高电压技术实验指导书实验项目实验编号实验名称时数23039012直流电场中空气间隙的放电特性2303902沿固体介质表面的放电22303903绝缘非破坏性试验22学生实验须知一实验要求1认真进行实验预习和准备，应教师要求于实验前完成实验准备报告；2按照安排的时间、地点和分组签到和参加实验。因故调换应提交调换申请并经教师批准；：3在指定实验台（位置）进行实验，不得随意调换，不得动用非实验设备；4实验时，主动参与，认真细致，互助合作，注意安全.有问题主动向教师请教5实验结束，整理好实验设备，报告指导教师检查实验结果，经认可后方可离开。6损坏设备，应予以赔偿。二实验报告基本要求1在院统一印制的实验报告用纸上书写报告，2书写整洁，符号、表格和曲线规范；3实验记录数据真实客观，实验结果分析认真正确；4按时呈交。实验报告作为教学档案由院留存三实验成绩评定1每项实验的成绩综合学生出勤、实验过程（参与程度，实验结果，设备安全和人身安全）情况和实验报告质量（内容和规范性）给出：不参加实验或参加实验不提交报告者，该项实验成绩为0分。2 实验成绩计入课程平时成绩表;3不参加实验及不提交报告达三次者，将被取消该课程考核资格
高电压技术实验指导书 实验一 直流电场中空气间隙的放电特性 一、实验目的 通过实验，了解电场均匀程度对击穿电压的影响及极不均匀电场下电极极 性对空气间隙击穿电压的影响。 二、实验原理 U(KV) 2000 空气间隙的抗电强度和击穿过程 的研究在高电压技术中具有实际意 -→卜 1500 义。由于空气间隙的击穿电压受诸多 因素影响（电场分布、电压作用时间、 电极极性、大气条件等)，很难用数值 1000 计算方法精确获得，工程上往往依靠 试验确定空气间隙的抗电强度，或根 500 +→卜 据一些典型电极在不同距离下的击穿 d(m) 电压值，估算其绝缘距离。 3 极不均匀电场中，电晕起始电压 比击穿要低得多，而在稍不均匀电场 图1“棒板”“棒棒”空气间隙的 中二者互相重合；在极不对称的不均 直流击穿电压特性曲线 匀电场中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，但击穿电压则明显地受极性影响。 图1实验结果表明，极不均匀电场电极的击穿电压，当负棒正板比正棒负 板时要高得多，这是因为棒极附近电晕圈中的正空间电荷对两种电场起着不同 的作用。在负棒正板电场中引起碰撞游离的电子向正极运动，棒极附近的正空 间电荷起制动作用，正离子迁移率小，正空间电荷消弱电场，电子减速而游离 不易发展，即不易形成流柱而击穿；在正棒负板中，电子向正棒运动，棒极附 近的正空间电荷起加速电子的作用，游离易发展，易形成流柱，击穿电压低。 2
高电压技术实验指导书三、实验装置和接线图实验装置包括：YD-JZ50/5工频试验变压器，FRC-50/0.05交直流分压器，@50测量球隙，限流电阻，稳压电容，ZX-5操作箱，接地棒一根。直流电压下空气间隙击穿实验接线如图2所示。RYD[JZ]0C图2直流电压下空气间隙击穿实验接线ZX—操作箱；YD[JZ]-一交直两用实验变压器T一导杆（直流实验时抽出）：A-高压输出柱C——稳压电容：X一一高压尾端（连同外壳接地）一低压输入柱a,x-Ki,Kz——测量绕组接线柱R——限流电阻；F—试验电压G——交直流分压器
高电压技术实验指导书四、实验方法及实验内容1、按图2接线图检查线路，装好实验电极，仔细将二电极移到所需位置取下接地棒。2、合上电源，操作箱绿色指示灯亮。3、试验人员与试验装置保持一定距离后，按下合闸按钮，红色指示灯亮。4、顺时针均匀加压，当间隙发出有规律的断续放电（注：仅仅发生一次放电，以后维持同一电压时又不继续发生放电的情况不算），读出开始放电时的电压值，每一距离做三次取平均值（注意：每一次均应把电压退到零，过一段时间再升压到放电）。1）正尖端一负平板；2）负尖端一正平板；3）尖端一尖端。5、将实验结果记录于表1。根据表1记录的试验数据，分别作出直流电压下，“正尖一负板”、“负尖一正板”、“尖一尖”电极的击穿电压（平均值）U与间隙距离d的关系曲线U，=f(d)。表 1直流电场中空气间隙的放电特性试验纪录正棒负板负棒正板棒棒电极形式×μF→↑→极间距离0.0.0.2.35213235(cm)55第1次击穿电压(kv)第2次击穿电压(kv)第3次击穿电压(kv)平均值(kv)
