《城市軌道交通電氣設備測試（第2版）》 課件3.7沖擊耐壓試驗

《高電壓檢測項目》沖擊耐壓試驗目錄01沖擊耐壓試驗概述02沖擊電壓波形03多級沖擊電壓發(fā)生器04沖擊電壓發(fā)生器使用01沖擊耐壓試驗概述沖擊耐壓試驗概述1.1概述

電力系統(tǒng)高壓電氣設備除了承受長時期的工作電壓外，在運行過程中還可能會承受短時的雷電過電壓和操作過電壓的作用。一般用沖擊高壓試驗來檢驗高壓電氣設備的雷電過電壓和操作過電壓作用下的絕緣性能或保護性能。

沖擊高壓試驗可分為雷電沖擊高壓試驗和操作沖擊高壓試驗，使用沖擊電壓發(fā)生器產(chǎn)生高壓。沖擊電壓發(fā)生器是一種產(chǎn)生脈沖的高電壓發(fā)生裝置，原先只用于研究電力設備遭受大氣過電壓（雷擊）時的絕緣性能，后來又用于研究電力設備遭受操作過電壓時的絕緣性能。所以要求沖擊電壓發(fā)生器不僅能產(chǎn)生出現(xiàn)在電力設備上的雷電波形，還能產(chǎn)生操作過電壓波形。沖擊電壓的破壞作用不僅決定于幅值，還與波前陡度有關，對某些設備還要采用截波來進行試驗。沖擊耐壓試驗概述

由于沖擊高電壓試驗對試驗設備和測試儀器的要求高、投資大，測試技術(shù)也比較復雜，所以在絕緣預防性試驗中通常不列入沖擊耐壓試驗。但為了研究電氣設備在運行中遭受雷電過電壓和操作過電壓作用時的絕緣性能，在許多高壓試驗室中都裝設了沖擊電壓發(fā)生器，用來產(chǎn)生試驗用的雷電沖擊電壓波和操作沖擊電壓波。許多高壓電氣設備在出廠試驗、型式試驗時或大修后都必須進行沖擊高壓試驗。02沖擊電壓波形沖擊電壓波形2.1沖擊電壓波形

絕緣耐受沖擊電壓的能力與施加的電壓波形有關，而實際的沖擊電壓波形具有分散性，即每次的波形參數(shù)會有不同，為了保證多次沖擊試驗的重復性和不同試驗條件下試驗結(jié)果的可比性，必須規(guī)定統(tǒng)一的沖擊電壓波形參數(shù)。我國對標準沖擊電壓波形的規(guī)定和國際電工委員會（IEC）標準相同。如圖3-42所示為標準沖擊電壓波形，如圖3-43所示為非周期性的沖擊電壓波形。沖擊電壓波形圖3-421標準沖擊電壓波形圖3-43非周期性沖擊電壓波形沖擊電壓波形

經(jīng)過時間T1時，電壓從零上升到最大值，然后經(jīng)過時間T2－T1，電壓下降到最大值的一半。將電壓從零上升到最大值所用的時間T1稱為波頭時間（或波前時間），電壓從零開始經(jīng)過最大值又下降到最大值一半的時間T2稱為半峰值時間（或波長時間、波尾時間）。

非周期性的沖擊電壓波形由兩個指數(shù)電壓波形疊加組成，即：式中

——波尾時間常數(shù)；

——波頭時間常數(shù)，

通常

遠大于

；

A——單指數(shù)波幅值。沖擊電壓波形

對于實際的沖擊電壓波形，其起始部分通常比較模糊，在最大值附近的波形比較平坦，很難確定起始零點和到達最大值的時間。所以實際中通常采用視在波頭時間和視在半峰值時間來定義沖擊電壓波形。按照國際電工委員會（IEC）標準，實際沖擊電壓波形參數(shù)的定義如圖3-44所示。圖3-44實際的沖擊電壓波形標準沖擊電壓波形的參數(shù)為：波頭時間：1.2（1±30%）s；半峰值時間：50（1±20%）s；幅值：±3%。03多級沖擊電壓發(fā)生器多級沖擊電壓發(fā)生器3.1多級沖擊電壓發(fā)生器的原理由于受到高壓硅堆參數(shù)等因素的限制，單級沖擊電壓發(fā)生器輸出的沖擊電壓幅值一般不超過200～300kV，所以實際中要獲得更高的沖擊電壓幅值，需采用多級沖擊電壓發(fā)生器。多級沖擊電壓發(fā)生器的基本原理是：并聯(lián)充電、串聯(lián)放電。即先對多個電容器并聯(lián)充電，然后這些電容器自動串聯(lián)起來放電，以產(chǎn)生很高的沖擊電壓幅值。圖3-24是多級沖擊電壓發(fā)生器的原理電路圖。

