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高电压实验报告实验二&实验四


高电压实验二、四报告

学 专

院 业

电气信息学院 电气工程及其自动化 乐祺铖 2013141503060 刘念

学生姓名 学 号

指导教师

实验二.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.实验要点:
概念:介质损耗、损耗角、交流电桥 判断:介质损耗是表征介质交流损耗的参数(直流损耗用电导就可表征) ,包括电导损 耗和电偶损耗;测量 tgδ值对检测大面积分布性绝缘缺陷或贯穿性绝缘缺陷较灵敏和有效, 但对局部性非贯穿性绝缘缺陷却不灵敏和不太有效。 推理: 中性介质的介质损耗主要是电导损耗, 极性介质的介质损耗则由电导损耗和电偶 损耗两部分组成。 相关知识点:介质极化、偶极子、漏导。

三.实验项目:
1.正接线测试 2.反接线测试

四.实验说明:
绝缘介质中的介质损耗(P=ωC u2 tgδ)以介质损耗角δ的正切值(tgδ)来表征, 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 ⑶.C4 电容箱(tgδ) ⑸.微调电阻ρ(R3 桥臂) ⑺.检流计电源开关 ⑵.检流计调零钮 ⑷.R3 电阻箱 ⑹.灵敏度调节钮 ⑻.检流计标尺框

⑼.+tgδ/-tgδ及接通Ⅰ/断开/接通Ⅱ切换钮 ⑽.检流计电源插座 ⑿.低压电容测量 ⒁.桥体引出线 图 2-1 QS1 西林电桥面板图 ⑾.接地 ⒀.分流器选择钮

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。 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: 图 2-1 QS1 西林电桥面板图
U CA U CB ? U AD U BD

即:

ZCA ZCB ? Z AD Z BD

(式 2-1)

各桥臂阻抗分别为:
Z CA ? Z X ? RX 1 ? j? C X ? R X

Z BD ? Z 4 ?

R4 1 ? j? C 4 ? R 4
1 j? C N

Z AD ? Z 3 ? R3

Z CB ? Z N ?

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 R3

tg? ? ? ? C 4 ? R4

(式 2-2)

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,即图 2-3(b)所示的正接线,图 2-3(c)所示的 反接线,图 2-3(d)所示的对角接线,另外还有低压测量接线等。 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? ?

? ? C N R4 ?100 ? ? ? n ? R3 ? ?
分流器挡位选择表 3000 0.01 100+R3 8000 0.025 60 19400 0.06 25 48000 0.15 10 400000 1.25 4

tgδ为实测值,Δtgδ为校正量,tgδX 为校正后的值。
表 2-1 试品电容量(pf) 分流开关刻度(A) 分流系数 n

五.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 被测设备铭牌参数:

测试仪器设备:

六.实验接线:

(a)

高压试验源

( b) 图 2-3

正接线

( c)

反接线

( d)

对角接线

QS1 西林电桥试验接线图

七.实验步骤:
⑴.首先按图 2-3 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 ? R4 100 ? 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。

八.实验分析:
测试电压:5kV 正接线方式 Cx/nF tgδ/% 1 4.275 2.727 2 4.275 2.724 3 4.275 2.720 平均值 4.275 反接线方式 Cx/nF 1 4.296 2 4.296 3 4.296 平均值 4.296 2.724 tgδ /% 2.784 2.780 2.780 2.780

九.实验心得
测量介质损失角正切值(tanδ)是判断设备绝缘状况灵敏的有效方法,对受潮、老化 等分布性缺陷尤其有效。在一定的电压和频率下,它能反映介质内单位、体积、能量损耗的 大小。通过逐年积累资料,能够撑握绝缘发展的趋势。 通过这次实验, 我更加了解到介质损失角正切值的意义。 同时也掌握了测量介质损失角 正切值的方法。这些经验在我日后的学习生活甚至工作中将起到重要的作用。

实验四.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.实验要点:
概念:灭弧电压、冲击放电电压、工频放电电压、残压、保护比、切断比、工频续流、 直流电导电流、非线性系数、冲击系数。 判断:普通阀型避雷器阀片热容量小,磁吹阀型避雷器阀片热容量较大。 推理: 普通阀型避雷器只用于限制大气过电压, 磁吹阀型避雷器既可用于限制大气过电 压也可用于限制内部过电压。 相关知识点:大气过电压、内过电压、伏秒特性、冲击耐压强度、绝缘配合、雷电流计 算标准。

