绝缘材料耐压实验设备介绍

耐压试验是绝缘预防性试验的一个重要项目，即对绝缘施加一个比工作电压高得多的电压进行试验。在试验过程中可能引起设备绝缘的损坏，故又称破坏性试验。为避免设备的损坏，耐压试验要在非破坏性试验之后进行，即在非破坏试验合格后方允许进行。

在耐压试验时所加电压有工频交流、直流高压、冲击高压等，在此仅介绍前两种。

为得到工频高压，需要有工频试验变压器，它是高压实验室基本设备之一。此外，高压下的测量也是高压试验中的一个重要内容，也将在本节内作简要的叙述。

一、工频试验变压器

在实验室中，利用试验变压器可获得工频高正。试验变压器的工作原理与电力变压器相同，但由于用途不同，它又具有一系列的特点。

高压试验变压器的工作电压很高，一般都是做成单相的，变比较大，而且要求工作电压可在很大范围内调节。由于其工作电压高，在解决它的绕组绝缘时需要特别考虑。为减轻绝缘的负担，使绕组中电位分布尽量保持均匀，要适当固定某些点的电位，以免在试验中因被试品绝缘损坏而放电时，引起的过渡过程使电位分布偏离正常情况太多，可能导致其绝缘损坏。当电压过高时，试验变压器体积很大，出线套管也要复杂，给制造工艺上带来很大困难。故单个的单相试验变压器，电压一般只做到750kV，更高电压时，可采用串级获得。三相的工频高压试验变压器用得很少，必要时可由三个单相试验变压器组合接线来得到。如图3 -12所示。图中绕组L1为低压绕组，L2为高压绕组，L3为累接绕组，用来给下一级励磁绕组供电。各变压器的高压绕组容量相同，累接绕组和高压绕组的容量和为低压绕组容量。图中三台试验变压器的容量之比为3：2：1

设各台试验变压器高压绕组的电压为U，因第Ⅰ台变压器高压绕组的一端与其外壳相连并接地，另一端与第Ⅱ台试验变压器的外壳相连，所以第Ⅱ台试验变压器外壳对地的电压为U,高压绕组输出端对地的电压为2U。同理，第Ⅲ台试验变压器外壳对地电压为2U，高压绕组输出端对地的电压为3U。注意此时应采用相应出压等级的支柱绝缘子将第Ⅱ台及第Ⅲ台试验变压器的外壳与地绝缘。

整装置的利用效率为可用的试验容量与装置的总容量之比

可见，随着试验变压器串接台数的增加，利用率降低。实际中，串接的试验变压器台数一般不超过三台

试验变压器在工作时，不会遭到大气过电压或电力系统内过电压的作用，因此，绝缘的裕度可以很低。如果要求裕度过高，将使造价大为增加 从技术经济上考虑，它的安全系数可比电力变压器的低得多。因此，在使用时应该丰常小心，严格控制其最大工作电压，勿使其超过额定值。

试验变压器的工作电流，只考虑放电前供给被试品的电容电流和泄漏电流，泄漏电流是较小的，有时也考虑被试品放电后能短时维持电弧，所以容量一般是不大的。因为它的负载也都是电容性的。故所需容量可按被试品电容来确定，即

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式中：U为被试品的试验电(kV)；C为被试品的电容(μF)；f为频率，f=50Hz。一般对250kV以上的试验变压器，其高压侧额定电流为1A，通常这已能满足试验要求。电压等级较低的工频试验变压器(额定电压低于250kV)，其高压侧额定电流，一般制成0.1-0.4A或更小。这对用于绝缘材料试样等小电容试品或作为其他设备的充电电源也足够了。

试验变压器在使用时间上也有限制，额定电压较低者一般允许长时间连续使用；对额定电压较高的试验变压器，一般只有在2/3额定电压以下时才允许长时间连续使用。表3-1给出一些国产的试验变压器的某些参数。

