工頻耐壓試驗(yàn)是鑒定電氣設(shè)備絕緣強(qiáng)度的有效和最直接的方法。它可用來(lái)確定電氣設(shè)備絕緣的耐受水平，它可以判斷電氣設(shè)備能否繼續(xù)運(yùn)行。它是避免在運(yùn)行中發(fā)生絕緣事故的重要手段。

工頻耐壓試驗(yàn)時(shí)，對(duì)電氣設(shè)備絕緣施加比工作電壓高得多的試驗(yàn)電壓，這些試驗(yàn)電壓稱為電氣設(shè)備的絕緣水平。耐壓試驗(yàn)?zāi)軌蛴行У匕l(fā)現(xiàn)導(dǎo)致絕緣抗電強(qiáng)度降低的各種缺陷。為避免試驗(yàn)時(shí)損壞設(shè)備，工頻耐壓試驗(yàn)必須在一系列非破壞性試驗(yàn)之后再進(jìn)行，只有經(jīng)過(guò)非破壞性試驗(yàn)合格后，才允許進(jìn)行工頻耐壓試驗(yàn)。

對(duì)于220kV及以下的電氣設(shè)備，一般用工頻耐壓試驗(yàn)來(lái)考驗(yàn)其耐受工作電壓和操作過(guò)電壓的能力，用全波電壓試驗(yàn)來(lái)考驗(yàn)其耐受大氣過(guò)電壓的能力。但必須指出，在這種系統(tǒng)中確定工頻試驗(yàn)電壓時(shí)，同時(shí)考慮了內(nèi)過(guò)電壓和大氣過(guò)電壓的作用。而且由于工頻耐壓試驗(yàn)比較簡(jiǎn)單，因此，通常把工頻耐壓試驗(yàn)列為大部分電氣產(chǎn)品的出廠試驗(yàn)。所以，在交接和絕緣預(yù)防性試驗(yàn)中都需要進(jìn)行工頻耐壓試驗(yàn)。

作為基本試驗(yàn)的工頻耐壓試驗(yàn)，如何選擇恰當(dāng)?shù)脑囼?yàn)電壓值是一個(gè)重要的問(wèn)題，若試驗(yàn)電壓過(guò)低，則設(shè)備絕緣在運(yùn)行中的可靠性也降低，在過(guò)電壓作用下發(fā)生擊穿的可能性增加；若試驗(yàn)電壓選擇過(guò)高，則在試驗(yàn)時(shí)發(fā)生擊穿的可能性增加，從而增加檢修的工作量和檢修費(fèi)用。一般考慮到運(yùn)行中絕緣的老化及累積效應(yīng)、過(guò)電壓的大小等，對(duì)不同設(shè)備需加以區(qū)別對(duì)待，這主要由運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)來(lái)決定。我國(guó)有關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)以及我國(guó)原電力工業(yè)部頒發(fā)的《電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程》中，對(duì)各類電氣設(shè)備的試驗(yàn)電壓都有具體的規(guī)定。

按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，進(jìn)行工頻交流耐壓試驗(yàn)時(shí)，在絕緣上施加工頻試驗(yàn)電壓后，要求持續(xù)1min，這個(gè)時(shí)間的長(zhǎng)短一是保證全面觀察被試品的情況，同時(shí)也能使設(shè)備隱藏的絕緣缺陷來(lái)得及暴露出來(lái)。該時(shí)間不宜太長(zhǎng)，以免引起不應(yīng)有的絕緣損傷，使本來(lái)合格的絕緣發(fā)生熱擊穿。運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，凡經(jīng)受得住1min工頻耐壓試驗(yàn)的電氣設(shè)備，一般都能保證安全運(yùn)行

一、工頻耐壓試驗(yàn)接線

對(duì)電氣設(shè)備進(jìn)行工頻耐壓試驗(yàn)時(shí)，常利用工頻高壓試驗(yàn)變壓器來(lái)獲得工頻高壓，其接線如圖3-12所示。

