第二节
交流耐压试验的试验接线

一、试验接线

实际的试验接线是根据被试设备的要求和现场设备的具体条件来决定的，常见试验接线的原理图如图4-1所示。

根据图4-1，可把交流耐压试验的接线归纳为以下六个部分：①交流高压电源；②调压；③电压测量；④控制；⑤保护；⑥波形改善等。这六个部分中主要的是前三个部分。各部分的作用原理将在下面介绍。

二、试验设备

（一）高压试验变压器

1.单台高压试验变压器

用于高压试验的特制变压器，称为高压试验变压器。它一般可分为两个系列：一个系列是高压侧电流为1～2A；另一个系列是高压侧电流为0.1～0.2A。试验时应根据被试设备的电容量和试验时的最高电压来选择试验变压器。具体步骤如下：

（1）电压。依据试品的要求，首先选用具有合适电压的试验变压器，使试验变压器的高压侧额定电压U _n 大于被试品的试验电压U _s ，即U _n ＞U _s ；其次应检查试验变压器所需的低压侧电压，是否能和现场的电源电压、调压器相匹配。

（2）电流。试验变压器的额定输出电流I _n 应大于被试品所需的电流I _s ，即I _n ＞I _s 。被试品所需的电流可按其电容估算，I _s =U _s ωC _x ，其中C _x 包括试品电容和附加电容，附加电容约为100～1000pF。被试品电容C _x 可用西林电桥或M型试验器测量。也可采用下列经验数据：

对10kV配电变压器，当试验电压为30～35kV时，其充电电流约为80～110mA；

对35kV电力变压器，当试验电压为72～85kV，容量为2000～4000kVA时，其充电电流约为150～260mA；容量为6000～8000kVA时，其充电电流约为300～420mA；容量为10000kVA时，其充电电流约为1000mA；

对66kV电力变压器，其充电电流一般为300～600mA。

（3）容量。根据试验变压器输出的试验电流及额定电压，便可以确定试验变压器的容量，即P=U _n I _s 。

我国试验变压器的电压等级有5kV、10kV、25kV、35kV、50kV、100kV、150kV、300kV等；容量等级有3kVA、5kVA、10kVA、25kVA、50kVA、100kVA、150kVA、200kVA等。根据计算结果，查标准即可选出所需要的试验变压器。如有特殊要求，一般可向制造厂订购特殊规格的试验变压器。

例如：某单位对10kV、1000kVA的配电变压器进行耐压试验，试选择试验变压器的额定电压和额定容量。已知变压器高压对低压及外壳的电容为9540pF。

根据第十二章表12-77，10kV配电变压器的出厂试验电压为35kV，交接及大修试验电压为30kV，所以可选用额定电压为50kV的试验变压器。

另外，若该单位购置50kV的试验变压器，不仅可以满足10kV配电变压器的试验要求，还可以满足10kV绝缘子及高压开关柜的试验电压（42kV）的要求，且可以满足10kV电缆的直流耐压试验电压60kV （对应的交流电压为42.43kV）的要求。

计算试验电流为

试验变压器额定容量为

最后根据标准的规定，选取YD-5/50型的高压试验变压器。

2.串级试验变压器

目前进行绝缘预防性试验时，一般采用YD-25/150型的试验变压器即可满足要求。但有时为进行研究，需要更高电压的试验变压器，这时也可采用串级的方法来获得更高的电压。串级变压器的原理接线如图4-2所示。图中第一台试验变压器的高压侧绕组n ₂ 的一端接地；另一端串联一绕组n ₃ ，它供电给第二台变压器初级绕组n ₄ ，而n ₄ 和n ₅ 各有一端与变压器的外壳连接，它们都处于第一台高压端的电位，因此第二台变压器的外壳应对地绝缘。显然，第二台变压器高压端的对地电压就是两台变压器高压端输出电压之和。

在图4-2中，设流过被试品的电流为I，则T ₂ 高压绕组流过的电流也为I，T ₂ 输出的功率为P=U _n I，输入功率也应为P （忽略其损耗）。T ₁ 的输出功率分为两部分；一部分由绕组n ₃ 供给T ₂ ，其数值也应等于P；另一部分由绕组n ₂ 供给负载，其数值是U _n I，也为P，因此T ₁ 的容量应等于2P。可见在上述串级线路中，两台变压器的容量是不同的，T ₁ 的容量应是T ₂ 容量的两倍。两台试验变压器串级后输出的视在功率为2U _n I，而两台试验变压器串级后的总容量为3U _n I。

