TC163-高电压试验技术课件.ppt

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1、高电压技术高电压技术崔崔 东东高电压试验技术系列标准内容提要内容提要1 1 高电压试验技术高电压试验技术2 2 系列标准系列标准3 GB/T 16927.13 GB/T 16927.1标准介绍标准介绍4 GB/T 16927.24 GB/T 16927.2标准介绍标准介绍1 1 高电压试验技术高电压试验技术1 1 高电压试验技术高电压试验技术1 1 高电压试验技术高电压试验技术一、高电压试验技术一、高电压试验技术1 1 高电压试验技术高电压试验技术1 1 高电压试验技术高电压试验技术1 1 高电压试验技术高电压试验技术1 1 高电压试验技术高电压试验技术GB/T 16927GB/T 16927

2、高电压和大电流试验技术已经发布以下部分：高电压和大电流试验技术已经发布以下部分：2 2 系列标准系列标准2.12.1 GB/T 16927.1 GB/T 16927.1 第第1 1部分：一般定义及试验要求部分：一般定义及试验要求2.22.2 GB/T 16927.2 GB/T 16927.2 测量系统测量系统2.32.3 GB/T 16927.3 GB/T 16927.3 现场试验的定义及要求现场试验的定义及要求2.42.4 GB/T 16927.4 GB/T 16927.4 试验电流和测量系统的定义和要求试验电流和测量系统的定义和要求高高电压试验电压试验技技术术 第第1 1部分：一般定部分：

3、一般定义义及及试验试验要求要求规定了所用的术语，对试验程序和试品的一般要求，试验电压和电流规定了所用的术语，对试验程序和试品的一般要求，试验电压和电流的产生、试验程序、试验结果的处理方法和试验是否合格的判据。的产生、试验程序、试验结果的处理方法和试验是否合格的判据。适用于最高电压适用于最高电压U Um m为为 l kVl kV以上设备的下列试验以上设备的下列试验:直流电压绝缘试验直流电压绝缘试验;交流电压绝缘试验交流电压绝缘试验;冲击电压绝缘试验冲击电压绝缘试验;以上电压的联合和合成试验。以上电压的联合和合成试验。2.1 GB/T 16927.12.1 GB/T 16927.1高高电压试验电压

4、试验技技术术 第第2 2部分：部分：测测量系量系统统适用于在实验室和工厂试验中用于测量适用于在实验室和工厂试验中用于测量GB/T 16927.1 GB/T 16927.1 规定的直流电规定的直流电压、交流电压、雷电和操作冲击电压的测量系统及其组件。压、交流电压、雷电和操作冲击电压的测量系统及其组件。包含以下内容：包含以下内容：定义所使用的术语；定义所使用的术语；给出高压测量不确定度的估算方法；给出高压测量不确定度的估算方法；规定测量系统应当满足的要求；规定测量系统应当满足的要求；给出测量系统的认可方法及其组件的校核方法；给出测量系统的认可方法及其组件的校核方法；给出测量系统满足标准要求的程序，

5、包括测量不确定度的限值。给出测量系统满足标准要求的程序，包括测量不确定度的限值。2.2 GB/T 16927.22.2 GB/T 16927.2高高电压试验电压试验技技术术 第第3 3部分：部分：现场试验的定义和要求现场试验的定义和要求适用于下列电压的现场试验和运行状态下的试验，且与适用于下列电压的现场试验和运行状态下的试验，且与GB/T 16927.1GB/T 16927.1有关：有关：直流电压；直流电压；交流电压；交流电压；非振荡或振荡型雷电冲击电压；非振荡或振荡型雷电冲击电压；非振荡或振荡型操作冲击电压。非振荡或振荡型操作冲击电压。2.3 GB/T 16927.32.3 GB/T 169

