高電壓擊穿試驗(yàn)設(shè)備及高電壓擊穿強(qiáng)度的測(cè)量

高壓試驗(yàn)設(shè)備是指產(chǎn)生交流、直流以及沖擊等各種高電壓的試驗(yàn)設(shè)備，它們產(chǎn)生的各種波形的高電壓可用來(lái)模擬電氣設(shè)備在運(yùn)行中可能受到的各種作用電壓，進(jìn)行絕緣的耐壓試驗(yàn)以檢驗(yàn)絕緣耐受這些高電壓作用的能力。

高電壓的測(cè)量難度較大，對(duì)應(yīng)于不同的測(cè)試對(duì)象有不同的測(cè)試方法。

工頻高壓試驗(yàn)設(shè)備及其測(cè)量

工頻耐壓試驗(yàn)是鑒定電氣設(shè)備絕緣強(qiáng)度有效和最直接的方法，它可以用來(lái)確定電氣設(shè)備絕緣的耐受水平, 可以判斷電氣設(shè)備能否繼續(xù)運(yùn)行。它是避免在運(yùn)行中發(fā)生絕緣事故的重要手段：工頻耐壓試驗(yàn)時(shí)，對(duì)電氣設(shè)備絕緣施加比工作電壓高得多的試驗(yàn)電壓，這些試驗(yàn)電壓稱為電氣設(shè)備的絕緣水平，為避免試驗(yàn)時(shí)損壞設(shè)備，工頻耐壓試驗(yàn)必須在一系列非破壞性試驗(yàn)之后再進(jìn)行，只有經(jīng)過(guò)非破壞性試驗(yàn)合格后才允許進(jìn)行工頻耐壓試驗(yàn)。

作為基本試驗(yàn)的工頻耐壓試驗(yàn)，如何選擇恰當(dāng)?shù)脑囼?yàn)電壓是一個(gè)重要的問(wèn)題，若試驗(yàn)電壓過(guò)低，則設(shè)備絕緣在運(yùn)行中的可靠性降低，在過(guò)電壓作用下發(fā)生擊穿的可能性增加。若試驗(yàn)電壓過(guò)高，則在試驗(yàn)時(shí)發(fā)生擊穿的可能性增加，從而增加檢修的工作量和檢修費(fèi)用。一般考慮到運(yùn)行中絕緣的老化和累積效應(yīng)、過(guò)電壓的大小等，對(duì)不同的設(shè)備需要區(qū)別對(duì)待，這主要由運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)決定，我國(guó)有關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)各類電氣設(shè)備的試驗(yàn)電壓都有具體規(guī)定，

1.1 交流高壓試驗(yàn)設(shè)備

交流高壓試驗(yàn)設(shè)備主要指用于高壓試驗(yàn)的特制變壓器，即高壓試驗(yàn)變壓器。本小節(jié)除介紹高壓試驗(yàn)變壓器外，還介紹高壓串聯(lián)諧振試驗(yàn)裝置，

1.高壓試驗(yàn)變壓器

高壓試驗(yàn)變壓器的額定電壓很高，容量不大，所以，從外觀上看它的油箱體積不大，但是高壓套管卻比較高大，按照高壓套管的數(shù)量，可以將高壓試驗(yàn)變壓器分為兩種類型，一種是如圖5-1(a)所示的單套管型，其高壓繞組一端接地，另一端輸出額定電壓。這時(shí)其高壓組和套管對(duì)鐵心和油箱的絕緣均按額定電壓要求來(lái)設(shè)計(jì)。另一種是如圖5-1(b)所示的雙套管型，其高壓繞組中點(diǎn)與鐵心、油箱相連，兩端各經(jīng)一個(gè)套管引出，也是一端接地，另一端輸出額定電壓。但需要引起注意的是，此時(shí)鐵心和油箱對(duì)地電壓均升高為0.5倍額定電壓，所以油箱不能放在地上，必須按0.5倍額定電壓對(duì)地絕緣起來(lái)。采用雙套管型的好處是可以用兩個(gè)額定電壓只有0.5U的套管代替一個(gè)額定電壓為U的套管，用油箱外部的絕緣支柱來(lái)減輕變壓器和套管的制造難度和價(jià)格。單套管試驗(yàn)變壓器額定電壓一般不超過(guò)250~300kV，而雙套管試驗(yàn)變壓器最高額定電壓可達(dá)到750kV。

