高电压技术实验指导书

高电压技术实验指导书 高压实验室编写

目录 高压实验室实验规程 ……………………………………… …………3 3 实验 设备简介 ……… ……………………………………… …………5 5 实验一 直流电场中空气间隙的放电特性 …………………………7 7 实验二 沿面放电和液体、固体介质的绝缘强度 试验 …………………………………………………… 11 实验三 绝缘电阻的测量和直流泄漏试验 ………………………… 21 实验四 介质损耗角正切的测量 …………………………………… 26 实验五 电缆中的波过程 …………………………………………… 32 实验六 接地电阻的测量 ………………………………………… 34 实验七 交流耐压实验 …………………………………………… 38

高压实验室实验规程 为了保障人身及设备的安全,凡进入高压实验室进行试验或工作以前,必须仔细学习本规程并在实验或工作中严格遵守,以确保设备及人身安全。

1、在做实验前，同学必须先预习并掌握实验指导书中的内容，实验前由指导教师提问，无准备者不得做实验。

2、实验前每组必先选一位同学为组长，负责指挥全组同学的实验，如负责研究确定实验方案、人员的分工和实验进行过程中的安全等事宜。

3、未经许可，不得动用实验室的设备、仪表、未熟悉本规则及各项设备操作程序者不得进行实验。

4、实验前，应先熟悉设备及线路，检查设备及仪表有无损坏，实验前或实验中如发现损坏，立即报告指导教师。

5、严格执行监护制度，任何人在无监护人时不得进行高压试验工作，监护人发现有不熟悉或违反操作顺序时，有权停止其试验工作。

6、在合电源以前，应先仔细检查线路是否正确，接地是否可靠，各不同电位部分之间的安全距离是否足够，然后再请指导教师检查。在未经指导老师许可以前，不能私自接通电源。

7、接线经指导教师检查无误后，撤除高压部件（变压器、电容器、电缆等）上的接地线，人员撤出安全围栏关门后，方可接通电源，在合电源时，必须招呼全组同学“注意！合电源！”在合电源后加高压前再招呼“高压有电！”务必使全组同学都能听到，方可以合高压电源，然后按操作顺序进行操作。

8、在实验中操作电源者，应该随时注意电表读数，不得离开岗位，亦不得与旁人闲谈。如发现异常现象，应立即拉开电源，有问题需要讨论时，也应首先切断电源开关。

9、在实验中不得接近高压电源和带电设备，保持必要的安全距离、以免发生危险。为此，在高压设备周围设有安全遮栏，试验人员应站在遮栏之外，但不允许将头或手伸入安全遮栏内。

10、改动接线或更改试验设备前，应先拉开电源，同时将接地棒挂于具有电容的变压器、球隙、电容器等设备上全部进行放电，并加以接地。在未亲眼见到接地前，不得接近或触及高压设备。

11、在实验中如发生事故或异常现象时，应立即切断电源，检查线路和设备，当发生不幸的人身事故时，应立即采取措施进行急救。

12、试验完毕后，必须将全部高压设备用接地棒放电并接电，尤其是做电容器和电缆的试验后，务必仔细放电，然后拆除接线，并将试验场所恢复整齐，并将设备仪器及被测物品整理好，经指导教师检查后，方可离开实验室。

13、使用调压设备时，每次加高压前必须检查调压器是否在零位，防止在未退至零位时就投入高压电源而产生冲击，损伤试验设备的绝缘和得到不正确的试验结果，每次切除高压时，必须将调压器退至零位，避免产生冲击损坏设备和防止下次通电时突然加上高压。

14、做高压实验时，必须严肃认真，每个人必须注意自己的动作，同时也得照顾旁人的动作，以免发生危险。

15、每次实验时，应有记录人，记录要整齐清洁，实验完毕后要请指导教师签字，签字完毕才能拆线，如有问题需要重做。

16、凡进入高压实验室进行实验的同学，必须遵守纪律，遵守实验室规则和

一切操作程序，保持实验室整洁，服从指导教师指导，违反者暂时停止其实验，使其认识和改正错误后再恢复实验。

高压实验设备简介 一、高压实验控制箱 1 概述 高压试验控制箱，是一种适合现场进行交流耐压试验调节试验电压的设备，加压时具有零位保护；试验过程中具有过电流保护：当试品击穿时，具有瞬间切断电源的保护功能，有效防止击穿点的过份炭化，同时我们可以根据被试品在试验电压作用下电容电流的大小，选择合适的过流保护整定。本控制箱专门用来进行多种电压等级的直流耐压试验、直流泄漏电流试验，金属氧化物避雷器试验，绝缘油击穿试验等，本产品具有体积小、重量轻、搬运方便、性能可靠等特点。供企业和大中型工矿企业高压试验室（班）必不可少的试验设备之一。

2、技术数据（1）使用条件：环境温度 0~40 摄氏度 相对湿度 90%

（2）供电电源：220V 10%，50HZ（3）调压器：5KVA，220/0—250V（4）测量精度：1.5%+0.5 3、一般操作步骤 a)正确完成全部接线，控制箱必须可靠接地，如果不接地，本控制箱不能工作。

b)对试验接线进线认真检查，调压器应在零位，因为内设调压器零位开关，如果不在零位，控制器不能工作。

c)过电流保护设定开关，根据需要拨换至合适档位，时间继电器整定至所需时间。接通 220V 电源，使电源进线有电，合上电源刀闸，绿灯亮，表示电源有电。

d)按下“开”按钮，交流接触器动作，调压器进线侧有电。

e)均匀缓慢调节调压器操作手柄，使输出电压表指示值达到预定值，在升降过程中并监视输出电流表，使其不超过控制值。

f)如需计时，当试验电压达到预定值后，立即接通时间继电器开关，时间继电器开始计时时，也可用码表等其他计时方式。

g)按下“关”按钮，接触器失电，调压器手柄返回，拉开电源刀闸。

h)切断进线电源。

i)在试验过程中，如发现击穿信号灯亮，说明被试器已击穿，在升压过程中发现击穿现象或不需要计时的试验击穿（如油击穿试验，FS 型避雷器等）击穿信号灯不会亮。

FU1,FU2 熔断器 K 交流接触器及其触点 TY 调压器 HY 电流互感器 A 电流表 GL 电流继电器及其接点 HD 红灯 LD 绿灯 FM 蜂鸣器 SJ 时间继电器 J1 中间继电器 1 零位按钮 2 合闸按钮 3 分闸按钮 4 复位按钮 实验 一 直流电 场中空气间隙的放电性 一、实验目的 1、了解产生直流高压的基本设备及其所组成的试验接线方式和操作方法；

