工频交流耐压试验

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工频交流耐压试验

工频交流（以下简称交流）耐压试验是考验被试品绝缘承受各种过电压能力最严格有效的方法，对保证设备安全运行具有重要意义。

交流耐压试验的电压、波形、频率和在被试品绝缘内部电压的分布，均符合实际运行情况，因此，能有效地发现绝缘缺陷。交流耐压试验应在被试品的绝缘电阻及吸收比测量、直流泄漏电流测量及介质损失角正切值tgδ测量均合格后进行。如在这些试验中已查明绝缘有缺陷，则应设法消除，并重新试验合格后才能进行交流耐压试验，以免造成不必要的损坏。

交流耐压试验对于固体有机绝缘来说，会使原来存在的绝缘弱点进一步发展（但又不致于在耐压时击穿），使绝缘强度逐渐衰减，形成绝缘内部劣化的积累效应，这是我们所不希望的。因此，必须正确地选择试验电压的标准和耐压时间。试验电压越高，发现绝缘缺陷的有效性越高，但被试品被击穿的可能性越大，积累效应也越严重。反之，试验电压低，又使设备在运行中击穿的可能性增加。实际上，国家根据各种设备的绝缘材质和可能遭受的过电压倍数，规定了相应的出厂试验电压标准。具有夹层绝缘的设备，在长期运行电压的作用下，绝缘具有累积效应，所以现行有关标准规定运行中设备的试验电压，比出厂试验电压有所降低，且按不同设备区别对待（主要由设备的经济性和安全性来决定）。但对纯瓷套管、充油套管及支持绝缘子则例外，因为它们几乎没有累积效应，故对运行中的设备就取出厂试验电压标准。绝缘的击穿电压值与加压的持续时间有关，尤以有机绝缘特别明显，其击穿电压随加压时间的增加而逐渐下降。有关标准规定耐压时间为一分钟，一方面是为了便于观察被试品情况，使有弱点的绝缘来得及暴露（固体绝缘发生热击穿需要一定的时间）；另一方面，又不致时间过长而引起不应有的绝缘击穿。

第一节试验方法

一、原理接线

交流耐压试验的接线，应按被试品的要求（电压、容量）和现有试验设备条件来决定。通常试验变压器是成套设备（包括控制及调压设备），对调压及控制回路加以简化如图一所示。

图1

图一所示是串级升压的试验变压器，当试验变压器的输出电压不能满足试验所需的电压时，可采用串级升压的方法。

需要注意的是串级升压时，两台试验变压器的额定电压应该是相同的，而BS1这时的实际输出的视在功率与装置总容量之比，（即利用率）为

2UeI/3UeI=67%

进行交流耐压的被试品，一般为容性负荷，当被试品的电容量较大时，电容电流在试验变压器的漏抗上就会产生较大的压降。由于被试品上的电压与试验变压器漏抗上的电压相位相反，有可能使被试品上的电压比试验变压器的输出电压还高，因此要求在被试品上直接测量电压。

此外，由于被试品的容抗与试验变压器的漏抗是串联的，因此当回路的自振频率与电源基波或高次谐拨频率相同而产生串联谐振时，在被试品上就会产生比电源电压高得多的过电压。通常调压器与试验变压器的漏抗不大，而被试品的容抗很大，所以一般不会产生串联谐振过电压。但在试验大容量的被试品时，若谐振频率为50赫，应满足CX<3184/XL微法（即XC<XL），XL是调压器和试验变压器的漏抗之和。为避免三次谐波分量谐振，可在试验变压器低压绕组上并联LC串联回路或采用线电压。当被试品闪络、击穿或球隙放电时，也会由于试验变压器绕组内部的电磁震荡，在试验变压器的匝间或层间产生过电压。因此要求在试验回路内串入保护电阻R1、R2，将过电流限制在试验变压器与被试品允许的范围内，但保护电阻不宜选得过大，太大了会由于负载电流而产生较大的压降和损耗；R1的另一作用是在被试品击穿时，防止试验变压器高压侧产生过大的电动力。R1按1欧/伏选取（对于大容量的被试品可适当选小些）。串联在保护球隙回路中的R2可按下式计算：