高电压技术实验指导书 四、实验注意事项 1、合电源开关前，应检查调压器是否在零位； 2、检查接地棒的接地是否可靠； 3、电容器在短时放电后仍有残余电荷，故在实验完毕后必须先把接地棒挂 在电极两端，才能更换电极距离，变更完后要拆除接地棒才可重新开始加 压。 五、实验报告要求 1、将实验结果记录于表1； 2、根据表1记录的实验数据，分别作出直流电压下，“正棒——负板”，“负 棒——正板”、“棒——棒”电极的击穿电压（平均值）U与间隙距离 d的关系曲线Up=f(d)。 实验二 沿固体介质表面的放电 一、实验目的 通过实验了解在绝缘介质表面的放电现象，同时观察放电过程中发生电晕、 滑闪放电及沿介质表面完全放电现象。 二、实验原理 所有高压电器、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 许有沿绝缘体表面放电现象。因此了解绝缘介质的沿表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距离时，沿绝缘介质表面放电电压较空 气的放电电压为低。这是由于介质内部的体积电容起分流作用的原因。详细分 析见图3
高电压技术实验指导书Um(A）典型的界面电场形式（B）等值电路及电压分布曲线图3，绝缘介质的沿表面放电现象分析图图3（A）中我们可以看出在两极板之间的电场是均匀的，但在极板边缘部分的电场由于边缘效应变的很不均匀，在靠近边缘处电场很强，离边缘愈远愈弱。在介质表面单位长度上有漏电阻R，介质内部（上下两表面）也有漏电阻r，还有体积电容C，而单位长度上的电阻R相等，假设有一个单位I流入r、c并联电路，则流过各段R的电流不相等（见图3（B)），愈靠近电极附近的电流愈多，使这部分电压降愈大，放电从电极根部开始，进入滑闪放电阶段，为局部热游离状态，放电沿介质表面向对极延伸，相当于极间距离不断缩短，直至对极一一闪络。这样固体介质表面和空气交界处的抗电强度比纯空气的抗电强度低得多。绝缘子沿面放电电压（干闪电压）受到很多偶然因素（气压、气温、湿度、表面状况等）的影响，呈现出明显的分散性质。因此确定绝缘子的干闪电压，须用统计的方法来处理试验数据。三、实验装置和接线图实验装置包括：YD—JZ50/5工频实验变压器，FRC—50/0.05交直流分压
高电压技术实验指导书器，@50测量球隙，限流电阻，ZX-5操作箱，接地棒一根，金属板、玻璃板各一块，园柱形电极一个。实验接线如图4所示。B一试验变压器R一限流电阻G圆形电极BL—玻璃板一铁板图4沿固体介质表面放电的试验电路四、试验方法及试验内容1、按图4接线，均匀缓慢的升高电压，观察在柱形电极周围发生电晕的开始电压（有声响和紫色光圈出现）和滑闪放电到介质表面完全放电过程。2、改变圆柱电极在玻璃板上的位置，重复以上试验。3、记录试验结果于表2。4、求取两极间沿面距离与击穿电压之间的关系曲线U，=f(d）。表2沿固体介质表面的放电试验纪录2:6-313457沿面距离（cm）第1次放电电压(kv)第2次放电电压(kv)第3次放电电压(kv)平均值（kV)
高电压技术实验指导书五、试验注意事项1、合闸前应检察调压器是否在零位，接地棒是否已取掉；2、发生沿面放电后，应立即切掉高压电源，以免长时间通过短路电流烧环变压器；3、加压时，注意均匀缓慢的升高电压；4、更换试件时，必须把接地棒挂在试验变压器的高压端，以免发生事故。六、试验报告要求1、将试验结果记录于表2；2、根据表2记录的试验数据，做出两极间沿面距离与击穿电压之间的关系曲线U,=f(d)
