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絕緣材料耐壓實(shí)驗(yàn)設(shè)備介紹
閱讀：728發(fā)布時(shí)間：2024-2-27
耐壓試驗(yàn)是絕緣預(yù)防性試驗(yàn)的一個(gè)重要項(xiàng)目，即對(duì)絕緣施加一個(gè)比工作電壓高得多的電壓進(jìn)行試驗(yàn)。在試驗(yàn)過程中可能引起設(shè)備絕緣的損壞，故又稱破壞性試驗(yàn)。為避免設(shè)備的損壞，耐壓試驗(yàn)要在非破壞性試驗(yàn)之后進(jìn)行，即在非破壞試驗(yàn)合格后方允許進(jìn)行。
在耐壓試驗(yàn)時(shí)所加電壓有工頻交流、直流高壓、沖擊高壓等，在此僅介紹前兩種。
為得到工頻高壓，需要有工頻試驗(yàn)變壓器，它是高壓實(shí)驗(yàn)室基本設(shè)備之一。此外，高壓下的測(cè)量也是高壓試驗(yàn)中的一個(gè)重要內(nèi)容，也將在本節(jié)內(nèi)作簡(jiǎn)要的敘述。
一、工頻試驗(yàn)變壓器
在實(shí)驗(yàn)室中，利用試驗(yàn)變壓器可獲得工頻高正。試驗(yàn)變壓器的工作原理與電力變壓器相同，但由于用途不同，它又具有一系列的特點(diǎn)。
高壓試驗(yàn)變壓器的工作電壓很高，一般都是做成單相的，變比較大，而且要求工作電壓可在很大范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。由于其工作電壓高，在解決它的繞組絕緣時(shí)需要特別考慮。為減輕絕緣的負(fù)擔(dān)，使繞組中電位分布盡量保持均勻，要適當(dāng)固定某些點(diǎn)的電位，以免在試驗(yàn)中因被試品絕緣損壞而放電時(shí)，引起的過渡過程使電位分布偏離正常情況太多，可能導(dǎo)致其絕緣損壞。當(dāng)電壓過高時(shí)，試驗(yàn)變壓器體積很大，出線套管也要復(fù)雜，給制造工藝上帶來很大困難。故單個(gè)的單相試驗(yàn)變壓器，電壓一般只做到750kV，更高電壓時(shí)，可采用串級(jí)獲得。三相的工頻高壓試驗(yàn)變壓器用得很少，必要時(shí)可由三個(gè)單相試驗(yàn)變壓器組合接線來得到。如圖3 -12所示。圖中繞組L1為低壓繞組，L2為高壓繞組，L3為累接繞組，用來給下一級(jí)勵(lì)磁繞組供電。各變壓器的高壓繞組容量相同，累接繞組和高壓繞組的容量和為低壓繞組容量。圖中三臺(tái)試驗(yàn)變壓器的容量之比為3：2：1
設(shè)各臺(tái)試驗(yàn)變壓器高壓繞組的電壓為U，因第Ⅰ臺(tái)變壓器高壓繞組的一端與其外殼相連并接地，另一端與第Ⅱ臺(tái)試驗(yàn)變壓器的外殼相連，所以第Ⅱ臺(tái)試驗(yàn)變壓器外殼對(duì)地的電壓為U,高壓繞組輸出端對(duì)地的電壓為2U。同理，第Ⅲ臺(tái)試驗(yàn)變壓器外殼對(duì)地電壓為2U，高壓繞組輸出端對(duì)地的電壓為3U。注意此時(shí)應(yīng)采用相應(yīng)出壓等級(jí)的支柱絕緣子將第Ⅱ臺(tái)及第Ⅲ臺(tái)試驗(yàn)變壓器的外殼與地絕緣。
整裝置的利用效率為可用的試驗(yàn)容量與裝置的總?cè)萘恐?/span>
可見，隨著試驗(yàn)變壓器串接臺(tái)數(shù)的增加，利用率降低。實(shí)際中，串接的試驗(yàn)變壓器臺(tái)數(shù)一般不超過三臺(tái)
試驗(yàn)變壓器在工作時(shí)，不會(huì)遭到大氣過電壓或電力系統(tǒng)內(nèi)過電壓的作用，因此，絕緣的裕度可以很低。如果要求裕度過高，將使造價(jià)大為增加 從技術(shù)經(jīng)濟(jì)上考慮，它的安全系數(shù)可比電力變壓器的低得多。因此，在使用時(shí)應(yīng)該豐常小心，嚴(yán)格控制其最大工作電壓，勿使其超過額定值。
試驗(yàn)變壓器的工作電流，只考慮放電前供給被試品的電容電流和泄漏電流，泄漏電流是較小的，有時(shí)也考慮被試品放電后能短時(shí)維持電弧，所以容量一般是不大的。因?yàn)樗呢?fù)載也都是電容性的。故所需容量可按被試品電容來確定，即