通常被試品都是電容性負(fù)載。試驗(yàn)時(shí)，電壓應(yīng)從零開(kāi)始逐漸升高。如果在工頻試驗(yàn)變壓器一次繞組上不是由零逐漸升壓，而是突然加壓，則由于勵(lì)磁涌流，會(huì)在被試品上出現(xiàn)過(guò)電壓；或者在試驗(yàn)過(guò)程中突然將電源切斷，這相當(dāng)于切除空載變壓器(小電容試品時(shí))也將引起過(guò)電壓，因此，必須通過(guò)調(diào)壓器逐漸升壓和降壓。r是工頻試驗(yàn)變壓器的保護(hù)電阻，試驗(yàn)時(shí)，如果被試品突然擊穿或放電，工頻試驗(yàn)變壓器不僅由于短路會(huì)產(chǎn)生過(guò)電流，而且還將由于繞組內(nèi)部的電磁振蕩，在工頻試驗(yàn)變壓器匝間或?qū)娱g絕緣上引起過(guò)電壓，為此在工頻試驗(yàn)變壓器高壓出線端串聯(lián)一個(gè)保護(hù)電阻r。保護(hù)電阻r的數(shù)值不應(yīng)太大或太小。阻值太小，短路電流過(guò)大，起不到應(yīng)有的保護(hù)作用；阻值太大，會(huì)在正常工作時(shí)由于負(fù)載電流而有較大的電壓降和功率損耗，從而影響到加在被試品上的電壓值。一般r的數(shù)值可按將回路放電電流限制到工頻試驗(yàn)變壓器額定電流的1～4倍左右來(lái)選擇，通常取0.1Ω/V。保護(hù)電阻應(yīng)有足夠的熱容量和足夠的長(zhǎng)度，以保證當(dāng)被試品擊穿時(shí)，不會(huì)發(fā)生沿面閃絡(luò)。

二、工頻試驗(yàn)變壓器

產(chǎn)生工頻高壓最主要的設(shè)備是工頻高壓試驗(yàn)變壓器，它是高壓試驗(yàn)的基本設(shè)備之一。工頻試驗(yàn)變壓器的工作原理與電力變壓器相同，但由于用途不同，工頻試驗(yàn)變壓器又具有以下一些特點(diǎn)。

1.工頻試驗(yàn)變壓器的特點(diǎn)

工頻高壓試驗(yàn)變壓器的工作電壓很高，一般都做成單相的，變比較大，而且要求工作電壓在很大的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。由于其工作電壓高，對(duì)繞組絕緣需要特別考慮，為減輕絕緣的負(fù)擔(dān)，應(yīng)使繞組中的電位分布盡量保持均勻，這就要適當(dāng)固定某些點(diǎn)的電位，以免在試驗(yàn)中因被試品絕緣損壞發(fā)生放電所引起的過(guò)渡過(guò)程使電位分布偏離正常情況太多，可能導(dǎo)致其絕緣損壞。當(dāng)試驗(yàn)變壓器的電壓過(guò)高時(shí)，試驗(yàn)變壓器的體積很大，出線套管也較復(fù)雜，給制造工藝上帶來(lái)很大的困難。故單個(gè)的單相試驗(yàn)變壓器的額定電壓一般只做到750kV，更高電壓時(shí)可采用串級(jí)獲得。三相的工頻高壓試驗(yàn)變壓器用得很少，必要時(shí)可用三個(gè)單相試驗(yàn)變壓器組合成三相。

工頻試驗(yàn)變壓器工作時(shí)，不會(huì)遭受到大氣過(guò)電壓或電力系統(tǒng)內(nèi)過(guò)電壓的作用，而且不是連續(xù)運(yùn)行，因此其絕緣裕度很低。在使用時(shí)應(yīng)該嚴(yán)格控制其最大工作電壓不超過(guò)額定值。

工頻試驗(yàn)變壓器的額定容量應(yīng)滿足被試品擊穿(或閃絡(luò))前的電容電流和泄漏電流的需要，在被試品擊穿或閃絡(luò)后能短時(shí)地維持電弧。這就是說(shuō)，試驗(yàn)變壓器的容量應(yīng)保證在正常試驗(yàn)時(shí)被試品上有必需的電壓，而在被試品擊穿或閃絡(luò)時(shí)，應(yīng)保證有一定的短路電流，所以試驗(yàn)變壓器的容量一般是不大的。一般情況下，由于其負(fù)載大都是電容性的，根據(jù)電容電流的要求，工頻試驗(yàn)變壓器的容量可按被試品的電容來(lái)確定，即

