高电压实验技术问答题.pdf

1.“容升效应容升效应”：工频高压试验变压器上所接的试品，绝大多数是电容性的。在通过试验变压器施加工频高压时，往往会在容性试品上产生容性效应，也就是说实际作用到试品上的电压值会超过按变比高压侧所应输出的电压值，试品电容和试验变压器漏抗越大，容升效应越明显。2.常用测量交流高电压方法常用测量交流高电压方法：1、利用测量球隙气体放电测位置电压峰值；2、高压静电电压表测有效值；3、分压器作为转换装置组成的测量系统来测量交流电压 4、利用整流电容电流测量交流高电压峰值 5、整流充电电压测量交流电压峰值 6、旋转伏特计可测量直流及交流电压瞬时值、7、以光电系统测量交流高电压 3.高压硅堆基本参数高压硅堆基本参数 1 额定整流电流 If：通过硅堆的正向电流在一个周期内的平均值 2、正向压降 Uf：硅堆通过的正向电流为额定值时在硅堆两端的压降。3、额定反峰电压 Ur：硅堆截止时在硅堆两端允许出现的最高反向工作电压峰值 4、反向平均电流 Ir：在最高反向工作电压作用下流过管子的反向电流平均值。5、额定过载电流（Is）：负载击穿或闪络时，硅堆能够允许的短时过载电流平均值。6、额定工作频率：工频高压硅堆（2DL）3kHz。4.电阻分压器测量误差电阻分压器测量误差 1.电阻本身发热（或环境温度变化）造成阻值变化。2.电晕放电造成测量误差。3.绝缘支架的漏电造成测量误差 5.桥式电阻分压器优点桥式电阻分压器优点分压器的测量误差主要是由于 R1 组织不稳定造成的分压比的变化，如能在工作条件下随时测量准分压比可大大提高分压器的准确度，桥式线路的电阻分压器即可解决在高压下直接测量分压比的问题。6.桥式线路主要特点桥式线路主要特点分压器高压臂阻值的变化并不影响分压比的测量准确度，因为分压比在高电压夏随时可以测得。同样低压臂及可调电阻的阻值变化也不影响分压比的准确度。虽然高压臂阻值等在较长时间内的变化对分压比无影响，但在桥路二次平衡所需的短时间内则要求阻值是稳定的或者变化很小，否则将增加分压比的测量误差。7.冲击电压发生器的功用冲击电压发生器的功用冲击电压发生器是一种产生脉冲波的高电压发生装置，用于研究电力设备遭受大气过电压和操作过电压时的绝缘性能，同时，冲击电压的破坏作用不仅决定于幅值，还与波形陡度有关，所以也用于研究某些电力设备的截断波绝缘性能。1.冲击电压分压器+示波器，可用于测量冲击电压的波形和幅值。分压器的作用分压器的作用：一般示波器的输入能承受 300V，而被测电压为几十万-几百万伏，所以分压器就是用于将高幅值的冲击电压线性缩小到几百伏以内，以供示波器测量。冲击高压分压系统的连接线原则冲击高压分压系统的连接线原则 发生器先连线到试品，然后由试品连接到分压器；分压器与试品为避免相互的电场和电磁场干扰，须相距一定距离;分压器和试品间须加阻尼电阻，改善测量系统转换特性；用屏蔽电缆传输信号；（波纹管、编织层、双层屏蔽）;测试系统的接地应良好。电容分压器特点电容分压器特点 1.分布式电容分压器只有幅值误差，而无波形误差 2.电容分压器的电容比屏蔽电阻分压器的杂散电容大得多；电容器的绝缘电阻大于电阻分压器的阻值 3.对测陡波，电容分压器的响应特性不如屏蔽电阻分压器好 4.电容分压器不消耗能量，不发热，对测量波头较平，波长较长的波，电容分压器比电阻分压器较有利，且电容分压器还可供调节波形 8.电阻分压器性能改进电阻分压器性能改进补偿法改善分压的性能。在分压器顶端加一屏蔽环，环与分压器本体间存在杂散电容，由环流向分压器本体间的杂散电容电流可以部分补偿由分压器本体流向地的杂散电容电流，从而改善分压器上的电压分布。