6、27.3术语和定义术语和定义3 GB/T 16927.1 3 GB/T 16927.1 标准介绍标准介绍3.1 3.1 术语和定义术语和定义3.2 3.2 一般要求一般要求3.3 3.3 直流电压试验直流电压试验3.4 3.4 交流电压试验交流电压试验3.5 3.5 雷电冲击电压试验雷电冲击电压试验3.6 3.6 操作冲击电压试验操作冲击电压试验3.1 3.1 术语和定义术语和定义术语和定义术语和定义放电特性放电特性试验电压特性试验电压特性容差和不确定度容差和不确定度破坏性放电电压值的统计特性破坏性放电电压值的统计特性试品绝缘的分类试品绝缘的分类对试验程序的一般要求对试验程序的一般要求特定试品

7、的试验程序，例如试验电压、使用的极性、用两种极性试验特定试品的试验程序，例如试验电压、使用的极性、用两种极性试验时极性的顺序、加压次数和加压时间间隔应在有关设备标准中规定。时极性的顺序、加压次数和加压时间间隔应在有关设备标准中规定。规定时需考虑以下因素：规定时需考虑以下因素：试验结果的准确度；试验结果的准确度；被观测现象的随机性；被观测现象的随机性；被测特性与极性的关系；被测特性与极性的关系；重复施加电压引起绝缘逐渐劣化的可能性。重复施加电压引起绝缘逐渐劣化的可能性。试品应装上对绝缘有影响的所有部件，并按有关设备标准规定的方法试品应装上对绝缘有影响的所有部件，并按有关设备标准规定的方法进行处理

8、。试验时，试品应尽可能地适应试验区域环境大气条件（试进行处理。试验时，试品应尽可能地适应试验区域环境大气条件（试品表面温度与周围环境温度），应当记录到达平衡的时间。品表面温度与周围环境温度），应当记录到达平衡的时间。3.2 3.2 一般要求一般要求干试验时试品的布置干试验时试品的布置试品的破坏性放电特性可能受到其总体布置的影响：试品的破坏性放电特性可能受到其总体布置的影响：邻近效应（与其它带电或接地装置间的距离）；邻近效应（与其它带电或接地装置间的距离）；离地面的高度，试品应模拟实际产品现场运行的高度；离地面的高度，试品应模拟实际产品现场运行的高度；高压引线的布置等。高压引线的布置等。3.2

9、3.2 一般要求一般要求干燥状态试验（干试验）时的大气条件修正干燥状态试验（干试验）时的大气条件修正标准参考大气条件是：标准参考大气条件是：温度温度 t t0 0=20 =20；绝对压力绝对压力 p p0 0=101.3 kPa=101.3 kPa；绝对湿度绝对湿度 h h0 0=11 g/m=11 g/m3 3。3.2 3.2 一般要求一般要求大气修正大气修正因数因数外绝缘破坏性放电电压与试验时的大气条件有关。通常，给定空气放外绝缘破坏性放电电压与试验时的大气条件有关。通常，给定空气放电路径的破坏性放电电压随着空气密度或湿度的增加而升高；但当相对电路径的破坏性放电电压随着空气密度或湿度的增加

10、而升高；但当相对湿度大于湿度大于8080时，破坏性放电会变得不规则，特别是当破坏性放电发生时，破坏性放电会变得不规则，特别是当破坏性放电发生在绝缘表面时。在绝缘表面时。破坏性放电电压值正比于大气修正因数破坏性放电电压值正比于大气修正因数K Kt t。K Kt t是下列两个因数的乘积：是下列两个因数的乘积：空气密度修正因数空气密度修正因数k k1 1；湿度修正因数湿度修正因数k k2 2。3.2 3.2 一般要求一般要求内绝缘和外绝缘试验有冲突时的要求内绝缘和外绝缘试验有冲突时的要求当耐受水平是标准参考大气条件下的规定值时，由于试验室所处当耐受水平是标准参考大气条件下的规定值时，由于试验室所处大