高壓試驗(yàn)變壓器進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)的接線如圖5-2所示。通常被試驗(yàn)品都是電容性負(fù)載，試驗(yàn)時(shí)電壓應(yīng)從零開(kāi)始逐漸升高。如果在工頻試驗(yàn)，變壓器一次繞組上不是由零逐漸升壓，而是突然加壓，則由于勵(lì)磁涌流，會(huì)在試品上出現(xiàn)過(guò)電壓。如果在試驗(yàn)過(guò)程中突然將電源切斷，這時(shí)相當(dāng)于切除空載變壓器，也會(huì)引起過(guò)電壓，因此必須通過(guò)調(diào)壓器逐漸升壓和降壓。圖中T1為調(diào)壓器，用來(lái)調(diào)節(jié)試驗(yàn)變壓器的輸入電壓。T2為試驗(yàn)變壓器，用來(lái)升高電壓。Cx為被試品。F為保護(hù)球隙，用來(lái)限制試驗(yàn)時(shí)可能產(chǎn)生的過(guò)電壓，以保護(hù)被試品。R為球隙保護(hù)電阻，用來(lái)限制球隙擊穿時(shí)流過(guò)球隙的短路電流，以保護(hù)球隙不被灼傷，一般取0.1~0.5Ω/V。r為保護(hù)電阻，用來(lái)限制被試品突然擊穿時(shí)在試驗(yàn)變壓器上產(chǎn)生的過(guò)電壓及限制流過(guò)試驗(yàn)變壓器的短路電流，一般取用0.1~1Ω/V。

高壓試驗(yàn)變壓器一般都是單相的，在原理上與電力變壓器并無(wú)區(qū)別，但由于使用中的特殊要求，所以在結(jié)構(gòu)和性能上有以下特點(diǎn)。

(1)電壓高，其高壓繞組的額定電壓應(yīng)不小于被試品的試驗(yàn)電壓值。

(2)絕緣裕度小，只在試驗(yàn)條件下工作，不會(huì)遭受雷電過(guò)電壓及電力系統(tǒng)內(nèi)部過(guò)電壓的作用。

(3)連續(xù)運(yùn)行時(shí)間短，發(fā)熱較輕，不需要復(fù)雜的冷卻系統(tǒng)，但由于其絕緣裕度小，散熱條件又差，所以一般不允許在額定電壓下長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)使用。

(4)漏抗較大，高壓試驗(yàn)變壓器變比大，高壓繞組電壓高，所以需用較厚的絕緣層和較寬的間隙距離，漏抗較大。

(5)容量小，被試品的絕緣一般為電容性的，在試驗(yàn)中，被試品放電或擊穿前，試驗(yàn)變壓器只需要為被試品提供電容電流和泄漏電流。如果被試品被擊穿，開(kāi)關(guān)立即切斷電源，不會(huì)出現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間的短路電流。所以試驗(yàn)變壓器的容量一般不大，可按被試品的電容來(lái)確定，即：

式中：U為被試品的試驗(yàn)電壓，kV；Cx為被試品的電容，μF；f為電源的頻率，Hz；S為試驗(yàn)變壓器的容量，kV·A。

當(dāng)需要更高的輸出電壓時(shí)，可將多臺(tái)試驗(yàn)變壓器串接起來(lái)使用。圖5-3所示為常用的試驗(yàn)變壓器串接的原理接線圖。各臺(tái)試驗(yàn)變壓器高、低壓繞組的匝數(shù)分別對(duì)應(yīng)相等，故各臺(tái)試驗(yàn)變壓器高壓繞組的電壓相等，高壓繞組串聯(lián)起來(lái)輸出高電壓。這里，后級(jí)變壓器的勵(lì)磁電流由前級(jí)變壓器提供。