R2=2√2U∕3aCX （欧）

球间隙，是为了限制试验回路可能出现的过电压，其放电电压调整为试验电压的1.1倍左右。

二、串联谐振、并联谐振及串并联谐振的试验方法

对于长输电线路、静电电容器、大型发电机和变压器等电容量较大的被试品的交流耐压试验，需要较大容量的试验设备和电源，现场往往难以办到。在此情况下，可根据具体情况，分别采用串联、并联谐振或串并联谐振（也称串并联补偿）的方法解决试验设备容量不足的问题。

（一）串联谐振（电压谐振）法

当试验变压器的额定电压不能满足所需试验电压，但电流容量能满足被试品试验电流的情况下，可用串联谐振的方法来解决试验电压的不足，试验接线如图2所示。

图2

被试品CX上的电压决定于试验回路中的电流I的大小，其值可比试验变压器输出电压高许多倍，因此，用这种方法能得到所需的试验电压。

当应用串联谐振法时，以被试品本身的电容和消弧线圈或电感线圈串联，并调节线圈的电感量，使其与被试品电容对50赫产生谐振。利用串联谐振作耐压试验有两个优点：①若被试品击穿，则谐振终止，高压消失；②击穿后电流下降，不致造成被试品击穿点扩大。

（二）并联谐振（电流谐振）法

当试验变压器的额定电压能满足试验电压的要求，但电流达不到被试品所需的试验电流时，可采用并联谐振对电流加以补偿，以解决容量不足的问题，原理接线如图3所示。

图3

并联回路两支路的感抗和容抗分别为XL和XC，当XL=XC时，回路产生谐振。这时虽然两个支路的电流都很大，但回路的总电流I≈0，XC上的电压等于电源电压。实际上因回路中有电阻和铁芯的损耗，回路电流不可能完全等于零。

（三）串并联谐振法

除了以上的串联、并联谐振外，当试验变压器的额定电压和额定电流都不能满足试验要求时，可同时运用串、并联谐振线路，通称串并联补偿法，其原理如图4所示。

图4

使L2对CX欠补偿，即并联后仍呈容性负荷，再与L1形成串联谐振，这样能同时满足试验电压和电流的要求。对要求试验电压高、电容量大的被试品，常采用图4接线。

（四）采用串联、并联谐振和串并联谐振法的注意事项

⒈ 电源电压和频率要求稳定，避免用电阻器调压；

⒉ 回路电阻R1要有足够的热容量，并保持稳定；

⒊ 试验电压直接在被试品两端测量；

⒋ 电感线圈应满足电流和绝缘强度的要求；

⒌ 对于并联谐振，当被试品击穿，谐振停止时，试验变压器有过流的可能，因此，要求过流速断保护可靠动作；

⒍ 对于串联谐振，当被试品击穿时，回路中的电流减小电压降低，所以除了正常的过流保护外，还应有欠压保护措施。

第二节试验设备

一.高压试验变压器

高压试验变压器，具有电压高、容量小（高压输出电流一般为0.1-1安培）、高压绕组一端接地、持续工作时间短的特点，在使用时应考虑这些特点。

1. 设备电压的选择

根据被试设备对试验电压的要求，选用电压合适的试验变压器，并应考虑试验变压器低压侧电压是否和试验现场电源电压及调压器相符。

2. 试验电流的选择

试验变压器的额定电流，应能满足过流被试品的电容电流和泄漏电流的要求。一般按试验时所加的电压和被试品的电容量来所需的试验电源，可按下式计算：

Ic=ωCxUs

试验所需的电源容量按下式计算：

P=ωCxUs2×10-3（千伏安）

二.调压器

调压器应能从零开始平滑地调节电压，以满足试验所需要的任意电压。调压器的输出波形，应尽可能地接近正弦波，容量也应满足试验变压器的要求，通常与试验变压器容量相同。如试验变压器工作时间较短，调压器的容量可略小些。常用的调压器有自耦调压器、移卷调压器和感应调压器。