例如，有两台250kV/6kV的试验变压器串级，如果第二台的容量P=250kVA，则第一台的容量2P=500kVA才能满足额定输出的要求。这样，整套设备的总容量为750kVA，而实际额定输出的视在功率与装置总容量之比，（即利用率）为

同理，若有三台试验变压器串级，它们的容量应分为:3P∶2P∶P，而整套装置的容量为3P+2P+P=6P，则实际额定输出视在功率与装置容量之比为

可见这时利用率只有一半。分析表明，级数愈多，利用率愈低。

另外，随着串级级数增加，整个装置的短路阻抗会大大增加，一般两台变压器串级时，短路阻抗为单台的3.5～4倍；三台串级时，将达到单台的8～9倍。因此，串级变压器一般不超过3台。图4-3示出了三台串级试验变压器的连接方式。

3.谐振式交流耐压装置

由上述可知，串级变压器可以解决试验电压要求高的矛盾，但仅适用于容量较小的被试品。由于下述原因，许多单位研制了谐振式交流耐压装置。

（1）预防性试验的需要。例如要对300MW的水轮发电机进行交流耐压试验，实测每相C _x =1.7μF，取U _S =46kV，则

可见，所需试验变压器的容量很大，目前国内在现场不易解决。再如，对一台31.5MVA变压器的35kV绕组进行交流耐压试验，实测的绕组对地电容C _x =15200pF，取U _S =72kV，则

目前各单位为预防性试验所配备的试验变压器通常为100kV （P _n =10kVA、I _n =0.1A）和150kV （P _n =25kVA、I _n =0.166A）级的，显然不能满足上述试验的要求。

（2）SF ₆ 全封闭组合电器（GIS）现场交流耐压试验的需要。随着我国高压和超高压输变电工程的迅速发展，SF ₆ 金属罐式断路器和全封闭组合式电器被大量采用。这些设备以SF ₆ 气体为主绝缘，绝缘间隙很小，现场安装中难免有外界杂质、微粒混入设备内部。在设备运输过程中也可能出现电极位移或其他损坏现象，这些都会导致绝缘强度急剧下降。因此，为保证设备安全可靠地运行，进行现场交流耐压试验是非常必要的。通过交流耐压试验，还可对设备进行老练处理，烧掉尖端或杂质，它具有检验并恢复设备绝缘强度两种作用。但是，由于GIS中带电导体对筒壳的间距很小，对地电容很大，当变电所的回路数较多时，一相的总对地电容可达2×10 ⁴ pF以上，在交流工频耐压试验时的试验电流可超过2A。若用常规试验变压器作耐压试验，不是电流容量不够，就是容量虽够，但试验设备笨重，不便搬运，给现场试验带来困难。目前，我国研制的谐振式交流耐压装置概括起来有两大类；即串联谐振装置和并联谐振装置。

1）串联谐振装置。图4-4（a）所示为串联谐振装置的工作原理图，图中T ₁ 为调压器，T ₂ 为励磁变压器，L为调谐电感，C为负荷电容，它包括被试品电容、高压试验回路电容及电容分压器电容。图4-4（b）所示为其等值电路，图中R为整个高压试验回路中损耗的等值电阻，L包括可调电抗器的电感及励磁变压器高压绕组漏感，U为T ₂ 空载时的输出电压。由图4-4（b）可得

当串联谐振时

设谐振回路的品质因数为Q， ，则U _C =QU，即被试品上获得的电压为励磁电压的Q倍。换言之，利用额定电压较低的试验变压器，可以得到较高的输出电压。

由于输入功率P=IUcosφ，谐振时，负荷为纯电阻性的，即cosφ=1，故P=IU，而加在被试品上的容量P _S 是施加的电压U _C 和电流I的乘积，即

可见，被试品上得到的容量为试验电源容量的Q倍。换言之，用小容量的试验变压器可以对大容量的试品进行交流耐压试验。所以这种方法有时也称为减容耐压法。

假设回路的感抗取为X _L =585.3kΩ，回路的总电阻（包括电抗器的直流电阻和被试设备的有功损耗电阻）R=17.5kΩ，因此 。对于GIS，由于绝缘介质及回路的损耗甚小，Q值可达40以上。模拟试验证明，天气情况对Q值影响很大，阴天或湿度较大的天气，Q值会减小30%，故该项试验最好选择在晴天或较干燥的天气进行。

