实际冲击电压发生器采用图5-12的回路。图5-12冲击
电压发声器常用回路放电回路的利用系数
2.多级冲击电压发生器的工作原理单级冲击电压发生器能产生的最高电压一般
不超过200～300kV。因而采用多级叠加的方法来产生波形和幅值都能满足需要的冲击高电压波。图5-13多级冲击电压发生器的
原理接线图基本原理:并联充电，串联放电图5-14冲击电压发生器充电过程等值电路图5-15冲击电压发生器放电过程等值
电路3.冲击电压发生器放电回路的近似计算（1）波前时间的确定（2）半峰值时间的确定（3）冲击电压发生器的效率第五章电气
设备绝缘的高电压试验电气设备的绝缘在运行中除了长期受到工作电压（工频交流电压或直流电压）的作用外，还会受到各种过电压的侵
袭。为了检验电气设备的绝缘强度，在出厂时、安装调试时或大修后需要进行各种高电压试验。因此在高压试验室内应能模拟出这些试验电压，从而
实现对电气设备绝缘进行耐压试验以考验各种绝缘耐受这些高电压作用的能力。第一节交流高电压试验通过高压试验变压器或其串级
装置来产生。高压试验变压器是高压试验室最基本的、不可缺少的主要设备之一，它被当作电源，并且是交流、直流和冲击电压试验设备
的组成部分。高压试验室中的工频高电压通常采用高压试验变压器或其串级装置来产生，但对电容量较大的被试样，可采用串联谐振回路来获得工频
高电压。一、工频电压的产生1.高压试验变压器工频试验变压器的特点：（1）电压由于工频高压试验通常用于代替雷电过
电压或者内部过电压来考核电气产品绝缘性能，或进行绝缘击穿试验，因此试验变压器电压很高，自身绝缘很好，但绝缘裕度不大；（2）容量
在大部分高压试验里，试验变压器的连续工作时间不长，而在额定电压下满载运行的时间更少，这比长期处于满载下工作的电力变压器的运行
情况要好得多。试验变压器的容量不大，所以设计时采用较小的安全系数，在额定电压下只能作短时运行，对特高压的试验变压器，只有在2/3的
额定电压下才能长期运行。试验变压器的容量由被测试样在最不利的试验条件下需要的电流来确定。在特殊情况下，例如对于长电缆的试
验，变压器必需的容量：Ps=U2ωC式中U―试验电压，kV；C―试样电容，F；Ps―变压器容量，VA。（
3）容量高压试验变压器额定电压高、容量不大。大多数为油浸式，有金属壳及绝缘壳两类。金属壳变玉器又可分为单套管和双套管两种。单
套管变压器的高压绕组一端接地，另一端（高压端）经高压套管引出。双套管变压器高压绕组的中点通常与外壳相连，这样每个套管所承受的只是额
定电压Un的一半，因而可以减小套管的尺寸和重最。当高压绕组一端接地时，外壳应当按0.5Un对地绝缘起来。（4）冷却试验变压器连
续运行时间短，发热不大，不需要很复杂的冷却系统。（5）漏抗大试验变压器绝缘厚，漏抗大，短路电流较小，可降低绕组机械强度。（6
）波型电压波形应该是正负半波对称的正弦波形，频率在45-55Hz范围内，电压的有效值等于幅值除以波顶系数。对于调压装置，应能够
按所要求的速度连续、平稳地调节电压。一般采取的措施：①采用优质铁心材料；②采用较小的设计磁通密度；③选用适当的调压供电装置；④在试
验变压器低压侧跨接若干滤波器。2.试验变压器串级装置由于受到体积和重量的限制，单个试验变压器的额定电压不可能做得太高。
当所需工频电压很高往往采用串级线路把几台试验变压器串接起来。数台试验变压器串级联接的办法就是将它们的高压绕组串联起来，使它们的高压
侧电压叠加后得到很高的输出电压，而每台变压器的绝缘要求和结构可大大简化，减轻绝缘难度，降低总价格。图5-1自耦式串级变压
器2U2U2T321321T2321T13U2输出的额定
电流：I2（A）每一级变压器高压侧绕组的额定电压：U2（kV）装置输出的额定电压：3U2虽然这时三台变压器的初级电压相
同(U1=U3)，次级电压也相同（均为U2），但它们的容量和高压绕组结构都不同，因此不能互换位置。设该装置T3容量为：
P3=U2I2=U1I1；T2的容量：P2=U1I1=U2I2+U3I3=2U2I2；T1的容量为
