69久久国产露脸精品国产 直流电压击穿试验设备特点

直流高电压试验

电气设备 常需进行直流高 电压 下的绝缘耐受试验，也称直流耐受试验，如测量 设备 的泄漏电流就需要施加直流高 电压 。另外，一些电容量较大的交流 设备 ，如电力电缆，需用直流高 电压 试验来代替交流高 电压 试验；对于超特高 电压 直流输电 设备 ，则更需要进行直流高 电压 试验。此外，一些高 电压 试验 设备 ，如冲击高 电压 试验 设备 ，也需用直流高 电压 作电源。因此，直流高 电压 试验 设备 是进行高 电压 试验的一项基本 设备 。

1 直流高电压试验的特点

直流耐压试验与测量直流泄漏电流的试验在方法上是一致的，但从试验的作用来看则有所不同，前者是试验绝缘 强度 ，其试验 电压 较高；后者是检查绝缘情况，试验 电压 较低。目前在发电机、电动机、电力电缆、电容器等 设备 的绝缘预防性试验中广泛地应用直流耐压试验。它与交流耐压试验相比，主要有以下一些特点：

(1)在进行 工频 耐压试验时，试验 设备 的容量P= ω C _X U ² ，对于试验电容量较大的试品时，需要较大容量的试验 设备 ，这在一般情况下不容易办到。而在直流 电压 作用下，没有电容电流，故进行高压直流耐压试验时，只需供给较小的毫安级泄漏电流，试验 设备 可以做得体积小而且比较轻巧，适用于现场预防性试验的要求。

(2)在进行直流耐压试验时，可以同时测量泄漏电流，并根据泄漏电流随所加 电压 的变 化特性来判断绝缘的状况，以便及早地发现绝缘中存在的局部缺陷。

(3)直流耐压试验比交流耐压试验更能发现电机端部的绝缘缺陷。其原因是交流 电压 作用下，绝缘内部的 电压 分布是按电容分布的，电机绕组绝缘的电容电流流向接地的定子铁心，使得离铁心越远的绕组绝缘上承受的 电压 越低。而在直流 电压 下，没有电容电流流经线棒绝缘，端部绝缘上的 电压 与所加 电压 相一致，有利于发现绕组端部的绝缘缺陷。

(4)直流耐压试验对绝缘的损伤程度比交流耐压小。交流耐压试验时产生的 介质 损耗较大，容易引起绝缘发热，促使绝缘老化变质，对被 击穿 的绝缘，其 击穿 损伤部分面积大，增加修复的困难。

(5)由于直流 电压 作用下在绝缘内部的 电压 分布和交流也压作用下的 电压 分布不同，因此不能用直流耐压试验代替交流耐压试验，在实际工作中应根据具体情况合理选择使用。

(6)直流耐压试验时，试验 电压 值的选择是一个重要的问题。如前所述，由于直流 电压 下的 介质 损耗小，局部放电的发展也远比交流耐压试验时弱，因此在直流 电压 作用下绝缘的 击穿强度 比交流 电压 作用下高。在选择直流耐压的试验 电压 值时，必须考虑到这一点，并主要根据运行经验来确定。例如对发电机定子绕组，按不同情况，其直流耐压试验 电压 值分别 取 2～3倍额定 电压 。直流耐压试验时的加压时间也应比交流耐压试验要长一些。如发电机试验 电压 是以每级0.5倍额定 电压 分阶段升高的，每阶段停留1min，读取泄漏电流值。电力电缆试验时，在试验 电压 下持续5min，以观察试验现象并读取泄漏电流值。

需要指出，一般直流高 电压 试验如同雷电冲击耐压一样通常都采用负极性试验 电压 。

2 直流高电压的产生

直流高 电压 试验 设备 的基本技术参数有三个：输出的额定直流 电压 平均值 U _av ，相应的额定直流电流平均值I _av ，以及 电压 脉动系数S( 电压 脉动幅值 δ U与直流 电压 平均值U _av 之比)。根据相关规程规定，S应不大于3%。

一般用整流 设备 来产生直流高 电压 ，常用的整流 设备 是高压硅整流器 (俗称高压硅堆)。图6-4所示为 由高压硅堆组成的半波整流电路。它的原理和接线与电力电子技术中常用的低压半波整流电路基本一样，只是增加了一个保护 电阻 R _b 。这是为了限制试品(或 电容器 C)发生 击穿 或闪络时，以及当电源向电容器C突然充电时通过高压硅堆和变压器的电流，以免损坏高压硅堆和变压器。对于在试验中因瞬态过程引起的过 电压 ，R _b 和C也起抑制作用。R _b 阻值的选择应保证流过硅堆的短路电流(最大值)不超过允许的瞬时过载电流(最大值)。