2、研究电场的均匀程度对气体间隙击穿电压的影响； 3、研究在极不均匀电场下，电极极性对空气间隙击穿电压的影响； 4、了解极间障对极不均匀电场击穿电压的影响。

二、实验的基本原理 在实际工程应用中，许多电气设备都利用空气作为绝缘介质，因此，对空气间隙的抗电强度和击穿特性的研究在高压技术中具有一定的实际意义，一定距离下空气间隙的击穿电压和空气间隙的电场分布（均匀或不均匀、对称或不对称）、电压作用时间、电压极性、大气条件等一系列因素有关，这些影响因素十分复杂，很难用明确的数学解析式表示，所以在工程上常常是以实验的方法来确定空气间隙的抗电特性，一般采用针——板间隙来模拟不均匀电场的空气间隙，用对称球——球间隙来模拟均匀电场的空气间隙。通过测定这两种间隙在不同电压作用下的击穿特性，以决定空气间隙在实际工程中各种击穿电压和电气设备的安全距离。

1、电场均匀程度对击穿电压的影响和极性效应 图 1 不同电极下空气间隙的放电电压 u 与间隙距离d的关系曲线 曲线 1 为球隙的关系曲线；曲线 2 为负针正板的关系曲线； 曲线 3 为针针的关系曲线；曲线 4 为正针负板的关系曲线；

在均匀或稍不均匀电场的空气间隙中，电场分布比较均匀，不会发生局部放电现象，其电晕起始电压与击穿电压相等，其击穿场强较高，约为 30KV 幅值/CM 左右；在对称的极不均匀电场（针——针间隙）中，电极端部的电场很强，其电晕起始电压比击穿电压要低得多，由于受空间正电荷的影响，在负针处首先出现电晕放电，由于这种间隙电极对称，故电极极性对击穿电压没有影响，其击穿场强，比均匀或稍不均匀电场要低得多。在不对称的极不均匀电场（针——板间隙）中，其放电过程总是从电场强度最大的地方开始，与电极极性无关，但击穿电压则显著地受极性影响，呈现出很强的极性效应，如图 1 的试验曲线所示。

极不均匀电场针——板电极的击穿电压，当针尖为负极性时比正极性时要高得多。这是因为针尖附近电晕圈中的正空间电荷对两种电场起着不同的作用。在负针正板间隙中，引起碰撞游离的电子向正极运动，针尖附近的正空间电荷起制动作用，正离子迁移率小，滞留在间隙中的正空间电荷产生的附加电场在间隙深处与原电场方向相反，削弱原电场，电子运动速度减慢，而使游离不易发展，即不易形成流注而击穿，故击穿电压较高；但正空间电荷产生的附加电场在针附近与原电场方向一致，加强原电场，使针尖附近的游离更易发展而形成局部的自持放电，故电晕起始电压较低。而在正针负板间隙中，空间的正电荷则起了减弱针尖端电场，加强间隙深处电场的作用，促使流注易发展而局部放电困难，故在这种电极情况下，电晕起始电压稍高而击穿电压较低。而针——针间隙、两电极对称、击穿电压则介于两者之间。

2、极不均匀电场中，极间隙对击穿电压的影响 在针——板 空气间隙中旋转一薄层固体介质作成极间障，则带电质点的运动在该处受到阻碍，附着在极间障上的带电质点和空间电荷将使极间障两侧间隙的电场发生变化，极间隙对极板间的电场将变得比较均匀，而极间障与针尖间的电场变化情况则与针极极性和极间障之间的位置有关。在针极为正时，空气间隙的正离子在向负极运动时受到极间障的阻挡而停留在极间障上，由于某种原因同性电荷互相排斥，使正离子在极间障上的颁布大致均匀，使极间障与板极之间的电场变得比较均匀；而在针极与极间隙中的最佳位置（电晕圈边缘处）时，可提高击穿电压 3 倍左右。当针尖为负极时，极间障处在不利位置时，由于针尖与极间障间的电场加强，此处的空气间隙首先击穿，从而导致整个间隙的击穿，甚至会使击穿电压降低。

三、实验接线 气体间隙放电试验接线图 T—高压试验变压器；R—限流电阻；D—高压硅堆；C—滤波电容器;V—电压表；M—球队球电极；N—针对板电极。

四、实验内容：

1、确定球——球电极间隙的击穿电压和间隙距离之关系曲线。

2、确定针——板电极间隙的击穿电压和间隙距离之关系曲线。

（1）当针为正极性时（2）当针为负极性时 3、观察上述各种情况下的电晕起始电压。

4、在正针负板间隙中保持极间距离 a 为 4 厘米时，在针板电极间加入一薄层固体介质（称为极间障），如图所示，极间障离针端的距离 a 0 约为 1 厘米时，测定其击穿电压，以分析极间障的作用。

5、观察在各种电极情况下的放电现象。

6、记录设备铭牌及环境条件。

五、实验注意事项 1、合闸前应先检查调压器是否在零位。

2、每次触及试验设备时，必须先挂好接地棒，在试验前必须先检查接地棒的引接线是否可靠接地，特别注意：电容器在短时放电后仍有残余电荷，故在试验完毕后必须先把接地棒挂在电极两端，才能更新电极距离，变更后要拆除接地棒后才可重新加电压。

