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文檔簡介

1、絕緣液體雷電沖擊擊穿電壓測定法 DL 41891 中華人民共和國電力行業(yè)標準 DL 41891 絕緣液體雷電沖擊擊穿電壓測定法 中華人民共和國能源部1991-10-04批準 1992-04-01實施 本標準參照采納國際標準IEC897(1987)絕緣液體雷電沖擊擊穿電壓測定法 制訂的。 1主題內容與適用范圍 本標準規(guī)定了兩個試驗方法,即方法A和方法B,用來評定絕緣液體在不對 稱電場中經受標準雷電沖擊的電氣強度。 方法A步進試驗法:用來提供在特定條件下,絕緣液體雷電沖擊擊穿電壓 的可能值。 方法B序貫試驗法:這是一種統(tǒng)計試驗法,用來檢驗絕緣液體在某一給定 的雷電沖擊電壓作用下的擊穿概率的假設。

2、本標準適應于使用過的和未使用過的絕緣液體。被試絕緣液體在40時的粘 度應低于700mm2/s。 兩種方法均可使用正、負兩種極性的沖擊。但用于推斷化學組份對絕緣液體雷 電沖擊擊穿電壓的阻礙時,用負極性沖擊為宜。 此兩種方法要緊用于建立評定絕緣液體雷電沖擊擊穿電壓的標準程序。它們均 可用來推斷絕緣液體的耐雷電沖擊特性和由于生產工藝改進、組份發(fā)生變化或油源 不同時,雷電沖擊擊穿電壓值的變化。 2引用標準 GB311.1311.6 高壓輸變電設備的絕緣配合 GB7597電力用油(變壓器油、汽輪機油)取樣方法 3意義 3.1在電氣設備中使用的絕緣液體,運行中可能要承受疊加于工頻電壓之上的瞬態(tài) 操作電壓或

3、雷電沖擊電壓的作用。 如此的瞬態(tài)電壓不管是單向的依舊振蕩的,其結果必將是一個正極性或負極性 的瞬態(tài)電壓作用過程。因此,應該明白絕緣液體在這些條件下的特性。 然而,在試油杯中用針-球電極進行實驗,要得到沖擊擊穿電壓與實際絕緣系 統(tǒng)中絕緣液體的擊穿性能之間的關系,還需要做更多的工作。 3.2絕緣液體的沖擊擊穿是一個至今尚未弄清的復雜現(xiàn)象。概而言之,擊穿需要激 發(fā)和預擊穿擾動的傳播(流柱)。 由于擊穿電壓取決于電壓波形、電壓作用時刻和電場分布等因素,因此,為得 到有可比性的結果。所有這些因素都要有明確規(guī)定并要嚴格操縱。盡管如此,其結 果仍可能產生較大的分散性,可認為這種分散性與預擊穿機理的隨機性有關

4、。 圖 1 試油杯結構圖 1標準厚度規(guī);2有機玻璃罩; 3有機玻璃筒;4針極;5鋼球; 6磁體;7有機玻璃座 3.3在對稱電場中,擊穿特性不受施加電壓極性的阻礙;但在不均勻電場中,施加 電壓的極性對擊穿特性卻有顯著的作用,特不是對針-球電極,其極性效應尤為顯 著。實踐證明,在這種電場分布中,液體的化學成分對負沖擊擊穿特性起主 要作用。 因此,為了區(qū)分不同絕緣液體中化學組分的阻礙,應使用上述的針-球電極結 構。 3.4沖擊擊穿電壓取決于波頭時刻,因此,上述方法規(guī)定只能用1.2/50s的標準 波。 3.5與工頻擊穿電壓不同,針-球電極的沖擊擊穿電壓,一般情況下與水分、顆粒等 各類雜質含量無關。因此