11、气条件与标准参考大气条件的差异，会出现使用了大气修正因大气条件与标准参考大气条件的差异，会出现使用了大气修正因数后导致内绝缘的耐受水平明显高于外绝缘的耐受水平的情况。数后导致内绝缘的耐受水平明显高于外绝缘的耐受水平的情况。此时，必须采取措施加强外绝缘的耐受水平，以使得能对内绝缘此时，必须采取措施加强外绝缘的耐受水平，以使得能对内绝缘施加正确的试验电压。施加正确的试验电压。对于外绝缘试验电压高于内绝缘耐受电压的情况。只有当内绝缘对于外绝缘试验电压高于内绝缘耐受电压的情况。只有当内绝缘具有较大设计裕度时才能正确地试验外绝缘具有较大设计裕度时才能正确地试验外绝缘3.2 3.2 一般要求一般要求外绝缘

12、的试验电压高于内绝缘的试验电压（大气校正因数外绝缘的试验电压高于内绝缘的试验电压（大气校正因数1.051.05）当内绝缘的设计裕度大时，才能对外绝缘进行正确的试验。当内绝缘的设计裕度大时，才能对外绝缘进行正确的试验。外绝缘的试验电压低于内绝缘的试验电压（大气校正因数外绝缘的试验电压低于内绝缘的试验电压（大气校正因数0.95t tf f ，放电时延主放电时延主要取决于统计时延要取决于统计时延t ts s 提高外施电压提高外施电压人工光源照射人工光源照射l当被测电压50kV时或者DT2，在波头时间内3.5 3.5 雷电冲击电压试验雷电冲击电压试验 波形形成电路 3.波尾的形成根据波尾定义 4.合成

13、电路条件：C C1 1C C2 2，R R2 2R R1 13.5 3.5 雷电冲击电压试验雷电冲击电压试验 多级冲击电压发生器多级冲击电压发生器 工作原理(并联充电、串联放电)3.5 3.5 雷电冲击电压试验雷电冲击电压试验3.5 3.5 雷电冲击电压试验雷电冲击电压试验同步特性同步特性冲击发生器由并联充电变为串联放电是靠点火球隙冲击发生器由并联充电变为串联放电是靠点火球隙g g和各级球隙的放电和各级球隙的放电来完成的，因此保证所有间隙可靠放电（同步），对电压的产生十分关来完成的，因此保证所有间隙可靠放电（同步），对电压的产生十分关键。对一台发生器的同步特性的衡量指标是同步触发范围，即在某一

14、球键。对一台发生器的同步特性的衡量指标是同步触发范围，即在某一球距下，若最佳放电电压为距下，若最佳放电电压为U U0 0，则在，则在U U0 0U U内间隙均能可靠触发同步放电，内间隙均能可靠触发同步放电，该范围（该范围（U U0 0-U U到到U U0 0+U U）即为同步范围。显然，该范围越大越好，一）即为同步范围。显然，该范围越大越好，一般希望在般希望在20%20%以上。以上。改善冲击电压发生器同步特性的措施有多种，常见的有：改善冲击电压发生器同步特性的措施有多种，常见的有：三电极放电球隙；三电极放电球隙；增大级间耦合电容；增大级间耦合电容；增加辅助放电间隙。增加辅助放电间隙。图为图为S

15、IEMENSSIEMENS结构冲击发生器同步措施。结构冲击发生器同步措施。对冲击发生器的基本要求对冲击发生器的基本要求3.5 3.5 雷电冲击电压试验雷电冲击电压试验 球间隙球间隙l球径和最大间隙与最高充电电压相对应l前一级球隙放电照射后一级球隙球隙的放电顺序 球隙静态击穿电压电容充电电压 各级充电后，触发脉冲触发第三电极 三电极间隙击穿，发生器动作3.5 3.5 雷电冲击电压试验雷电冲击电压试验分压器分压器示波器测量系统示波器测量系统N(t)N(t)3.5 3.5 雷电冲击电压试验雷电冲击电压试验冲击分压器测量系统冲击分压器测量系统三、冲击分压器三、冲击分压器（一）电阻分压器（一）电阻分压器