3、在实验中不得接近高压电源和带电设备之周围，保持必要的安全距离，以免发生危险。

六、实验报告 1、实验数据 p= mbar； t= ゜C； f= % 电极形状及间隙距离 次数 球 对 球 间隙 的 击 穿电压（KV）正极性针对板间隙的 击穿电压（KV）负极性针对板间隙的击穿电压（KV）1 2 3 1 2 3 4 加极间障 1 2 3 4 1 2 3

平 均 值 2、整理实验数据，并进行大气条件的校正。

3、根据所得数据，作出 U=f(a)的曲线 4、对实验中观察到的现象和实验结果进行分析，讨论心得体会和存在的问题。

实验 二 沿固体介质表面的放电和液体、固体介质的绝缘强度试验 一、实验目的 1、通过实验观察沿固体介质表面的空气的放电现象 2、研究沿面放电电压与放电路径的关系。

3、用均匀升压法，求放电电压误差的分布曲线。

4、学会测定变压器油绝缘强度的试验方法。

5、观察油中纤维杂质在电场作用下形成“导电小桥”的过程和对油绝缘强度的影响。

6、学会测定固体介质绝缘强度的试验方法。

7、研究浸油对提高固体介质绝缘强度的作用。

二、基本原理 1、观察沿固体介质表面的气体发生的放电——沿面放电 所有的高压电器，绝缘子及其它设备的构造在设计时均应考虑在运行中不允许发生沿绝缘体表面的放电现象，因此，了解绝缘介质的沿面放电现象是具有实际意义的。

我们必须注意的是在相同的电极及极间距离时，沿固体介质表面的沿面放电电压较纯空气间隙的击穿电压为低，这是由于在介质内部的体积电容和体积电导

起分流作用的原因，仔细分析套管的等值电路。在两电极上加上一个交流电压，则沿介质表面将会有电流渡过。由于体积电容 C 和体积电导 r 的存在，使介质表面流过的电流分布不均匀，越靠近上电极处，电流越大，单位距离上的压降也就越大，因此，在上电极附近的表面承受的压降最大。在电极间的电压不很高时，就有可能使该处的压降超过其绝缘强度，发生局部击穿，产生电晕放电；随着外加电压的继续上升，放电继续向另一电极发展，形成了由许多伸向前方的互相平行的细火花线条组成的光带，这些细线状光带比电晕亮一些，其特点为放电通道的电流密度较小，压降较大，具有辉光放电的性质；当两极间电压继续上升，线状火花中的带电质点被电场的法线分量紧压在介质表面上，在切线分量的作用向前运动，使介质表面局部发热，当电压增加到某一临界值时，在火花通道中个别地方的温度可能很高，达到能引起气体游离的程度。热游离使通道中的带电质点急剧增加，电导猛烈增大，通道头部电场增强，通道迅速向前发展，形成光亮较强的树枝状火花。这种树枝状火花此起彼伏，很不稳定，称为滑闪放电；当电压升高到滑闪放电的树枝状火花到达另一电极时，就产生沿面闪络，介质就失去了绝缘性能。

支持绝缘子电场的垂直分量较小，放电过程中不会出现热游离现象，故没有明显的滑闪放电。

如前所述，由于体积电容 C 和体积电导 r 的存在，在交流电压作用下，沿固体介质表面的电压分布是不均匀的。在电极附近表面承受的电压降最大介质表面情况越恶劣，首先就被击穿，电极就延伸到被击穿的部分则全部电压加在剩下的部分又使靠近电极附近的那段击穿，这样恶性循环下去，便沿介质表面全部击穿，介质就失去了绝缘性能。

介质表面的沿面放电电压与放电路径长短有关，沿面放电路径越长，体积电容 C 和体积电导 r 的分流作用越大，沿固体介质表面的电压颁布越不均匀，沿固

概率密度方格图 体介质表面的空气和抗电强度越低。在同一放电距离时，介质的沿面放电电压还受到许多偶然因素（随机因素:如气温、气压、湿度、表面状况、脏污、光滑度等等）的影响，呈现出出明显的统计性质，因此确定固体介质的沿面放电电压（如绝缘子的干闪电压），须用统计的方法来处理试验数据，如果试验几次（10 次、20 次、30 次），将其分组，分组间隔，沿面放电电压间隔中共有次放电，则其概率为，放电电压之间者有次放电，其概率为，余类推，可画出上图，称为概率密度方格图；当试验次数无限增加，取得足够小时，就可得到光滑的曲线，下图称为概率密度分布曲线。

概率密度分布曲线 上面试验数据如用其算术平均值，然后把每次试验数据与平均值相比较称为

试验误差，把误差用上面同样的方法做出概率分布曲线，则其曲线与上图相似。

2、变压器油的绝缘强度试验 变压器油是从石油中提炼出来的，其用途十分广泛，它不但广泛的用作电气设备的绝缘介质，而且还常用作冷却剂和消弧剂，因此对它的一系列物理、化学性能均有一定的要求。电气设备的额定电压等级越高，容量越大，对其绝缘性能的要求也越高。

变压器油与气体相比，有较高的绝缘强度，它的击穿场强比空气要大得多，纯净的变压器油的绝缘强度更高。但工程上用的变压器油不可能非常纯净，它总或多或少的会有一些气态、液态和固态杂质，完全清除油中的杂质是不可能的，在运行中某些杂质还会重新由外界侵入或从油本身中分解产生出来，这些气态、液态或固态杂质在电场作用下，会在两极间逐渐排列成“导电小桥”。从而导致变压器油的击穿，使变压器油的绝缘强度大大降低。即使少量的杂质，也可使变压器的绝缘强度降低很多。因此，定期地对变压器油进行绝缘强度试验，监督油质的变化是电气设备绝缘预防性试验的一个重要项目。

