高电压技术实验实验报告(二)

----高电压技术实验报告

高电压技术实验报告

学院 电气信息学院 专业 电气工程及其自动化

+\\

实验一．介质损耗角正切值的测量

一．实验目的

学习使用QS1型西林电桥测量介质损耗正切值的方法。

二．实验项目

1．正接线测试 2．反接线测试

三．实验说明

绝缘介质中的介质损耗（P=ωC u tgδ）以介质损耗角δ的正切值(tgδ)来

2

表征, 介质损耗角正切值等于介质有功电流和电容电流之比。用测量tgδ值来评价绝缘的好坏的方法是很有效的，因而被广泛采用，它能发现下述的一些绝缘缺陷：

绝缘介质的整体受潮； 绝缘介质中含有气体等杂质； 浸渍物及油等的不均匀或脏污。

测量介质损耗正切值的方法较多，主要有平衡电桥法（QS1），不平衡电桥法及瓦特表法。目前，我国多采用平衡电桥法，特别是工业现场广泛采用QS1型西

林电桥。这种电桥工作电压为10Kv，电桥面板如图2-1所示，其工作原理及操作方法简介如下：

⑴．检流计调谐钮 ⑵．检流计调零钮 ⑶．C4电容箱（tgδ） ⑷．R3电阻箱 ⑸．微调电阻ρ（R3桥臂） ⑹．灵敏度调节钮 ⑺．检流计电源开关 ⑻．检流计标尺框 ⑼．+tgδ/-tgδ及接通Ⅰ/断开/接通Ⅱ切换钮

QS1西林电桥面板图 ⑽．检流计电源插座 ⑾．接地

⑿．低压电容测量 ⒀．分流器选择钮 ⒁．桥体引出线

1）工作原理：

原理接线图如图2-2所示，桥臂BC接入标准电容CN

（一般CN=50pf），桥臂BD由固定的无感电阻R4和可调电容C4并联组成，桥臂AD接入可调电阻R3，对角线AB上接入检流计G，剩下一个桥臂AC就接被试品CX。

QS1西林电桥面板图 +\\

高压试验电压加在CD之间，测量时只要调节R3和C4就可使G中的电流为零，此时电桥达到平衡。由电桥平衡原理有：

UCAUCB 即： ZCAZCB （式2-1）

UADUBDZADZBD各桥臂阻抗分别为：

ZCAZXR4RX ZBDZ4

1jC4R41jCXRX1 jCNZADZ3R3 ZCBZN将各桥臂阻抗代入式2-1，并使等式两边的实部和虚部分别相等，可得：

CXCNR4 tgC4R4 （式2-2） R3 在电桥中，R4的数值取为=10000/π=3184（Ω），电源频率ω=100π，因此：

tgδ= C4（μf） （式2-3）

即在C4电容箱的刻度盘上完全可以将C4的电容值直接刻度成tgδ值（实际上是刻度成tgδ（%）值），便于直读。 2）接线方式：

QS1电桥在使用中有多种接线方式，如下图所示的正接线、反接线、对角接线，低压测量接线等。

正接线适用于所测设备两端都对地绝缘的情况，此时电桥的D点接地，试验高电压在被试品及标准电容上形成压降后，作用于电桥本体的电压很低，测试操作很安全也很方便，而且电桥的三根引出线（CX、CN、E）也都是低压，不需要与地绝缘。

反接线适用于所测设备有一端接地的情况，这时是C点接地，试验高电压通过电桥加在被试品及标准电容上，电桥本体处于高电位，在测试操作时应注意安全，电桥调节手柄应保证具有15kv以上的交流耐压能力，电桥外壳应保证可靠接地。电桥的三根引出线为高压线，应对地绝缘。

对角接线使用于所测设备有一端接地而电桥耐压又不够，不能使用反接线的情况，但这种接线的测量误差较大，测量结果需进行校正。

低压接线可用来测量低压电容器的电容量及tgδ值，标准电容可选配0.001μf（可测CX范围为300pf～10μf）或0.01μf（可测CX范围为3000pf～100μf） 3．分流电阻的选择及tgδ值的修正：

