高电压第3章.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第,3,章 电气设备绝缘试验,绝缘缺陷：,集中性缺陷,：如悬式绝缘子的瓷件开裂，发电机绝缘局部磨损、挤压开裂，电缆中气泡产生局部放电逐步损坏绝缘，其它机械损伤,分布性缺陷,：指整体绝缘性能下降,如大面积受潮、老化、变质等,绝缘试验目的,：及时发现绝缘缺陷，掌握绝缘性能变化情况，以便采取措施消除缺陷或防止缺陷继续发展，延长电气设备寿命，让有缺陷的设备在试验中损坏也不能让其投入运行而带来事故,因此绝缘试验是保证电气设备安全可靠工作的重要手段,高压电气设备和其它产品不同，不能抽样质检，而是每台必作,电气设备绝缘中总会存在,缺陷,制造时,潜伏下了的,运行中,热、电、化学、机械力等作用下产生和发展的,3.1,概述,试验分类：,按,性质,分：,半成品试验,控制加工质量和材料性能,型式试验,新产品和老产品有改进的产品定型前作,出厂试验,定型产品的出厂时作,交接试验,安装后投运前及检修后作，验收设备性能,预防性试验,运行中定期进行的，随时监测绝缘情况,按,方法,分：,非破坏性试验（检查性试验）,在较低电压下测定绝缘的某些方面的特性及其变化情况，从而间接判断绝缘的状况。由于所加电压低，通常不会导致绝缘的击穿损坏，故称为非破坏性试验或检查性试验,破坏性试验（耐压试验）,模拟设备绝缘在运行中可能受到的危险的过电压状况，对绝缘施加与之等价的高电压来进行试验，从而考验绝缘耐受这类电压的能力。由于所加电压高。可能导致绝缘的破坏，所以称为破坏性试验或耐压试验。,两类试验的关系,：,非破坏性试验,的结果，可以分析有些缺陷，如受潮、局部过热、个别零部件绝缘损坏、绝缘油劣化、杂质较多等。检查后可防患于未然，及时处理，排除缺陷，但还未找到与击穿电压确切的定量关系,破坏性试验,确切、可靠、使人信服，最易发现问题，缺点是（,a,）缺陷必须发展到较严重程度时才能以击穿破坏形式揭示出来（,b,）有可能损坏缺陷本来可以设法排除的设备（,c,）由于累积效应可能影响使用寿命 通常是先作非破坏性试验作初步判断，发现问题后进行处理，再作非破坏性试验，待非破坏性试验未发现问题后再作破坏性试验 这两类试验均必不可少，各有特点，不能相互代替，只能互为补充才能达到完善有效地考核绝缘特性,非破坏性试验纳入规程的有：,试验方法 能发现的缺陷,测量绝缘电阻和吸收比 贯串性的受潮、脏污及导电通道,测量泄漏电流 同上，但更为灵敏和有效,测量介损,tg,整个绝缘普遍劣化、大面积受潮,（对小体积设备最有效）,局部放电测量 有游离过程的局部缺陷,还有色谱分析、,x,射线和超声波等探测绝缘缺陷，绝缘中,电流谐波分析等，在线监测绝缘现也大为推广,破坏性试验（即耐压试验）包含的种类：,交流耐压试验,直流耐压试验,雷电冲击耐压试验,操作冲击耐压试验,3.2,绝缘电阻和吸收比的测量,一、测量绝缘电阻与吸收比的工作原理,二、测量绝缘电阻与吸收比的方法,测量仪表：一般用兆欧表进行绝缘电阻与吸收比的测量。为了测准吸收比，需用灵敏度足够高的兆欧表,兆欧表的电压：,500,、,1000,、,2500,、,5000V,等,兆欧表的种类,摇表：现场仍较多采用带有手摇直流发电机的兆欧表，俗称摇表,晶体管兆欧表：采用电池供电，晶体管振荡器产生交变电压，经变压器升压及倍压整流后输出直流电压,兆欧表选择：根据设备电压等级的不同，选用不同电压的兆欧表,额定电压,1kV,及以下者使用,1000V,兆欧表,1kV,以上者使用,2500V,兆欧表,绝缘电阻,和,吸收比,是反映绝缘性能最基本的指标，通常采用,兆欧表,进行测量,流比计,：两个相互垂直绕向相反处于同一磁场固定在一起的电压线圈,LV,和电流线圈,LA,两个力矩差作用下，线圈带动指针旋转，直到两个力矩平衡,三个端子,：,L,接被试品的高压导体,E,接被试品外壳或地,G,接被试品屏蔽环或屏蔽电极,消除表面电阻影响,表的额定电压：,500,、,1000,、,2500,、,5000V,等,测量绝缘电阻及吸收比,可,反映的绝缘缺陷：,（,1,）总体绝缘质量欠佳,（,2,）绝缘受潮,（,3,）两极间有贯串性的导电通道,（,4,）绝缘表面情况不良（比较有或无屏蔽极时所测值）,不能,反映的缺陷：,（,1,）绝缘的局部缺陷（如非贯串性的局部损伤、含有气,泡、分层脱开等）,（,2,）绝缘的老化（即使老化其绝缘电阻仍可能相当高）,测量绝缘电阻的注意事项：,（,1,）现场测试在退出运行的试品后，必须接地，充分放电，大容量试品放电时间应大于,5,10,分钟。