工频高电压试验.ppt

5.1工频高电压试验高压试验变压器是高压试验室最基本的、不可缺少的主要设备之一，它被当作电源，并且是交流、直流和冲击电压试验设备的组成部分。高压试验室中的工频高电压通常采用高压试验变压器或其串级装置来产生，但对电容量较大的被试样，可采用串联谐振回路来获得工频高电压。1.高压试验变压器试验变压器一般作成单相的。高压绕组大多数作成多层绕组，层间绝缘由电缆纸和绝缘材料制成的圆筒组成。
试验变压器与电力变压器相比主要特点：
变比较大
容量较小
工作时间短试验变压器的容量由被测试样在最不利的试验条件下需要的电流来确定。在特殊情况下，例如对于长电缆的试验，变压器必需的容量：

Ps=U2ωC
式中
U―试验电压，kV；
C―试样电容，F；
Ps―变压器容量，VA。变压器绕组方式：
（1）圆盘形绕组如图5-1所示，输出电压在几十千伏以下时，绕组由几个线圈串联组成。
（2）圆筒形绕组结构如图5-2所示，低压绕组内侧与铁心相连，高压绕组同轴地套在低压绕组的外侧，内侧接地，外侧为高压输出。高压绕组的电压由内侧至外侧逐层升高，各层间采用与线圈同轴的绝缘筒进行绝缘，每层线圈的匝数也随电压的升高而减少，并且远离铁心部分。2.试验变压器串级装置图5-3由单高压套管变压器元件组成的串级变压器示意图图5-3所示的串级方式称为自耦式串级变压器，这是目前最常用的串级方式。这里高一级的变压器的励磁电流由前面一级的变压器来供给。图中绕组1为低压绕组，2为高压绕组，3为供给下一级激磁用的串级激磁绕组。虽然这时三台变压器的初级电压相同(U1=U3)，次级电压也相同（均为U2），但它们的容量和高压绕组结构都不同，因此不能互换位置。设该装置T3容量为：
P3=U2I2=U1I1；
T2的容量：
P2=U1I1=U2I2+U3I3=2U2I2；
T1的容量为：
P1=3U2I2所以当串联级数为3，则整套串级装置的制作容量为:

P=P1+P2+P3=6U2I2(5-1)

串级装置的输出额定容量为

Pn=3U2I2(5-2)
因而装置的容量利用率为
=Pn/P=1/2(5-3)
同理推出n级串联装置的容量利用率为

(5-4)3.试验变压器的调压
试验变压器的电压必须从零调节到指定值，这是其运行方式的特点,要靠连到变压器初级绕组电路中的调压器来进行。调压器应该满足以下基本要求：
调节电压最好的设备是电动发电机组，它由安装在一个轴上的三相同步发电机和直流或交流电动机组成，电压的调节用改变发电机的励磁来实现。更简单和便宜的调压设备是感应调压器，它们有的做成带移动式绕组的变压器或自耦变压器形式，有的做成制动的带转子绕组的异步电动机形式（电位调整器）。感应调压器的特点是调压平稳，并且没有滑动触头。采用了各种消除高次谐波的方法，例如在制动电机的定子和转子上安置“斜”槽，以保证被调节的电压具有接近正弦的波形。目前，已生产出了多种不同容量的感应调压器；但一般广泛采用试验室类型自耦调压器来进行小容量试验设备的调压。4.串联谐振电路
由于原边电源电压和变压器励磁电流中的谐波可能激发不同频率的固有振荡，从而导致变压器付边电压波形的严重畸变和增高。但是，若有意而又有效地利用谐振效应来产生交流试验高压，此高压不含有不需要的其它谐波。串联谐振电路的简化图如5-4所示。图中被测试样如电缆用电容来代替与可动线圈电抗器串联。电抗器的电感可以改变并与电源频率下电容负荷的阻抗相匹配。这样构成的串联谐振电路在受到与电网相连的调压器的激励时将产生高压。泰斯拉（Tesla）线圈是空心升压变压器。它有两个
电容器调谐的绕组，如图5-5所示。当火花间隙G1在预
定的电压值击穿时，由L1和C1组成的原边调谐电路将
闭合。产生高频衰减振荡，其频率一般在104~105Hz。在原边电路中的振荡电流将在副边调谐电路L2C2中感应振荡。这样，此过程每重复一次，原边火花间隙就闪络一次；因此，供给电路的电源可以是交流，也可以是直流，如果原边输入几千伏的电压，输出电压能够达到1MV。因为泰斯拉线圈输出电压波形复杂，并且火花间隙还会辐射无线电干扰，所以偶尔才用于正常工频运行下的设备，一般主要用它来做通讯系统的高频高压试验。5.1.2工频高电压的测量在电力系统中通常使用电压互感器配合低压仪表来测量高电压的方法，在高压实验室中用得不多。特别在测量很高的电压时，利用电压互感器的方法既不经济，也不方便。由于高压放电的分散性比较大，一般对测量精度的要求不高。按现行的国家标准和国际标准（IEC）规定，无论是有效值或峰值，都要求误差不超过3％。图5-6是几种工频高压测量方法的原理接线图，实际测量时可采用其中的一种或几种，从变压器的初级（P1~P2端）或由附加的测量绕组（P3~P4端）测得电压值再乘上变压比，从而求得高压侧输出电压值是最便捷的方法，但误差