用下的電壓分布不同，其對絕緣的考驗不如交流下接近實際和準確。所以只對幾種電容量很大的電氣設備才改做直流耐壓試驗。因直流電壓下絕緣中的電壓分布經較長時間才趨于穩定，且直流電壓下絕緣中的介質損耗及直流電壓對絕緣的損傷比交流電壓下的小，所以直流耐壓試驗的時間較工頻耐壓試驗時間長，一般在510min。試驗接線同測量泄漏電流的試驗接線。 36高電壓工程基礎直流耐壓試驗時，試驗電壓值的選擇是一

22、個重要的問題，絕緣在直流電壓下的擊穿強度比交流下高，在選擇直流耐壓試驗電壓時應注意這一點。試驗電壓主要根據運行經驗確定。如發電機定子繞組，試驗電壓取23倍額定電壓。210kV電纜取5倍額定電壓，1530kV取4倍額定電壓，35kV及以上取22.6倍額定電壓。 377.3 沖擊電壓試驗高電壓工程基礎沖擊電壓：（雷電沖擊電壓、操作沖擊電壓）持續短、電壓上升速度快，達到幅值后緩慢下降的暫態電壓。由波頭時間、波尾時間、峰值和極性來表示。PO OTfCFTttUxyz標準雷電沖擊的定義 ：Tx為30%90%峰值間所測得的時間。標準雷電沖擊電壓：1.2/50s標準操作沖擊電壓：250/2500s 387.

23、3.1 沖擊電壓發生器與參數計算高電壓工程基礎_+RfRtC2C1U0u2(t)Rd_+RfRtC2C1u2(t)U0LRf_+RtC2C1U0u2(t)(a) 典型等效電路 (b) 考慮回路電感的等效電路 (c) 高效回路的等效電路 主電容試品等電容波頭電阻波尾電阻G0G0G0電容C1在被間隙G0隔離的狀態下由直流電源充電到穩態電壓U0，球隙擊穿后，電容C1上的電荷一方面經Rt放電，同時通過Rf對電容C2充電，在被試品上形成上升的電壓波前。當C2上的電壓被充電達到最大值后， C2與C1一起對Rt放電，在被試品上形成下降的波尾。39一般選擇Rt比Rf大得多， C1比C2大得多，這樣就可以在C2

24、上得到所要求的波頭較短（波頭時間常數較小）而半峰值時間較長（波尾時間常數較大）的沖擊電壓波形。Rf的大小決定了波頭的長短，稱為波頭電阻。Rt的大小決定了波長，稱為波尾電阻。Rf_+RtC2C1U0u2(t)高電壓工程基礎40高電壓工程基礎對于高效回路，在C1向C2充電過程中，如果忽略C1經Rt放掉的電荷，則C2上的電壓最大可達：Rf_+RtC2C1U0u2(t)_+RfRtC2C1U0u2(t)Rd對于低效回路，除了電容上的電荷分布外，還有Rd和Rt的分壓作用， C2上的最大電壓為利用系數：41高電壓工程基礎_+RfRtC2C1U0u2(t)Rd對于標準雷電波，波頭時間很短，而波尾衰減相對很慢

25、，在考慮波頭時，可忽略波尾衰減的影響，近似認為Rt開路。波前時間的確定42高電壓工程基礎_+RfRtC2C1U0u2(t)Rd在考慮波長時，不考慮Rd和Rf的影響，近似認為C1和C2對Rt放電，則C2上電壓為：半峰值時間的確定可根據所要求的波形選擇回路參數，通常C2是由試品決定的。而C1一般取(510)C2，即可根據所要求的波形求出(Rd+Rf)和Rt。另外，Rd是用來阻尼回路振蕩的，通常取幾十歐，對高效率回路，Rd=0，這樣回路中的所有參數都可確定了。由半峰值時間Tt的定義，可得：43高電壓工程基礎如需更高的沖擊電壓，可采用多級沖擊電壓發生器。其工作原理概括來說就是利用多級電容器并聯充電，然