测试完后也必须接地充分放电,（,2,）为了避免表面泄漏的影响，应先清洁表面的污秽和潮气，对表面可以加等电位屏蔽，屏蔽应靠近,L,端,（,3,）读完数后先断开,L,端，再停止转动，避免试品对表放电引起损坏,（,4,）分析结果时除绝缘电阻的大小外，还应该注意同出厂值、同一设备相与相间值、检修前后值、耐压前后值的对比，还应考虑温度、湿度、脏污及环境条件的影响,用兆欧表测绝缘电阻实质是测通过被试品的泄漏电,流，只是所加电压较低。为了提高准确度，可在试品上,施加直流高压测其泄漏电流，这是比兆欧表更为灵敏和,有效判断绝缘优劣的另一种方法，并且还可结合直流耐,压试验进行,工程上：,35kV,及以下设备用,10,35kV,变压器绕组泄漏电流试验,110kV,及以上设备用,40kV,由于采用,A,表来测量，比兆欧表精确,特点：,1.,试验电压高，并可随意调节，更容易将绝缘本身的弱点,暴露出来,2.,泄漏电流可由,A,表随时监测，灵敏度高,一般以一分钟时泄漏电流值为判断依据,如一台,220kV,断路器用兆欧表测各相绝缘电阻均在,2500M,以上,当用,40kV,直流测泄漏时，发现两相为,2,A,，另一相为,60,A,，,最后发现该相支柱瓷套有裂纹,3.,可以根据,I=,f(t,),和,I=,f(u,),的关系进行全面分析,3.3,介质损耗角正切（,tg,),的测量,实践证明：是判断绝缘情况的一种较灵敏的方法,特别是对受潮、老化等分布缺陷比较有效，对于小,体积设备更加灵敏。,例如：一台,110kV,大型变压器上测得总的,tg,为,0.4,为合格,的，但套管分开单独测,tg,达,3.4,为不合格。,当大设备的绝缘由几部分组成时，最好能分别测各,部分的,tg,，以便于发现缺陷。,因此，它是绝缘试验中一项较重要的项目。,1.,测试电路,测量,tg,一般采用交流高压电桥，对于大容量试品,（如电力电容器和长电缆）可采用功率因数瓦特表,通用电桥,电桥平衡时：,A,、,B,两点无电压差,Z1Z4=Z2Z3,西林电桥接线原理图,正接法试品低压端可不接地,U,：外加电源电压 一般为几千伏几十千伏,C,x,R,x,被试品,G,：共振式交流检流计,电桥平衡时利用灯光将检流计指示发射到电桥面板的毛玻璃上成一条光线,不平衡时则成光带,所以又称光带式检流计,C,n,：标准电容,无损空气介质电容,tg,00.1,C,n,不随环境,t,、湿度及所加,U,的,f,、,U,max,而变,常用,50,或,100pf,1pf,R,3,：无感可调电阻元件,R,4,：无感固定电阻,C,4,：可调电容,反接法试品低压端必须接地 要求：,a.,进出线及内部对外壳有良好的电气绝缘和电磁屏蔽,b.,电桥处于高电位，,R,3,和,C,4,的调节需用绝缘柄,接地的屏蔽箱,调节,R,3,和,C,4,使电桥平衡，检流计指示,i,g,=0,电桥平衡时：,实部和虚部分别相等,（微法）,在分度盘上,C,4,的数值就直接以,tg,(%),来表示，读数极为,方便,注意事项：,a.,电桥本体必须加以屏蔽,b.,被试品和标准无损电容器连到电桥本体的引线也要使用屏蔽导线,2.,电桥测量的影响因素,杂散电容电流、杂散电导电流、试品表面泄漏,周围其它试品的影响,外界电源对电桥的干扰,解决方法：加设屏蔽,采用移相电源,采用倒相法,消除磁场干扰方法：,将电桥移到磁场干扰范围以外,将检流计极性开关置于不同位置时调节电桥平衡,测得试品介损和电容值再求平均值,3.4,局部放电测量,测量局部放电的几种方法,3.5,工频交流耐压试验,在检查性试验合格后进行模拟设备绝缘在运行中可能受到的危险的过电压状况，对绝缘加之等价的高电压来进行试验，从而考验耐受这类过电压的能力，暴露在检查性试验中未发现的缺陷，尤其对局部缺陷更加有效。