擊穿電壓試驗儀器設(shè)備

交直流試驗的切換

(1) 電氣、介電強(qiáng)度試驗機(jī)器高壓輸出為交流電壓。直流的獲得方式為在原回路中串入高壓硅堆，使測試回路為脈動 的直流電壓。實現(xiàn)的過程為，硅堆已經(jīng)在高壓變壓器的高壓絕緣塔中，平時用一個短路桿把高壓硅堆短接。 需要直流試驗時，取出短路桿，使高壓硅堆接入測試電路中，這時回路的電壓為脈動的直流電壓。

(2) 試驗的交直流電壓切換，主要取決于高壓絕緣塔中的短路桿是否取出。當(dāng)取出短路桿時，高壓 均壓球上的電壓為直流電壓，插入短路桿時，高壓均壓球上的電壓為交流電壓。短路桿的取出、插入?yún)⒖?span> 左側(cè)的示意圖。

(3) 在直流試驗時，計算機(jī)也要選擇直流狀態(tài)，否則測的結(jié)果是不正確的。簡單的說，交流電壓與 直流電壓有根號2倍的關(guān)系。

1、設(shè)備輸入電壓：交流 100KV (普通試驗室電源均可兼容)

2、試驗電壓方式：交流 0--100 KV ；直流 0--100 KV；

3、電器容量：10KVA;

4、試驗方法：0-100KV全量程可調(diào);

5、擊穿及耐壓試驗升壓速率：10V/S-5KV/S

6、試驗方式： 交/直流試驗：1、勻速升壓  2、階梯升壓  3、耐壓試驗

7、過電流保護(hù)裝置應(yīng)有足夠靈敏度以保證試樣擊穿時在0.1S內(nèi)切斷電源。

8、漏電電流選擇：1—100 mA可由計算機(jī)軟件自由進(jìn)行設(shè)定。

9、本儀器采用*的無觸點(diǎn)原件勻速調(diào)壓方式，淘汰同類產(chǎn)品中機(jī)械傳動升壓方式。

10、支持短時間內(nèi)短路試驗要求。(其它同類產(chǎn)品無此功能)

11、一次試驗可以同時做5個試樣。(同類產(chǎn)品一次試驗只能做一個試樣)

12、電壓測量誤差：≤ 2％

13、試驗電壓連續(xù)可調(diào)：0-100 KV

14、耐壓時間設(shè)定： 0-6小時(可通過軟件連續(xù)設(shè)定)

15、九級安全防護(hù)措施： 

(1) 超壓保護(hù)

(2)試驗過流保護(hù) 

(3)試驗短路保護(hù)

(4)安全門開啟保護(hù)

(5)軟件誤操作保護(hù)

(6)零電壓復(fù)位保護(hù)

(7)試驗結(jié)束放電保護(hù)

(8)獨(dú)立保護(hù)接地

(9)試驗完成后電磁放電

擊穿電壓試驗儀器設(shè)備—變壓器油擊穿電壓試驗

在交流電場下，變壓器油紙絕緣電壓一般按照電容分布；直流電壓下，一般按照電阻分布。在極性反轉(zhuǎn)電壓下，既有長時間的直流電壓維持，又有極性反轉(zhuǎn)的過程，因此，電壓分布關(guān)系要相對復(fù)雜。有必要對變壓器絕緣在該電壓下的擊穿特性和擊穿機(jī)理進(jìn)行深入研究。

1實驗方法

1.1實驗?zāi)Ｐ?/span>

實驗?zāi)Ｐ腿鐖D1所示，包括高壓電極、低壓電極、屏蔽電極和絕緣支撐。高低壓電極的直徑為90mm，導(dǎo)角的半徑為15mm，高度為50mm。屏蔽與低壓電極間隙為2mm，高度為20mm避免了絕緣支架漏電流對電流測量的影響。電流測量在低壓電極與屏蔽之間通過屏蔽電纜引出來獲得。實驗?zāi)Ｐ头胖迷谝粋€絕緣筒油箱中，其中充滿被實驗的變壓器油，高低壓電極之間的油隙為試樣。

1.2實驗裝置

實驗裝置如圖2所示，包括正極性直流高壓發(fā)生器、負(fù)極性直流高壓發(fā)生器、保護(hù)電阻、烘箱、實驗?zāi)Ｐ秃臀脖怼O性反轉(zhuǎn)靠正負(fù)極性直流高壓發(fā)生器之間的轉(zhuǎn)換開關(guān)控制。