尽量缩小分压器尺寸以减小对地杂散电容 9.测量系统的误差要求：测量系统的误差要求：冲击试验中要求测量标准波及截尾波时的峰值误差在 3%以内，波头和波尾误差在 10%以内。上述误差是对整个冲击测量系统而言的，一个冲击测量系统不仅包含分压器本体，还包括示波器、分压器和示波器间的测量电缆分压器和冲击电压发生器的高压引线，每个组成部件都可能引起误差。10、冲击电流发生器冲击电流发生器 工作时先由整流装置向电容器组充电到所需电压，送一触发脉冲到点火球隙 G，G 击穿，于是电容器组 C 经 L、R 及被试品放电。根据充电电压的高低和回路参数的大小，可产生不同大小及波形的冲击电流。结论：结论：（1）U，L，C 三值决定电流的最大幅值，为获得最大电流：提高电容器的充电电压 U 增加电容器的容量 C 减小回路电感 L 减少放电回路的电阻 R（2）为获得大的电流陡度，提高充电电压 U 减少放电回路的电感 L 3、结构（考虑因素）（1）尽可能减小回路电感（2）放电回路一点接地（3）电容器分组串、并联（4）电容器组应有可靠的保护措施（5）各通流导体应具有足够的机械强度。1.高压试验室中被用来测量交流高压电的方法常有哪几种？其特点是？高压试验室中被用来测量交流高压电的方法常有哪几种？其特点是？（1）、利用测量球隙气体放电来测量未知电压的峰值。气体间隙的放电电压受大气条件的影响，它随气压的升高二升高，随绝对温度的升高二降低。在不均匀低昂场中，速度增大时，气体间隙的放电电压会有所上升，影响比较显著。在均匀电场下则影响不显著。优点优点：1）可以测量稳态高电压和冲击电压的幅值，几乎是直接测量超高电压的唯一设备。2）结构简单容易自制或购买，不易损坏。3）测量交流及冲击电压时的不确定度可达。（2）、利用高压静电电压表测量电压的有效值 静电电压表可以用来测量低电压，也可用它直接测量高电压。静电电压表的有点是它基本上不从电路里吸取功率，或是只吸取极小量的功率，内阻抗极大。通常还可以把它接到分压器上来扩大其电压量程。静电电压表在使用时应注意高压源及高压引线对表的电场影响。（3）、利用以分压器作为转换装置所组成的测量系统来测量交流电压。通过分压器可解决以低压仪表及一起测量高压峰值及波形问题。交流分压器可用来测量几千伏到几百万伏的交流电压。（4）、利用整流电容电流测量交流高电压峰值 高压标准电容器的电容值很准确，不受外物影响，测量准确度可以很高。利用电容电流整流测量分子的电压表只能测量符合标准要求的、谐波分量不大的、正负半波对称的正弦交流波形。（5）、利用整流充电电压测试交流电压峰值 被测交流电压经整流管 D 使电容充电至交流电压的峰值。电容电压由静电电压表或微安表串联高阻 R 来测量。以上两个为无缘整流回路法测量峰值。这类方法实施起来比较简单，价格便宜，设计合适时，可达到一定的准确度。此外它比有源电子线路的测量仪表具有另一优点，即电磁兼容（EMC）性优良，也就是说它对电磁脉冲的干扰不敏感，因此工作可靠性强。（6）、利用旋转伏特计可测量直流及交流电压的瞬时值（7）、以光电系统测量交流高电压 特点特点：因为高电压实验室中所要测的电压值常常比现有电压互感器的额定电压高许多，特制一个超高压的电压互感器是比较昂贵的，而且很高电压的互感器也比较笨重。所以采用其他的方法来测量交流高电压经济，方便。2.高压试验室中高压试验变压器调压时的基本要求有哪些？为什么？高压试验室中高压试验变压器调压时的基本要求有哪些？为什么？（1）、调压要从零开始，要均匀平滑，每级电压的变动要很小。