,一、工频高压的获得,3.5.1,工频高压试验设备及接线,（一）控制柜,操作,手动马达,100kV,及以内,100kV,以上,信号,绿灯红灯,调压器,100kV,及以内,保护,击穿后的过流保护,（二）调压器,1.,自耦调压器：,S,0,=(0.75-1)S,试验,T,特点：调压范围广、功率损耗小、波形畸变小、体积小、价廉 适用：单相,10kVA,缺点：功率较大时，滑动触头的发热、部分线匝被短路等引起问题较严重,2.,移圈式调压器：特点：容量大 适用：,100kV,及以上的试验变压器 缺点：波形有畸变,1,主绕组,2,辅助绕组,匝数相同绕向相反,串联后组成初级绕组,3,补偿绕组,补偿负载压降和初级绕组压降,4,短路线圈,经涡轮蜗杆上下移动影响磁通分布改变输出电压,单相接触式调压器,各种接触式调压器,3.,电动发电机组：,特点：波形好、可均匀调节输出电压,适用：对试验要求较高的大型制造厂和试验基地,缺点：容性负荷较大时可能产生自励磁、投资大、运行,费用高,（三）试验变压器 一般为单相，原理与单相电力变压器相同，高低压绕组 作用：产生工频高电压，考核绝缘承受长时间工作电压及瞬时过电压的能力 如研究：高压输电线路的气体绝缘间隙、电晕损耗、静电感应、长串绝缘子的闪络电压、电气设备内部绝缘中的局部放电及带电作业等；超高压及特高 压内绝缘或外绝缘的操作冲击波作用下的击穿规律及击穿数值,工频试验变压器是,的电源,试验变压器输出电压大大超过电力变压器,我国及世界多数工业发达国家最高试验变压器为,2250kV,个别国家为,3000kV,产生工频试验电压,直流高压和冲击高压,特点,:,（,1,）试验变压器：容性负载 电力变压器：感性负载,（,2,）容量小主要是获得高压，不是为了传输功率只足以提供给被试品闪络（或击穿）前,电容电流,i,c,漏导电流,i,R,局部放电电流,预放电电流,且仍能维持足够稳定的电压,保证被试品上有必要的,U,试,击穿时有一定的短路电流,也就是,试验变压器容量,可根据,U,试,和,C,x,或只根据,C,x,或,1kVA/1kV,原则,估计,R,3,可以在测,tg,时得到,S,试验变压器,IU,e,高压侧额定电压,kVA,或,1kVA/1kV,原则 即一般试验变压器为,1A,（一般干试,0.1A,、湿试,0.5A,、大泄漏电流设备湿试,1A,、污秽,试验,5A,、最大,15A,）,而电力变压器的容量就大得多,A,或,我国单台试验变压器,U,e,:,5,、,10,、,25,、,35,、,50,、,100,、,150,、,250,、,300,、,500,、,750kV,（,3,）试验变压器工作时经常要放电,电力变压器运行时短路事故少，即使发生事故继保,会立即将其跳开。,（,4,）电力变压器运行中受大气过电压及操作过电压的侵,袭，而试验变压器不受大气过电压的作用。,（,5,）试验变压器工作时间短，常常为,1min.,电力变压器几乎终年或多年额定电压下满载运行。,（,6,）试验变压器工作温度低，故无散热装置,电力变压器温升高，故有散热管、风冷、强迫油循,环冷却,（,7,）试验变压器运行条件优于电力变压器,绝缘裕度小,试验变压器,U,出厂试,一般只比,U,e,高,10,20,其中,50,250kV,高,25kV 500kV,高,10,220kV,电力变压器出厂,1 min.,工频耐压试验电压为,324,400kV,330kV,电力变压器出厂,1 min.,工频耐压试验电压为,510kV,（,8,）带激磁绕组供电的串级变压器,U,试,500-750kV,单台变压器在制造、运输均有困难，因此只能串级方式,（四）保护电阻,R,b,常用水阻,无色透明的玻璃管,或有机玻璃管,装蒸馏水,作用,：（,1,）在试品击穿或闪络时，由于电容的存在，,U,不,会突变，产生一个波头极陡的击穿过电压波，可能危胁变,压器的纵绝缘，,R,b,这时承受大部分压降，保护变压器纵,绝缘,（,2,）限制短路电流保护变压器,要求：（,1,）阻值：,0.1,1,/1V(,试验电压）,（,2,）热容量：管直径,5cm,（,3,）保证不发生沿面闪络，足够的爬距（管长）,5kV(max)/1cm,再加裕度,C,x,大取下限,C,x,小取上限,（五）球隙保护电阻球隙放电时保护球隙表面不被烧,伤、阻尼试品击穿或闪络时的振荡过程,一般取,0.1,1M,二、工频高压试验中可能产生的过电压,稳态：容升效应 