5、,只要雜質含量不超過液體的可使用極限即可,此處不做 專門規(guī)定。 4儀器 4.1沖擊電壓發(fā)生器 沖擊電壓發(fā)生器應能產生“正”、“負”極性可調的標準雷電全波(1.2 30%/5020%s);沖擊電壓發(fā)生器的額定電壓應不小于300kV;輸出能量在 0.120kJ之間(用較小輸出能量的為宜)。沖擊電壓發(fā)生器最好帶有點火球隙,以 便操縱升壓時的步長。 4.1.1沖擊電壓值的調整。沖擊電壓峰值可用精確度為1%的手動充電裝置進行調 整,用精確度為0.5%的自動觸發(fā)裝置來進行調整就更好了。 4.1.2沖擊電壓的測量。沖擊電壓應依照國家標準GB 311.1311.6中的“第三部 分 測量裝置”的規(guī)定來進行測量。

6、測量時,用通過精確校準的電阻分壓器與峰值電壓 表配合使用比單獨使用示波器優(yōu)越。測量系統(tǒng)可按規(guī)定用球隙法校正,沖擊電壓峰 值測量誤差應不超過3%。 4.2試油杯 試油杯結構圖見圖1,它應滿足以下要求: 4.2.1由一裝有垂直電極間隙的容器組成,該容器應可盛裝約300mL液體。其金屬 部件僅限于電極及其支撐部分,其余部件最好采納透明材料。 4.2.2應易于安裝、拆卸和清洗,且不漏油,易于更換電極,其尺寸應保證油杯外 部的閃絡電壓大于250kV。 4.2.3所用絕緣材料必須有較高的介電強度,在80溫度下耐熱性穩(wěn)定,能與被試 絕緣液體相容,能耐溶劑及一般清洗劑。 4.2.4電極間隙由可調節(jié)距離的針-球

7、結構構成,球電極采納直徑為12.513mm經 拋光的軸承用鋼球。它由一個固定在支座上的磁鐵定位。針極采納尖端曲率半徑為 4070m的鋼針,用顯微鏡來檢查尖端的形狀和曲率半徑,兩電極同心度要好, 附錄B給出了測量曲率半徑的一種方法。 5試劑 正庚烷:分析純。 6預備工作 6.1采樣 依照GB 7597進行絕緣液體的樣品采樣。 6.2油杯的清洗 試油杯的所有部件(包括球電極和針電極)都應該用正庚烷除油污。再用洗滌劑 清洗,然后,依次用自來水、蒸餾水沖洗。最后用無油干燥壓縮空氣干燥各部件, 亦可放在潔凈的烘箱(溫度不高于80)內烘干,并保存在干燥器內備用。 按上述步驟所預備的油杯即可用于試驗。在新樣

8、品進行試驗往常,重復上述清 洗程序。 6.3試驗的預備 6.3.1試驗前,先按6.2條中所述方法備好試油杯和電極。 6.3.2試樣在試驗室內放置一段時刻,待油和氣室溫相近方可試驗,室溫為1530 之間為宜。試樣注入油杯時,應緩緩沿油杯內壁流入,注意切勿有氣泡產生。 6.3.3調整電極間隙距離。首先輕輕地將兩電極接觸??捎脷W姆表檢查其是否接 觸。然后,將上端針電極提起,插入誤差不大于0.1mm的標準厚度規(guī),固定針電 極到所要求的間隙位置。沖擊電壓發(fā)生器的輸出施加于針電極上端,球電極下端 接地,接 地線要盡量短。 7方法A步進試驗法 7.1方法概要 將一個1.2/50s的標準雷電沖擊電壓,通過針-

9、球電極系統(tǒng)施加于被試絕緣 液體。按一定級電壓逐步升高施加電壓,直至擊穿發(fā)生。共取得五個擊穿值,取 它們的算術平均值作為該試樣的雷電沖擊擊穿電壓值。 7.2試驗步驟 7.2.1按6.3條要求做好試驗前的預備。試驗開始前,液體樣至少靜止5min。 7.2.2依照表1按電極間隙為15mm時的預期擊穿電壓值(Ue),選擇合適的試驗起始 電壓值(Ui)、級電壓和電極間隙。 表 1 起始電壓和間隙的選擇 注:為了便于比較不同的變壓器油,建議對國內使用的變壓器油的電極間隙,在負 極性下采納15mm,在正極性下采納25mm。 7.2.3首先施加起始電壓Ui(選定極性),然后逐級升壓,直至擊穿。在每級電壓 水平