1.3實驗過程

變壓器油試品首先經(jīng)過脫水、脫氣處理，使含水量小于l0ppm，交流擊穿電壓大于60kV，90℃時介質(zhì)損耗小于0.4%，可以看成工程純凈變壓器油。處理后的變壓器油放置在烘箱中恒溫。

參照實驗標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)擊穿實驗的要求，本文設(shè)計了實驗方案，施加電壓過程如圖3所示。對每個樣品實驗，電壓施加到-V1，后開始記錄實驗時間。從每個電壓持續(xù)時間開始時刻算起，取最小20s間隔記錄實驗電壓與電流數(shù)值，一直到樣品擊穿。更換新變壓器油樣品，重復(fù)進(jìn)行實驗。

2實驗結(jié)果

2.1不同油隙實驗

油隙取6mm和8mm，每個油隙樣品個數(shù)為10}在室溫20℃下進(jìn)行了極性反轉(zhuǎn)電壓實驗。對每個間隙，都得到了10個擊穿電壓值，把它們(實點(diǎn))標(biāo)注在不擊穿時施加電壓過程曲線(細(xì)線)上可以得到擊穿電壓位置的分布情況，如圖4所示。取10個樣品中擊穿電壓相對較高的5個樣品的電流作算術(shù)平均，平均電流變化曲線如圖5所示。經(jīng)計算，6mm油隙的擊穿場強(qiáng)絕對值的平均值為8.33kV/mm

8mm油隙為8.9kV/mm。

圖4可以說明，在20℃溫度下，2種油隙的擊穿沒有發(fā)生在極性反轉(zhuǎn)位置;隨油隙距離增大，擊穿電壓升高。計算的擊穿場強(qiáng)數(shù)值也出現(xiàn)了升高。圖5可以說明，2種油隙平均電流變化規(guī)律一致，同一電壓下，電流出現(xiàn)了明顯從暫態(tài)到穩(wěn)態(tài)的變化過程。

2.2不同溫度實驗

取油隙為8mm，在20℃、40℃、60℃、80℃和100℃5個溫度點(diǎn)下，進(jìn)行了極性反轉(zhuǎn)電壓實驗，對每個溫度點(diǎn)下樣品個數(shù)為10。擊穿場強(qiáng)絕對值與溫度關(guān)系如圖6所示。對每個溫度點(diǎn)下的10個擊穿電壓值的分布情況如圖7所示。

圖6說明變壓器油擊穿場強(qiáng)與溫度相關(guān)，在40℃以下時，隨溫度升高，擊穿場強(qiáng)升高。在40℃以上時，隨溫度升高擊穿場強(qiáng)下降，在40℃時出現(xiàn)了最大值。由圖7可見，擊穿電壓出現(xiàn)時刻的概率分布不同。低溫時擊穿電壓不出現(xiàn)在極性反轉(zhuǎn)位置，高溫時擊穿經(jīng)常在極性反轉(zhuǎn)位置;不論低溫還是高溫下，擊穿出現(xiàn)在同極性電壓升高位置概率高。

在各種溫度下，油隙平均電流隨施加電壓升高而增大。在同一電壓下，平均電流隨溫度升高而增大，而且都出現(xiàn)了從暫態(tài)到穩(wěn)態(tài)的變化過程，這個過程的規(guī)律相差很大。低溫時電流由小到大緩慢變化，高溫時電流出現(xiàn)了過沖，電流由大到小變化。

3離子運(yùn)動與擊穿規(guī)律的討論

3.1液體電導(dǎo)的一般規(guī)律

作為弱極性介質(zhì)，變壓器油的電導(dǎo)一般為雜質(zhì)電導(dǎo)。在弱電場下，雜質(zhì)分子僅有極少一部分由于熱振動離解而形成的正負(fù)極性的帶電離子，離解的正負(fù)離子相碰撞也能復(fù)合成中性分子。液體中的離子在松弛時間內(nèi)與鄰近的分子束縛在一起，在某一位置作振動，而另一段時間因碰撞得到較大的動能超出鄰近分子的束縛勢壘時，與相鄰的分子分開，遷移一個與分子尺寸可相比較的一段路徑后，再次被束縛。在無電場時，離子沿各方向遷移幾率相等，總體無離子電流。

3.2離子運(yùn)動模型建立

從離子電導(dǎo)一般規(guī)律可以看出，正負(fù)離子的產(chǎn)生是分子熱振動的結(jié)果，同時離子會復(fù)合成分子。在電場作用下，僅有一小部分過剩離子運(yùn)動產(chǎn)生電導(dǎo)。由于離子的平均躍遷距離遠(yuǎn)小于極板之間的距離，所以過剩離子中的一小部分正負(fù)離子能夠達(dá)到電極中和產(chǎn)生電極電流。

