絕緣材料耐壓實驗設備介紹

耐壓試驗是絕緣預防性試驗的一個重要項目，即對絕緣施加一個比工作電壓高得多的電壓進行試驗。在試驗過程中可能引起設備絕緣的損壞，故又稱破壞性試驗。為避免設備的損壞，耐壓試驗要在非破壞性試驗之后進行，即在非破壞試驗合格后方允許進行。

在耐壓試驗時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，需要有工頻試驗變壓器，它是高壓實驗室基本設備之一。此外，高壓下的測量也是高壓試驗中的一個重要內容，也將在本節內作簡要的敘述。

一、工頻試驗變壓器

在實驗室中，利用試驗變壓器可獲得工頻高正。試驗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。

高壓試驗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調節。由于其工作電壓高，在解決它的繞組絕緣時需要特別考慮。為減輕絕緣的負擔，使繞組中電位分布盡量保持均勻，要適當固定某些點的電位，以免在試驗中因被試品絕緣損壞而放電時，引起的過渡過程使電位分布偏離正常情況太多，可能導致其絕緣損壞。當電壓過高時，試驗變壓器體積很大，出線套管也要復雜，給制造工藝上帶來很大困難。故單個的單相試驗變壓器，電壓一般只做到750kV，更高電壓時，可采用串級獲得。三相的工頻高壓試驗變壓器用得很少，必要時可由三個單相試驗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，用來給下一級勵磁繞組供電。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。圖中三臺試驗變壓器的容量之比為3：2：1

設各臺試驗變壓器高壓繞組的電壓為U，因第Ⅰ臺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臺試驗變壓器的外殼相連，所以第Ⅱ臺試驗變壓器外殼對地的電壓為U,高壓繞組輸出端對地的電壓為2U。同理，第Ⅲ臺試驗變壓器外殼對地電壓為2U，高壓繞組輸出端對地的電壓為3U。注意此時應采用相應出壓等級的支柱絕緣子將第Ⅱ臺及第Ⅲ臺試驗變壓器的外殼與地絕緣。

整裝置的利用效率為可用的試驗容量與裝置的總容量之比

可見，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

試驗變壓器在工作時，不會遭到大氣過電壓或電力系統內過電壓的作用，因此，絕緣的裕度可以很低。如果要求裕度過高，將使造價大為增加 從技術經濟上考慮，它的安全系數可比電力變壓器的低得多。因此，在使用時應該豐常小心，嚴格控制其最大工作電壓，勿使其超過額定值。

試驗變壓器的工作電流，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，有時也考慮被試品放電后能短時維持電弧，所以容量一般是不大的。因為它的負載也都是電容性的。故所需容量可按被試品電容來確定，即

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式中：U為被試品的試驗電(kV)；C為被試品的電容(μF)；f為頻率，f=50Hz。一般對250kV以上的試驗變壓器，其高壓側額定電流為1A，通常這已能滿足試驗要求。電壓等級較低的工頻試驗變壓器(額定電壓低于250kV)，其高壓側額定電流，一般制成0.1-0.4A或更小。這對用于絕緣材料試樣等小電容試品或作為其他設備的充電電源也足夠了。

試驗變壓器在使用時間上也有限制，額定電壓較低者一般允許長時間連續使用；對額定電壓較高的試驗變壓器，一般只有在2/3額定電壓以下時才允許長時間連續使用。表3-1給出一些國產的試驗變壓器的某些參數。

表3-1                   某些試驗變壓器的參數

試驗變壓器大都做成一極接地的，因而只有一個高壓引出線套管。其調壓方式有以下幾種：

 (1)白耦調壓器，特點為調壓范圍廣、漏抗小、功耗小、波形畸變小。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。特點為調壓均句、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。