3、固体介质的绝缘强度试验 在高压设备中，常采用固体介质作为绝缘和支撑材料。固体介质在电场作用 固体介质的伏安特性 下的伏安特性曲线如图所示，从图中看出：oa 段介质的特征是它的电导与外加

电压无关。当电压更高时，ab 段，电导慢慢加直到曲线 b 点，从 b 点开始曲线较快地向上升，而在点 c 以后转向左面，这是因为电阻随着电流的增加而显著地减少,因此在两电极间电压降落减少。在比 c 点更小的电压下，介质中将没有剩余变形存在，此时，介质保持着绝缘性能，若施加相当于 c 点的电压时，当电压除去后，介质仍保持着由于电场存在时在它里面所引起的变形，介质就失去了绝缘性能，即介质击穿。相当 c 点的电压和电场强度即介质的击穿电压和击穿电场强度。

固体介质击穿后，出现烧焦或熔化的通道、裂缝等，即使去掉外施电压，也不象气体、液体介质那样能自己恢复绝缘性能。

固体介质的击穿可分为电击穿和热击穿二种。在交流电压作用下，一般发生热击穿。当固体介质在电场作用下时间较长时，由于在电场作用下的介质损耗使绝缘介质内部发热，温度上升，与此同时也向周围散热，若发热量大于散热量，则温度将继续升高，这时介质损耗也随温度升高而增加，随着内外温差的加大，散热速度也在增快，但若所加电压足够高，使发热量一直大于散热量，温度持续上升，最后由于温升过高导致绝缘特性完全丧失而被击穿。若电压不够高，在绝缘能耐受的温度下建立了热平衡，热击穿就不会发生。当绝缘中有局部弱点时，特别是贯穿性弱点，局部的损耗增大，该处温升显著增高，击穿就将发生在这局部弱点的地方。热击穿电压与环境温度有关，环境温度越高，散热越不容易，则击穿电压越低，与电压作用时间有关，加压时间越长，击穿电压越低；与电压频率有关，频率越高，介质损耗越大，热击穿电压越低；还与周围媒质的散热能力和散热条件以及与绝缘本身的导热系数、tgδ、电阻率和绝缘厚度等有关，当绝缘厚度增大使散热条件变坏，热击穿场强将下降。

纤维绝缘材料，由于多孔性，其击穿场强较低，纤维材料浸渍油（或绝缘漆）后，孔隙被油填满，改变了电场分布，加上油的绝缘强度比空气高，可大大提高其击穿电场强度，故纤维材料均浸渍使用。

三、试验接线图 沿面放电试验接线图如下 其中：T—高压试验变压器；R—保护用水电阻；

四、实验内容及方法 1、按上图接线，被试验物为在一块接地的铜板上放一块玻璃板（其厚度为 t），在板的中间放一可移动的圆柱形电极，将此电极经水电阻接到高压电源上。

为了观察沿面放电现象，试验需在暗室中进行，试验时为了使试验者的眼睛仍适应黑暗，所以试验要在关灯后 5 分钟才可开始。

逐渐升高被试电极上的电压，观察在圆柱形电极周围发生电晕的开始电压（有声和紫色光圈）和滑闪放电到介质表面完全放电的过程。

2、仍按上图接线，改变圆柱形电极在玻璃板中间的位置（距玻璃板边缘的最小尺寸为 a）,求两极之间的沿面距离与沿面放电电压的关系曲线。（注意每点做三次，取其平均值）。将试验结果换算为标准大气条件下的情况。

3、把上图的圆柱形电极、玻璃板、铜板去掉，换成支持绝缘子，然后逐步升高被试支持绝缘子上的电压，观察在绝缘子上下极周围发生电晕的开始电压（有声和紫色光圈）和滑闪放电到介质表面完全放电的过程。测量支持绝缘子的干闪电压 40 次，记录其干闪电压数据，画出概率分布曲线。

4、测量变压器油的绝缘强度。

（1）、取样：油样必须能代表变压器油的真实状况，故取样应十分细心，取油样的盛器最好是容量约 1 公升带有软塞的专用大口玻璃瓶，采用四氯化碳或汽油洗净，烘干后备用。

耐压试验油样应在半公升以上，如同时需做其它试验时，则应在 1 公升以上。

取样时，应注意不让水份、灰尘等外界物混入油样中，试油杯应先用油样冲洗三次，然后将油样注入杯中静置 1 分钟，让油里的气泡跑出来再开始试验，油面离电极的距离应在 15mm 以上。

（2）、根据我国部颁标准进行变压器油的绝缘强度试验，将试油杯（如图所示）的二电极接到高压电源上，然后以 3000 伏/秒的速度（此速度会随着油的品质而变小）升压，到发生击穿为止，试记录击穿时的电压值。在试验时，可能在油间隙中产生个别的不是连续的火花放电，这是不算击穿的只有当连续放电时，才能算击穿，击穿后迅速将电压降低到零，静止五分钟后，再升压到击穿，如此重复六次，第一次击穿值不算，取后面的五次，取其平均值，即为被试变压器油的耐压值。

5、固体介质的绝缘强度试验 固体介质是电气设备最基本的绝缘材料，电气绝缘强度是一切绝缘材料最重要的性能之一，一、按照施加电压的方式可将固体介质的绝缘强度试验分为三类：

A 工频电压下：短时的、一分钟的及长时间的 B 直流电压下：短时的、一分钟的及长时间的 C 冲击电压试验 电极 电极

固体介质试验用电极 本实验只做工频电压作用下短时的与 1 分钟的击穿试验，做试验的电极形状如上图所示。电极用铜或黄铜制成圆柱形，直径 D 为 50（或 25+0.5mm）。

短时试验的进行方法是电压均匀地以 1 千伏/秒的速度从 0 开始升压，直到击穿电压如千伏，则应降低速度，使加压时间不小于 10 秒，这样得到的击穿电压，称为短时试验击穿电压。