16、在雷电冲击电压条件下，采用电阻分压器作为转换装置。n为追求高响应性能，它的阻值不能太高。由于它会对冲击电压发生器造成负载影响，它的接入会缩短冲击波的半峰值时间。但一般可以调整发生器的波尾电阻来解决。n由于工作时电阻会发热，电阻的能量消耗与所加电压的平方值相关。这就造成阻值为10-20k时，所加雷电冲击电压不能高于2MV。n难以用来测量操作冲击。3.5 3.5 雷电冲击电压试验雷电冲击电压试验冲击分压器测量系统冲击分压器测量系统三、冲击分压器三、冲击分压器（二二）电容电容分压器分压器n理想变比为理想变比为(C C1 1+C+C2 2)/C)/C1 1n分为两种：分为两种：n串联电容式、集中电容式

17、串联电容式、集中电容式n因为连接线的电感与电容器中的因为连接线的电感与电容器中的寄生电感与电容器之间发生振荡，寄生电感与电容器之间发生振荡，因此因此适用持续时间比较长的操作适用持续时间比较长的操作冲击波冲击波。3.5 3.5 雷电冲击电压试验雷电冲击电压试验冲击分压器测量系统冲击分压器测量系统三、冲击分压器三、冲击分压器（三三）阻容分压器阻容分压器阻容分压器阻容分压器（并联阻容分压器）（并联阻容分压器）阻尼电容分压器阻尼电容分压器（串联阻容分压器）（串联阻容分压器）n可阻尼杂散振荡。首端引入匹配电阻可阻尼杂散振荡。首端引入匹配电阻R Rd d，与导线波阻抗相等，约与导线波阻抗相等，约30030

18、0400 400 。3.5 3.5 雷电冲击电压试验雷电冲击电压试验试验电压值试验电压值U Ut t 从与施加冲击一致的基准水平上测得的试验电压曲线的最大值从与施加冲击一致的基准水平上测得的试验电压曲线的最大值对雷电冲击电压的要求对雷电冲击电压的要求3.5 3.5 雷电冲击电压试验雷电冲击电压试验标准雷电冲击电压是指波前时间T1为1.2s，半波峰值时间T2为50s的光滑的雷电冲击全波。表示为1.2/50s冲击。标准雷电冲击电压标准雷电冲击电压3.5 3.5 雷电冲击电压试验雷电冲击电压试验标准雷电冲击电压的容差标准雷电冲击电压的容差峰值：3%；波前时间：30%；半峰值时间：20%。3.5 3.

19、5 雷电冲击电压试验雷电冲击电压试验雷电冲击截波雷电冲击截波雷电冲击截波是指破坏性放电导致的电压突然跌落至零的雷电冲击3.5 3.5 雷电冲击电压试验雷电冲击电压试验试验程序试验程序试验程序试验程序雷电冲击试验有四种程序：3/0冲击耐受电压试验程序（程序冲击耐受电压试验程序（程序A）对被试设备施加3次额定冲击耐受电压，不允许发生破坏性放电（耐受概率Pw=100%）。这种方法适用于非自恢复绝缘为主的设备，如变压器、电容套管等。3.5 3.5 雷电冲击电压试验雷电冲击电压试验试验程序试验程序15/2冲击耐受电压试验程序（程序冲击耐受电压试验程序（程序B）对被试设备绝缘施加15次额定冲击耐受电压，如

20、在自恢复绝缘中的破坏性放电不超过2次，而在非自恢复绝缘中出现破坏性放电，则认为设备通过了试验。该程序适用于复合绝缘的设备。3.5 3.5 雷电冲击电压试验雷电冲击电压试验试验程序试验程序3/9冲击耐受电压试验程序（程序冲击耐受电压试验程序（程序C）对被试设备施加3次额定冲击耐受电压，若在非自恢复绝缘上未出现破坏性放电，而仅在自恢复绝缘上发生1次破坏性放电，则再追加9次冲击，如不再发生破坏性放电，则认为设备通过了试验。该程序适用于复合绝缘的设备3.5 3.5 雷电冲击电压试验雷电冲击电压试验试验程序试验程序50%破坏性放电试验（程序D）本试验是在高于额定冲击耐受电压下进行的。对被试设备施加一定次