26、后通過球隙使電容器串聯放電，從而產生高幅值的沖擊電壓。44高電壓工程基礎充電過程：由試驗變壓器T和高壓硅堆VD構成的整流電源，以峰值電壓經保護電阻r 及充電電阻R 向主電容C1C4充電。經過一定時間后，主電容通過整流電源并聯充電到電壓U，各球隙G1 G4間電位差亦為U。充電過程中，波尾電阻Rf、試品C0等都由隔離球隙與充電回路隔開，因此對地都是零電位。45高電壓工程基礎放電過程：當需要啟動沖擊電壓發生器時，可向點火球隙的針極送去一脈沖電壓，針極和球表面之間產生火花放電，引起點火球隙放電，電容器C1的上極板經G1接地，點1電位由地電位變為-U。電容器C1和C2間有充電電阻R隔開，R比較大，在G1

27、放電瞬間，點2和點4電位不可能突變，點4電位仍為+U，球隙G2上的電位差突然上升到2U，G2放電，于是3點的電位為-2U。同理，G3、G4也相繼放電，將電容器C1C4串聯起來。最后隔離球隙G0也放電，輸出電壓為C1C4上電壓的總和，即-4U。46高電壓工程基礎為了提高輸出電壓，通常采用雙邊電容器充電方式。回路的rt和rf被分散在各級小回路內，沒有專用的rd，也沒有隔離球隙G0 ，只有充電電阻R和兼作充電電阻的rt和rf 。由于不存在阻尼電阻Rd ，在相同充電電壓下輸出電壓略高，故稱為高效回路。47高電壓工程基礎放電時的等值電路48變壓器類設備應作雷電沖擊截斷波試驗，以模擬絕緣子閃絡或避雷器動作

28、時所形成的截斷波。產生截斷波的原理：將一截斷間隙與被試品并聯，調節間隙距離使之具有所需的擊穿電壓；沖擊電壓發生器送出一全波，由于截斷間隙的擊穿，作用在被試品上的電壓就是截斷波。7.3.2 截斷波的產生方法高電壓工程基礎49目前多采用可控截斷電路來控制截斷時間，截斷間隙采用針孔球隙。觸發脈沖導致間隙G1放電后，間隙G2上將承受全部電壓，同時，R3上電流流過形成壓降，S2處出現觸發火花，導致G2放電，形成截斷。調節此球隙的自放電電壓略大于全波電壓，控制信號來自沖擊發生器本體中的波尾電阻或分壓器，經電纜或延時傳輸線到觸發裝置，調節時延即可得到所需的截斷時間。高電壓工程基礎50（1）利用沖擊電壓發生器

29、產生操作波 利用沖擊電壓發生器產生操作沖擊電壓的原理與產生雷電沖擊電壓的原理是一樣的，只不過操作沖擊電壓的波前和半峰值時間比雷電沖擊電壓的長的多，所以要求發生器的放電時間常數比產生雷電沖擊電壓時間長得多。調節沖擊電壓發生器的波頭、波尾電阻，可改變波頭波尾時間，就可以得到標準所規定的操作沖擊電壓。在進行操作沖擊電壓發生回路的參數計算時需要注意，一是不能用計算標準雷電波的近似估計的方法來計算操作波的回路參數，否則將帶來很大的誤差；二要充分考慮充電電阻對波形的影響。7.3.3 操作沖擊電壓的獲得高電壓工程基礎51（2）利用電容器對變壓器一次繞組放電產生操作波一組電容C由直流充電至一定值U0 ，然后通

30、過球隙G的擊穿，使C向試驗變壓器的一次繞組（低壓側）放電，在變壓器的二次繞組（高壓側）便會因電磁感應基本上按變比產生高電壓的操作波形。在較低電壓下調節R1和C1得到所需要的波形，然后根據試驗需要升高電壓。高電壓工程基礎IEC推薦的利用工頻試驗變壓器產生操作沖擊 52利用沖擊電壓發生器對電容器C1充電，然后電容器C1上的電荷通過間隙G2放電，可獲得陡波前沖擊電壓es。電壓的波頭時間決定于C1-G2-R2回路尺寸以及放電間隙G2的火花形成時間。將回路封入高氣壓SF6氣體中，可減小回路尺寸，且可提高G2的放電電壓，從而獲得幅值為102103kV、波頭時間為0.020.1s的陡波前沖擊電壓。 7.3.