一分钟试验的进行方法是在被试品上瞬时加上等于短时试验击穿电压 40%的电压，保持一分钟，然后根据下表隔一分钟升高一次电压，直至击穿为止，加压一分钟而未发生击穿的最高电压即为一分钟试验击穿电压。

短时试验时 U mp值（千伏）0--2 2-5 5-10 10-20 20-30 30-50 50-75 75-100 100-150 分段升高电压值（千伏）0.1 0.2 0．5 1 2 3 5 7 10（1）取 5 层电缆纸（或青壳纸）为被试固体介质，用 50 毫米直径的圆柱形电极进行短时击穿试验，取三次的平均值，量出纸的厚度，求出 5 层电缆纸的击穿电

压，并算出其击穿电场强度 E。

（2）取 5 层电缆纸（或青壳纸）为被试品，用 50 毫米圆柱形电极进行一分钟击穿试验，取三次的平均值，求出 5 层电缆纸的一分钟击穿电压和一分钟击穿电场强度，并与（1）中 5 层的 U 与 E 进行比较。

（3）将电缆纸（或青壳纸）浸油后再进行短时击穿试验，并将试验结果与（1）中层数相同者加以比较。

五、实验报告 1、试验数据：

（1）介质的沿面放电试验 距离 mm 玻璃板的沿面放电电压值 a t S=a+t 一次 二次 三次平均值 10 20 30 40 50 60（2）支持绝缘子的干闪电压试验 U 千伏（3）变压器油的绝缘强度试验：

次数 油的品质 一次 二次 三次 四次 五次平均值 击 穿 场强(千伏/厘米)油 的 耐 压值(千伏)（4）固体介质的绝缘强度试验：

固体介质 击穿电压 U(千伏)介质厚度 击穿电场强度（千伏毫米）一次 二次 三次平均值 五层电缆纸的 短时击穿试验 五层电缆纸的 一分钟击穿试验 五层浸油电缆纸的 短时击穿试验 2、绘制曲线：u=f(s)p=f(u)3、分析试验中观察到的现象，分析试验结果，讨论心得和存在的问题。

六、注意事项：

1、沿固体介质表面的放电。

（1）进行试验前，必须将电极与介质表面擦干净。

（2）当间隙击穿后应立即切断高压电源，以免长时间通过短路电流烧坏试验变压器。

（3）每次触及试验设备前，必须先挂好接地棒，在试验前必须先检查接地引线是否可靠的接地。

（4）试验时的放电电压值不得超过试验变压器的额定电压。

（5）使用调压设备时，升压必须从零开始，做完试验后，应将调压器回到零位。

2、变压器油的绝缘强度试验（1）脏污杂质对油的绝缘强度影响极大，故在整个试验过程中应特别注意这一点，在洗涤容器、试油杯、电极、玻璃棒时应严格注意这一点，并应注意容器口上是否已干净。注意室内是否有灰尘逐渐落入油内，注意呼吸中的水汽浸入，在不试验时，盛油器要用玻璃板盖好。

（2）每次击穿后，静止 5 分钟再进行试验。

（3）加电压时，升压必须均匀，按规定进行升压。

3、固体介质的绝缘强度试验（1）电极表面及介质表面必须干燥、清洁。

（2）上下两电极必须对正。

（3）试样应比电极大，以免发生沿面放电。

实验 三 绝缘电阻的测量和直流泄漏试验 一、试验目的 1、了解测试绝缘电阻和吸收比的意义。

2、掌握测试绝缘电阻和吸收比的设备使用和测试方法。

3、掌握直流泄漏试验的线路和测试方法。

4、根据测试数据实际鉴定被试电气设备绝缘的质量。

二、实验内容和基本原理 1、绝缘电阻和吸收比的测量 绝缘电阻和吸收比的测量是一项最常用、最简便的试验。测量绝缘电阻和吸收比通常使用兆欧表（即摇表）进行，1000 伏以上的电气设备应用 2500 伏摇表。一般为了检查高压试验中暴露的绝缘缺陷，在耐压试验前后，都需测量绝缘电阻，测量时为了避免被试品的电容较大，在摇测时应注意电容电流对摇表的反充电，故摇表摇的转速应均匀。

电气设备的绝缘电阻，一般规定以加压 60 秒钟后的数值作为被试验设备的绝缘电阻值。当被试绝缘中存在着贯穿的集中性缺陷时，反映电导电流的绝缘电阻往往明显下降，于是用兆欧表测量绝缘电阻时，便可以很好的发现，而对于容量较大的被试品，如电机、变压器等到，一般利用测量加压后 60 秒的绝缘电阻值 R 60 ″和加压后 15 秒的绝缘电阻 R 15 ″，并且利用测量 R 60 ″/ R 15 ″（称为吸收比）来了解电气设备的绝缘情况，由于吸收比 K 值与电气设备绝缘的尺寸没有关系，更有利于反映绝缘的状况。当被试绝缘受潮或内部有集中的导电通道时，其电导电流的增长很快、吸收电流迅速衰减，使加压 60 秒时的电流基本上等于 15秒时的电流，故吸收比 K 约等于 1，因此，可利用测绝缘的吸收比 K 值的变化，有助于判断绝缘的状况。

电气设备的绝缘电阻值，一般不作具体规定，而是将测试的数据和以前的试验数据相比较，和同类型的设备相比较，以及相与相之间比较，根据比较的结果来判断绝缘状况。

2、直流泄漏试验 直流泄漏试验的原理与绝缘电阻的测量完全相同，但直流泄漏试验所加的电压较高，而且可随被试品的情况任意调节，故直流泄漏试验有效地反映其它试验项目所不能反映的变压器套管的开裂、内部受潮等绝缘缺陷。