试品一般为容性的,R,1,+j,L,1,：电源、调压器、试验变压器初级绕组漏阻抗,R,2,+j,L,2,：变压器次级绕组漏阻抗,L,：变压器励磁阻抗,L,远大于,L,1,和,L,2,可视为开路,1/j,C,x,：负载的容抗,试品上的电压,U,cx,将高于电源电压,U,容升效应,需对试品上的电压直接测量，不能通过变比计算,暂态：,（,1,）调压器非零位时合电源 产生高频振荡过电压危,及变压器主、纵绝缘,控制电路应该保证调压器回零后才能合电源,（,2,）尚有高电压时切断电源 产生类似,“,切空变,”,过电压,控制电路应该保证变压器回零后才能切断电源,（,3,）试品突然被击穿 产生陡波危及变压器纵绝缘,保护水阻起阻尼作用、过流保护及时切断电源,3.5.2,工频高压的测量,国标：测量交流高压峰值或有效值总误差在,3,范围内 测量方法：间接法：通过试验变压器低压侧电压表,P3,、,P4,间接反映高压侧电压 由于,“,容升效应,”,可能导致试品上电压过高 故不允许 直接法,C.M.,电流测压,V.D.,分压器,S.V.,静电电压表,G,球隙,1.,球隙测量,传统方法，现较少采用,当,S,球间距,/D,球直径,不大时，球间隙为稍不均匀电场,U,b,=,f(S,),国标,GB311.6,1983,、,IEC52-3-60,给出各种条件下工频击穿电压与标准球隙间距离的关系 见本章附录 要求,:,（,1,）,S1min.,（,4,）各次,U,b,与平均值之间的偏差,3%,特点：（,1,）精确度较高、投资小 （,2,）操作复杂、不方便 （,3,）受气候条件影响，特别是湿度、污秽、球表面情况,（,4,）测量值为峰值，可测量直流、交流、冲击电压,2.,静电电压表（,S.V.,）,u,2,F,电动力,偏转角,u,2,因此测得的数值为交流电压的有效值,特点：,（,1,）两极间,C,约为,10,30pf,，空气漏电小,输入阻抗高,（,2,）电源频率,f,、大气条件、外界磁场干扰影响小,频率范围：直流,1MHz,3.6,直流耐压试验和泄漏电流测量,由于直流电压下绝缘只有很小的泄漏电流，因此试验设备容量就可以要求小些，在交流试验容量不够时可考虑直流耐压试验。,如：同步发电机,高压电动机,电力电容器,高压电缆,均可做直流耐压，对试验设备容量的要求,直流高压设备用途极广：,泄漏电流测量,直流输电研究,原子核物理,X,射线研究,工业中高压静电场应用,3.6.1,、直流高压装置,1.,半波整流,T:,高压试验变压器,V:,整流元件（硅堆）,C:,稳压电容,R,b,:,保护电阻,R,f,:,限流电阻,T.O.:,被试品,平均直流电压：,脉动幅值：,脉动系数：对半波整流电路,根据,IEC,和国标要求加在试品上的脉动电压的脉动系数,不超过,3%,2.,倍压整流回路,负半波时,正半波时,电压脉动：,最大电压平均值：,平均电压降落：,脉动系数：,3.,串级直流发生器,3.6.2,直流高压的测量,国家标准规定对直流高压测量准确度的要求是：,直流电压平均值的测量误差,3,脉动幅值的测量误差,实际脉动幅值的,10,实际直流电压算术平均值的,1,取较大者,1.,静电电压表：可以直接测量高达几百,kV,的直流电压,测量值为有效值,当电压脉动因素,C,1,和,C,2,C,L,起始分压比与稳态分压比误差较小,否则,R,4,Z,L,C,1,+C,2,=C,L,+C,4,测量误差约为上电路的,1/20,3,、阻容并联分压器,测高速变化过程电压分布按电容分布 电容分压器,测慢速变化过程电压分布按电阻分布 电阻分压器,如果使高压臂和低压臂时间常数相等即,R,1,C,1,=R,2,C,2,R,2,=R,2,/Z,L,则分压比为,但电容量较大可能妨碍陡波前的波形，高压引线中需串接阻尼电阻,4,、阻容串联分压器,为了抑止本体电容与测量回路电感产生的主回路振荡和抑止寄生电感与杂散电容产生的寄生振荡,临界阻尼电阻总值,R,S,几百几千,“,高阻尼,”,完全阻尼两种振荡,几百,“,低阻尼,”,阻尼轻度过冲,低压测量电路与电容分压器 相似，也需匹配,调节,R,1,和,R,2,使起始分压比与 稳态分压比相等,则分压比为,作业：习题,3.1 3.2 3.5 3.6,