式中  U——被試品的試驗(yàn)電壓，KV；

      C_X——被試品的電容，Μf;

       f—— 電源的頻率（50），Hz；

       S——工頻試驗(yàn)變壓器的容量，Kva。

 工頻試驗(yàn)變壓器的高壓側(cè)額定電流在0.1～1A范圍內(nèi)，電壓在250kV及以上時(shí)，一般為1A，對(duì)于大多數(shù)試品，一般可以滿足試驗(yàn)要求。

由于工頻試驗(yàn)變壓器的工作電壓高，需要采用較厚的絕緣及較寬的間隙距離，所以其漏磁通較大，短路電抗值也較大，試驗(yàn)時(shí)允許通過(guò)短時(shí)的短路電流。

工頻試驗(yàn)變壓器在使用時(shí)間上也有限制，通常均為間歇工作方式，一般不允許在額定電壓下長(zhǎng)時(shí)間的連續(xù)使用，只有在電壓和電流遠(yuǎn)低于額定值時(shí)才允許長(zhǎng)期連續(xù)使用。

由于工頻試驗(yàn)變壓器的容量小、工作時(shí)間短，因此，工頻試驗(yàn)變壓器不需要像電力變壓器那樣裝設(shè)散熱管及其他附加散熱裝置。

工頻高壓試驗(yàn)變壓器大多數(shù)為油浸式，有金屬殼及絕緣殼兩類。金屬殼變壓器又可分為單套管和雙套管兩類。單套管變壓器的高壓繞組一端接外殼接地，另一端(高壓端)經(jīng)高壓套管引出，如果采用絕緣外殼，就不需要套管了；雙套管變壓器的高壓繞組的中點(diǎn)通常與外殼相連，兩端經(jīng)兩個(gè)套管引出，這樣，每個(gè)套管所承受的電壓只有額定電壓的一半，因而可以減小套管的尺寸和質(zhì)量，當(dāng)使用這種形式的試驗(yàn)變壓器時(shí)，若高壓繞組的一端接地，則外殼應(yīng)當(dāng)按額定電壓的一半對(duì)地絕緣起來(lái)。

國(guó)產(chǎn)的工頻試驗(yàn)變壓器的容量如下，對(duì)于額定電壓為50kV時(shí)，容量為5kVA，即高壓繞組的額定電流為0.1A；對(duì)于額定電壓為100kV時(shí)，容量為10kVA或25kVA，即高壓繞組的額定電流為0.1A或0.25A；對(duì)額定電壓為150kV，容量為25kVA或100kVA，即高壓繞組的額定電流為0.167A或0.67A；對(duì)額定電壓為250～2250kV的工頻試驗(yàn)變壓器，高壓繞組的額定電流均取1A。

2.串接式工頻試驗(yàn)變壓器

如前所述，當(dāng)單臺(tái)工頻試驗(yàn)變壓器的額定電壓提高時(shí)，其體積和質(zhì)量將迅速增加，不僅在絕緣結(jié)構(gòu)的制造上帶來(lái)困難，而只費(fèi)用也大幅度增加，給運(yùn)輸上亦增加了困難，因此，對(duì)于需要500～750kV以上的工頻試驗(yàn)變壓器時(shí)，常將2～3臺(tái)較低電壓的工頻試驗(yàn)變壓器串接起來(lái)使用。這在經(jīng)濟(jì)上、技術(shù)上和運(yùn)輸方面都有很大的優(yōu)點(diǎn)，使用上也較靈活，還可將三臺(tái)接成三相使用，萬(wàn)一有一臺(tái)試驗(yàn)變壓器發(fā)生故障，也便于檢修，故串接裝置目前應(yīng)用較廣。