（2）、升压速度在放电电压的前 75%时，可以较快速度上增，但在后 25%时则应能控制每秒升压不超过放电或耐受电压的 2%（3）、经调压器输出的电压波形应保持为正弦波（4）、调压应处于稳定的工作状态下。3.我们如果对我们如果对 35KV 电力变压器在大气条件下电力变压器在大气条件下 1.05*Pa ，27C 做工频耐压实验应选用球隙直径为多大？耐做工频耐压实验应选用球隙直径为多大？耐压距离多大？压距离多大？空气相对密度 027310527320*1.0123273101.327327otppt 真实电压 1.0123 3535.4219NUUkV 4.实验变压器运行条件与普通变压器有哪些区别？为什么？实验变压器运行条件与普通变压器有哪些区别？为什么？（1）试验变压器在大多数情况下，工作在电容性负荷下，而电力变压器一般工作在电感性负荷下。（2）试验变压器所需试验功率不大，所以变压器的容量不很大，而高压电力变压器的容量都很大。（3）试验变压器在工作室，经常要放电；电力变压器在正常运行时，发生事故短路的机会是不多的，而且即使发生，继电保护装置会立即断开电源。（4）电力变压器在运行中可能收到大气过电压及操作过电压的侵袭；而试验变压器并不受到大气过电压的作用，但由于试品放电的缘故，它在工作时，也可能在绕组上产生梯度过电压。由于电压值高，变比较大，所以要采用较厚的绝缘及较宽的间隙距离，因而不受大气过电压的作用。（5）试验变电压器工作时间短，在额定电压下满载运行的时间更短。譬如进行电器设备的耐压试验常常是 1min工频耐压，而电力变压器则几乎终年或多年在额定电压下满载运行。因为高压试验变压器的试验电压较低，设计温升较低，故在额定功率下只能做短时运行。（6）由于上述原因，试验变压器工作温度低，而电力变压器温升较高。因此电力变压器都带有散热管、风冷甚至强迫油循环冷却装置，而试验变压器则没有各种附加的散热装置或只有简单的散热装置。5.请解释高压实验变压器产高压冲击波方法的原理和过程。请解释高压实验变压器产高压冲击波方法的原理和过程。（1）电容器对变压器一次侧放点产生操作冲击波 原理：如图 1-39 所示，一组电容器 C 直流充电至一定值，然后通过铜球隙 G 的击穿，使 C 想试验变压器 T 的一次侧（低压侧）绕组放电，在变压器的二次侧（高压侧）便会因电磁感应基本上按变比而产生高电压的操作冲击波形。过程：火花球隙 G 刚击穿时，充电电压为 U0 的主电容 C 突然向变压器放电.变压器漏感 L 在开始瞬间会阻碍电流之流通.在一次侧绕组上形成一个尖端脉冲电压，此脉冲电压在一次侧操作冲击电压波的起始的时刻发生,C1 的作用是用以减小尖端脉冲电压的幅值及上升陡度。G 击穿后，C 向 L0 及 Cr 放电。Ce 充电，电压就从 0 上升到幅值 Um。当 Ce 上电压到达 Um 后，Ce 与 C 一起向激磁电感 L0 放电，Ce 上的电压下降形成波尾而形成波尾，在波尾的某一时刻，变压器铁心达到饱和，电压急剧下降到 0 值。（2）用闸流管使变压器一次侧瞬间接通工频电源产生操作冲击波 原理：如图 1-48 为单台变压器下的试验等效电路图。设闸流管在某一个相角 下触发而导通，闸流管流过电流，使变压器街上交流电源而激磁。因为闸流管不能通过方向电流，所以当流过它的电流为零而企图反向时，这六官就截止。上面所述的闸流管导通的一段时间成为激磁时期。闸流管截止以后，变压器就和交流电源相隔开，但因在激磁时期中变压器的激磁电感 和电容 分别积储了磁能和电能，所以形成了阻尼衰减振荡放点，直至能量消耗完了为止。