10、上僅對試樣施加一次沖擊,在所施加的兩次沖擊電壓之間至少應間隔 1min,直至擊穿。 7.2.4重復7.2.3條步驟,直至得到五個擊穿值。每次擊穿后,更換試樣,更換針極 并轉動球極,球極經五次擊穿后也要更換。 7.2.5在發(fā)生擊穿之前,試樣至少已同意了三次沖擊試驗才算有效。若擊穿發(fā)生在 三次沖擊之前,則應依照情況將起始電壓降低5kV或10kV重新進行試驗。 7.2.6記下五次擊穿時的各電壓峰值,將其算術平均值作為擊穿電壓值。 7.2.7當試樣的擊穿電壓Ue不能預先確定時,則使用15mm的間隙50kV起始電壓 和10kV級電壓。 假如用15mm間隙時,試樣的擊穿值高于油杯的閃絡電壓(約250kV)

11、,則將間 隙減到10mm。必要的話,還可減到5mm。 7.3周密度 用下述規(guī)定推斷測定結果的可靠性(95%置信水平)。 重復性:同一樣品重復測定的兩個結果(五次擊穿電壓的算術平均值)之差,不 應大于兩個結果的算術平均值的7%(負極性)和15%(正極性)。 再現(xiàn)性:不同試驗室對同一樣品分不提出的兩個結果(五次擊穿電壓的算術平 均值)之差,不應大于兩個結果的算術平均值的10%(負極性)和30%(正極性)。 若兩個試驗結果之差超出所給數(shù)值,則需重新試驗,并校準儀器。 7.4報告 a.本標準的編號及所用的方法。 b.樣品牌號、試驗室溫度、濕度。 c.電極間隙距離。 d.沖擊電壓的極性、起始的峰值電壓和

12、級電壓。 e.每次擊穿時的峰值電壓。 f.平均擊穿電壓 g.平均標準偏差 。 式中:Xi第i次的擊穿電壓,kV。 8方法B序貫試驗法 8.1方法概要 對某種絕緣液體施加一雷電沖擊電壓,當其峰值接近于方法A所測得的擊穿電 壓時,可能使該絕緣液體發(fā)生擊穿,也可能不發(fā)生擊穿。因此,應引入擊穿概率P 的概念,它是未知的沖擊電壓U的函數(shù)。 序貫試驗法是把試樣的雷電沖擊電壓擊穿概率P與一個任選值進行比較(此任 選值可設為P0),并檢驗零假設H0:PP0對備擇假設H1:PP0(見附錄A)。 本方法是對被試驗絕緣液體多次重復施加恒定峰值的沖擊電壓,直至出現(xiàn)擊穿。然 后,再更換樣品,重復進行上述試驗,并將結果畫

13、在判定圖上(見圖2)。上述試驗 進行到作出拒絕或同意零假設(H0)為止。若完成了85次沖擊后,仍得不出 結論時,則需降低電壓,重新試驗。 圖 2 判定圖 8.2試驗步驟 8.2.1用適當?shù)膒0值和附錄A規(guī)定的參數(shù)值畫出判定圖。 8.2.2選擇雷電沖擊電壓峰值U0(可用比由方法A確定的平均擊穿電壓低兩個級的 電壓值),并調整沖擊電壓發(fā)生器輸出為U0。 8.2.3按6.2、6.3條規(guī)定預備好試油杯并調節(jié)電極間隙到所要求的值。 8.2.4待被測試樣至少靜止5min后,施加第1個已選定極性和峰值U0的沖擊電壓, 若現(xiàn)在擊穿未發(fā)生,至少待1min后,再加第2次沖擊電壓,直至擊穿發(fā)生。 8.2.5在每次擊