由上述，串联谐振可以通过调节电感来实现，也可通过调整频率或电容，或者调其中二者来实现。例如，苏州工业园区海沃科技有限公司生产的HVFRF型自动调频串联谐振试验系统就是靠调节频率使试品和电抗器达到谐振来进行试验的。下面主要介绍该公司生产的规格为HVFRF-270kVA/27kV×10自动调频串联谐振试验系统。

a.特点。变频电源显示选用320×240点阵LCD显示屏（带背光），分辨率高，字体清晰，在室内外强弱光线下均能一目了然。试验数据可屏存，30个存储位置任意存储，并可任意调阅，有计算机接口，可配微型打印机打印。三种操作方式：自动调谐手动升压，手动调谐手动升压，自动调谐自动升压。自动调谐使用最新快速跟踪法，寻找谐振频率点只需30～40s左右，调谐完成后，锁定谐振频率。无谐振点时，提示区显示“调谐失败”。手动调谐时25～300Hz无谐振点，提示区显示“无谐振点”，此时自动切断升压回路。升压速度采用动态跟踪控制，当高压接近已设定的试验电压时，自动调整升压速率，能有效防止电压过冲造成对试品的损伤。达到试验电压后锁定升压键，即使误操作也不会使电压升高。变频电源具有时间定时器，当试验电压升至设定值，自动启动计时，计时到设定值的前10s时声响提示，时间到即自动降压至“零”，并切断升压回路，同时提示区显示“试验结束”，自动记录试验结果。变频电源设有零位、过流、过压、过热及高压闪络等多种保护，保护功能动作时屏幕上均为中文显示；试验系统在额定电压、电流工作下时发生高压闪络或击穿，不会损坏整套设备，装置可正常工作；若装置接线错误，高压自动闭锁，无法升压。

b.系统配置。系统的配置见表4-1。

c.满足试品范围。110kV变压器、GIS、互感器等电气设备的交流耐压试验，试验电压：≤230kV；试验频率:30～300Hz；耐压时间：≤15min。110kV 400mm ² 500m交联电缆交流耐压试验，试验电压：≤128kV；试验频率:30～300Hz；耐压时间:60min。35kV 300mm ² 2500m交联电缆交流耐压试验，试验电压：≤52kV；试验频率:30～300Hz；耐压时间:60min。10kV 300mm ² 5000m交联电缆交流耐压试验，试验电压：≤22kV；试验频率:30～300Hz；耐压时间:5min。

d.相关试验标准及说明。橡塑绝缘电力电缆的20～300Hz的交流耐压试验标准见表4-2 〔摘自《电气装置安装工程电气设备交接试验标准》（GB 50150—2016）〕。