方法：这种方法采用工频交流电压作为电源，在变压器的一次侧通过高压闸流管 V 瞬间导通而激磁，典型的激磁时间是小于工频的二分之一周期，这样毁在试验变压器的高压侧产生长波前的操作冲击波。输出的操作波形既与负荷阻抗值有关，也和电源电压合闸相角（即闸流管的导通角）有关。6.请分析和说明高压直流实验设备中硅堆的电压分布及均压措施有哪些？为什么？请分析和说明高压直流实验设备中硅堆的电压分布及均压措施有哪些？为什么？硅整流二极管(单管)的额定反峰值电压可达数千伏至一万伏，因此需将许多单管串联起来，加以封装组成硅堆，作为高压整流元件来使用。但是当在硅堆上外加反向电压时，每个单管在硅堆上的电压分布是不均匀的。造成电压分布不均匀的主要原因是存在二极管对地及对高压端的寄生电容。1.可尽量减少串联的管数 n。因为每个单管所实际承受的电压不一定等于按均匀分配时该单管所能承受的电压，而且硅堆上的电压分部是不均匀的。这样容易造成某一承受反压最大的单管被击穿，从而导致发生一系列的击穿，导致硅堆完全损坏。2.另一途径就是在单管两端并联大电容（相对于结电容 Ct）而言）或小电阻（相对于反向内阻而言）。因为这样可以使得 CtRt 组成的阻抗减少来达到强迫均压的目的。3.选用高压雪崩型整流元件。由于它击穿时动态电阻很小且能承受相当大的反向浪涌功率，从而使得硅堆中某单管接近击穿时，因为内阻的减少，而使它所分配到的电压减小，从而起到自动均压的作用。7.说明和解释桥式电阻分压器测量的原理和过程。说明和解释桥式电阻分压器测量的原理和过程。P83 面原理有图。原理：设 A.A”是分压器的高压臂，X,D 是可调电阻箱，B,B”是低压臂电阻，G 是指零用高灵敏度检流计，测量时要进行两次平衡：过程：第一次平衡，K 合上，C,D 短接，调节 X 使 G 指零，桥路平衡得：A/B=A”/(B”+X)第二次平衡，K 打开，调节 D 使 G 指零，桥路又平衡，得(A+C)/(B+D)=A”、（B”+X）故 A/B=(A+C)/(B+D),即 AD=BC。由此分压比 K=U1/U2=(A+B)/B=(C+D)/D D 可选用一精密电阻箱，C 选用已知的精密电阻（工作电压较高），这样通过二次平衡由 C 和 D 的读书可以立即测出分压比 K，只要 C 和 D 有足够的精准度，则 K 的准确度即能保证。8.请画出冲击电压发生器（马克思回路）原理和接线图（请画出冲击电压发生器（马克思回路）原理和接线图（P92），并分析其工作过程。），并分析其工作过程。工作过程：工作过程：（1）、充电过程 a、试验变压器 T 和高压硅堆 D 构成整流电源，经过保护电阻 r 及充电电阻 R 向主电容器 C1 C4 充电，充电到U。b、在球隙 g1g4 上的电位差也为 U,可事先把球间隙距离调到稍大于 U，球间隙不会放电。C、需要使冲击发生器动作时，可向点火球隙的针极送去一脉冲电压，引起点火球隙放电。（2）、电容器并联充电，而后串联放电 a、球隙放电后，g1 接地。点 1 电位由地电位变为+U。电容器 C1 与 C2 间有充电电阻 R 隔开，且 R 比较大，在g1 放电瞬间，由于 C的存在，点 2 和点 3 电位不可能突然改变 g2 上的电位差突然上升到 2U，点 3 电位仍为-U，中间球隙,g2 马上放电，于是点 2 电位变为+2U。b、其他间隙也跟着放电，电容器 C1C4 串联起来。当冲击电压发生器放电时，C1 向 C2 充电，C2 上将建立起电压，同时 C1 上电压将下降。当 C2 上电压从零上升到 Umax 时，它与此时 C1 上电压相等，不可能再上升。