21、数的冲击电压以得到绝缘的50%破坏性放电电压U50和变异系数（惯用偏差）s*，U50应不低于额定冲击耐受电压乘以1/（1-1.3s*）。对空气绝缘：s*=0.03。确定50%放电电压值可用两种方法：A)多级法b）升降法3.5 3.5 雷电冲击电压试验雷电冲击电压试验试验程序试验程序(a)(a)多级法多级法至少取4级电压，最低一级电压下放电次数接近于零，最高一级电压的放电次数接近于全放。每级电压施加10次冲击，记录其放电频次。在正态概率纸上作出相应的回归曲线。如果这些点近似构成一条直线，则分布可认为接近高斯分布。此直线与概率P=0.5的交点即为50%放电电压U50，此直线与概率P=0.16的交点

22、即为U16，于是标准偏差：S=（U50-U16）/U50。3.5 3.5 雷电冲击电压试验雷电冲击电压试验试验程序试验程序(b)(b)升降法升降法先估算出绝缘的50%放电电压Uk，再取一电压级差U=0.03Uk，试验时，先对绝缘施加电压Uk，如果发生破坏性放电，则下次加压Uk-U，若仍放电，则再降一个U，即Uk-2U。如果该电压下不发生破坏性放电，则下次加压（Uk-2U）+U=Uk-U。总之，如果放电了降一个U，若不放电则升一个U，这样施加n次，一般n20次（n取决于放电电压的分散性大小）。于是，绝缘的 实际50%放电电压按下列式子计算：U50=Ui/n标准偏差：S=（Ui-U50）2/（n-

23、1）1/23.5 3.5 雷电冲击电压试验雷电冲击电压试验试验程序试验程序 绝缘类型与试验方法绝缘类型与试验方法非自恢复绝缘非自恢复绝缘在非自恢复绝缘的情况下，破坏性放电会损坏绝缘的绝缘性能，即使没有引起破坏性放电的试验电压也可能影响绝缘。例如，工频过电压试验和极性相反的冲击试验可能在聚合物绝缘内引发树枝形击穿，在液体和液体浸渍绝缘内产生气体。由于这些原因，试验非自恢复绝缘时，在标准耐受水平下施加有限次数的试验电压，即按上述的耐受电压程序A，每一极性下施加3次冲击，如果没有发生破坏性放电，则试验合格。3.5 3.5 雷电冲击电压试验雷电冲击电压试验试验程序试验程序 自恢复绝缘自恢复绝缘在自恢复

24、绝缘的情况下，试验电压可能施加多次，加压次数仅受试验制约而不受绝缘本身限制，甚至在存在击穿放电的情况下也是如此。施加多次试验电压的优点在于，可求得绝缘耐受的统计资料。标准化了供选择的三种方法（程序B、C、D），从而可估算90%耐受电压。作为绝缘配合的目的，以每组7次冲击和至少8组的升降法是确定U50的优先选用的方法。可用假定的一个惯用偏差推出U10或用多级水平试验确定U10。3.5 3.5 雷电冲击电压试验雷电冲击电压试验试验程序试验程序复合绝缘复合绝缘对于自恢复绝缘和非自恢复绝缘不能分开试验的设备（如套管、电缆终端和仪用互感器），在所用的方法中必须采取兼顾双方面的要求。这就必须不损害符合要求

25、的非自恢复绝缘，与此同时，还要试图保证试验适当地鉴别符合要求的和不符合要求的自恢复绝缘。一方面非自恢复绝缘部件要求施加有限次数的试验电压，另一方面，自恢复绝缘需要施加多次试验电压（具有选择性）。经验表明，耐受试验程序B（15次冲击，在自恢复绝缘部件上允许不超过2次破坏性放电）是可接受的折衷办法。3.5 3.5 雷电冲击电压试验雷电冲击电压试验操作冲击波的产生原理、试验程序均与雷电冲击相似，但此时发生器的效率远低于雷电冲击。标准操作波的波形为：250/2500s，特种操作波有：500/2500s等。3.6 3.6 操作冲击电压试验操作冲击电压试验标准标准操作操作冲击电压的容差冲击电压的容差峰值：