其他设备交流耐压试验标准见表4-3 〔摘自《电气装置安装工程电气设备交接试验标准》（GB 50150—2006）〕。

e.试验时电抗器组合及相关计算见表4-4。

2）并联谐振装置。图4-5（a）所示为并联谐振装置的工作原理图，符号的意义与图4-4相同。由图4-5可知

因谐振时电容支路的电流与电感支路电流的无功分量相等。所以应有 ，或 ，通常 ，故有 ，此即并联谐振的条件。

此时的 为

即电压与电流同相。

这样，并联谐振时的电容支路电流和电感支路电流的无功分量可以分别写成

式中Q——品质因数。

即并联共振时，电感支路电流的无功分量与电容支路电流均为电源电流的Q倍。

若被试品的试验电压为U _S ，被试品中流过的电流 ，这时试验变压器的二次电流 只为 ，即

这时取用的试验变压器容量为

式中 P _Y ——试验变压器取用容量；

P _S ——被试品试验容量。

即试验变压器的容量只为被试品试验容量的1/Q。基于此原因，这种方法称为减容耐压法。

从原理上说，电抗线圈可装在高压侧，也可装在低压侧，然而后者易制作，所以下面介绍绍兴电力局在交流耐压试验中所采用的装在低压侧的电抗线圈。如图4-6所示，电工钢片铁芯截面积为120cm ² ，长为25cm，磁通密度为1.3T。它是将35mm ² 铜芯绝缘导线（电流考虑为140A）按计算出的匝数要求绕在铁芯上，在线圈中抽出几个抽头，分成几个不同档次的阻抗。采用玻璃钢板作铁芯夹板，用铜螺钉夹紧，装在高38cm、长33cm、宽25cm的木箱里，电抗线圈重48kg。应注意的是夹板、螺钉、箱子不准用钢铁材料制作，防止通电时铁芯与它们形成环路而增加损耗。由于此电抗线圈的铁芯是一段电工钢片铁芯，磁阻很大，漏抗很大，因而不容易产生饱和现象。试制时曾通过300A的电流，波形一直很好，不畸变，因此不会影响输出电压波形。

采用并联电抗线圈对大容量电力设备进行交流耐压的试验接线如图4-7所示。按图47接线对上述31.5MVA主变压器的35kV绕组进行交流耐压试验，C _x =15200pF，U _S =72kV，采用的电抗线圈的Z ₂₀ =2.5Ω，并联在试验变压器低压侧，用15kVA的自耦调压器调压，试验电源电流为16A。

当对该台主变压器10kV绕组进行交流耐压试验时，C _x =12000pF，U _S =30kV，采用的电抗线圈的Z ₁₀ =3.6Ω，并联在试验变压器低压侧，用15kVA自耦调压器调压，试验电源电流为9A。

按图4-7接线对某台120MVA、220kV主变压器的35kV绕组进行交流耐压试验时，C _x =17300pF，U _S =72kV，采用的电抗线圈的Z ₂₀ =2.5Ω，并联在试验变压器低压侧，用15kVA自耦调压器调压，试验电源电流为18A。

4.0.1Hz试验装置

由上述50Hz交流耐压试验是鉴定电力设备绝缘强度最有效和最直接的方法。但是，在试验大容量电力设备时，需要大容量的试验变压器，这种变压器体积大而笨重，搬运很不方便。基于此，用直流耐压试验来代替50Hz交流耐压试验；然而，由于直流耐压试验的局限性，所以有人又研究采用0.1Hz超低频交流电压来代替50Hz工频交流电压进行试验。研究表明，这两种试验电压在叠层复合绝缘上的电位分布（按电容分布）是相同的，因而对绝缘缺陷的检验是相同的，即两者具有较好的等效性，所以它是一项很有前途的预防性试验项目。目前已应用于发电机和交联聚乙烯绝缘电缆的试验中。详细内容将在第五章和第十章中介绍。

我国研制的0.1Hz试验设备有多种，其中使用较多和比较适用的有三种形式：调幅机械整流式、电子式、调幅硅整流式，详见第五章。

（二）调压设备

对调压器的基本要求是电压从零到最大值都能平滑地进行调节，并且不使电压波形发生畸变。在电气设备绝缘预防性试验中，常用的调压设备如下。

1.自耦变压器

用自耦变压器调压是最简单的调压方式，其优点是能平滑地调压，输出波形好，功率损耗小，价格便宜。其缺点是容量受限制，一般仅为几至十几千伏安。因此，它适用于小容量试验变压器调压。

2.移卷调压器

移卷调压器是通过移动一个可活动的线圈来调节电压的，其原理图和结构示意图如图4-8所示。它的结构上的特点如下：

（1）线圈A和B的匝数相等，绕向相反，互相串联成调压器的不可动线圈（在实际制造中是同向绕制、反向串联）。

（2）可移动的线圈K是短路连接的。结构上的这两个特点，保证了它的调节电压及其他特性。

如果没有移动线圈K，则线圈A和B产生的主磁通相互抵消，只有与各自线圈相交链的漏磁通Φ _A 和Φ _B 分别通过铁芯的上部和下部。当有移动线圈K后，在AX端加电源电压u ₁ 时，电流i在上、下部铁芯中产生方向相反的磁通Φ _A 和Φ _B ，它们分别通过非导磁材料而各自构成闭合回路，如图4-8（b）所示。当转动把手，使移动圈K移至铁芯下端时，Φ _B 和K交链，在K内感生的电流产生和Φ _B 相反的磁通Φ _K ［见图4-8（a）］，其大小又相等，故使与B交链的磁通为零，则B的感应电势为零，输出电压也为零。