31、4 陡波前沖擊電壓的產生高電壓工程基礎537.4 穩態高電壓的測量低壓側測量：測量變壓器低壓繞組或測量線圈兩端電壓，按變比換算得到高壓側電壓。因電容效應測量誤差較大。穩態高電壓：工頻交流高壓、直流高壓高電壓工程基礎測量高壓時，除了測量電壓的幅值，經常還需要測量電壓的波形。在測量高電壓時往往有泄漏、電暈以及雜散電容等的影響，準確測量難度較大。54高壓測量系統：轉換裝置、轉換裝置至試品間的引線、 接地連線、低壓測量回路、測量儀表等。 對測量結果的要求：（1）交流電壓的測量，要求測量系統在測量額定電壓的峰值或有效值時的總不確定度在3之內；（2）直流電壓的測量，要求測量系統在測量試驗電壓算術平均值時的

32、總不確定度不超過3%，直流電壓的紋波幅值總不確定度不超過10%，或脈動系數測量的不確定度應小于1%。 高電壓工程基礎55利用氣體放電測量交流高電壓，例如測量球隙。利用靜電力測量高電壓，例如靜電電壓表。利用整流電容電流或充電電壓來測量高電壓，例如峰值電壓表。利用分壓器測量高電壓，如電容分壓器和電阻分壓器。實驗室中測量穩態高壓常用的方法：高電壓工程基礎561、球間隙垂直型標準測量球隙 測量球隙是一對直徑相同的金屬球。當球隙為稍不均勻電場時，球間隙的放電電壓與球徑、間隙距離以及大氣狀態存在一定的對應關系，利用這個性質，形成了放電電壓與間隙距離的關系。高電壓工程基礎7.4.1 氣體放電間隙IEC和國標

33、嚴格規定了在標準大氣條件下測量所用球隙的結構、布置和連接，并制定了標準球徑的球隙放電電壓與球間隙距離的關系表，其誤差不超過3%，使用時可查閱。57（1）間隙距離不超過球徑的1/2，可保證測量的不確定度在3%以內。用球隙測量工頻電壓時，應取連續三次擊穿電壓的平均值，相鄰兩次間隔時間不小于1min，擊穿電壓與平均值之間的偏差不大于3%。高電壓工程基礎（2）用球間隙測量直流電壓時，測量裝置、測量方法與測量交流電壓時相同，有更大的測量不確定度，常常是由空氣中的灰塵或纖維引起。當球隙距離不大于0.4D時，其測量不確定度在5%以內。58高電壓工程基礎（3）球間隙測量電壓時，必須進行大氣條件的修正。（4）測

34、量時必須放電，容易引起過電壓而造成被試品不必要的損傷。測量時較費時間，被測電壓越高，球徑越大，所需的空間越大。常用于求取高壓側電壓值與試驗變壓器低壓側的儀表讀數間的比例關系。592、棒間隙用球間隙測量直流電壓時，會出現較大的分散性，IEC中推薦使用左圖所示結構的棒間隙。標準棒間隙測量直流電壓時，其測量不準確度在3%以內，測量方法與球間隙相同。棒間隙直接測量直流電壓時也非常費時，一般用于求取直流高壓輸出值與直流發生器低壓側的儀表讀數間的比例關系。標準大氣條件下，正、負極性的直流電壓下，棒間隙10次放電電壓的平均值為： 高電壓工程基礎60S fl原理：分別帶正、負電荷的導體間存在著靜電吸引力，吸引

35、力的大小與兩導體間的電位差的平方成正比，測量此靜電力的大小或是由靜電力產生的某一極板的位移（或偏轉）從而反映所加電壓大小。由固定電極和可動電極組成，另有屏蔽電極消除邊緣效應和外電場的影響。兩極間加上電壓U，電極間就會受到靜電力f的作用，使可動電極繞其支點轉動。而且f 的大小與U 的數值有固定關系，設法測量f 的大小就可確定所加電壓U 的大小。利用這一原理制成的儀表即為靜電電壓表。高電壓工程基礎7.4.2 靜電電壓表61高電壓工程基礎靜電作用力與電壓平方成正比，與電壓的極性無關，總是正的。若電壓不是恒定的，靜電作用力也與時間有關。靜電電壓表指示的是電壓的均方根值。測量交流電壓時，指示的是被測電壓