由于二者都将经 R 放电，最后都将降到零。9.串极高压实验变压器有哪些优点？哪些缺点？为什么？串极高压实验变压器有哪些优点？哪些缺点？为什么？优点：优点：（1）单个变压器的电压不必太高，因此绝缘结构制作方便，绝缘的价格较便宜，每台变压器的重量也不会过重，运输及安装方便（2）可以盖接线，供三相试验。两台串级的情况，可改接为 V 形接线；三台串级的情况，可改接成 Y 或形接线。也可以改接线，使变压器相互并联，以供给大的负荷电流。显然，改接为三相试验接线，或改为并联连接时，试验电压要相应地降低。（3）如需要低的试验电压时，可以只使用其中的一两台变压器，使电源发电机的激磁不致过小，工作较易。（4）每台变压器可以分开单独使用，这样工作地点可以有所增加。（5）坏了一台变压器时，其余的几台仍可以继续使用，损失相对可减小。缺点缺点：（1）在自耦式串级变压器的情况下，由于上一级变压器的功率需要由下一级来供给，故整个装置的利用率低。在用绝缘变压器供给诸级激磁的串级装置中，由于增加了绝缘变压器，整个装置的利用率也同样是低的。（2）由于激磁绕组及低压绕组中的漏抗或由于绝缘变压器中的漏抗，当级数增多时，总的电抗增加甚剧。故一般认为串数不应超过四级。（3）发生过电压时，各级间瞬态电压分部不均匀，可能发生套管闪络及激磁绕组中的绝缘故障。10.谐振交流耐压实验有哪些种类及其原理是什么？谐振交流耐压实验有哪些种类及其原理是什么？（1）、串联谐振耐压试验 串联谐振耐压试验有调感法和调频法两种。L 等值为可调电抗器的电感和试验变压器漏感之和，R 表示此谐振回路中总的电阻。当达到谐振条件时，此时回路中电流最大，并且电容两端的电压也达到最大。a.进行串联谐振交流耐压试验时，先在较低电压下调节电抗器电感或调节变频电源的频率使试验回路达到谐振状态，然后保持电感值或频率值不变，按规定升压速度升至试验电压考验绝缘。b.进行串联谐振交流耐压试验时，当被试品发生击穿时，因电路失去谐振条件而回路电流自动减少电压骤然下降，从而限制了对被试品损坏程度的扩大。c.由于击穿后短路电流的减小，使电源电路的过电流保护失去作用。d.将试品击穿时电压突变信号引入继电保护，使输入电源跳闸。（2）、并联谐振法 当试验变压器容量不足是因为输出电流不够而输出电压足够高时，可采用并联谐振法进行交流耐压试验。当参数选择适当，使两条并联支路的容抗与感抗相等时，回路处于并、联谐振状态，此时试验变压器输出的电流达到最小。当采用并联谐振方式对被试品进行交流耐压(也称并联补偿交流耐压)时，要注意并联电抗器的额定电压要求达到试验电压，还要配备试验变压器的过流速断保护，因为一旦被试品击穿，谐振消失，试验变压器将流过很大电流。（3）、串并联谐振 如图所示。L1，L2 为电抗器；将 2 台电抗器并联得 L2，1 台电抗器 L1 与被试品并联后再与电抗器 L2 构成串联谐振。L1 补偿了部分电容电流，同时仍然使 L1 与被试品组成的并联回路呈容性，从而与 L2 再构成串联谐振回路，降低了励磁变的输出电流，也就降低了对试验电源容量的要求。11直流高电压的测量的种类有哪些？它们的特点是什么？直流高电压的测量的种类有哪些？它们的特点是什么？（1）静电电压表，用静电电压表可测量直流高压的有效值。一般情况下可以认为有效值和平均值相等，即认为静电电压表所测得的是直流高压的平均值，测量总不确定度将在+-5%以内（2）高欧姆电阻组成电阻分压器，由高欧姆电阻组成电阻分压器，可在分压器低压臂跨接高输入阻抗的低压表来测量直流高压，根据所接低压表的型式可测量直流电压的算术平均值、有效值和最大值。