圖3-13是常用的三臺(tái)試驗(yàn)變壓器串接的原理接線圖，由圖中可看到。三臺(tái)工頻試驗(yàn)變壓器的高壓繞組互相串聯(lián)，后一級(jí)工頻試驗(yàn)變壓器的電源由前一級(jí)工頻試驗(yàn)變壓器高壓端的激磁繞組供給。因此，第Ⅱ臺(tái)工頻試驗(yàn)變壓器的鐵芯和外殼的對(duì)地電位應(yīng)與第Ⅰ臺(tái)工頻試驗(yàn)變壓器高壓繞組的額定電壓U相等，所以它必須用絕緣支架或支柱絕緣子支承起來(lái)，絕緣支架或支持絕緣子應(yīng)能耐受電壓U。同理，第Ⅲ臺(tái)工頻試驗(yàn)變壓器的鐵芯和外殼的對(duì)地電壓為2U，它也必須用耐受電壓為2U的絕緣支架或支柱絕緣子支承起來(lái)。而三臺(tái)工頻試驗(yàn)變壓器高壓繞組串接后的輸出電壓為3U。

串接的工頻試驗(yàn)變壓器裝置中，各工頻試驗(yàn)變壓器高壓繞組的容量是相同的，設(shè)為S，但各低壓繞組和激磁繞組的容量并不相等，若忽略其損耗，則第Ⅲ臺(tái)工頻試驗(yàn)變壓器低壓繞組的容量亦為S；第Ⅱ臺(tái)工試驗(yàn)變壓器的輸出容量分為兩部分，一部分由高壓繞組供給負(fù)載，容量為S，另一部分由激磁繞組供給第Ⅲ臺(tái)工頻試驗(yàn)變壓器低壓繞組，其容量亦為S，因此，第Ⅱ臺(tái)工頻試驗(yàn)變壓器的容量為2S；同理可推出，第Ⅰ臺(tái)工頻試驗(yàn)變壓器的輸出容量S_sh為3S。所以，三臺(tái)串接的工頻試驗(yàn)變壓器裝置中，每臺(tái)工頻試驗(yàn)變壓器的容量是不相同的，三臺(tái)試驗(yàn)變壓器的容量之比為3：2：1。三臺(tái)工頻試驗(yàn)變壓器串接，其輸出容量S_sh=3S，如果串接的臺(tái)數(shù)為n，則總的輸出容量為nS，而總的裝置容量為

這樣，n級(jí)串接裝置容量的利用系數(shù)為

由以上分析可見(jiàn)，隨著工頻試驗(yàn)變壓器串接臺(tái)數(shù)的增加，其利用系數(shù)越來(lái)越小，而且串接裝置的漏抗比較大，串接的臺(tái)數(shù)越多，漏抗越大，加上工頻試驗(yàn)變壓器外殼對(duì)地電容的影響，每臺(tái)工頻試驗(yàn)變壓器上的電壓分布都不均勻，因此，串接試驗(yàn)變壓器串接的臺(tái)數(shù)不宜過(guò)多，一般不超過(guò)三臺(tái)。

三、調(diào)壓方式

1.對(duì)工頻試驗(yàn)變壓器調(diào)壓的基本要求

(1)電壓可由零至最大值之間均勻地調(diào)節(jié)；

(2)不引起電源波形的畸變；

(3)調(diào)壓器本身的阻抗小、損耗小、不因調(diào)壓器而給試驗(yàn)設(shè)備帶來(lái)較大的電壓損失；

(4)調(diào)節(jié)方便、體積小、質(zhì)量輕、價(jià)廉等。

2.常用的調(diào)壓方式

(1)用自耦調(diào)壓器調(diào)壓。自耦調(diào)壓器是常用的調(diào)壓器，其特點(diǎn)為調(diào)壓范圍廣、漏抗小、功率損耗小、波形畸變小、體積小、質(zhì)量輕、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格廉、攜帶和使用方便等。當(dāng)工頻試驗(yàn)變壓器的容量不大時(shí)(單相不超過(guò)10kVA)，它被普遍使用。但由于它存在滑動(dòng)觸頭，當(dāng)工頻試驗(yàn)變壓器的容量較大時(shí)，調(diào)壓器滑動(dòng)觸頭與線圈接觸處的發(fā)熱較嚴(yán)重，因此，這種調(diào)壓方式只適用于小容量工頻試驗(yàn)變壓器中的調(diào)壓。