当移动圈K移至铁芯的中间位置时，Φ _A 和Φ _B 与K的交链情况相同，但在K中产生的感应电势方向相反，互相抵消，使移动线圈K内无感应电流，则电压u ₁ 在A和B两个线圈中各占一半，则输出电压等于外加电压的一半，即 。当动圈K移至铁芯的上端时，Φ _A 和K交链，在K中感生电流产生和Φ _A 相反的磁通，大小也相等，所以交链A的磁通为零，即电压为零。全部电压都加在B上，则输出电压等于全电压u ₁ 。所以，当移卷调压器的移动线圈K由下端移向上端时，输出电压将由零逐渐增大为u ₁ 。

实际结构中，为了提高二次电压，使u ₂ ＞u ₁ ，往往还在二次侧串接一个附加线圈（补偿线圈），附加线圈的匝数一般很少，通常为主线圈A的10%。

线圈K可以用手动，也可以由电动机转动涡轮涡杆来使它上下移动。移圈式调压器没有滑动触头，因此容量能制造得很大（从几十千伏安到几千千伏安），目前我国已能生产10kV、2500kVA的产品，但它的体积较大。此外，它的主磁通Φ _A 、Φ _B 要经过一段非导磁材料（对于干式的主要是空气，对于油浸式的主要是油），磁阻很大，所以它的激磁电流相当大，漏抗也很大，但其铁芯却不易饱和。这两点对工频高压输出的波形是有影响的，铁芯不易饱和使输出波形畸变的因素减弱，而漏抗很大将促使波形发生畸变。

移卷调压器在高压实验室及现场应用得很广，它是100kV及以上试验变压器常用的配套调压装置。

当用移卷调压器调压时，其容量一般为

式中 P _T ——移卷调压器的容量；

P _Y ——试验变压器的容量。

三、交流高压的测量

在试验中，试验电压的测量是一个关键的环节。测量交流高压的方法很多，概括起来分为两类：一类是在低压侧间接测量；另一类是在高压侧直接测量。对一般的设备（如瓷绝缘、开关设备和绝缘工具等）可在低压侧测量；而对重要的设备，特别是对容量较大的设备进行耐压试验时，必须在高压侧直接进行电压测量，否则会引起很大误差。

（一）在低压侧测量

这种方法是在试验变压器的低压绕组或测量线圈（仪表线圈）的端子P ₁ P ₂ 上，用电压表进行测量，然后，通过换算来确定高压侧的电压，见图4-1。由图4-1可见，若电压表的读数为U ₁ ，那么高压侧的电压U ₂ 应为

式中 K——高压绕组与测量线圈的匝数比，一般为1000∶1；或者是高压绕组与低压绕组的匝数比，其数值可从铭牌查出。

（二）在高压侧测量

首先说明为什么要强调在高压侧测量。

表4-5列出了三台大型电力变压器交流耐压试验各侧电压的测量结果，由表中数据可见：

（1）空载时，低压侧电压乘以变比，与高压侧电压的实测结果一致。

（2）负载时，低压侧电压乘以变比，低于高压侧电压的实测值。

产生这种现象的原因是电容升现象，现简要分析如下：

在工频耐压试验时，其等值电路如图4-9所示。由图4-9（a）可得

由图4-9（b）可知，U及U _C 同向，而U与U _L 反向，则上式可改写成

故

式中ΔU——在应加试验电压下通过被试设备的电容电流；

Z _K ——试验变压器的短路阻抗；

Z _K %——试验变压器短路阻抗百分数；

U _S ——应加于被试设备端部的电压；

C _x ——被试设备的电容；

U _n 、I _n 、Z _n ——试验变压器的额定电压、额定电流、额定阻抗；

P _n ——试验变压器的额定容量。

由式（4-8）可见，当试验变压器选定后，且被试设备的试验电压一定时，若被试设备电容量愈大，则电压升高愈多。

由上分析不难看出，当被试设备为电容性时，试验回路的电流基本上是属于容性的，由于电容电流在试验变压器的绕组上要产生漏抗压降，故使被试设备端电压升高，也就是现场通常所说的容升。为了避免容升给试验带来的影响，在试验时应尽量采用高压侧测压的方法，特别是对大容量被试设备，更应当注意。