+\\

QS1电桥可测试品范围很广，试品电容电流变化范围也很广，但电桥中R3的最大允许工作电流为0.01A，如果试品电容电流超过此值，则必须投入分流器，以保证R3的安全工作，分流器挡位的选择可按表2-1所列数据进行。 在投入分流器后所测tgδ值很小的情况下，测量值应进行校正，其校正式如下：tgXtgtg

tgCNR4100n

R3tgδ为实测值，Δtgδ为校正量，tgδX为校正后的值。

四．仪器设备：

50/5试验装置一套 水阻一只 电压表一只 QS1电桥一套

220Kv脉冲电容器（被试品）一只

五．实验接线：

（a） 高压试验源 （ b） 正接线 （c） 反接线 （d） 对角接线

QS1西林电桥试验接线图

六．实验步骤：

⑴．首先按上图所示的正接线法接好试验线路；

⑵．将R3、C4以及灵敏度旋钮旋至零位，极性切换开关放在中间断开位置； ⑶．根据被试品电容量确定分流器挡位；

⑷．检查接线无误后，合上光偏式检流计的光照电源，这时刻度板上应出现一条窄光带，调节零位旋钮，使窄光带处在刻度板零位上；

⑸．合上试验电源，升至所需试验电压；

⑹．把极性切换开关转至“+ tgδ”位置的“接通Ⅰ”上；

+\\

⑺．把灵敏度旋钮旋至1或2位置，调节检流计的合频旋钮，找到检流计的谐振点，光带达到最宽度，即检流计单挡灵敏度达到最大；

⑻．调节检流计灵敏度旋钮，使光带达到满刻度的1/3～2/3为止； ⑼．先调节R3使光带收缩至最窄，然后调节C4使光带再缩至最窄，当观察不便时，应增大灵敏度旋钮挡（注意在整个调节过程中，光带不能超过满刻度），最后，反复调节ρ和C4并在灵敏度旋钮增至10挡（最大挡）时，将光带收缩至最窄（一般不超过4mm），这时电桥达到平衡；

⑽．电桥平衡后，记录tgδ、R3、ρ值，以及分流器挡位和所对应的分流器电阻n，还有所用标准电容的容量CN；

⑾．将检流计灵敏度降至零，把极性旋钮旋至关断，把试验电压降至零并关断试验电源，关断灯光电源开关，最后将试验变压器及被试品高压端接地。

⑿．计算被试品电容量： CxCNR4100R3R3n

式中，CN ------标准电容的容量（50pf或100pf）

n ------分流器电阻值（对应于分流器挡位，如表2-1所列） ⒀．按图2-4所示的反接线法接好试验线路（选做）；并按⑵～⑿操作步骤调节电桥，测出被试品的tgδ值和CX值。

注意：反接线法桥体内为高压，电桥箱体必须良好接地，电桥引出线应架空与地绝缘。操作时注意安全。

七．实验结果

在实验中我们选择的仪器是XHJS1000A型变频电源，其主要功能是将频率为

50Hz的工频交流电转化成频率为40-45Hz的 交流电，以防止工频交流电的干扰 1.正接线法 1）实验接线图

+\\

2）实验参数设定

3）实验结果 试品电容Cx（nF） tanδ

2.反接线法

1）实验接线图

4.275 2.727% 4.275 2.724% 4.275 2.720%

2）参数设定

+\\

3）实验结果 试品电容Cx（nF） tanδ 3.分析

由上表中所示的实验结果可以看出，无论是正接法接线还是反接法接线，三次实验试品的电容量都为恒定值，而tanδ却有变化；这是因为试品电容受正反解法的轻微影响，一般接线方式固定其值就基本固定了，而tanδ却和空气的湿度，被试品表面的积污程度，温度，外界磁场的干扰等有关系，因此其值有轻微的变化。