14、穿后,更換試樣,更換針極并轉動球極,球經5次沖穿后也應更換。 8.2.6將每個樣品每次擊穿放電與所加沖擊次數(shù)的結果畫在判定圖上。 8.2.7當描出的試驗曲線落在D1和D2兩直線所夾區(qū)域時則不能判定,必須接著試 驗。一般,當施加85次沖擊后仍作不出決定,則應在降低5kV或10kV電壓水平 后重新試驗。 假如試驗曲線與D1相交,則同意零假設H0:PP0。 假如試驗曲線與D2相交,則拒絕零假設,而同意備擇假設H1:PP0。 8.3報告 a.本標準的編號及所用的方法。 b.樣品牌號、試驗室溫度、濕度。 c.電極間隙距離。 d.沖擊電壓的極性和選定的沖擊電壓峰值。 e.選取的統(tǒng)計參數(shù)。 f.判定圖和試驗

15、結果。 g.結論。 附 錄 A 序貫試驗法簡介及判定圖的構成法 (參考件) A1本附錄簡述了序貫試驗法的原理并給出了畫判定圖的方法。 A2符號講明: P(U)或P:在沖擊電壓為U時,絕緣液體的標準雷電沖擊擊穿概率。 P0:對應于可同意的質量標準的任選擊穿概率。 P1:低于P0的擊穿概率,該值的選擇考慮了所加試驗電壓的精確度等阻礙 因素。 P2:高于P0的擊穿概率,該值的選擇考慮了所加試驗電壓的精確度等阻礙 因素。 H0:零假設:PP0。 H1:備擇假設:PP0,此假設相關于零假設。 :H0為真,拒絕H0的概率。 :H1為真,同意H0的概率。 n:施加的沖擊次數(shù)。 dn:施加n個沖擊后觀測到的擊

16、穿放電次數(shù)。 An:同意數(shù)。 Rn:拒絕數(shù)。 注:P的數(shù)值在任何情況都難以得到,序貫試驗的目的不是要確定那個概率, 而是要在工業(yè)實踐中通過一個加速程序與一確定的概率P0相比較,對絕緣液體給 出一個令人中意的耐雷電沖擊水平的信息。 A3方法簡介及判定圖繪制法: A3.1本附錄中分析絕緣液體擊穿概率問題是一個假設檢 驗問題。是在對試樣施加一個恒定峰值電壓U的標準雷電波(1.2/50s)的條件下, 把試樣的擊穿概率P與一個任選值P0進行比較,檢驗零假設H0:PP0對備擇 假設H1:PP0,得出是同意或拒絕H0的推斷,依舊接著做試驗。 A3.2考慮到所加沖擊試驗電壓產生的誤差及其他一些誤差因素的阻礙,

17、取P1 P0,P2P0,把上述假設檢驗問題轉化為檢驗零假設H0:PP1對備擇假設H1: PP2,而對如此一個復雜假設檢驗問題又能夠簡化為下面的簡單假設檢驗問題 :H0:P=P1對H1:P=P2。 A3.3設L為概率比,并定義 式中 L1當P=P1時,一組觀測值所得的概率; L2當P=P2時,一組觀測值所得的概率。 序貫試驗是在實驗的任一時期計算L并做如下的規(guī)定: 如LA時,則H0被同意; 如LR時,則H0被拒絕; 如ALR時,進一步觀看,接著進行試驗。 A和R的選擇:當P=P1時,拒絕H0的概率為,而當P=P2時,同意H0 的概率為。 A和R的近似計算公式為 通常當PP1時,拒絕H0的概率經常

18、是小于或等于,而當PP2時, 同意H0的概率經常是小于或等于。 A3.4當P=P1時,n次沖擊出現(xiàn)dn次擊穿概率為 當P=P2時,n次沖擊產生dn擊穿概率為 因此,概率比為 假設在n次沖擊后LA,則: 關于觀看到的擊穿數(shù)dn,上式中dnh1+Sn,式中h1和Sn是由下式決定的常 數(shù),即 (A1) (A2) 令 Anh1+Sn 則當dnAn時滿足LA條件,就同意零假設H0,因此An稱為合格判定數(shù)。 A3.5現(xiàn)在假設在n次沖擊后LR,用與上述同樣的方法dnh2+Sn,而h2由 公式計算為 (A3) 令 Rnh2+Sn 當dnRn時,滿足LR條件,零假設H0被拒絕,Rn稱為不合格判定數(shù)。 A3.6n次沖擊后的試驗結果,可用點(n,dn)在n和dn的坐標圖上表示。此外,An 和R

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