例如，现采用150kV、25kVA、U _K =9.6%的试验变压器对50000kVA/110kV变压器的低压绕组进行耐压试验，试验电压为21kV，试问在低压侧测量电压时，引起的误差是多少？已知低压对高压及地的电容量为22900pF，I _n =0.167A，K _Y =394.7；K _c 一1000。

相对误差为 。

若在试验变压器低压侧施加电压 ，则可使相对误差减小。若电压表接在测量线圈P ₁ P ₂ 上，则其读数宜为 。

其中K _Y 为试验变压器高低压绕组的变化；K _C 为试验变压器高压绕组与测量绕组的变比。

应当指出，上述的分析与计算均是粗略的，因为没有考虑回路中的电阻压降。然而，这对理解容升这个重要物理概念是有意义的。精确计算较繁，此处从略。

其次，我们介绍现场电力设备绝缘预防性试验中，在高压侧测量电压时所采用的具体方法。

（1）用电容分压器测量。用电容分压器测量的原理是使被测电压通过串联的电容分压器进行分压，测出其中低阻抗电容上的电压，再用分压比算出被测电压值，即

式中 C ₁ ——高压臂电容；

C ₂ ——低压臂电容；

U ₂ ——低压电压表V的读数。

高压臂电容可以采用携带型高压电容器、变压器的电容套管或电容互感器的末屏电容。如果用携带型高压电容器作为高压臂电容，为减小分布参数的影响，其电容值应不小于（30～40）HpF，其中H为高压电容器的高度，单位为m。

用电容分压器测量高压的接线图如图4-10所示。由于电容的变化及杂散电容等的影响，分压器的分压比是随所加电压和周围环境的变化而变化的，所以在每进行耐压试验时，都需与试验变压器空载时的变比进行比较，以确定试验时分压器低压侧电压表的读数，因而在测量前都要校准分压比。其方法是将S与1接通，接通后，逐渐升高试验变压器的输出电压，这样就可以得到若干组U和U _T 的数值，用这些数值做成所谓校正曲线，如图4-11所示。试验时，把S与2接通，并从校正曲线上找出试验电压下电压表V的读数U来，即可升压进行试验。当电压表V的读数为U时，说明被试设备上已承受到了试验电压。

用这种方法测量时，表计的等效输入阻抗应大于分压器低压臂容抗 的100倍。若电压表V为高阻抗交流电压表或静电电压表，可测得有效值，此时电压表的内阻不低于1.31kΩ/V；若电压表V为峰值电压表，可测得电压峰值；若将电压表V换接为示波器，则可观察波形和测量电压峰值。

试验时，常在C ₂ 的两端并联电阻r，其目的是在试验中消除C ₂ 上的残留电荷，使分压器具有良好的升降特性，一般取时间常数为τ=rC ₂ =1～2s。

电容分压器测高压法是目前现场常用的方法，分压器结构简单，携带方便，准确度也较高。

除电容分压器外，还可采用阻容分压器进行测量。苏州工业园区华电科技有限公司生产的HV系列交直流高压测量系统，采用高稳定的复合膜电容器及高精度正负温度系数自动补偿金属膜电阻，并充以十二烷基苯，分压比稳定。采用16位高速工业级A/D逐点采样，由DSP数字信号处理器进行高速运算，在大屏幕LCD上主显示为峰值 及波形，真有效值、峰-峰值、波形畸变率、峰值因数及脉动因数均一并显示。交直流信号自动识别，量程自动切换，工作频率DC～300Hz。而且分压器变比通过软件做到多点精确校验，可以“克隆”标准分压器。带PL接口，适合试验室与现场测量。

（2）用静电电压表测量。静电电压表也是现场常用的测量高压的设备之一。测量时，将静电电压表并接于被试设备两端，可直接读出加于被试设备上的高电压。这种方法比较简单、准确，凡有条件的地方均应考虑采用这种测量方法。静电电压表的结构如图4-12所示。