平衡(穩(wěn)定)狀態(tài)下，單位時間內(nèi)離子數(shù)應(yīng)該滿足以下等式：

熱離解離子數(shù)=復(fù)合離子數(shù)+中和離子數(shù)。

在單位時間內(nèi)離子運(yùn)動的平均距離為s，設(shè)電場間隙d為s的m倍，則暫態(tài)過程底完成需要m個單位時間。假設(shè)離子在所處的區(qū)域內(nèi)均勻分布，則在第一個單位時間，熱電離產(chǎn)生的濃度為n01，的離子，沿電場方向產(chǎn)生的過剩離子為△n1，這些過剩離子有s距離空間的離子能夠達(dá)到極板，間隙內(nèi)剩余(d-s>距離空間的過剩離子。在第二個單位時間內(nèi)，會有相同濃度n01(第一個單位時間內(nèi)的過剩離子與總離子數(shù)相比較可以忽略)的離子產(chǎn)生，沿電場方向也產(chǎn)生的過剩離子△n1，和相同距離s的位移，但與第一個單位時間不同的是，第一個單位時間內(nèi)乘l余的過剩離子由于復(fù)合作用濃度下降到△n2同時也完成了s距離的移動。如次累計，當(dāng)單位時間數(shù)增加到一定程度后，由于離子復(fù)合的作用，第一個單位時間離解的過剩離子己經(jīng)不存在了，離子運(yùn)動進(jìn)入穩(wěn)態(tài)過程。

正負(fù)過剩離子運(yùn)動規(guī)律的差異會導(dǎo)致電場分空間非對稱性;電場強(qiáng)度變化會導(dǎo)致過剩離子運(yùn)動發(fā)生改變，通過弱場區(qū)域離子運(yùn)動速度減慢，通過強(qiáng)場區(qū)的運(yùn)動速度加快，也會導(dǎo)致電場改變，所以實際電場分布會有所差異。按照以上離子運(yùn)動模型，極板電流及電場的分布與過剩離子的復(fù)合速度、離子運(yùn)動速度(單位時間內(nèi)離子運(yùn)動的平均距離和極板間距有關(guān)。其他條件不變時，隨溫度增加，過剩離子復(fù)合速度和運(yùn)動速度都增加，電場畸變減弱;其他條件不變時，電場強(qiáng)度增大，過剩離子運(yùn)動速度與復(fù)合速度增加，電場畸變減弱。

3.3極性反轉(zhuǎn)電壓下的擊穿規(guī)律

一般，擊穿電壓與電場畸變程度有關(guān)。電場畸變造成局部場強(qiáng)過高，引起局部放電或擊穿，最后導(dǎo)致整體絕緣擊穿。相同溫度和場強(qiáng)下，油間隙在一定范圍內(nèi)變化不會影響電極附近離子濃度分布，場強(qiáng)畸變變化不大，所以在極性反轉(zhuǎn)電壓下，擊穿場強(qiáng)沒有出現(xiàn)隨油間隙增加而下降的“體積效應(yīng)”現(xiàn)象。同極性電壓升高瞬間使電場畸變，無論在低溫還是在高溫狀態(tài)下，油隙擊穿概率都提高。

在極性反轉(zhuǎn)過程中，高溫時離子運(yùn)動速度快，受離子集聚影響，電極附近電場強(qiáng)度增大。所以，高溫時擊穿會常常發(fā)生在極性反轉(zhuǎn)過程中。穩(wěn)態(tài)時，隨溫度增加，離子運(yùn)動和復(fù)合速度加快，電場畸變減弱。所以低溫時更容易在穩(wěn)態(tài)擊穿。變壓器油在極性反轉(zhuǎn)電壓下?lián)舸┑臏囟忍匦允且陨?span>3種情況共同作用出現(xiàn)的結(jié)果。

結(jié)論:

在極性反轉(zhuǎn)電壓下，擊穿場強(qiáng)隨油間隙沒有出現(xiàn)“體積效應(yīng)”現(xiàn)象。變壓器油擊穿電壓與溫度相關(guān)，出現(xiàn)擊穿電壓由低到高，再由高到低的變化，在本實驗溫度點(diǎn)內(nèi)，40℃出現(xiàn)了擊穿場強(qiáng)的最高值。在極性反轉(zhuǎn)后，流過油隙的電流出現(xiàn)了暫態(tài)過程，該過程隨溫度變化明顯。采用提出的離子運(yùn)動模型可以解釋極性反轉(zhuǎn)電壓下變壓器油擊穿的規(guī)律。變壓器油的擊穿特性及其規(guī)律研究結(jié)果對