絕緣材料耐壓實驗設(shè)備介紹

耐壓試驗是絕緣預(yù)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(shè)備絕緣的損壞，故又稱破壞性試驗。為避免設(shè)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(shè)備之一。此外，高壓下的測量也是高壓試驗中的一個重要內(nèi)容，也將在本節(jié)內(nèi)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(nèi)調(diào)節(jié)。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(dān)，使繞組中電位分布盡量保持均勻，要適當(dāng)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(dǎo)致其絕緣損壞。當(dāng)電壓過高時，試驗變壓器體積很大，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(shè)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(yīng)采用相應(yīng)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?cè)萘恐?/span>

可見，隨著試驗變壓器串接臺數(shù)的增加，利用率降低。實際中，串接的試驗變壓器臺數(shù)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(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，將使造價大為增加 從技術(shù)經(jīng)濟上考慮，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(cè)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(cè)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(shè)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(xù)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(xù)使用。表3-1給出一些國產(chǎn)的試驗變壓器的某些參數(shù)。

表3-1                   某些試驗變壓器的參數(shù)

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(diào)壓方式有以下幾種：

 (1)白耦調(diào)壓器，特點為調(diào)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(diào)壓器。特點為調(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)用在對于容量要求較大、對波形要求不十分嚴(yán)格的場合。

(3)感應(yīng)調(diào)壓器。結(jié)構(gòu)與繞線式異步電動機相似，通過改變轉(zhuǎn)子與定子的相對位置調(diào)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(yōu)點是可準(zhǔn)確地考驗絕緣的裕度，能有效地發(fā)現(xiàn)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(fā)展(但在耐壓試驗中還未導(dǎo)致?lián)舸?。這樣，試驗本身就引起絕緣內(nèi)部的累積效應(yīng)。一般考慮到運行中絕緣的變化，耐壓試驗的電壓值應(yīng)取得比出廠試驗電壓低些。例如在大修前發(fā)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(fā)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(fā)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(yīng)，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(guī)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(yīng)接近正弦，一般用高壓試驗變壓器及調(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，因而試驗變壓器勵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，會使電壓波形發(fā)生畸變，為改善波形可在試驗變壓器一次側(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(xiàn)超過試驗的電壓而被損壞。為使測量準(zhǔn)確，通常用電壓互感器或高壓靜電電壓表進行測量，一次側(cè)電壓表讀數(shù)只做參考。為了限制擊穿或放電時的短路電流，防止耐壓試驗時在高壓側(cè)出現(xiàn)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(chǎn)生較大壓降與功率損耗，根據(jù)實際經(jīng)驗一般取R₁為0.1Ω/V，并應(yīng)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(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0.5倍試驗電壓以下時可以迅速升壓，以后則應(yīng)徐徐均勻升壓，一般應(yīng)在20s內(nèi)升至試驗電壓值。

三、利用串聯(lián)諧振進行耐壓試驗

當(dāng)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(lián)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(diào)電感和電源設(shè)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(dāng)調(diào)節(jié)電感使回路發(fā)生諧振時，X_L=X_C，被試品上的U_C電壓為

設(shè)諧振回路的品質(zhì)因數(shù)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(shè)備進行試驗了。當(dāng)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。