绝缘非破坏性实验 1、实验目的： 了解西林电桥测试原理，测量不同电极结构试品的介电常数、介质损耗角正切值、泄漏 电流等绝缘参数。 2、实验原理： 电气设备的预防性试验中，介质损耗的测量是作为设备状态诊断极其重要的检测项目。 特别是对于电容量较小的电容式绝缘结构的设备，采用介质损耗角正切值(tanδ)的测量，能 比较有效地发现绝缘的局部缺陷。然而，对电容量较大的大型设备的局部绝缘缺陷，往往是 不容易发现的。 功率及导纳相量图（见图1），电容参数即为被试设备的对地ωCx值，电阻Rx是介质 损耗的等价电阻值，Zx是Xx、PX的复合阻抗，Qx是对应Xx的无功功率，Px是介质损耗功率， Sx是介质损耗Px和Qx的视在功率。则两组参数组合成功率三角形△QxSxPx和导纳三角形△ BxYxGx。实际上两个三角形是相似三角形，夹角δ在此称为介质损耗角，φ为功率角，而δ 角的正切值 tanδ=Px/Qx=Bx/Gx(Xx=1/wCx) 式中：Gx=1/Rx;Bx=ωCx。 而ω是一常数，Cx对同一类设备而言也基本是同一数值，当Rx很大时，则介质损耗角正 切值tanδ值很小，所以该值反映设备绝缘状态的灵敏度较高。 由于介质损耗角正切值tanδ是一个微小数值，要测试此值常规采用电桥法，这是使用历 史比较久远的一种方法。最常用的是QS1型西林电桥，它是一种交流平衡电桥，是测试高压 电气设备主绝缘的介质损耗角正切值tanδ及电容量Cx的专用设备（见图2）。 电桥的基本原理是两桥臂各臂上的某分压节点的电位相等，由图2可得 Zx=1/(1/Rx+jCx)(1) Zn 1/jaCN Z3=R3(2) Z=1/(1/R4+jC4)(3) 基于这些关系式和复数等式计算原则可进一步推导出如下关系式 Rx=(C4/CN)R3(4) Cx =ju CNRa/R=(R/R3)C(5) 2x USx Bx Yx δ Gx 0 Px 图1介质内部功率及导纳向量图
图2西林电桥原理在阻抗三角形中，有tan§=Rx/Cx=WC4R4(6)由图2可知C4和R4在电桥中同处在同一臂上，而=2πf=100元，为了便于操作和计算，特将R4的设计取值定为：R4=104/元，则有tan.8=106C4。而将C4制作成可调式电容器，通过c4的调节使电桥平衡，测定介质损耗角正切值tan8。西林电桥QS1的测试方法有：①直接法，对于那些能将外壳接地装置断开的被试设备，可用此方法进行测试：②反接法，对于那些不能将外壳接地装置断开的被试设备，必须采用该方法。另外一种特殊方法是对角线接线法，当被试设备外壳不能断开接地，而电桥的绝缘不能满足试验要求时，可以采用此方法，实施中将试验变压器的尾端直接与桥尾(R3和C4连接点)连接，而将图2中A点接地（实际上可不接地），在此不作述。在测量介质损耗角正切值tan8的同时，也可将被试电气设备的对地电容量测试出来，即式(5)：Cx=(R4/R3)CN。测量介质损耗角正切值tan8，除使用西林电桥Qs1型外，还有电流比较型电桥和M型试验器。当前应用较广的数字式介损测试仪大多是利用这两种仪器的原理作为电桥基本测试电路的。电流比较型电桥原理接线如图3所示，CN为标准电容，Cx为被试品的等效电容，Rx表示被试品介质损耗的等值电阻，U为试验电压，R为十进制可变电阻器，C为可调电容。另外，WN和Wx表示电流比较型电桥标准臂和被测臂绕组的匝数。当被测臂的磁势与电桥标准臂的磁势相等时，即电桥处于平衡状态，平衡指示器显示平衡指示。此时，由安匝平衡原理可推导出WNCx = Cn Wx(7)tanox = uRC (8)式中：工频时=2πf=100，若用于变频抗干扰法，则值有所变化；C分别可等于1/元×10-6F和0.1元×10-6F。M型不平衡电桥的接线原理如图4所示，CN、Ra为标准分支回路；Cx、Rx及无感电阻Rb为被测分支回路：Re为极性判断支路：C、B为测量点，T为加压变压器