表3-1                   某些试验变压器的参数

试验变压器大都做成一极接地的，因而只有一个高压引出线套管。其调压方式有以下几种：

 (1)白耦调压器，特点为调压范围广、漏抗小、功耗小、波形畸变小。滑动触头受热容量限制，适用于小容量试验变压器。

(2)移圈调压器。特点为调压均句、容量大、漏抗较大、波形畸变大。因此这种调压方式被广泛地应用在对于容量要求较大、对波形要求不十分严格的场合。

(3)感应调压器。结构与绕线式异步电动机相似，通过改变转子与定子的相对位置调压。容量大、漏抗大、价格贵。

二、工频耐压试验

交流耐压试验的优点是可准确地考验绝缘的裕度，能有效地发现较危险的集中性缺陷。但是交流耐压试验有一重要缺点：即对于固体有机绝缘，在较高的交流电压作用时，会使绝缘中一些弱点更加发展(但在耐压试验中还未导致击穿)。这样，试验本身就引起绝缘内部的累积效应。一般考虑到运行中绝缘的变化，耐压试验的电压值应取得比出厂试验电压低些。例如在大修前发电机定子绕组的试验电压常取1.3～1.5倍额定电压；对于运行20年以上的发电机，由于绝缘较老，可取1.3倍额定电压来做耐压试验，但对与架空线路有直接连接的运行20年以上的发电机，考虑到运行中大气过电压侵袭的可能性较大，为了安全，仍要求用1.5倍额定电压来作耐压试验。

电力变压器和互感器全部更换绕组后，也是按出厂试验电压进行试验，其他情况下它们的试验电压值常取出厂试验电压的85%。其他高压电器常按出厂试验电压的90%做耐压试验，只有对纯瓷及充油套管和支持绝缘子，因为几乎无积累效应，就直接按出厂试验电压做耐压试验。

做耐压试验时，常是升压至试验电压后，加压1min。规定这个时间是为便于观察被试品的情况；同时也是为使已开始击穿的缺陷来得及暴露出来，耐压时间不宜太长，以免使绝缘击穿。

试验电压的波形应接近正弦，一般用高压试验变压器及调压器产生可调高压。调压器应尽量采用自耦式，它不仅体积小，漏抗也小，因而试验变压器励磁电流中的谐波分量在调压器上产生的压降也小，故试验变压器一次侧电压波形畸变较小，二次侧电压波形也就接近正弦。如自耦调压器的容量不够，则可以采用移圈式调压器，不过后者的漏抗较大，会使电压波形发生畸变，为改善波形可在试验变压器一次侧并联以电感、电容串联组成的滤波器把谐波滤去。

交流耐压试验的接线如图3-13所示，将图中球隙8的放电电压调至耐压试验电压的1.1倍，这是为了防止被试品因误操作或谐振过电压时试品上出现超过试验的电压而被损坏。为使测量准确，通常用电压互感器或高压静电电压表进行测量，一次侧电压表读数只做参考。为了限制击穿或放电时的短路电流，防止耐压试验时在高压侧出现振荡，回路中串有保护电阻R₁。保护电阻R₁的值太小起不到保护作用。太大又会使正常工作时由于负载电流而产生较大压降与功率损耗，根据实际经验一般取R₁为0.1Ω/V，并应有足够的容量。通常可利用线绕电阻或水阻作为保护电阻，与高压试验变压器接地端串联的电流表起监视被试绝缘状况的作用。短路开关6是保护电流表的。为得到较好波形，电源最好用线电压。调压器3应从零升压，在达0.5倍试验电压以下时可以迅速升压，以后则应徐徐均匀升压，一般应在20s内升至试验电压值。

三、利用串联谐振进行耐压试验

当被试品的试验电压较高或电容值较大，试验变压器的额定电压和额定容量不满足要求时，可采用串联谐振进行耐压试验。试验的原理接线图和等值电路如图3-14所示。等值电路中R为代表整个试验回路损耗的等值电阻，L为可调电感和电源设备漏感之和，C为被试品电容，U为试验变压器空载时高压端对地电压。

当调节电感使回路发生谐振时，X_L=X_C，被试品上的U_C电压为

设谐振回路的品质因数为Q，有

则                              

即被试品C_x上的电压为励磁电压的Q倍。

由于cosφ=1，所以试验变压器输出的功率为P=UI。被试品上容量P_S=U_CI=QP。Q值较大，一般为30～50，即用较低的电压就可在试品的两端获得较高的试验电压，用小容量的试验变压器就可以对较大容量的设备进行试验了。当试品击穿时，试验回路立即失去谐振条件，电源输出电流自动减小，试品两端电压立即下降，以免破坏试品。