(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。

二、工頻耐壓試驗

交流耐壓試驗的優點是可準確地考驗絕緣的裕度，能有效地發現較危險的集中性缺陷。但是交流耐壓試驗有一重要缺點：即對于固體有機絕緣，在較高的交流電壓作用時，會使絕緣中一些弱點更加發展(但在耐壓試驗中還未導致擊穿)。這樣，試驗本身就引起絕緣內部的累積效應。一般考慮到運行中絕緣的變化，耐壓試驗的電壓值應取得比出廠試驗電壓低些。例如在大修前發電機定子繞組的試驗電壓常取1.3～1.5倍額定電壓；對于運行20年以上的發電機，由于絕緣較老，可取1.3倍額定電壓來做耐壓試驗，但對與架空線路有直接連接的運行20年以上的發電機，考慮到運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。

電力變壓器和互感器全部更換繞組后，也是按出廠試驗電壓進行試驗，其他情況下它們的試驗電壓值常取出廠試驗電壓的85%。其他高壓電器常按出廠試驗電壓的90%做耐壓試驗，只有對純瓷及充油套管和支持絕緣子，因為幾乎無積累效應，就直接按出廠試驗電壓做耐壓試驗。

做耐壓試驗時，常是升壓至試驗電壓后，加壓1min。規定這個時間是為便于觀察被試品的情況；同時也是為使已開始擊穿的缺陷來得及暴露出來，耐壓時間不宜太長，以免使絕緣擊穿。

試驗電壓的波形應接近正弦，一般用高壓試驗變壓器及調壓器產生可調高壓。調壓器應盡量采用自耦式，它不僅體積小，漏抗也小，因而試驗變壓器勵磁電流中的諧波分量在調壓器上產生的壓降也小，故試驗變壓器一次側電壓波形畸變較小，二次側電壓波形也就接近正弦。如自耦調壓器的容量不夠，則可以采用移圈式調壓器，不過后者的漏抗較大，會使電壓波形發生畸變，為改善波形可在試驗變壓器一次側并聯以電感、電容串聯組成的濾波器把諧波濾去。

交流耐壓試驗的接線如圖3-13所示，將圖中球隙8的放電電壓調至耐壓試驗電壓的1.1倍，這是為了防止被試品因誤操作或諧振過電壓時試品上出現超過試驗的電壓而被損壞。為使測量準確，通常用電壓互感器或高壓靜電電壓表進行測量，一次側電壓表讀數只做參考。為了限制擊穿或放電時的短路電流，防止耐壓試驗時在高壓側出現振蕩，回路中串有保護電阻R₁。保護電阻R₁的值太小起不到保護作用。太大又會使正常工作時由于負載電流而產生較大壓降與功率損耗，根據實際經驗一般取R₁為0.1Ω/V，并應有足夠的容量。通常可利用線繞電阻或水阻作為保護電阻，與高壓試驗變壓器接地端串聯的電流表起監視被試絕緣狀況的作用。短路開關6是保護電流表的。為得到較好波形，電源最好用線電壓。調壓器3應從零升壓，在達0.5倍試驗電壓以下時可以迅速升壓，以后則應徐徐均勻升壓，一般應在20s內升至試驗電壓值。

三、利用串聯諧振進行耐壓試驗

當被試品的試驗電壓較高或電容值較大，試驗變壓器的額定電壓和額定容量不滿足要求時，可采用串聯諧振進行耐壓試驗。試驗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，U為試驗變壓器空載時高壓端對地電壓。

當調節電感使回路發生諧振時，X_L=X_C，被試品上的U_C電壓為

設諧振回路的品質因數為Q，有

則                              

即被試品C_x上的電壓為勵磁電壓的Q倍。

由于cosφ=1，所以試驗變壓器輸出的功率為P=UI。被試品上容量P_S=U_CI=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電壓，用小容量的試驗變壓器就可以對較大容量的設備進行試驗了。當試品擊穿時，試驗回路立即失去諧振條件，電源輸出電流自動減小，試品兩端電壓立即下降，以免破壞試品。