4.296 2.784 4.296 2.780 4.296 2.780 八．实验总结

介质损耗是表征介质交流损耗的参数（直流用电导即可表征），包括电导和

电偶损耗，测量tanδ是判断电气设备绝缘状态的一项灵敏有效的方法。tanδ能反映绝缘的整体缺陷和小电容试品的严重局部缺陷，对于电容量很大的电气设备的局部性缺陷，应该将设备分解为几个部分，分别测量tanδ的值。

+\\

试验吸引人的地方便是可以让我们对于书本上学习的抽象的概念性的东西具体化，这对于我们的学习是大有裨益的；通过这个试验，对于课堂上学习的介质损耗角有了一个比较具体的概念，在实验的测试过程中，同学们团结一致，发现了许多的问题并且积极想办法解决，让我看到了团结的力量；谢谢学校提供给我们条件。

实验二．避雷器试验

一．实验目的

了解阀型避雷器的种类、型号、规格、工作原理及不同种类避雷器的结构和适用范围，掌握阀型避雷器电气预防性试验的项目、具体内容、试验标准及试验方法。

二．实验项目

1．FS-10型避雷器试验

（1）．绝缘电阻检查 （2）．工频放电电压测试 2．FZ-15型避雷器试验 （1）．绝缘电阻检查

（2）．泄漏电流及非线性系数的测试

三．实验说明

阀型避雷器分普通型和磁吹型两类，普通型又分FS型（配电型）和FZ型（站

+\\

用型）两种。它们的作用过程都是在雷电波入侵时击穿火花间隙，通过阀片（非线性电阻）泄导雷电流并残压值，在雷电过后又通过阀片减小工频续流并通过火花间隙的自然熄弧能力在工频续流第一次过零时切断之，避雷器实际工作时的通流时间≯10ms（半个工频周期）。FS型避雷器的结构最简单，如图2-1所示，由火花间隙和非线性电阻（阀片）串联组成。FZ型避雷器的结构特点是在火花间隙上并联有均压电阻（也为非线性电阻），如图2-2所示，增设均压电阻是为了提高避雷器的保护性能，因为多个火花间隙串联后将引起间隙上工频电压分布不均，并随外瓷套电压分布而变化，从而引起避雷器间隙恢复电压的不均匀及不稳定，降低避雷器熄弧能力，同时其工频放电电压也将下降和不稳定。加上均压电阻后，工频电压将按电阻分布，从而大大改善间隙工频电压的分布均匀度，提高避雷器的保护性能。非线性电阻的伏安特性式为：U=CIα，其中C为材料系数，α即为非线性系数（普通型阀片的α≈0.2、磁吹型阀片的α≈0.24、FZ型避雷器因均压电阻的影响，其整体α≈0.35～0.45），其伏安特性曲线如图2-3所示。可见流过非线性电阻的电流越大，其阻值越小，反之其阻值越大，这种特性对避雷器泄导雷电流并残压，减小并切断工频续流都很有利。另外，FS型避雷器的工作电压较低（≤10kv），而FZ型避雷器工作电压可做到220kv。FZ型避雷器中的非线性电阻（均压电阻和阀片）的热容量较FS型为大，因其工作时要长期流过工频漏电流（很小、微安级）。磁吹型避雷器有FCZ型（电站用）和FCD型（旋转电机用）两种，其结构与FZ型相似，间隙上都有均压电阻，只是磁吹型避雷器采用磁吹间隙，并配有磁场线圈和辅助间隙。由于以上结构上的不同，所以对FS型和FZ（FCZ、FCD）型避雷器的预防性试验项目和标准都有很大的不同。

根据《电力设备预防性试验规程》，对FS型避雷器主要应做绝缘电阻检查和工频放电电压试验，对FZ（及FCZ、FCD）型避雷器则应做绝缘电阻检查和直流泄漏电流及非线性系数的测试。只有在其解体检修后才要求做工频放电电压试验（需要专门设备）。避雷器其它的预防性试验还包括底座绝缘电阻的检查、放电计数器的检查及瓷套密封性检查等。