：P1=3U2I2所以当串联级数为3，则整套串级装置的制作容量为:P=P1+P2+P3=6U2I2
(5-1)串级装置的输出额定容量为P
n=3U2I2(5-2)因而装置的容量利用率为
=Pn/P=1/2(5-3)同理推出n级串联装置的容量利用率为
(5-4)显然，串接台数越多，装置利用系数越低，且随着串接数的增加，整套串接试验变压器的总漏
抗值急剧增加，因此串级试验变压器的串接数一般不超过3，这是串级装置的固有缺点。式中：n—串级装置的级数。二、工频高压试验
的基本接线图试验变压器保护电阻（保护球隙）保护电阻（限流限压）球间隙被试品图5-2工频高压试验的基木接线图A
V一调压器PV1一低压侧电压表T一工频高压装置R1一变压器保护电阻TO一被测试
品R2一测量球隙保护电阻PV2一高压静电电压表F一测量球隙Lf一Cf一谐波滤波器
调压器串联谐振交流高压的产生CRL图5-3串联谐振装置的等效电路串联谐振方法的优点：1）试验回路对基波频率产生谐
振，因而波形的畸变小；2）被试品发生击穿时谐振条件被破坏，串联电抗器限制短路电流，故绝缘击穿处的电弧不会将故障点扩大。
试验变压器高压侧的电压用静电电压表PV2或测量球隙F来测量。后者同时还能起防止因操作失误而出现过高电压的作用，此时球隙起保护作
用，测量是静电电压表。工频耐压试验的实施方法如下：按规定的升压速度提升作用在被测试品TO上的电压，直到等于所需的试验电
压U为止，这时开始计算时间。为了让有缺陷的试品绝缘来得及发展局部放电或完全击穿，达到U后还要保持一段时间，一般取一分钟就够了。如果
在此期间没有发现绝缘击穿或局部损伤（可通过声响、分解出气体、冒烟、电压表指针剧烈摆动、电流表指示急剧增大等异常现象作出判断）的情况
，即可认为该试品的工频耐压试验合格通过。1.调压装置（1）对调压装置的要求a）输出电压质量好要求调压器输
出电压波形应尽量接近正弦波；输出电压下限最好为零。b）调压特性好要求调压器阻抗不宜过大；调压特性曲线平滑线性；
调节方便、可靠。（2）常用的调压装置a）自耦式调压装置；b）移圈式调压器；c）感应调压器2.高压测量试品上工
频高压的测量目前最常用的测量方法有：①利用气体放电，例如测量球隙，测量峰值。②利用静电力，例如静电电压表，测量的是交流电压有效
值。③利用整流电容电流或充电电压，例如峰值电压表，测量峰值。④利用分压器测量高电压，如电容分压器和电阻分压器）；为了观察被测电
压的波形，也可从分压器低压侧将输出的被测信号送至示波器显示波形。用球间隙测量工频高压测量球隙由一对相同直径的金属球构
成。当球隙距离d与直径D之比不大时，球隙间的电场为稍不均匀电场，由气体放电的理论可知，当电压加于球隙间形成稍不均匀电场时，其
击穿电压决定于球隙间的距离。球隙就是利用这个原理来测量各种类型高电压的。图5-4用球间隙测量工频高压峰值电压表峰值电
压表的制成原理通常有两种，一种是利用整流电容电流测量交流高压，另一种是利用整流充电电压测量交流高压，其原理如图5-5所示。图5-
5峰值电压表的原理(a)利用电容电流测电压峰值的接线(b)利用电容器C上的整流充电电压侧峰值当加电压于两个特制的电极板
时，由于两电极上分别充上异性电荷，电极就会受到静电机械力的作用（如图5-6)，测量此静电力的表计称为静电电压表。测量精度在3
％以内。静电电压表图5-6平板电极间的电场和静力吸力静电电压表的典型结构如图5-7所示，保护电极的中央设有一个可动圆
板电极，可动电极在静电吸引力的作用下产生移动，移动量经放大后，由指针读出。该装置具有耗电量小、波形和电压频率引起的误差小等优点，但
由于静电力很小，摩擦会造成测量误差。图5-7静电电压表分压器在被测电压高于200kV时，直接用指示仪表测量高压比
较困难，通常采用电容分压器配用低压仪表测量高压。其原理如图5-8。图5-8交流电容分压器三.试验中需注意的问题防止工频
高压试验中可能出现的过电压在工频高压试验中，大多数试品是电容性的。当试验变压器施加工频高压时，往往会在试品上产生“容