1.自耦调压器

自耦调压器的应用广泛，它具有体积小、重量轻、效率高、波形好等优点。自耦调压器是用移动碳刷接触调压，所以容量受到限制，适用于小容量调压。

2.移卷调压器

移卷调压器是通过移动一个可活动的线圈来调压的，移卷调压器的调压范围宽，并与试验变压器配套，电压可达10千伏。主要缺点是效率低、空载电流大，在低电压和接近额定电压下使用，波形容易发生畸变。

第三节试验电压的测量

一.在试验变压器低压侧测量

对于一般瓷质绝缘、断路器、绝缘工具等，可测取试验变压器低压侧的电压，再通过变比换算至高压侧电压，适用于负荷容量比电源容量小得多，测量准确度要求不高的情况。

二.用电压互感器测量

将电压互感器的原边并接在被试品的两端在电压互感器的副边测量电压，根据测得的电压和电压互感器的变压比计算出高压侧的电压。为保证测量的准确度，电压互感器的精度等级应不低于1级，电压表不低于0.5级。

三.用高压静电电压表测量

用高压静电电压表测量工频高压的有效值，将高压静电电压表接于被试设备的两端，可直接读出加于被试设备上的高压。这种方法比较简单、准确，缺点是：测量时易受电磁场和风的影响，故一般被用于实验室测量。

四.用电容分压器测量

用电容分压器测量高压的方法是目前现场经常采用的方法，分压器结构简单，携带方便准确度也比较高。现场常用的还有阻容分压器，接入并联电阻后使测量系统有良好的升降特性。

第四节试验分析和注意事项

一.试验分析

对于绝缘良好的被试品，在交流耐压中不应击穿，是否击穿可根据下述现象来分析。

1.根据试验贿赂接入表记的指示进行分析。一般情况下，电流表突然上升，说明被试品已击穿。但当被试品的容抗XC与试验变压器的漏抗XL之比等于2时，虽然被试品已击穿。但电流表的指示不变（因为贿赂电抗X=∣XC-XL∣，所以当被试品短路XC=0时，回路中仍有XL存在，与被试品击穿前的电抗值是相等的，故电流表的指示不会发生变化）；当XC与XL的比值小于2时，被试品击穿后，使试验回路的电抗增大，电流表指示反而下降。通常XC》XL，不会出现上述情况，只有在被试品电容量很大或试验变压器容量不够

时，才有可能发生。此时，应以接在高压端测量被试品上的电压表来判断，被试品击穿时，电压表指示明显下降。低压侧电压表的指示也会有所下降。

2.根据被试品的状况进行分析。被试品发出击穿响声（或断续放电声）、冒烟、出气、焦臭、闪弧、燃烧等，都是不容许的，应查明原因。这些现象如果确定是绝缘部分出现的，则认为是被试品存在缺陷或击穿。

二.注意事项

1）被试品为有机绝缘材料时，试验后应立即触摸，如出现普遍或局部发热，则认为绝缘不良，

应即时处理，然后再作试验.

2）对夹层绝缘或有机绝缘材料的设备，如果耐压试验后的绝缘电阻，比耐压前下降30%，则认为

该试品不合格。

3）在试验过程中，若由于空气湿度、温度、表面脏污等影响，引起被试品表面滑闪放电或空气

放电，不应认为被试品不合格，须经清洁、干燥处理后，再进行试验。

4）升压必须从零开始，不可冲击合闸。升压速度在40%试验电压以内可不受限制，其后应均匀升

压，速度约为每秒3%的试验电压。

5）耐压试验前后均应测量被试品的绝缘电阻。