如果没有负载 (R _L = ∞ )，并忽略电容器C的泄漏电流，则充电完毕后，电容器C两端维持恒定 电压 U _c ，并等于变压器高压侧交流 电压 的最大值U _m ，即U _c =U _m 。而整流元件VD两端承受的反向 电压 u _D 等于电容器C两端 电压 加上变 压器高压侧交流 电压 ，即 u _D =U _c +U _m sin ω t，如 图 6-5中的影线所示。最大反向 电压 为U _D =2U _m ，显 然整流元件能耐受的 电压 应大于 2U _m 。

当接上负载后，在一个周期内，电容 C的电荷变 化量为零，平均电流为零，而通过负载的电荷 Q是由充电电源经过整流元件VD供给的，所以 通过整流元件的平均电流等于负载的平均电流。

从图 6-6可以看出，接上负载后，输出 电压 不再维持恒定，而是具有一定的 电压 脉动 2 δ U。

通常负载 电阻 R _L 远大于保护 电阻 R _b ，为 了便于分析起见，可忽略 R _b 。设电容C的平 均 电压 为 U _{a v} (亦即负载的平均 电压 )，负载的 平均电流为 I _av ， I _av =U _{a v} /R _L ， 则在 t ₁ ～t ₂ 电容放 电期间，电容 C通过负载放掉的电荷为

式中： T、f分別为充电电源的周期和频率。

电容 C因放掉电荷Q而产生的 电压 脉动为

电压 脉动系数为

可见， 电压 脉动随负载电流增加而增大，增大电容量 C或提高充电电源的频率f可以成比例地减小 电压 脉动。

充电电源对电容 C和负载R _L 供电时，会在保护 电阻 R _b 上产生 电压 降(忽略变压器绕组电阳和整流元件的正向 电阻 压降)，所以输出的直流 电压 将低于充电 电压 的幅值U _m 。 电压 降落的平均值为 ∆ U _av =U _m - U _av 。

在进行直流高 电压 试验时，常在 C和R _L 之间再串联一个数千欧的 电阻 R _f ，这是为了限制R _L 发生闪络或 击穿 时电容C的放电电流。

3 倍压整流

如欲得到更高的 电压 并充分利用变压器的功率，可采用图 6-7所示的倍压整流电路。可以看出，图6-7(a)所示倍压整流电路实质上是两个半波整流电路的叠加，近年来这种电路广泛地作为绝缘芯变压器直流高 电压 装置的基本单元。图6-7(b)中，负半波期间充电电源经VD1向C ₁ 充电达U _m ，正半波期间充电电源与C ₁ 中联起来经VD2向C ₂ 充电达2U _m ，这是目前直流高 电压 发生器中应用较多的基本倍压整流电路。图6-7(c)所示为一种需两端绝缘的电源变压器的三倍压整流 回 路。

为了获得更高的直流 电压 ，可以利用图 6-7(b)所示的倍压整流电路为基本单元组成串级直流高压发生装置，如图6-8所示。下面简要地阐述这种电路的工作原理。当1点电位为负时，整流元件VD2闭锁，VD1导通；电源经VD1向电容C ₁ 充电，3端为正，1端为负；电容C ₁ 上最大可能达到的电位差为接近于U _m ；此时3点的电位接近于地电位。当电源 电 压 由 - U逐渐升高时，3点的电位也随之被抬高，此时VT1便闭锁。当3点的电位比2点高时(开始时C ₂ 尚未充电，2点电位为零)，VD2导通，电源经C ₁ 、VD2向C ₂ 充电，2点电位逐渐升高(对地为正)，电容C ₂ 上最大可能达到的电位差为接近于2U _m 。当电源 电压 内+U逐渐下降，3点电位即随之降落。当3点电位低于2点电位时，整流元件VD2闭锁，VD3导通，C ₂ 经VD3向C ₃ 充电。当1点电位继续下降到对地为负时，电容C ₃ 上最大可能达到的电位差为接近于2U _m 。当电源 电压 再次变正后，电源 电压 和C ₁ 与C ₃ 上的 电压 串联通过VD4向C ₄ 充电，使电容C ₄ 上最大可能达到的电位差为接近于2U _m 。之后重复上述过程。图6-9所示为各节点的对地 电压 波形。如果负荷电流为零，且略去整流元件的压降，则理论上最后5点电位将在(+2～+4)U _m 范围 内变化，而 4点的输出直流 电压 可达+4U _m 。

采用上述单元电路串接起来可以实现多倍压整流电路。当这种电路串接级数增加时， 电压 降落和脉动度增大甚烈。