三.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

四.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 流并限制残压值, 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 4-1 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 4-2 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 α 阻的伏安特性式为:U=CI ,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 4-3 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限制残压,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≥2500M Ω的兆欧表。要求对于 FS 型避雷器绝缘电阻应不低于 2500M Ω;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 4-1 所列。
表 4-1 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 4-2 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 4-2 FZ 型避雷器的直流泄漏试验电压及电导电流值: 3 U1 U2 -4 450~650 6 -6 10 -10 15 8 16 20 10 20 400~600 30 12 24 40 16 32 额定电压(kv) 试验电压(kv)

U2 时电导电流(μA)

电导电流差值按式 4-1 计算:
?I ?% ? ? I max ? I min ? 100% I max

(式 4-1)

非线性系数按式 4-2 计算:
? U2 ? ? log? ?U ? ? 1? ?? ? I2 ? ? log? ?I ? ? 1?

(式 4-2)

同相组合元件的非线性系数差值不应大于 0.05。

图 4-1

FS 型避雷器结构及 电路示意图

图 4-2

FZ 型避雷器 电路示意图

图 4-3

非线性电阻的 伏安特性曲线

五.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

六.实验接线:

图 4-4

绝缘电阻测试接线图

图 4-5

FS 型避雷器工频放电实验接线图

(a)微安表接在避雷器处 图 4-6

(b)微安表接在试验变压器尾端 FZ 型避雷器工频放电实验接线图

七.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 4-4 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 4-5 所示, 试验电路中应设保护电阻 R, 用来限制击穿放电时的放电电流, 要求将此电流幅值限制到 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 4-6 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。

八.实验分析:
1.用表格表示试验的详细结果;
FS-10 绝缘电阻(MΩ) 2500 避雷器工频放电电压(kV) 29 FZ-15 绝缘电阻(MΩ) 420 非线性系数测量 直流电压(kV) 12 10 8 6 泄漏电流(μA) 440 270 160 90

(注:此处录入的直流电压是由相应的交流电滤波而成,除以 1.4 即为对应的实验用交 流电压有效值) 根据教科书后附表 2-1:普通阀式避雷器(FS 和 FZ 系列)的电器特性,得知 FS-10 的电 气特性如下表; 工频放电电压有 效值 (干燥及淋雨 状态) (kV) 不小于 FS-10 10 12.7 26 不大于 31 冲击放电电 压(预放电 时间 1.5~2.0 μs) (kV) 不大于 50 冲击残压 (波形 8/20 μs) (kV) 不 大于 3kA (47) 5kA 50

型号

额定电压有 效值(kV)

灭弧电压有 效值(kV)

2.根据试验记录,计算并分析试验数据;

3.判断被试品是否合格。
FS 的绝缘电阻 2500≥2500, 且工频放电电压为 29KV 在 26~31 之间, 合格。 FZ 当交流电压为 8V 和 16V 时, α为 0.398。准确值为 0.4~0.6 之间。误差在允许范围 之内, 除去误差的影响也应该是合格的。

九.实验心得:
这次实验用到的两种避雷器都是阀式避雷器,其是一种能释放雷电或兼能释放电力系统 操作过电压能量,保护电工设备免受瞬时过电压危害,又能截断续流,不致引起系统接地短 路的电器装置。 我国普通阀式避雷器主要有 FS 和 FZ 两种型号。 其中 FS 主要用在配电网中的 变压器、 电缆头、 柱上开关等设备的保护, 而 FZ 用在 220kV 及以下的变电所电气设备的保护。 阀式避雷器在电力系统过电压防护和绝缘配合中都起着重要的作用。 阀式避雷器描述电气特性的参数有:额定电压、灭弧电压、冲击放电电压、工频放电电 压、残压等,而在这次实验中 FS 型测试的是绝缘电阻和冲击电压电压,FZ 型主要测试绝缘 电阻、泄露电流和非线性系数。经过测试发现这两种型号的避雷器均合格。 通过在现场实际观察操作,了解到了该装置的参数特性,也为以后工作实践打下了一个 坚实的基础。 总之,这次实验丰富了我的理论知识,锻炼了我的动手能力,对我以后进一步学习高电 压相关知识以及走向工作岗位都有很大的帮助。


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