在串接式試驗(yàn)裝置中，各臺(tái)試驗(yàn)變壓器高壓繞組的容量是相同的，但各低壓繞組和累接繞組的容量并不相同。設(shè)該試驗(yàn)變壓器串接裝置的額定試驗(yàn)容量為3U2I2，則最高一級(jí)變壓器T3的高壓繞組額定電壓為U2，額定電流為I2，T3的額定容量為U2I2。中間級(jí)變壓器T2的額定容量應(yīng)為2U2I2，這是因?yàn)門2除了要提供負(fù)荷所要求的U2I2容量外，還需要供給變壓器T3的勵(lì)磁容量U2I2。同理，第一級(jí)變壓器T1應(yīng)具有的額定容量為3U2I2，所以每級(jí)變壓器的裝置容量是不相同的。如上所述，當(dāng)串級(jí)數(shù)為3時(shí)，試驗(yàn)變壓器串級(jí)裝置的輸出額定容量為S輸出=3U2I2，而試驗(yàn)變壓器串級(jí)裝置的裝置總?cè)萘繎?yīng)為各變壓器容量之和，即S總=6U2I2。由此可見(jiàn)，三級(jí)串接的試驗(yàn)變壓器串級(jí)裝置的利用系數(shù)為50%。若串接臺(tái)數(shù)為n，則總輸出容量為nSn，總的裝置容量為

則n級(jí)串接裝置容量的利用系數(shù)為

可見(jiàn)，隨著試驗(yàn)變壓器串接臺(tái)數(shù)的增加，利用率降低。實(shí)際中，串接的試驗(yàn)變壓器臺(tái)數(shù)一般不超過(guò)三臺(tái)。由圖5-3還可看出，T2、T3的外殼對(duì)地電位分別為U2和2U2，因此二者應(yīng)分別用具有相應(yīng)絕緣水平的絕緣支架或支柱絕緣子支撐起來(lái)，保持對(duì)地絕緣，

2.高壓試驗(yàn)變壓器的調(diào)壓裝置

高壓試驗(yàn)變壓器的調(diào)壓裝置應(yīng)能從零值平滑地改變電壓, 最大輸出電壓應(yīng)等于或稍大于試驗(yàn)變壓器初級(jí)額定電壓, 輸出波形應(yīng)盡可能接近正弦波, 漏抗應(yīng)盡可能小,使調(diào)壓器輸出電壓波形畸變小。常用的調(diào)壓裝置有自耦調(diào)壓器、移圈式調(diào)壓器、感應(yīng)調(diào)壓器和電動(dòng)發(fā)電機(jī)組。

1)自耦調(diào)壓器

自耦調(diào)壓器的接線原理如圖5-4所示，它實(shí)際上就是自耦變壓器，只是它的二次側(cè)電壓抽頭是不固定的，而是用滑動(dòng)碳刷觸頭或滾動(dòng)觸頭沿著繞組移動(dòng)。小容量的自耦調(diào)壓器容量一般≤20kV·A。用碳刷觸頭調(diào)壓實(shí)際是分級(jí)調(diào)壓，只不過(guò)每級(jí)分得較細(xì),每級(jí)電壓的變化不超過(guò)2%。這種小容量調(diào)壓器價(jià)格不貴、攜帶方便、漏抗小、波形較好，在小容量試驗(yàn)中大量采用。用油絕緣的自耦調(diào)壓器，容量可達(dá)50kV·A至幾百千伏安。新型產(chǎn)品采用特殊的滾動(dòng)觸頭調(diào)壓。調(diào)壓過(guò)程不產(chǎn)生火花。輸出電壓在50%額定電壓以上時(shí)阻抗電壓較低，輸出電壓波形畸變小，輸出電壓與輸入電壓同相位。

2)移圈式調(diào)壓器

移圈式調(diào)壓器的接線原理如圖5-5(a)，結(jié)構(gòu)如圖5-5(b)所示。圖中線圈C和D匝數(shù)相等而繞向相反，兩線圈互相串聯(lián)。線圈K是一個(gè)短路線圈，它套在線圈C和D之外，可以上下移動(dòng)，由此而起調(diào)節(jié)電壓的作用。K的匝數(shù)與C和D相同。