图 1 设备的直流泄漏电流 1—绝缘有危险性集中性缺陷；2—绝缘中集中性缺陷 3—绝缘受潮； 4—绝缘良好 上图所示为某一设备的直流泄漏电流随所加直流电压的变化曲线，在同一直流电压下良好绝缘的泄漏电流较小且随所加的直流电压的增加直线增加；绝缘受潮时则泄漏电流加大；有集中性缺陷时，电压升高到一定值后泄漏电流激增，绝缘中集中性缺陷越严重，出现泄漏电流激增点的电压将越低。当直流泄漏电流超过一定的标准，则说明绝缘中存在着缺陷，应尽可能找出原因，加以消除。

三、实验接线 1、用兆欧表测量被试物的绝缘电阻的接线，如图所示。

图 2 绝缘电阻接线图

2、直流泄漏试验的接线图，如图十七所示。

四、实验内容 1、用兆欧表测定被试品的绝缘电阻：

接线如图 2 所示，兆欧表有三个接线端子；线路端子 L；接地端子 E 和屏蔽端子 G。用兆欧表测定变压器高压绕组的绝缘电阻时，将被试变压器的低压绕组（三相短接）接外壳接地后接于兆欧表的接地端子“E”，将兆欧表的线路端子引线由操作人员拿着（注意安全），摇动兆欧表，当兆欧表的转速达到 120 转/分时，表针指示在“∞”位置后将兆欧表的线路端子“L”引线搭于变压器的高压绕组上（三相短接），同时记下时间，记下 R 15 ″以及 R 60 ″的数值（若仅用测量其绝缘电阻可不计时间，待兆欧表指针稳定后读数）。测量后应先断开兆欧表与被试品的连线，再停止兆欧表转动，并且一定要注意对被试品的放电。

测定低压绕组对外壳的绝缘电阻时，将高压绕组（三相短接）接外壳接地并接于兆欧表的接地端子“E”，低压绕组（三相短接）接兆欧表的线路端子“L”，测试方法与上述相同。

在天气比较潮湿（尤其是污秽条件下）的条件下测量绝缘电阻时，需加屏蔽，此时将兆欧表的屏蔽端子“G”接于被试品的护环上，以屏蔽掉表面电阻对测量的影响。

用晶体管兆欧表重复上述试验。

2、直流泄漏试验 接线如图 3 所示，测量变压器高压绕组的泄漏电流时，将被试变压器的低压绕组（三相短接）接外壳接地，高压绕组（三相短接）接于另一端，待检查接线无误后，把保护 K 合上，然后按下列步骤进行试验。

（1）试验前，必须先测量试具及接线的泄漏电流，即空试确定无异常状态后，才能将被试变压器的高压绕组接上进行试验。

（2）合上电源，逐渐升压，当被试品的电容量较大时，读微安表读数前，应先等待 1 分钟，等到泄漏电流稳定后再拉开并联保护开关“K”，尽量迅速读数，然后再合上保护开关“K”。

（3）再升高电压，按（2）同样的方法读出相应的直流泄漏电流值，读取3-4 点。

（4）试验完毕后，调压器退回零位，拉开各电源开关用接地棒使被试品和滤波电容器 C 对地放电。

注：当被试品的电容量较大时，滤波电容 C 可以不加。

五、实验注意事项：

1、作绝缘电阻和吸收比试验时，兆欧表的两根引出线不能相互接触，线路端的引线不能放在地上，测量时兆欧表的转速必须保持额定转速。

2、每次试验更换接地线或在试验结束后，必须先挂好接地棒，在试验前必须先检查接地棒的引线是否可靠的接地。

3、直流泄漏试验完毕后，因试验中有滤波电容 C 的存在，对滤波电容 C放电时应先将微安表短接（即合上保护开关），并适当的选择好放电点，使放电电流不通过微安表，以免将微安表烧毁。

4、试验时被试品外表的灰尘必须擦干净。

5、记录试验时的温度，以便于换算至同一温度的绝缘电阻值，便于比较。

六、实验报告：

1、实验数据：试验时的环境温度 t=（1）绝缘电阻的测量。

试验次数 绝缘电阻 一 二 三 R 15 ″（MΩ）R 60 ″（MΩ）K=R 60 ″/R 15 ″（2）直流泄漏试验：直流泄漏电流值

次数 电压值 一 二 三平均值 2、根据实验数据，作出直流泄漏电流 I 曲线，并提供以上的试验数据，判断被试品的绝缘状况。

3、分析和讨论实验现象和结果，讨论心得体会和存在的问题。

实验 四 介质损耗正切 tgδ 的测量 一、实验目的 1、了解测量介损 tgδ 和交流耐压试验的方法和意义 2、熟悉 QS1 型高压电桥的原理和使用方法 二、实验的基本原理 1、介质损耗正切的测量 图 1 绝缘介质的等值电路和向量图 上图表示在交流电压作用下绝缘的等值电路和向量图，在此交流电压的作用下，便有电流 I 流过绝缘体，这个电流由两部分组成：I cx 为电容电流分量，I Rx为有功电流分量，通常 I cx ﹥I Rx , δ 甚小；I Rx 不仅反映了绝缘电阻的大小，而且还反映了绝缘介质在交流电场作用下的极化损耗，故介质中的功率损耗为P=UI Rx =UI CX tgδ=U2 ω CX tgδ。

tgδ 为介质损耗的正切，一般均比较小，习惯上也有称 tgδ 为介质损耗的。

介质损耗 P 与介质的体积有关，但是 tgδ 值与体积无关，仅决定于绝缘材料本身的性能。实验经验证明：介质损耗角正切 tgδ 的测量在电气设备制造、绝缘材料鉴定和电气设备的绝缘试验等方面作为判断绝缘介质中的一系列分布性缺陷（如介质受潮、油或油渍物脏污、劣化变质等缺陷）是一种比较灵敏从而得到广泛应用的方法。因此，测定电气设备绝缘介质损耗角正切 tgδ 是绝缘预