由图4-12可见，静电电压表的结构主要是两个电极；一个是固定电极，另一个是可动电极，它是利用两个电极间的电场力使可动电极偏转来测量电压的。静电电压表的结构是各种各样的，但其基本原理是相似的。下面以国产Q ₄ -V型100kV静电电压表为例来说明。

在图4-12中，被测电压加在平板电极1、2之间，电极2的中部有一个小窗口，放置可动电极，在电场力作用下，可转动，其转矩为

式中 α——转角；

C——可动电极和电极1之间的电容。

该力矩由悬挂的可动电极的张丝或弹簧（图中未画出）所产生的反作用力矩M ₂ =kα来平衡，其中k为常数。当平衡时，M ₁ =M ₂ ，则

可见，偏转角的大小和被测电压的平方及 有关。而 决定于静电电压表的电极形状，为了使电压刻度比较均匀，常将可动电极做成特殊的形状，使得 随α的增加而减小。偏转角的大小由固定在张丝上的小镜经一套光学系统反射到标尺上。因静电电压表的指示与被测电压平方成正比，所以它的偏转方向与被测电压的极性无关，既能测量直流，又能测量交流电压（在交流电压作用下，可动电极上的电荷随固定电极上电荷极性改变而变化，但始终保持与固定电极上的电荷为等值、异号），在测量交流电压时所测到的为电压的有效值。

静电电压表两电极间的电容量约10～30pF，显然内阻极大。因此在测量时几乎不会改变被试物上的电压。这对于被试设备阻抗高的情况尤其合适。对电压等级不太高的试验，使用它能很方便地在高压端直接测出电压。另外，使用中应注意静电的影响。

静电电压表能耐受的电压由两电极间的距离及固定高压电极的绝缘介质表面放电电压决定。改变电极间距离，能改变测量电压范围。所能测量的交流高压的频率范围由该绝缘介质的高频性能决定，一般可达数兆赫。

我国已生产出多种规格的静电电压表。例如Q ₃ -V型表能测量0～7.5～15～30kV的电压；Q ₄ -V型表能测量0～10～20～50～100kV的电压。目前国内生产的静电电压表能测的最高电压为250～500kV。

静电电压表的等级通常在1.5级左右，有一定测量误差。若其安放位置或高压引线的路径处置不当，往往会造成显著的误差。另外，它携带不方便，也不能使用于有风的环境中，否则活动电极会被风吹动，造成较大测量误差。所以一般被用于试验室里测量100～250kV及以下的电压。

（3）用电压互感器测量。在被试设备上并联一只准确度较高（0.5级）的电压互感器，在电压互感器的低压侧用电压表测量，然后乘上变比即可换算出高压侧电压。

若在互感器低压侧用峰值表测量，能够直接测得击穿时的峰值电压。若在低压侧改接上电子示波器，能够监视加在被试设备上的电压波形，同时也能测定被试设备放电时的电压幅值。

这种方法比较简单，准确度高，是现场常用的测量方法，但一般只能测到250kV的电压，且不便于携带。

（4）用球隙测量。采用球隙直接测量高压侧的电压是高压试验中最基本的测量方法，已经有数十年的历史，积累了大量的使用经验，制定了准确度达±3%的表格。不仅可以用来测量交流高压幅值，同样也可用来测量冲击电压及直流电压。

在一定的大气条件下，一定直径的铜球，当球隙距离一定时，其击穿电压是固定的，因此可以用球隙来测量高压。不同球径的放电电压与距离的关系见附录二的“1”。

球隙的装置比较简单，能够直接测出很高的电压，所以一般说来，在实验室中使用起来确实方便。但是在现场条件下使用，往往带来很大的误差，以致达到无法使用的程度。例如东北曾有几次在现场（室外）用500mm的球隙作为感应耐压的过电压保护，球隙的放电电压调整在（1.15～1.2）U _e ，结果出现明显的提前放电（均未进行预放电）现象。其中有一次，间隙调整为320mm，在当时气象条件下，放电电压应为408kV （有效值），可是升至320kV时就放电了，误差达30%。在现场测量中，这样的例子不胜枚举。所以在电力系统中至少是在室外现场的电力设备绝缘预防性试验中，用球隙测高压是不现实的。