當(dāng)AX端加上電源電壓U1后，假若不存在短路線圈K，則線圈C和D的電壓降各為U1/2。由于繞組相反，它們所產(chǎn)生的主磁通ФC和ФD的方向也相反，ФC和ФD只能分別穿過(guò)非導(dǎo)磁材料(干式主要是空氣，油浸式則為油介質(zhì))自成閉合磁路，如圖5-5(b)所示?，F(xiàn)在線圈C、D旁還存在短路線圈K，當(dāng)K的位置偏于一邊時(shí)，主磁通ФC和ФD將分別在K中產(chǎn)生方向和大小都不相等的電動(dòng)勢(shì)，并在K中流過(guò)某一短路電流，此電流在鐵心中產(chǎn)生閉合的磁通ФK，ФK也會(huì)在線圈C和D產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，此感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向和大小隨K的位置變化而改變。如果在圖5-5中移K至最下端，可認(rèn)為這時(shí)只有線圈C的磁通ФC與K相交鏈，而線圈D的磁通ФD幾乎不與K交鏈。因此，K所產(chǎn)生的磁通ФK幾乎與ФC大小相等方向相反，所以ФK在C中感應(yīng)產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)幾乎與C中的原電動(dòng)勢(shì)數(shù)值相等而方向相反。因此這時(shí)在C上幾乎沒(méi)有電壓降落，電源電壓U1幾乎降落在線圈D上。與不存在K的情況相比，此時(shí)K所產(chǎn)生的磁通ФK起了加強(qiáng)ФD的作用。由接線圖5-5(a)可見(jiàn)，這時(shí)輸出端ax上的電壓U2=0。當(dāng)短路線圈K移至最上端時(shí)，ФK幾乎和ФD大小和等而方向相反，所以ФK將在線圈D上產(chǎn)生一個(gè)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，它幾乎和線圈D的原電動(dòng)勢(shì)大小相等方向相反。電源電壓U1幾乎全部降在線圈C上，輸出端ax間的電壓U2≈U1。當(dāng)線圈K處于C與D的正中央時(shí)，由于ФC和ФD在K中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小相等方向相反，K中不存在短路電流，所以不會(huì)產(chǎn)生ФK，此時(shí)與不存在K的情況一樣，輸出端ax上的電壓U2=U1/2。由上述過(guò)程可見(jiàn)，當(dāng)短路線圈K由最下端連續(xù)而平穩(wěn)地向上移動(dòng)至最上端時(shí)，ax端上的輸出電壓U2也將由零逐漸升至電壓的最大值。如果希望U2的調(diào)節(jié)值超過(guò)U1，則可在線圈C上增加一個(gè)輔助線圈E，主線圈C和線圈E之間可以相互自耦連接，構(gòu)成自耦變壓器關(guān)系，如圖5-6所示。

移圈式調(diào)壓器短路電抗不是固定數(shù)值，它隨短路線圈K的位置不同而在很大范圍內(nèi)發(fā)生變化，所以短路電抗值與輸出電壓相關(guān)。如圖5-6所示的調(diào)壓器，其短路電抗就是C和E之間的漏抗加上線圈D的感抗。當(dāng)短路線圈K處于最下位置即輸出電壓為零時(shí)，D的感抗最大，這時(shí)即使把輸出端ax短路，一次側(cè)電流也不大，只有額定電流的幾分之一，這表明調(diào)壓器的短路等效電抗很大。隨著短路線圈K向上移，D的感抗減小，短路電抗也減小。當(dāng)K處于最上端，即處在輸出電壓為最大值的位置時(shí)，D的感抗最小, 此時(shí)等效短路電抗也為最小。一臺(tái)移圈式調(diào)壓器的短路電抗與輸出電壓的關(guān)系曲線如圖5-7所示，圖中UK%為短路電壓(抗)的標(biāo)幺值，S為線圈K的行程，S=1和當(dāng)于K處于最上端(見(jiàn)圖5-6中)，即相當(dāng)于輸出電壓為最大的時(shí)候。這種調(diào)壓器由于短路電抗大，因而減小了工頻高壓試驗(yàn)下的短路容量。短路電抗隨調(diào)壓值而變化，可能使調(diào)壓過(guò)程中整個(gè)試驗(yàn)回路系統(tǒng)發(fā)生串聯(lián)諧振，由此會(huì)形成過(guò)電壓事故。移圈式調(diào)壓器的主磁通要經(jīng)過(guò)一段非導(dǎo)磁材料，其磁阻很大，因此空載電流很大，約為額定電流的1/4~1/3。由于鐵心不易飽和，這一點(diǎn)使輸出波形畸變的因素有所減弱。但因試驗(yàn)變壓器的激磁電流在電抗上存在壓降，所以會(huì)導(dǎo)致變壓器產(chǎn)生的波形有所畸變。