防性试验中的一个重要项目。

目前应用较普遍的测 tgδ 的专用仪器为 QS 1 型高压电桥，它是一种平衡电桥。具有灵敏准确的特点，其原理接线图如图所示。被试品用 C X、R X 表示，C N 为标准电容器。G 为检流计，R 3 为可调电阻，R 4 为固定电阻，C 4 为可调电容；R 3、R 4 和 C 4 为电桥的低压臂，电桥的工作电压为 10 千伏，除被试品和标准电容外，G、R 3、R 4 和 C 4 都是固地装置在电桥箱子内部。

当被试品两端均不接地时，可采用图 2 的正接线方式，这时电桥 D 点直接接地，这种接线操作比较安全。

图 2 QS 1 电桥正接线原理图 但是通常被试品的一端都是固定接地的，因而我们不得不采用图 3 的反接线方法进行试验。此时电桥的可调部分均处于高电压下，为了保证人身安全 R 3、C 4的调节手柄用的是电气绝缘柄。

图 3 QS 1 电桥反接线原理图 测试时，通过调节 R 3 和 C 4，使电桥平衡，根据电桥的平衡原理可得：

Z X.Z 4 =Z N.Z 3 其中：Z RC CX XXNN1jZ1j＝ ＋ ； ＝ ；ZR C44 411 j＝／ ＋  Z 3 =R 3 代入上式进行简化可得到：

tgδ=1/ ω C X R X = ω R 4 C 4 即 C X =R 4 C N /R 即 tgδ 的值为 C 4 以微法为单位读数。所以在测试时，当电桥平衡后，C 4 以微法为单位的读数就等于 tgδ 的数值。

2、交流耐压试验（1）绝缘子的工频耐压试验：

工频耐压试验是鉴定电气设备绝缘强度的最有效的和最直接的方法，它能有效地发现较危险的集中性缺陷，这种试验是对电气设备按照试验电压标准施加比工作电压高得多的试验电压，该试验电压称为电气设备的绝缘水平。

进行工频耐压试验时有可能使固体绝缘中的一些绝缘弱点加以发展，造成被试品的破坏，故耐压试验也叫破坏性试验。因此恰当地选择合适的试验电压值是工频耐压试验中的一个重要课题，对于不同情况的设备应区别对待，主要由运行经验或电气设备试验规程来确定。

对各类电气设备进行工频耐压试验的试验电压值可按国家 GB311-84 以及原水电部颁发的《电气设备交接和预防性试验标准》。

工频耐压试验时，按规定接线图接线，在被试品上加至试验标准的电压后，加压一分钟，在一分钟内没有发生烧焦、熔化、冒烟、击穿、闪络或其它异常现象即为合格。规定一分钟是为了便于观察被试品的情况，同时也是为了能使隐藏的缺陷来得及暴露出来。运行经验证明，凡经受得住耐压试验的电气设备在运行中一般都能保证安全运行。工频耐压时间一般不超过一分钟，以免引起不应有的绝缘损伤。

（2）容升现象：

图 4 工频耐压试验图 T—工频试验变压器；R 1—保护用水电阻；M—球间隙 R—保护球隙用电阻；Cx—被试品； 在对电气设备进行工频耐压试验时，接线如上图 4 所示。其试验电压的测量一般在工频试验变压器的高压侧进行。

图 5 容升现象 通常，被试品都是电容性负荷，图 4 中以 Cx 表示，当被试品电容 Cx 较大时，流过试验回路的电容电流 Ic 在试验变压器的漏抗 X L 上将引起与被试品电压 U CX反向的压降，如图 5 所示，从而导致被试品上的电压比试验变压器高压侧的输出电压 U 还高，这种现象称为电容效应；也称容升现象。由于存在电容效应，所以就要求直接在被试品两端用测量球隙或静电电压表进行测量。

三、实验接线 1、tgδ 的测量接线如图 6 所示

图 6 QS 1 型高压电桥正接线接线图 T—工频试验变压器；Cx—被试品；C N—标准电容器；M—电桥本体 2、交流耐压试验（1）支持绝缘子的工频耐压试验接线如下图 7 所示 图 7 工频耐压试验接线（2）容升现象接线如图 4 所示。

四、实验内容 1、tgδ 的测量 按图 6 正接线接线，操作步骤如下：

（1）将调压器的把手，检流计的灵敏度旋钮 R 4 及 tgδ 旋钮均旋转放置零位，tgδ 在断开的位置。

（2）检查接线无误后，合上桥体电源开关，检查光带是否在标尺的零位。

（3）合上高压电源开关，开始加压，逐渐升高到所需的试验电压。

（4）把极性开关调整至标有 +tgδ 的位置。

（5）向右旋转灵敏度旋钮，使光带扩大到满刻度的 1/3 左右。

（6）逐步调节 R 3（从大档开始调节），使光带变窄，继续增大灵敏度，直至调节 R 3 不能使光带再窄为止。然后调节 tgδ 旋钮，使光带变窄，并配合调节旋钮，查看光带是否继续变窄，直至电桥在灵敏度调到最大。光带高到最窄（约1-2 毫米宽）时，即为测量完毕，记录 R 3 和 tgδ、ρ 的读数。