四、控制、保护及滤波

（一）控制回路

控制回路也是工频耐压试验的重要部分，对控制回路的基本要求是：

（1）只有在试验人员全部离开高压危险区，并关好安全门后，才能加上电压。

（2）升压必须从零开始。

（3）当被试设备被击穿时，应能自动切断电源。

（4）在自动升压装置中还要能控制升压、降压及停止等。

图4-1（a）所示为最简单的手动升压试验装置线路。图中M ₁ 是装在安全门上的限位开关，只有在试验人员接线完毕并离开高压危险区、关好门后M ₁ 才闭合。M ₂ 是装在调压器底部的限位开关，K ₁ 为切断控制回路的“分”开关。继电器J带动四个常开触点和常闭触点，其中J ₁ 、J ₂ 起自锁作用，即当控制回路接通，J ₁ 、J ₂ 闭合，这时即使K ₂ 、M ₂ 打开，控制回路也不会被切断。J ₃ 、J ₄ 闭合，使调压器接通电源，绿灯亮说明电源有电，红灯亮说明调压器接通电源，可以升压进行试验。一旦被试设备被击穿，过电流继电器P _M 动作，打开常闭触点P _M1 ，于是控制回路被切断，J ₃ 、J ₄ 打开，切断调压器上电源。如果在升压过程中发生意外情况需立即切断变压器电源，只需按下按钮K ₁ 就可实现。

图4-1（b）是自动升压试验装置线路。图中调压器是由电动机M来拖动的，电动机正转时电压上升，反转时电压下降。“升毕断”和“降毕断”都是装在调压器内的常闭触点，分别在试验变压器输出电压达到额定值和零值时使电动机停止。如果开始时调压器不在“零”位置，只要控制回路接通电源，电机就首先反转，使调压器退到“零”位置。一般操作程序如下：接好被试设备，关好安全门，接通电源，按“合”开关，则J ₁ 带动的触点动作，使调压器接通电源。再按“升”开关，则J ₂ 带动的触点动作，电动机正转，试验电压逐渐上升。一旦发生击穿，过电流继电器P _M 动作，于是J ₁ 的触点都复位，调压器电源被切断，电动机反转，直到调压器降到“零”位置，将“降毕断”触点打开为止。如果做耐压试验，只要当电压升到试验电压时按下“停”开关，电动机停转，电压就停在试验电压值，直到耐压时间完毕，再按“降”开关，使调压器退到“零”位置。这个控制回路比较简便，能够满足击穿和耐压试验的要求。

（二）保护措施

高压试验时，必须重视人身和设备的安全。除在控制回路中已采用的过电流继电器、安全门开关、调压器限位开关等外，还在试验回路的低压部分有可能出现高电压的地方都接上保护放电器；在调压器的进线端接上C _n 、C _m 、R _n 、R _m ，以防止过电压的袭击。在高压回路也有一些保护措施，如R ₁ 、R ₂ 、Q都是。R ₁ 可限制当被试设备被击穿时流过试验变压器或被试设备中的电流，以免故障扩大。R ₁ 的数值一般推荐为0.1～0.5Ω/V。球隙Q可防止意外把高电压加到被试设备上，引起被试设备无辜击穿，球隙Q的放电电压一般调整为最高试验电压的110%～120%。R ₂ 可防止球隙Q击穿后与被试设备电容引起振荡产生的过电压损坏设备的绝缘，还可以保护球面不致被短路电流烧坏。其阻值可按1Ω/V选取，常用的R ₂ 在100～500kΩ范围内，沿面绝缘距离一般按每米约200kV来选取。

（三）滤波器

进行工频交流耐压试验时，试验电压的波形应为正弦波，但试验变压器等铁磁元件的非线性常使试验电压波形畸变。为了减少波形畸变，常用的措施是在调压器与试验变压器之间接入滤波器，如图4-1所示。使滤波器对某次谐波谐振，即可把影响大的谐波成分滤掉。滤波器的电容一般选为6～10μF，但不能太大，以免调压器过载。电感L可根据要滤掉谐波的频率f按下式计算 4s2IZYVUGD9EvyCIW5HoxUav4jv+CQYitBebyG2/1/S/Mic8BikVIAQZG4JhVPZu