移圈式調(diào)壓器沒(méi)有滑動(dòng)觸頭，容量能做得較大，容量范圍可達(dá)幾十千伏安到幾千千伏安。目前我國(guó)已能生產(chǎn)10kV/2500kV•A的移圈式調(diào)壓器，這種調(diào)壓器的缺點(diǎn)之一是體積大。容量較大的移圈式調(diào)壓器，常做成三個(gè)鐵心，它們各有自己的線圈，三個(gè)短路線圈由同一個(gè)升降機(jī)構(gòu)帶動(dòng)，可由一個(gè)電動(dòng)機(jī)經(jīng)蝸輪蝸桿來(lái)移動(dòng)短路線圈。作為單相調(diào)壓器使用時(shí)，三個(gè)一次側(cè)線圈和三個(gè)二次側(cè)線圈分別并聯(lián)，三個(gè)線圈拆開(kāi)可按星形連接作為三相調(diào)壓器使用。

3)電動(dòng)發(fā)電機(jī)組

由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)同步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，通過(guò)調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的激磁電流來(lái)調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)組的輸出電壓。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是可以均勻平滑地調(diào)壓，可不受電網(wǎng)電壓波動(dòng)的影響，并可以供給正弦的電壓波形(見(jiàn)圖5-8)。

采用電動(dòng)發(fā)電機(jī)組時(shí)應(yīng)注意下列幾點(diǎn)。

(1)為了供給正弦波形的電壓波，發(fā)電機(jī)必須是特殊設(shè)計(jì)的正弦波發(fā)電機(jī)。

(2)為了消除由于激磁的剩磁所引起的殘壓，使調(diào)壓從零開(kāi)始，最好采用跨接在恒定直流電源間的滑動(dòng)式雙電位計(jì)來(lái)調(diào)節(jié)激磁。

(3)一般情況下只需要單相發(fā)電機(jī)，但串級(jí)試驗(yàn)變壓器有時(shí)可做三相運(yùn)行，所以此時(shí)需要三相發(fā)電機(jī)。由于大多數(shù)情況下還是在單相運(yùn)行，因此要求發(fā)電機(jī)不僅能滿足串級(jí)試驗(yàn)變壓器三相運(yùn)行時(shí)的功率需要，還得滿足單相運(yùn)行時(shí)的功率需要。通常采用三相發(fā)電機(jī)兩相運(yùn)行，其兩相運(yùn)行時(shí)的輸出容量為發(fā)電機(jī)額定容量的，它應(yīng)等于試驗(yàn)變壓器的容量。

(4)拖動(dòng)發(fā)電機(jī)所用的電動(dòng)機(jī)可分為異步電動(dòng)機(jī)、同步電動(dòng)機(jī)及直流電動(dòng)機(jī)三種。如用異步電動(dòng)機(jī)，就無(wú)法供給電網(wǎng)頻率的輸出電壓，但其頻率可接近電網(wǎng)頻率；如用同步電動(dòng)機(jī)，則頻率受電網(wǎng)頻率限制；如用直流電動(dòng)機(jī)則可任意改變轉(zhuǎn)速，獲得所需的各種頻率。

(5)做高壓試驗(yàn)時(shí)，發(fā)電機(jī)輸出端常常為電容負(fù)荷，必須防止自激現(xiàn)象。由于容性負(fù)載電流大于一定值時(shí)，容性電流起助磁作用，雖然激磁電流并無(wú)增加，但發(fā)電機(jī)的輸出電壓卻失去控制突然成倍上升，這種現(xiàn)象稱為發(fā)電機(jī)自激。為避免發(fā)電機(jī)自激，在容性負(fù)載大時(shí)，可在發(fā)電機(jī)端并聯(lián)補(bǔ)償電抗器。在有電抗器補(bǔ)償時(shí)，對(duì)容性試品來(lái)說(shuō)，發(fā)電機(jī)容量可以選小一點(diǎn)，但其容量與電抗器容量之和仍不應(yīng)小于變壓器的額定容量。電動(dòng)發(fā)電機(jī)組價(jià)格很貴，因此只有在對(duì)試驗(yàn)要求較高或有特殊要求的試驗(yàn)室里才采用這種調(diào)壓裝置。