(3- 7)
式中：U為被試品的試驗(yàn)電(kV)；C為被試品的電容(μF)；f為頻率，f=50Hz。一般對(duì)250kV以上的試驗(yàn)變壓器，其高壓側(cè)額定電流為1A，通常這已能滿足試驗(yàn)要求。電壓等級(jí)較低的工頻試驗(yàn)變壓器(額定電壓低于250kV)，其高壓側(cè)額定電流，一般制成0.1-0.4A或更小。這對(duì)用于絕緣材料試樣等小電容試品或作為其他設(shè)備的充電電源也足夠了。
試驗(yàn)變壓器在使用時(shí)間上也有限制，額定電壓較低者一般允許長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)使用；對(duì)額定電壓較高的試驗(yàn)變壓器，一般只有在2/3額定電壓以下時(shí)才允許長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)使用。表3-1給出一些國(guó)產(chǎn)的試驗(yàn)變壓器的某些參數(shù)。
表3-1 某些試驗(yàn)變壓器的參數(shù)
型號(hào) | 額定容量（kVA） | 額定電壓（kV） | 阻抗電壓（%） | |
高壓 | 低壓 | |||
YDJ5/10 | 5 | 50 | 0.22 | 4.6 |
YDJ10/100 | 10 | 100 | 0.38 | 6.1 |
YDJ25/100 | 25 | 100 | 0.38 | 6.5 |
YDJ25/150 | 25 | 150 | 0.38 | 6.6 |
YDJ100/150 | 100 | 150 | 0.38 | 6.45 |
YDJ250/250 | 250 | 250 | 10 | 4.35 |
YDJ500/500 | 500 | 500 | 6或3 | 4.9 |
YDJ750/750 | 750 | 750 | 6或3 | 5.0 |
試驗(yàn)變壓器大都做成一極接地的，因而只有一個(gè)高壓引出線套管。其調(diào)壓方式有以下幾種：
(1)白耦調(diào)壓器，特點(diǎn)為調(diào)壓范圍廣、漏抗小、功耗小、波形畸變小?；瑒?dòng)觸頭受熱容量限制，適用于小容量試驗(yàn)變壓器。
(2)移圈調(diào)壓器。特點(diǎn)為調(diào)壓均句、容量大、漏抗較大、波形畸變大。因此這種調(diào)壓方式被廣泛地應(yīng)用在對(duì)于容量要求較大、對(duì)波形要求不十分嚴(yán)格的場(chǎng)合。
(3)感應(yīng)調(diào)壓器。結(jié)構(gòu)與繞線式異步電動(dòng)機(jī)相似，通過改變轉(zhuǎn)子與定子的相對(duì)位置調(diào)壓。容量大、漏抗大、價(jià)格貴。
二、工頻耐壓試驗(yàn)
交流耐壓試驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)是可準(zhǔn)確地考驗(yàn)絕緣的裕度，能有效地發(fā)現(xiàn)較危險(xiǎn)的集中性缺陷。但是交流耐壓試驗(yàn)有一重要缺點(diǎn)：即對(duì)于固體有機(jī)絕緣，在較高的交流電壓作用時(shí)，會(huì)使絕緣中一些弱點(diǎn)更加發(fā)展(但在耐壓試驗(yàn)中還未導(dǎo)致?lián)舸?。這樣，試驗(yàn)本身就引起絕緣內(nèi)部的累積效應(yīng)。一般考慮到運(yùn)行中絕緣的變化，耐壓試驗(yàn)的電壓值應(yīng)取得比出廠試驗(yàn)電壓低些。例如在大修前發(fā)電機(jī)定子繞組的試驗(yàn)電壓常取1.3～1.5倍額定電壓；對(duì)于運(yùn)行20年以上的發(fā)電機(jī)，由于絕緣較老，可取1.3倍額定電壓來做耐壓試驗(yàn)，但對(duì)與架空線路有直接連接的運(yùn)行20年以上的發(fā)電機(jī)，考慮到運(yùn)行中大氣過電壓侵襲的可能性較大，為了安全，仍要求用1.5倍額定電壓來作耐壓試驗(yàn)。