36、的有效值；測直流電壓時，當脈動系數不超過20%時，測得的數值與平均值的誤差不超過1%，故可認為在直流下靜電電壓表的測量值為直流電壓的平均值。直流電壓中含有脈動分量時，靜電電壓表的指示值為：62在電容器上施加交流電壓，通過測量充電電流來確定電壓值。通過半波整流或全波整流，利用直流電流計測量整流電流可求得電壓的峰值，而采用有效值指示的交流電流計則可求得電壓的有效值。高電壓工程基礎7.4.3 利用高壓電容器的測量方法1、電容器電流整流法測量交流峰值半波整流法 全波整流法 63與耦合電容器類似，利用靜電容量大的電容器，可用交流電流計直接測量充電電流的有效值（I），電壓有效值為：高電壓工程基礎由于高頻諧

37、波電流的容抗比基波電流的要小，如果所測電壓存在波形畸變，這種方法很容易帶來較大的測量不確定度。 64被測交流電壓經整流硅堆D使電容充電至交流電壓的幅值，電容電壓由靜電電壓表或微安表串聯電阻來測量。高電壓工程基礎2、電容器充電電壓法測量交流峰值IdRCDVA電容器充電電壓法 如果靜電電壓表或微安表串聯電阻測得的電壓為Ud，則電壓峰值：65利用高壓電容與電阻串聯來測量直流電壓的脈動。若直流高壓含有脈動電壓分量Ur，當脈動電壓的頻率為f，則電阻R兩端的電壓為：高電壓工程基礎3、直流脈動電壓的測量直流脈動的測量 若 ，則U Ur 。也可以采用電容器電流整流法來測量直流電壓脈動的幅值，其測量方法與交流峰

38、值測量的方法相同。66高阻分壓器和串有高阻的電流表常用于高壓的測量。關鍵是要設計一個能在高電壓下穩定工作的高歐姆電阻器，當構成電阻分壓器時他就是分壓器的高壓臂。高歐姆電阻R1通常是由多個電阻元件串聯而成。高電壓工程基礎7.4.4 高壓分壓器1、高阻分壓器和串有高阻的電流表測量交流電壓時，流過電阻的電流I1約為幾十毫安，而用其測量直流電壓時，流過電阻的電流一般為0.52mA。U2U1Z1Z2高阻分壓器 電阻分壓器的分壓比為：67高歐姆電阻（兆歐級）與微安表串聯測量高壓時，為防止測量儀表超量程，在測量儀表旁并聯保護放電間隙或放電管P；同時為了防止微安表發生開路而在控制臺出現高電壓，微安表應并聯電阻

39、（千歐級）。高電壓工程基礎I2U1Z1Z2AP高阻與電流表串聯 電阻本身發熱、電暈放電或絕緣泄漏會造成測量結果的不準確。電阻的溫度系數應盡可能小。高阻值電阻可浸入絕緣油中以增強散熱，同時可以防止電暈放電和絕緣泄漏。交流高壓測量時，由于對地雜散電容作用，不但會引起幅值誤差，還會引起相位誤差。被測電壓越高，分壓器本體電阻值越大，對地雜散電容越大，誤差也越大。因此電阻分壓器只適用于被測電壓低于100kV的情況。68當被測電壓較高時，通常采用電容分壓器配用低壓儀表來測量交流高壓。通常試品和分壓器在試區內，測量儀表在控制室內，兩者相隔較遠。為了防止外電場對測量電路的影響，通常用高頻同軸電纜來傳輸被測量的

40、電壓信號。該電纜的電容應計入低壓臂的電容量C2中。高電壓工程基礎2、電容分壓器69不考慮雜散電容影響時，分壓比為：高電壓工程基礎高壓臂電容C1常由多個電容串聯而成，雜散電容CE及CL使高壓臂的等值電容發生變化，引起分壓比改變。所以對一定環境下的分壓比應進行測定和校正。對于分壓器，要求它的分壓比是常數，即不應隨被測電壓的波形、頻率、幅值、周圍大氣條件、安裝地點的變化而改變。此外，分壓器的接入應不影響電壓波形和幅值。 70高電壓工程基礎分布式電容分壓器：高壓臂有多個電容器元件串聯組裝而成，要求每個元件盡可能為純電容，介質損耗和電感盡可能小。集中式電容分壓器：高壓臂使用一個氣體介質的高壓標準電容器，