避雷器试验应在每年雷雨季节前及大修后或必要时进行。绝缘电阻的检查应采用电压≥2500v及量程≥2500MΩ的兆欧表。要求对于FS型避雷器绝缘电阻应

+\\

不低于2500MΩ；FZ（FCZ、FCD）型避雷器绝缘电阻与前次或同类型的测试值比较，不应有明显差别。FS型避雷器的工频放电电压试验的合格值如表2-1所列。

表2-1 FS型避雷器的工频放电电压值：

额定电压（kv） 工频放电电压（kv） 大修后 运行中 3 9～11 8～12 6 16～19 15～21 10 26～31 23～33 FZ型避雷器的直流泄漏电流及非线性系数的测试的试验电压及电导电流值如表2-2所列，所测泄漏电流值还应与历年数据相比较，不应有显著变化，同相元件电导电流差值不应大于30%。

表2-2 FZ型避雷器的直流泄漏试验电压及电导电流值： 额定电压（kv） 试验电压（kv） U1 U2 3 -- 4 6 -- 6 10 -- 10 15 8 16 20 10 20 30 12 24 40 16 32 U2时电导电流（μA） 450～650 400～600 电导电流差值按式2-1计算：

I%ImaxImin100% （式Imax2-1）

非线性系数按式2-2计算：

U2logU1I2logI1 （式2-2）

同相组合元件的非线性系数差值不应大于0.05。

图2-1 FS型避雷器结构及 图2-2 FZ型避雷器 图2-3 非线性电阻的 电路示意图 电路示意图 伏安特性曲线

四．仪器设备

50/5试验装置一套 水阻一只 高压硅堆一只

+\\

滤波电容一只 微安表一只 电压表一只

高压静电电压表一只 FS-10型避雷器一只 FZ-15型避雷器一只

五．实验接线

图2-4 绝缘电阻测试接线图 图2-5 FS型避雷器工频放电实验接线图

（a）微安表接在避雷器处 （b）微安表接在试验变压器尾端 图2-6 FZ型避雷器工频放电实验接线图

六．实验步骤

1．FS-10型避雷器试验

1）绝缘电阻检查

测试接线如图2-4所示，测试前应把避雷器表面清洁干净，检查有无外伤，两端头有无松动及锈蚀。测试时避雷器应竖放，先检查兆欧表的零位和最大偏转位，然后夹好接线，以120转/分的速度匀速摇转兆欧表，读取稳定的读数；为消除表面泄露的影响，可做一屏蔽环并接于兆欧表的G端，使表面泄露不影响读数。

所测得的绝缘电阻如果小于2500MΩ，可能是避雷器瓷套密封不良引起内部

+\\

受潮所至。

2）工频放电电压测试

测试接线如图2-5所示，试验电路中应设保护电阻R，用来击穿放电时的放电电流，要求将此电流幅值到0.7A以下，以避免放电烧坏火花间隙；控制电路应设电流速断保护，要求间隙放电后在0.5s内切断电源。电压测量可在低压侧进行，并通过变比折算出高压侧电压，试验步骤：

①检查接线正确后，接通电源；

②合上高压试验开关，匀速升压（≈2kv/s），直至避雷器击穿放电，并记录此时的电压值，然后将调压器电压降至零，断开高压试验开关；

③重复步骤②三次，每次间隔时间不小于1min，取三次放电电压平均值为此避雷器的工频放电电压；

④切断电源。

2．FZ-15型避雷器试验 1）绝缘电阻检查

测试方法与测FS型避雷器绝缘电阻时相同，所不同的是因FZ型避雷器火花间隙上并联有均压电阻，故所测得的值比FS型要小得多。规程中没有规定具体数值，但必须做相对比较。如果与前次比较明显偏小，则可能是避雷器瓷套密封不良引起内部受潮；如果明显增大，则可能是避雷器均压电阻接触不良或断裂所至。