電力變壓器和互感器全部更換繞組后，也是按出廠試驗(yàn)電壓進(jìn)行試驗(yàn)，其他情況下它們的試驗(yàn)電壓值常取出廠試驗(yàn)電壓的85%。其他高壓電器常按出廠試驗(yàn)電壓的90%做耐壓試驗(yàn)，只有對(duì)純瓷及充油套管和支持絕緣子，因?yàn)閹缀鯚o積累效應(yīng)，就直接按出廠試驗(yàn)電壓做耐壓試驗(yàn)。
做耐壓試驗(yàn)時(shí)，常是升壓至試驗(yàn)電壓后，加壓1min。規(guī)定這個(gè)時(shí)間是為便于觀察被試品的情況；同時(shí)也是為使已開始擊穿的缺陷來得及暴露出來，耐壓時(shí)間不宜太長(zhǎng)，以免使絕緣擊穿。
試驗(yàn)電壓的波形應(yīng)接近正弦，一般用高壓試驗(yàn)變壓器及調(diào)壓器產(chǎn)生可調(diào)高壓。調(diào)壓器應(yīng)盡量采用自耦式，它不僅體積小，漏抗也小，因而試驗(yàn)變壓器勵(lì)磁電流中的諧波分量在調(diào)壓器上產(chǎn)生的壓降也小，故試驗(yàn)變壓器一次側(cè)電壓波形畸變較小，二次側(cè)電壓波形也就接近正弦。如自耦調(diào)壓器的容量不夠，則可以采用移圈式調(diào)壓器，不過后者的漏抗較大，會(huì)使電壓波形發(fā)生畸變，為改善波形可在試驗(yàn)變壓器一次側(cè)并聯(lián)以電感、電容串聯(lián)組成的濾波器把諧波濾去。
交流耐壓試驗(yàn)的接線如圖3-13所示，將圖中球隙8的放電電壓調(diào)至耐壓試驗(yàn)電壓的1.1倍，這是為了防止被試品因誤操作或諧振過電壓時(shí)試品上出現(xiàn)超過試驗(yàn)的電壓而被損壞。為使測(cè)量準(zhǔn)確，通常用電壓互感器或高壓靜電電壓表進(jìn)行測(cè)量，一次側(cè)電壓表讀數(shù)只做參考。為了限制擊穿或放電時(shí)的短路電流，防止耐壓試驗(yàn)時(shí)在高壓側(cè)出現(xiàn)振蕩，回路中串有保護(hù)電阻R1。保護(hù)電阻R1的值太小起不到保護(hù)作用。太大又會(huì)使正常工作時(shí)由于負(fù)載電流而產(chǎn)生較大壓降與功率損耗，根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)一般取R1為0.1Ω/V，并應(yīng)有足夠的容量。通?？衫镁€繞電阻或水阻作為保護(hù)電阻，與高壓試驗(yàn)變壓器接地端串聯(lián)的電流表起監(jiān)視被試絕緣狀況的作用。短路開關(guān)6是保護(hù)電流表的。為得到較好波形，電源最好用線電壓。調(diào)壓器3應(yīng)從零升壓，在達(dá)0.5倍試驗(yàn)電壓以下時(shí)可以迅速升壓，以后則應(yīng)徐徐均勻升壓，一般應(yīng)在20s內(nèi)升至試驗(yàn)電壓值。
三、利用串聯(lián)諧振進(jìn)行耐壓試驗(yàn)
當(dāng)被試品的試驗(yàn)電壓較高或電容值較大，試驗(yàn)變壓器的額定電壓和額定容量不滿足要求時(shí)，可采用串聯(lián)諧振進(jìn)行耐壓試驗(yàn)。試驗(yàn)的原理接線圖和等值電路如圖3-14所示。等值電路中R為代表整個(gè)試驗(yàn)回路損耗的等值電阻，L為可調(diào)電感和電源設(shè)備漏感之和，C為被試品電容，U為試驗(yàn)變壓器空載時(shí)高壓端對(duì)地電壓。
當(dāng)調(diào)節(jié)電感使回路發(fā)生諧振時(shí)，XL=XC，被試品上的UC電壓為
設(shè)諧振回路的品質(zhì)因數(shù)為Q，有
則 
即被試品Cx上的電壓為勵(lì)磁電壓的Q倍。
由于cosφ=1，所以試驗(yàn)變壓器輸出的功率為P=UI。被試品上容量PS=UCI=QP。Q值較大，一般為30～50，即用較低的電壓就可在試品的兩端獲得較高的試驗(yàn)電壓，用小容量的試驗(yàn)變壓器就可以對(duì)較大容量的設(shè)備進(jìn)行試驗(yàn)了。當(dāng)試品擊穿時(shí)，試驗(yàn)回路立即失去諧振條件，電源輸出電流自動(dòng)減小，試品兩端電壓立即下降，以免破壞試品。
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