41、常采用N2 、CO2 、SF6及其混合氣體。電容分壓器中，要求C1很小，但又能承受很高的電壓，是分壓器中的主要元件。電容分壓器有兩種主要形式：對于電容分壓器低壓臂電容C2，要求電容量較大而承受的電壓較低，因此應采用高穩定度、低損耗、低電感量的云母、聚苯乙烯等介質的電容器。電容量根據分壓比和低壓儀表的量程確定。 717.5 沖擊電壓的測量高電壓工程基礎無論是雷電沖擊還是操作沖擊電壓波，沖擊電壓都是持續時間較短的暫態電壓，要求沖擊電壓的測量系統必須具有良好的瞬態響應特性。沖擊電壓的測定包括：幅值測量和波形記錄。標準規定：對于標準全波、波尾截斷波以及1/5(s)短波，幅值的測量不確定度不超過3%；1

42、s以內波頭截斷波，其幅值的測量不確定度不超過5%，波頭及波長時間的測量不確定度不超過10%。目前最常用的沖擊電壓的測量方法：a. 測量球隙； b. 分壓器-示波器。72當電壓作用非常短時，氣體放電需要一定的放電時延，具有一定的分散性，與間隙中的有效電子的產生有關。在球間隙上加一定幅值的沖擊電壓時，間隙的放電有一定的概率，用50%放電電壓來表示球間隙的沖擊電壓幅值。50%放電電壓是指一定距離的球間隙，在一定電壓作用下放電的概率為50%。規定測量球隙為稍不均勻場，當波頭時間大于1s時，其伏秒特性大體上是一條水平線，沖擊系數為1，即球間隙的50%沖擊放電電壓和穩態電壓下的擊穿電壓基本相同。高電壓工程

43、基礎7.5.1 球間隙測量沖擊電壓的幅值73高電壓工程基礎利用球隙測量沖擊電壓時的注意問題：在球隙距離太小（放電電壓50kV以下），或者球隙直徑太小（小于12.5cm）時，為加速有效電子的出現，減小放電的分散性，使放電電壓穩定，必須用放電火花或短波光源照射球隙。利用球隙測量沖擊電壓時，如在球隙前串聯電阻，球隙擊穿瞬間 很大，串聯電阻后會在其上造成很大的壓降，使測量出現較大的不確定度。但為避免球隙擊穿時，球隙連線的電感與球隙電容形成串聯振蕩，從而對被試品造成損傷，需要加入串聯保護電阻（無感電阻，其值應不大于500）。74高電壓工程基礎確定50%放電電壓的方法：多級法：以預期的50%放電電壓的23

44、%作為電壓級差，對被試品分級施加沖擊電壓，每級施加電壓10次，至少要加4級電壓。求出每級電壓下的放電次數和施加次數之比P后，將其按電壓值標于正態概率紙上，給出擬合直線，在此直線上對應于P=0.5的電壓值即為50%放電電壓。升降法：估計50%放電電壓的預期值Ui，取Ui的23%為電壓增量U，凡上次加壓如已引起放電，則下次加壓比上次電壓降低U ；凡上次加壓未引起放電，則下次加壓比上次電壓升高U 。這樣反復加壓2040次，分別計算出各級電壓下Ui的加壓次數，按下式求出50%放電電壓。75在沖擊電壓測量中，常采用數字存儲示波器、數字記錄儀等來觀測沖擊電壓的幅值和波形，需要電壓分壓器將幾百千伏甚至上兆伏的高壓不失真地降到示波器所能承受的電壓。分壓器測量系統包括：從被試品到分壓器高壓端的高壓引線、分壓器、連接分壓器輸出端與示波器的同軸電纜以及示波器。國家標準規定，分壓比應穩定，其允許的不確定度為1%。高電壓工程基礎7.5.2 沖擊電壓分壓器76對于雷電沖擊電壓的測量，這些分壓器一般都可采用；但對于操作沖擊電壓的測量，主要采用電容分壓器。阻尼電容分壓器是指多個電容器串聯、每一段分別串接阻尼電阻而構成的一種分壓器，可有效