2）泄漏电流及非线性系数的测试

测试接线如图2-6所示，注意高压硅堆的方向应使试验电压呈负极性，要求试验电压的脉动系数不大于±1.5%，一般是在回路上并接0.01～0.1μf的滤波电容C，保护电阻R应使避雷器放电时的放电电流不大于硅堆最大允许电流，应直接测量加在避雷器上的试验电压（一般用静电电压表测量），测量准确度应在3级或以上，电导电流可在图中A、B、C三处测量，以A处为优选，注意在C处测量时除避雷器外的其它试验设备的接地端应接于试验变压器的X端，并空升一次以检查其它泄露情况。电流测量准确度应在0.5级或以上，试验步骤：

①检查接线正确后，接通电源；

②合上高压试验开关，匀速升压（≈2kv/s）至U1，记录此时的电导电流（I1），

+\\

然后继续匀速升压至U2，并记录此时的电导电流（I2），完毕后将电压降至零，断开高压试验开关，切断电源；

③放电，对滤波电容。一般先通过电阻放电，然后再直接放电并挂上接地线。

七．实验结果

1.FS-10型避雷器试验 1）试验设备

FS-10型避雷器 手摇式 MΩ表

2）绝缘电阻检查：要加负极性的电源，且手摇式MΩ表的高压线不能接地，应悬空，否则会造成测量结果不准确。

测量结果：绝缘电阻大于等于2500MΩ,满足要求

3）工频放电电压测试

通过测试，FS-10型避雷器工频击穿电压为30kV，按照规定FS-10型避雷器在运行中的工频放电电压为23-33kV，测试所得的30kV满足要求。

2.FZ-15型避雷器试验 1)试验设备

+\\

FZ-15型避雷器 手摇式MΩ表 2）绝缘电阻的检查

经过测试所得的绝缘电阻为400MΩ，但是这无法判断该避雷器的绝缘性能好坏，因为对于FZ-15型避雷器其绝缘电阻会随运行情况的变化而变化，所以不能通过一次测量值进行评判，而应该与前次测量值或者是同类型的测试量进行比较，不应有明显差别，即绝缘性能较好。 3）泄露电流及非线性系数的测试 测试电压(kV) 电导电流(uA) 5.71(AC)/8（DC） 8.57(AC)/12(DC） 11.42(AC)/16（DC） 70 195 400 按照实验要求，应该加上直流测试电压，实验室中直流电压来由交流电压整流而得。根据换算关系U(DC)=1.4U(AC),因此才有括号中的关系。

U2logU非线性系数1I2logI1，经过计算得:α1=0.3958，α2=0.4004，α3=0.3977；

按照要求，FZ-15型避雷器的直流泄露电流在16kV试验电压下为400-600uA，试验所得为400uA；对于非线性系数，同相组合元件的非线性系数差值不大于0.05，满足要求；因此该被试品满足绝缘要求。

3.判断被试品是否合格

FS-10型避雷器：据原始数据可知由于FS型避雷器的绝缘电阻R>2500MΩ， 工频放电电压在规定的26KV-31KV之间，因此FS型避雷器是合格的。

+\\

FZ-15型避雷器：根据试验结果可知，当试验电压为16KV时的泄露电流为400uA，在规定的400-600μA

FZ-15型避雷器也是合格的。

八．实验总结

避雷器是电力系统中变电所防雷保护的主要保护装置，在系统中的过电压

保护和绝缘配合中都起着重要的作用，研究其绝缘性能对于电力系统有着重要的意义。在理论课上我们学习了基本的阀式避雷器以及金属氧化物避雷器的相关理论知识，避雷器的非线性系数是一个重要的参数，它反映避雷器性能的好坏。在实验中我们测试了避雷器的绝缘电阻、非线性系数等其他相关参考因素，这些都让我们有更为直观的感受。严格意义上说，我们之前都没有机会接触到高电压的东西，经过高电压的试验，我们了解了一些在课本上所不能学习到的东西，了解了一些以后我们在现场会遇到的东西，让我们先建立起了一些概念，这些都是理论教育不能带给我们的东西。这些东西让我觉得受益匪浅，希望以后能多接触一些实际上的东西，可以帮助我们理解一些比较抽象的东西，将理论与实际联系起来，这样更加有利用我们以后的学习。谢谢学校提供给我们的试验条件以及老师孜孜不倦的教诲。