（3）高欧姆电阻串联直流毫安表，可用高欧姆电阻串联直流毫安表测量平均值。（4）球隙测量直流高压的最大值 12.降低串极发生器纹波系数有哪些？为什么？降低串极发生器纹波系数有哪些？为什么？（1）提高每级电容器的工作电压以减小级数 n,这主要会受到额定工作电压的限制。电容工作电压越大，Ud 越大，S 越小。（2）提高每级电容器的电容量 C，这会受电容额定电容量和发生器尺寸的的限制，由 S=n(n+1)Id/(4fCUd)，知 C 越大 S 越小。（3）采用对称回路或三相回路。原因:普通串级发生器回路内，右柱在一周中仅在很短时间内获得电荷，而在差不多一周的时间内流失电荷。该用对称回路时，右柱在每半周时间内获得电荷一次，而流失电荷时间不到半周。改用三相回路时，右柱在每三分之一周期内获得电荷一次，而流失电荷的时间不到三分之一周期。因此后两种回路可以减小纹波 13.请画出冲击电压发生器（高效回路）接线图并分析原理和过程请画出冲击电压发生器（高效回路）接线图并分析原理和过程 回路的 rt 和 rf 被分散在各级小回路内，没有专用的 rd，也可以没有隔离球隙 g0 只有一边充电电阻 R，另一边有rt 和 rf 兼作充电电阻。原理和过程：试验变压器 T 和高压硅堆 D 构成整流电源，经过饱和电阻 r 及充电电阻 R、rf、rt 向主电容器 C1C4充电，充电到 U，出现在球隙 g1g4 上的电位差也为 U,假若事先把球间隙距离调到稍大雨 U,球间隙不会放电。当需要冲击机动作时，可向点火球隙的针极送去一脉冲电压，针极和球皮之间产生一小火花，引起点火球隙放电，于是电容器 C1 的上级板经 g1 接地，1 点电位变为+U。电容器 C1 和 C2 间时隔开的，2、3 点电位不能突变，3 点电位还是-U,中间球隙 g2 上的电位差突然升到 2U，g2 放电，2 点电位变为+2U。同理,g3、g4 也跟着放电，C1C4 串联起来，此时输出电压为 C1C4 上电压总和，+4U。14.倍压电器倍压电器 （1）图：电路对变压器 T 有些特殊要求，T 的次级电压仍为 Ur。但两个端头对地绝缘不同,A 点对地绝缘要求为 2Ur，而 A点为 Ur。硅堆反峰值电压为 2 倍电容电压。缺点：需提高变压器、硅堆、电容器的工作电压。（2）图这种电路的优点是便于得到更高的直流电压.只要增加串接的级数，即可组成直流高压串级发生器(又称串级高压倍加器)。（3）图当 C1=C2 时，倍压电路输出电压纹波与半波电路输出纹波相同。/(2)dddSU UIfCU15、马克思回路冲击电压发生器参数计算？马克思回路冲击电压发生器参数计算？式中：K-回路系数，T1-波尾时间常数，T2-波头时间常数 .波头时间 tf 计算 对于 1.5/40S 或 1.2/50S 波形，T1T2，根据定义：可以得到：T2=(Rd+Rf)*C1C2/(C1+C2)Tf=3.24(Rd+Rf)*C1C2/(C1+C2)3.波尾时间 tt 计算 根据定义：可以得到：21/12TtTteeKUtu21222111212121211211212121212121212121121122RRCRRCTTRRRRRRCCTTHTTRCTTTTRRRRRRCRK 2/121TteKUtu1.019.07.013.022222121/max2max2/max2max2TtTtTtTteeUUeeUU21224.36.01Ttttf 11/max2/12TtTteUeKUtu1/max2max269.0211TteUUtTtt