26、3%；波前时间：20%；半峰值时间：60%。3.6 3.6 操作冲击电压试验操作冲击电压试验术语和定义术语和定义4 GB/T 16927.2 4 GB/T 16927.2 标准介绍标准介绍4.1 4.1 术语和定义术语和定义4.2 4.2 测量系统的使用和性能校验程序测量系统的使用和性能校验程序4.3 4.3 对认可测量系统及其组件的试验和试验要求对认可测量系统及其组件的试验和试验要求4.4 4.4 电压测量电压测量4.1 4.1 术语和定义术语和定义术语和定义术语和定义测量系统测量系统测量系统组件测量系统组件刻度因数刻度因数额定值额定值有关动态特性的定义有关动态特性的定义有关不确定度的定义有

27、关不确定度的定义有关测量系统试验的定义有关测量系统试验的定义4.2 4.2 测量系统的使用和性能校验程序测量系统的使用和性能校验程序性能试验周期性能试验周期为保持测量系统的性能，应定期重复性能试验以确定其标定刻度因数。性能试验周期应为保持测量系统的性能，应定期重复性能试验以确定其标定刻度因数。性能试验周期应基于以往测量系统的稳定性评估。建议性能试验应每年重复一次，最大时间间隔不应超过基于以往测量系统的稳定性评估。建议性能试验应每年重复一次，最大时间间隔不应超过5 5年。年。性能校核周期性能校核周期 应根据性能记录中记录的测量系统稳定性的时限进行性能校核。与最近性能试验或性能应根据性能记录中记录

28、的测量系统稳定性的时限进行性能校核。与最近性能试验或性能校核的时间间隔不应超过校核的时间间隔不应超过1 1年。年。对新的或检修过的系统应缩短其性能校核的时间间隔以确定其稳定性。对新的或检修过的系统应缩短其性能校核的时间间隔以确定其稳定性。由于性能校核的准确度要求低于性能试验的要求，因此对性能校核不规定标准方法。由于性能校核的准确度要求低于性能试验的要求，因此对性能校核不规定标准方法。对性能记录的要求对性能记录的要求性能记录至少包括以下信息：性能记录至少包括以下信息：测量系统的一般说明；测量系统的一般说明；转换装置、传输系统和测量仪器、测量系统（如果已进行的）的型式试验转换装置、传输系统和测量仪

29、器、测量系统（如果已进行的）的型式试验和例行试验结果；和例行试验结果；测量系统的每次性能试验结果；测量系统的每次性能试验结果；测量系统的每次性能校核结果。测量系统的每次性能校核结果。4.3 4.3 对认可测量系统及其组件的试验对认可测量系统及其组件的试验和要求和要求校准校准-确定刻度因数确定刻度因数线性度试验线性度试验动态特性动态特性短时稳定性短时稳定性长期稳定性长期稳定性环境温度影响环境温度影响邻近效应邻近效应软件处理软件处理4.4 4.4 电压测量电压测量试验类型型式试验例行试验性能试验性能校核刻度因数校准5.2刻度因数校核6.3线性度，见注25.35.3（若适用）动态特性5.4短时稳定性

30、5.5长期稳定性5.65.6（若适用）环境温度影响5.7邻近效应（见注3）5.8（若适用）5.8（若适用）软件影响5.9（若适用）转换装置的干耐受试验5.135.13（若适用）转换装置的湿或污秽耐受试验5.13（若适用）转换装置的刻度因数除电缆外的传输系统刻度因数测量仪器的刻度因数责任组件由制造商负责系统由使用者负责（见注1）推荐重复率仅1次（型式试验和例行试验）推荐每年1次，但至少每5年1次视其稳定性，但至少每年1次1.如果性能试验是按照替代方法（见）进行的，上表所列试验也适用于单个组件。为了得到认可测量系统的测量不确定度，组件的测量不确定度必须按照附录B示例说明进行合成。只有当校准不能在整个标称测量范围内（.2）进行比对时，才需要按照5.3进行线性度试验。邻近效应可能由电晕和相关的空间电荷效应产生的，只有当型式试验数据不充分时，才需要在性能试验中进行邻近效应的试验研究。直流直流电压认电压认可可测测量系量系统统要求的要求的试验试验谢谢谢！谢！