3.串聯(lián)諧振試驗(yàn)裝置

在現(xiàn)場(chǎng)耐壓試驗(yàn)中，當(dāng)被試品的試驗(yàn)電壓較高或電容值較大，試驗(yàn)變壓器的額定電壓或容量不能滿足要求時(shí)，可采用串聯(lián)諧振試驗(yàn)裝置進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)的原理接線圖和等值電路如圖5-9所示。等值電路中R為代表整個(gè)試驗(yàn)回路損耗的等值電阻，L為可調(diào)電感和電源設(shè)備漏感之和，C為被試品電容，U為試驗(yàn)變壓器空載時(shí)高壓端對(duì)地電壓。

當(dāng)調(diào)節(jié)電感使回路發(fā)生諧振時(shí)，XL=XC，被試品上的電壓UC為

式中：Q為諧振回路的品質(zhì)因數(shù)，是諧振時(shí)感抗(容抗)與回路中電阻R的比，所以也有Q=ωL/R。

諧振時(shí)ωL遠(yuǎn)大于R，即Q值較大，故用較低的電壓U便可在被試品兩端獲得較高的試驗(yàn)電壓。諧振時(shí)高壓回路流過(guò)相同的電流I, 而U=UC/Q, 所以試驗(yàn)變壓器的容量在理論上僅需被試品容量的1/Q。利用串中聯(lián)諧振電路進(jìn)行工頻耐壓試驗(yàn)，不僅試驗(yàn)變壓器的容量和額定電壓可以降低，而且被試品擊穿時(shí)，由于L的限流作用使回路中的電流很小，可避免被試品被燒壞。此外，由于回路處于工頻諧振狀態(tài)，電源中的諧波成分在被試品兩端大為減小，故被試品兩端的電壓波形較好。

工頻高電壓的測(cè)量

在工頻耐壓試驗(yàn)中，試驗(yàn)電壓的準(zhǔn)確測(cè)量也是一個(gè)關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。工顏高壓試驗(yàn)的測(cè)量應(yīng)該既方便又能保證有足夠的準(zhǔn)確度，其幅值或有效值的測(cè)量誤差應(yīng)不大于3%，測(cè)量工頻高壓的方法很多，概括起來(lái)可以分為兩類：低壓側(cè)測(cè)量和高壓側(cè)測(cè)量。

1.低壓側(cè)測(cè)量

低壓側(cè)測(cè)量的方法是在工頻試驗(yàn)變壓器的低壓側(cè)或測(cè)量線圈(一般工頻試驗(yàn)變壓器中設(shè)有儀表線圈或稱測(cè)量線圈，它的質(zhì)數(shù)一般是高壓線圈的1/1000)的引出端接上相應(yīng)量程的電壓表，然后通過(guò)換算，確定高壓側(cè)的電壓。在一些成套工頻試驗(yàn)設(shè)備中,還常常把低壓電壓表的刻度直接用千伏表示，使用更方便。這種方法在較低等級(jí)的試驗(yàn)設(shè)備中應(yīng)用很普遍。由于這種方法只是按固定的匝數(shù)比來(lái)?yè)Q算的, 實(shí)際使用中會(huì)有較大誤差,一般在試驗(yàn)前應(yīng)對(duì)高壓與低壓之比予以校驗(yàn)。有時(shí)也將此法與其他測(cè)量裝置配合，用于輔助測(cè)量。

2.高壓側(cè)測(cè)量

進(jìn)行工頻耐壓試驗(yàn)時(shí)，被試品一般均屬電容性負(fù)載，試驗(yàn)時(shí)的等值電路如圖5-10所示。電路圖中r為工頻試驗(yàn)變壓器的保護(hù)電阻，XL表示試驗(yàn)變壓器的漏抗，CX為被試品的電容。在對(duì)重要設(shè)備、特別是容量較大的設(shè)備進(jìn)行工頻耐壓試驗(yàn)時(shí)，由于被試品的電容Cx較大，流過(guò)試驗(yàn)回路的電流為一電容電流Ic，Ic在工頻試驗(yàn)變壓器的漏抗XL上將產(chǎn)生一個(gè)與被試品上的電壓UCx反方向的電壓降落IcXL，如圖5-11所示，從而導(dǎo)致被試品上的電壓比工頻試驗(yàn)變壓器高壓側(cè)的輸出電壓還高，此種現(xiàn)象稱為容升現(xiàn)象，也稱為電容效應(yīng)。由于電容效應(yīng)的存在，就要求直接在測(cè)試品的兩端測(cè)量電壓，否則將會(huì)產(chǎn)生很大的測(cè)量誤差，也可能會(huì)人為造成絕緣損傷。被試品的電容量及試驗(yàn)變壓器的漏抗越大，則電容效應(yīng)越顯著。