（7）将检流计灵敏度降到零，tgδ 旋钮旋到断开位置，最后将试验电压降到零，切断电源，记录被试品名牌数据及室温。

（8）将图 6 改为反接线，重复以上步骤。

五、实验注意事项：

1、作试验时所用的高压电源不得超过 10 千伏，且所用的高压电源与高压电桥的距离，不应小于 0.5 米，避免电桥受电磁场干扰的影响。

2、测介质损时，电桥装有氖气放电管，当放电管动作表明被试品击穿或接线错误等情况。故当放电管发光时，必须立即氢高压电源切断，在试验时，必须思想集中，以免发生意外。

3、每次试验换线，必须先挂好接地棒，在试验前必须先检查接地棒的引接线是否可靠的接地。

4、记下试验时的室温。

六、实验报告：

接线方式 数据 正接线 反接线 一次 二次 三次平均值 一次 二次 三次平均值 R 3 和 tg C X

（1）tgδ 的测量 2、计算被试品电容量为(正接法)。

计算被试品电容量为（反接法）。

与铭牌相比其误差的百分数为（正接法）。

与铭牌相比其误差的百分数为（反接法）。

3、分析试验结果和实验现象，讨论心得体会和存在的问题。

实验五 电缆中的波过程 一、实验目的 1、学习电感和电容在波传播过程中的作用 2、研究方波在电缆各结点上的折、反射时的电压波形。

二、实验内容 整个试验装置由信号源、输入电阻 R1、电缆、电感 L、电容 C 和匹配电阻R2 组成。

1、观察电感 L、电容 C 对波传播过程中的影响

2、观察输入输入电阻和匹配电阻对波传播过程中的影响 三、实验设备及接线 1、实验设备：波发生器；电缆中波过程装置；示波器； 2、实验接线如图 1 所示。

图 1 四、实验步骤 1、用示波器观察波发生器的输出波形，并将其幅值调至适当大小。

2、按以下几种情况观察各点的电压波形。

（1）将 1、2 连接起来，通过调节输入阻抗 R1 和匹配阻抗 R2，观察输入阻抗和匹配阻抗的变化对波的影响，通过测量点 1 观察反射波、测量点 2 观察折射波形。

(2)将 1 和 5、2 和 6 连接，将串联电感接入线路中，同时通过调节输入阻抗R1 和匹配阻抗 R2，观察电感对波在传输过程中的影响，通过测量点 1 观察反射波、测量点 2 观察折射波形。

(3)将 1 和 3、2 和 4 连接，将并联电容接入线路中，同时通过调节输入阻抗R1 和匹配阻抗 R2，观察并联电容对波的传输过程的影响，通过测量点 1 观察反射波、测量点 2 观察折射波形。

五、实验预习要求：

1、明确实验结线中的波发生器输出，元件参数与我们所要模拟的波在分布参数电路中传播的等效性。

2、画出实验步骤 2 的电压波形。

一、实验报告内容及思考题：

1、实验报告内容：

（1）简述实验接线及原理（2）绘出实验波形并加以分析（3）回答思考题 2、思考题（1）行波在一般电缆中的传播速度为什么比架空线路中的传播速度慢？（2）波在电缆中多次折、反射时，对于不同的参数配合，相当于什么样的集中参数元件。

实验六 交流耐压试验 一、实验目的 1、掌握交流耐压试验的试验接线和试验方法 2、验证交流耐压试验时的容升现象 二、实验的基本原理 1、交流耐压试验

（1）绝缘子的工频耐压试验：

工频耐压试验是鉴定电气设备绝缘强度的最有效的和最直接的方法，它能有效地发现较危险的集中性缺陷，这种试验是对电气设备按照试验电压标准施加比工作电压高得多的试验电压，该试验电压称为电气设备的绝缘水平。

进行工频耐压试验时有可能使固体绝缘中的一些绝缘弱点加以发展，造成被试品的破坏，故耐压试验也叫破坏性试验。因此恰当地选择合适的试验电压值是工频耐压试验中的一个重要课题，对于不同情况的设备应区别对待，主要由运行经验或电气设备试验规程来确定。

对各类电气设备进行工频耐压试验的试验电压值可按国家 GB311-84 以及原水电部颁发的《电气设备交接和预防性试验标准》。

工频耐压试验时，按规定接线图接线，在被试品上加至试验标准的电压后，加压一分钟，在一分钟内没有发生烧焦、熔化、冒烟、击穿、闪络或其它异常现象即为合格。规定一分钟是为了便于观察被试品的情况，同时也是为了能使隐藏的缺陷来得及暴露出来。运行经验证明，凡经受得住耐压试验的电气设备在运行中一般都能保证安全运行。工频耐压时间一般不超过一分钟，以免引起不应有的绝缘损伤。

（2）容升现象：

图 1 工频耐压试验图 T—工频试验变压器；R 1—保护用水电阻；M—球间隙 R—保护球隙用电阻；Cx—被试品； 在对电气设备进行工频耐压试验时，接线如上图 1 所示。其试验电压的测量

一般在工频试验变压器的高压侧进行。

图 2 容升现象 通常，被试品都是电容性负荷，图 1 中以 Cx 表示，当被试品电容 Cx 较大时，流过试验回路的电容电流 Ic 在试验变压器的漏抗 X L 上将引起与被试品电压 U CX反向的压降，如图 2 所示，从而导致被试品上的电压比试验变压器高压侧的输出电压 U 还高，这种现象称为电容效应；也称容升现象。由于存在电容效应，所以就要求直接在被试品两端用测量球隙或静电电压表进行测量。

二、实验接线 3、交流耐压试验（1）支持绝缘子的工频耐压试验接线如下图 7 所示 图 3 工频耐压试验接线（2）容升现象接线如图 1 所示。

三、实验内容

1、工频耐压试验 绝缘子的工频耐压试验 按图 3 接线，根据被试绝缘子的额定电压，查表得知该被试绝缘子的试验电压，然后在该被试绝缘子上加上其试验电压，加压 1 分钟，确定被试绝缘子是否承受得住。

正常绝缘电气设备的工频试验电压（千伏，有效值）额定电压 最高工作电压 绝缘一分钟工频试验电压 电力变压器 电压互感器 电流互感器 操作杆测量杆 套管和绝缘子 3 3.5 18 24 24 36 25 6 6.9 25 32 32 48 32 10 11.5 35 42 42 63 42 35 40.5 85 95 95 150 100 110 125 200 200 259--265 220 252 400 400 470--490 2、容升现象 A：按图 1 接线，接上小电容试品绝缘子，在绝缘子上加上一电压，使高压静电电压表 V 的读数 5KV，记下原方电压表读数 V 的值。

B：将一小电容试品改为脉冲电容器，其电容量...

高电压技术实验实验报告(二)

高电压技术题库

实验(三)指导书

IRM实验指导书

机器人实验指导书