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利用串联谐振进行工频耐压试验有什么特点
2021-08-08

为了适应具有大静电电容量试品的工频耐压试验需要,一些部门装置了交流高压串联谐振试验设备

具有大静电电容量的试品通常是指电缆、六氟化硫管道、电容器以及容量≥300MW的大容量发电机。

串联谐振进行工频耐压试验现场图
利用串联谐振试验设备进行工频耐压试验的特点是:

(1)供电变压器T和调压器AT的设备容量小。这是因为上面曾分析过的,试品上的电压Uc=QUs。Us为高压供电电压,既然高压回路中流过的电流是一样大的,所以供电变压器和调压器的容量,在理论上可比试验所需容量小Q倍。

(2)串联谐振装置所输出的电压波形较好。这是因为仅对工频(基波)产生谐振,而对其他由电源所带来的高次谐波分量来说,回路总阻抗甚大.所以试品上谐波分量甚弱,试验波形就较好。

(3)若在试品耐压过程中,发生了闪络,则因失去了谐振条件,高电压立即消失,从而使电弧即刻熄灭。

(4)恢复电压之建立过程较长,很容易在再次达到闪络电压之前控制电源跳闸,避免重复击穿。

(5)恢复电压并不出现任何过冲(over shoot)所引起的过电压。

正因为上述(3),(4)的特点,试品击穿后所形成的烧伤点并不大,这有利于对试品之击穿原因进行研究。由于以上的特点,这种装置使用起来比较安全,既不会产生大的短路电流,也不会发生恢复过电压。

下面我们将分析和说明上述的(4),(5)两个特点。

用交流高压串联谐振设备做试验时,试品在初次闪络熄孤后的恢复电压:

U0-1=cos(ωt)-[cos(βt)+αsin(βt)/ β]exp(-at)

式中

β=√1/(LC)-R2/(4L )2, α=R/(2L)

因Q=ωL/R=40~80,1/(2Q)约为10-2的数量级,

β=√ω2-[ω2/(4Q2)] =ω√1-1/4(Q2)≈ω

α=R/(2L) =ω√(2Q)

所以,上式可改写为

U0-1=cosωt-[cosωt+sinωt/(2Q)]exp[-ωt/(2Q)]

因1/(2Q)甚小,上式可以进一步改写为

U0-1≈{1-exp[-ωt/(2Q)]}cosωt

把上式中的ωt改为ωnT,其中,n为从t=0开始算起的周期数,T为正弦波的周期。设f为正弦波的频率,则

ωnT=2πfn/f=2πn

这样上式中的指数ωT/(2Q)=πn/Q

如果第二次的闪络(重燃)出现在比第一次的耐压值略低的电压下,此时假设e的指数项衰减到5%左右,则nπ/Q≈3,即n≈Q。

由于谐振装置中Q值总是较大的,故n值也较大。所以在另一次闪络出现之前要经历几十个周期的时间,在此足够长的时间内,很容易将电源切断。

图片.png

图1:试品闪络后的恢复电压波形

图片.png

图2:试品闪络后的恢复电压波形全貌
图1及图2画出一台实际的串联谐振试验装置在试品闪络后所出现的恢复电压波形,该装置的品质因数Q=40。由图可见,试品闪络后并不会出现负向过冲过电压。恢复电压重新达到再次击穿值所需的时间间隔接近1s。

利用串联谐振装置进行耐压试验是由局限性的,譬如不能用它进行外绝缘的湿闪及污闪试验。

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