1) 球隙

測(cè)量球隙是由一對(duì)相同直徑的銅球構(gòu)成。當(dāng)球隙之間的距離S與銅球直徑D之比不大時(shí)，兩銅球間隙之間的電場(chǎng)為稍不均勻電場(chǎng)，放此時(shí)延很小，伏秒特性較平，分散性也較小。在一定的球隙距離下，球隙間具有相當(dāng)穩(wěn)定的放電電壓值。因此，球隙不但可以用來(lái)測(cè)量交流電壓的幅值,還可以用來(lái)測(cè)量直流高壓和沖擊電壓的幅值。

測(cè)盤球隙可以水平布置(直徑25cm以下都用水平布置)，也可以垂直布置。使用時(shí)，一般一極接地。測(cè)量球隙的球表面要光滑，曲率要均勻，對(duì)球隙的結(jié)構(gòu)、尺寸、導(dǎo)線連接和安裝空間的尺寸如圖5-12所示。使用時(shí)下球極接地，上球極接高壓。

標(biāo)準(zhǔn)球徑的球隙放電電壓與球間隙距離的關(guān)系已制成國(guó)際通用的標(biāo)準(zhǔn)表(見(jiàn)附表1、附表2)。當(dāng)S/D≤0.5且滿足其他有關(guān)規(guī)定時(shí)，用球隙測(cè)量的準(zhǔn)確度可保持在±3%以內(nèi)；當(dāng)S/D為0.5~0.75時(shí)，其準(zhǔn)確度較差，所以附表中的數(shù)值加括號(hào)；當(dāng)S/D>0.75時(shí)，準(zhǔn)確度更差，所以表中不再列出放電電壓值。由此可見(jiàn)，測(cè)量較高的電壓應(yīng)使用直徑較大的球隙。球隙放電點(diǎn)P對(duì)地面的高度A以及對(duì)其他帶電或接地物體的距離S應(yīng)滿足表5-1的要求，以免影響球隙的電場(chǎng)分布及測(cè)量的準(zhǔn)確度。

用球隙測(cè)量高壓時(shí)，通過(guò)球隙保護(hù)電阻R將交流高電壓加到測(cè)量球間隙上，調(diào)節(jié)球間隙的距離，使球間隙恰好在被測(cè)電壓下放電，根據(jù)球隙距離S、球直徑D，即可求得所加的交流高壓值。由于空氣中的塵?；蚯?/span>面附著的細(xì)小雜物的影響(球隙表面需要擦干凈)，使球隙最初幾次的放電電壓可能偏低且不穩(wěn)定。故應(yīng)先進(jìn)行幾次預(yù)放電，最后取三次連續(xù)讀數(shù)的平均值作為測(cè)量值。各次放電的時(shí)間間隔不得小于1min，每次放電電壓與平均值之間的偏差不得大于3%。氣體間隙的放電電壓受大氣條件的影響，附表中的擊穿電壓值只適用于標(biāo)準(zhǔn)大氣條件，若測(cè)量時(shí)大氣條件與標(biāo)準(zhǔn)大氣條件不同，必須進(jìn)行校正，以求得測(cè)量時(shí)的實(shí)際電壓。

表5-1 球隙對(duì)地和周圍空間的要求

用球隙測(cè)量直流高壓和交流高壓時(shí)，為了限制電流，使其不致引起球極表面燒傷，必須在高壓球極串聯(lián)一個(gè)保護(hù)電阻R，R同時(shí)在測(cè)量回路中起阻尼振蕩的作用。這個(gè)電阻不能太小，太小起不了應(yīng)有的保護(hù)作用，但也不能太大，以免球隙擊穿之前流過(guò)球隙的電容電流在電阻上產(chǎn)生壓降而引起測(cè)量誤差。測(cè)量交流電壓時(shí)，這個(gè)壓降不應(yīng)超過(guò)1%，由此得出保護(hù)電阻值應(yīng)為

式中：Umax為被測(cè)電壓的幅值，V；f為被測(cè)電壓的頻率，Hz；K為由球徑?jīng)Q定的常數(shù)，其值可按表5-2決定，Ω/V。

表 5-2 K的取值