升”效应，也就是实际作用到试品上的电压值会超过高压侧所应输出的电压值。另外，对初级绕组突然加压，而不是由零逐渐升高电压。或者，当输
出电压较高时突然切断电源，都有可能由于过渡过程而在试验回路中产生过电压。防止产生这种过电压的办法是在变压器出线端与被测试品之间
串接一适当阻值的保护电阻（按0.1?/V选取阻值），它的作用是：保护电阻的数值不宜太大或太小，阻值太小短路电流过大，起不到应
有的保护作用；阻值太大会在正常工作时由于负载电流而有较大的电压降和功率损耗，从而影响加在被测试品上的电压值。①限制短路电流②阻
尼放电回路的振荡过程(2)试验电压的波形畸变与改善措施在进行工频高压试验中，有些测量电压的仪表，所测得的是电压的有效
值，不少电气产品的试验，也只提出电压有效值的要求。而工频放电（或击穿）一般决定于电压的幅值。当波形畸变时，电压幅值与有效
值之比不再是。此时若根据有效值乘来求幅值，就会造成较大的试验误差。造成试验变压器输出波形畸变的最主要原因是由于试验变压器或
调压装置的铁芯在使用到磁化曲线的饱和段时，励磁电流呈非正弦波的缘故。由于输入电源电压的波形本身不标准也会造成电压波形的畸变。改善措
施：在试验变压器原边绕组并联一个L-C串联谐振回路。u1?CLC?L?Tu1一、直流高电压的产生
一些高压试验设备，如冲击电压发生器和冲击电压电流发生器，需要直流高压作电源。直流高电压在其他科技领域也有厂泛的应用，其中包括静
电喷漆、静电纺织、静电除尘、X射线发生器、等离子体加速以及原子核物理研究中都使用直流高压作为电源。为了获得直流高电压，最常用的就是
变压器和整流装置的组合，另外还有通过静电方式产生直流高压。第二节直流高电压试验1.半波整流回路和直流高压设备的基本参数
T---工频室验变压器C---滤波电容器D---整流元件(高压硅堆)R---保护电阻Umax、Umin、Ud--
-试品输出直流电压的最大值、最小值、算术平方值TDRCRxutTUminUmaxUT半波整流电路及输出电
压波形图（1）半波整流回路整流回路的基本技术参数有三个，即输出的额定直流电压（算术平均值）Ud,相应的额定直流电流（平
均值）Id以及电压脉动系数S(纹波系数)。（1）额定平均输出电压Ud（2）额定平均输出电流Id（3）电压脉动系数S式中
表示电压脉动幅度。2.倍压整流回路采用倍压整流回路可获得等于(2～3)Ｕm的直流电压。如图5-9所
示，这种电路实际上可看作两个半波电路的叠加，因而它的参数计算可参照半波电路的计算原则进行。图5-9电源变压器两端对地绝缘的倍压电
路3.串级直流发生器利用图5-10(a)的倍压整流电路作为基本单元，多级串联起来即可组成一台串级直流高压发生器，如
图5-10(b)所示。图5-10（a）基本倍压整流电路图5-10(b)两极串级直流高压发生器接线图二、
绝缘的直流耐压试验直流高压能反映设备受潮、劣化和局部缺陷等多方面的问题。它和交流耐压试验相比主要有以下一些特点：（1
）试验设备可以做得比较轻巧，适合于现场预防性试验的要求。（2）在试验时可以同时测量泄漏电流。（3）直流耐压试验比之交流耐压试验
更能发现电机端部的绝缘缺陷。（4）在直流高压下，局部放电较弱。1.直流高电压试验的特点（1）直流高压试验要根据不同试品、不
同的试验要求选择合适的电源容量。一般情况下，直流高压试验所需的试验电流通常在几mA到几十mA，但是某些试品在击穿前瞬时泄漏电流还是很大，将达到安培级。这样大的泄漏电流将使设备内部产生很大压降而使试验结果不正确。（2）保护电路当试品放电，或者发生器输出端可能发生对地短路时，为了限制电容器柱的放电电流和流经高压硅的电流，需在试品与高压输出端之间串接一保护电阻。2.直流高电压试验注意事项第三节冲击高电压试验一.冲击电压发生器原理：（1）充电过程：C1向C2充电，建立电压，形成波头；（2）放电过程：当C1、C2上的电压相等时，并联对Rt放电，形成波尾。1.基本回路图5-11(a)可获得冲击电压波前的回路(b)可获得冲击电压波尾的回路 |
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