圖3-45中，首先調(diào)整各個球隙的距離，使G1的放電電壓為U0，G2～G4的放電電壓在U0～2U0范圍內(nèi)，然后開始對各個電容器同時充電到U0。這時G1首先擊穿，導致G2～G4依次擊穿，各個電容器串聯(lián)起來對C2和R2放電，在輸出端獲得幅值很高的沖擊電壓。多級沖擊電壓發(fā)生器圖3-45多級沖擊電壓發(fā)生器的原理電路圖多級沖擊電壓發(fā)生器

沖擊電壓發(fā)生器的多個電容器由并聯(lián)轉(zhuǎn)串聯(lián)是通過許多點火球隙實現(xiàn)的，即控制點火球隙使它放電時把多個電容器串聯(lián)起來。被測設備上的電壓上升速度和經(jīng)過峰值后電壓下降的快慢，可以通過電容電路中的電阻值調(diào)節(jié)。影響波頭的電阻稱為波頭電阻，影響波尾的電阻稱為波尾電阻。試驗時，通過改變波頭電阻和波尾電阻的阻值，獲得標準沖擊電壓波的預定波頭時間和半波峰值時間。改變整流電源輸出電壓的極性和幅值，就可以獲得所需要的沖擊電壓波的極性和峰值，由此可以實現(xiàn)從幾十萬伏到幾百萬伏，甚至千萬伏的沖擊電壓發(fā)生器。

電容器由并聯(lián)充電轉(zhuǎn)變?yōu)榇?lián)放電的關鍵是雜散電容來不及放電，而雜散電容放電的快慢一方面取決于雜散電容的大小，另一方面取決于放電電阻R的大小，即雜散電容放電的時間常數(shù)。在實際當中，有時為了確保各級球隙能順利自動放電，還需要采取措施增大雜散電容。多級沖擊電壓發(fā)生器

除了沖擊耐壓試驗外，對于變壓器、電抗器等有繞組的電氣設備，還要做截斷時間為2～5s的截斷波試驗。截斷可以發(fā)生在波頭，也可以發(fā)生在波尾，這種截斷波的產(chǎn)生、測量，需要用到截波裝置。如圖3-46所示為2250kV（3×750kV）工頻高壓串級裝置，如圖3-47所示為戶內(nèi)沖擊電壓發(fā)生器及截波裝置。多級沖擊電壓發(fā)生器圖3-462250kV（3×750kV）工頻高壓串級裝置多級沖擊電壓發(fā)生器圖3-47戶內(nèi)沖擊電壓發(fā)生器及截波裝置04沖擊電壓發(fā)生器使用沖擊電壓發(fā)生器使用4.1準備工作

選擇合適容量、電壓的電源，將設備按有效絕緣距離布置就位，選擇合適導線正確接線。

接好設備的接地線，設備的接地線應相互相連，最終一點接地，連接在本體附近，接地線應采用25mm2銅皮相聯(lián)。

清除發(fā)生器各部分絕緣和球隙表面的灰塵、污垢、潮氣，檢查控制測量系統(tǒng)且將控制、測量系統(tǒng)調(diào)整預置好。復查接線和接地是否正確，關閉試區(qū)大門及防護門。不充電，將裝置先動作一遍，查看動作是否靈活，接觸是否良好。4.2接線沖擊電壓發(fā)生器使用4.3調(diào)波方法

檢查沖擊發(fā)生器充電裝置與本體及電容分壓器相連部分是否正確，各部位是否良好接地。根據(jù)波頭電容估算波頭電阻值和波尾阻值，將估算合適的波頭電阻和波尾電阻接入本體，用鋁棒將操作波的外波頭電阻短接。根據(jù)估測沖擊電壓波幅值，適當選擇沖擊電壓分壓器低壓臂電容，保證低壓臂電壓幅值不超過1000V。

在低壓情況下，對本體充電，充電到整定電壓與充電電壓相等時觸發(fā)本體對波頭電容放電，波頭時間偏短，增加波頭電阻，半峰值時間偏短，增加波尾電阻，反之相關。

當產(chǎn)生操作沖擊電壓波時，拆除鋁短接棒，將外波頭電阻接入放電回路，拆除或調(diào)換各級雷電波尾電阻。當產(chǎn)生幅值較高的操作沖擊電壓波時，控制室觀察走廊應有可靠接地的金屬網(wǎng)遮欄，周圍其他試驗設備和物體應可靠接地。沖擊電壓發(fā)生器使用

測量儀器測出波形是否符合標準，如果波頭時間偏小，增加外波頭電阻阻值，反之相反。盡管在不同負荷電容下，一般操作波的半峰值時間均能符合標準偏差規(guī)定。

如圖3-48所示為進行中的沖擊放電試驗。圖3-48進行中的沖擊放電試驗復習與思考1.