(2)用移圈式調(diào)壓器調(diào)壓。用移圈式調(diào)壓器調(diào)壓不存在滑動(dòng)觸頭及直接短路線的問(wèn)題，功率損耗小，容量可做得很大，調(diào)壓均勻。但移圈式調(diào)壓器本身的感抗較大，且隨調(diào)壓器所處的位置而變，但波形稍有畸變，這種調(diào)壓方式被廣泛地應(yīng)用在對(duì)波形的要求不是十分嚴(yán)格，額定電壓為100kV及以上的工頻試驗(yàn)變壓器上。

移圈式調(diào)壓器的原理接線與結(jié)構(gòu)示意圖如圖3-14所示。帶補(bǔ)償繞組和無(wú)補(bǔ)償繞組的調(diào)壓器的工作原理相同。通常主繞組C和輔助繞組D匝數(shù)相等而繞向相反，兩繞組互相串聯(lián)起來(lái)組成一次繞組。短路線圈K套在主繞組和輔助繞組的外面。通過(guò)短路線圈的上下移動(dòng)就可以調(diào)節(jié)調(diào)壓器的輸出電壓。

當(dāng)調(diào)壓器的一次繞組AX端加上電源電壓U₁后，若不存在短路線圈K，則主繞組C和輔助繞組 D上的電壓各為U₁/2。出于兩繞組C和D的繞向相反，它們產(chǎn)生的主磁通Φ_C和Φ_D如方向也相反，Φ_C和Φ_D只能分別通過(guò)非導(dǎo)磁材料(干式調(diào)壓器主要是空氣，油浸式調(diào)壓器則為油介質(zhì))自成閉合回路[圖3-14(b)所示]，由于短路線圈K的存在，鐵芯中的磁通分布將發(fā)生相應(yīng)的變化。當(dāng)短路線圈K處在最下端，全套住繞組C時(shí)，繞組C產(chǎn)生的磁Φ_C幾乎全為短路線圈K感應(yīng)產(chǎn)生的反磁通中Φ_K所抵消，繞組C上的電壓降接近于零，亦即輸出電壓U₂≈0。電源電壓U₁幾乎全部降落在繞組D上。

當(dāng)短路線圈K位于最上端時(shí)，情況正好相反。繞組D上的電壓降幾乎為零，電源壓U₁全降落在繞組C上，輸出電壓U₂≈ U₁。而當(dāng)短路線圈K由最下端連續(xù)而平穩(wěn)地向上移動(dòng)時(shí)，輸出電壓U₂即由零逐漸均勻的升高，這樣就實(shí)現(xiàn)了調(diào)壓。

一般移圈式調(diào)壓器還在主繞組C上增加一個(gè)補(bǔ)償繞組E，其作用是補(bǔ)償調(diào)壓器內(nèi)部的電壓降落，并使調(diào)壓器的輸出電壓稍高于輸入電壓。

移圈式調(diào)壓器沒(méi)有滑動(dòng)觸頭，容量可做得較大，可從幾十千伏安到幾千千伏安。適用于大容量試驗(yàn)變正器的調(diào)壓。移圈式調(diào)壓器的主要缺點(diǎn)之一是短路阻抗較大，因而減小了工頻高壓試驗(yàn)下的短路容量。另外，移圈式調(diào)壓器的主磁通要經(jīng)過(guò)一段非導(dǎo)磁材料，磁阻很大，因此，空載電流很大，約達(dá)額定電流的1/4~1/3。

(3)用單相感應(yīng)調(diào)壓器調(diào)壓。調(diào)壓性能與移圈式調(diào)壓器相似，對(duì)波形的畸變較小，但調(diào)壓器本身的感抗較大，且價(jià)格較貴，故一般很少采用。

(4)用電動(dòng)機(jī)一發(fā)電機(jī)組調(diào)壓。采用這種調(diào)壓方式不受電網(wǎng)電壓質(zhì)量的影響，可以得到很好的正弦電壓波形和均勻的電壓調(diào)節(jié)，如果采用直流電動(dòng)機(jī)做原動(dòng)機(jī)，則還可以調(diào)節(jié)試驗(yàn)電壓的頻率。但這種調(diào)壓方式所需要的投資及運(yùn)用費(fèi)用都很大，運(yùn)行和管理的技術(shù)水平也要求較高，故這種調(diào)壓方式只適宜對(duì)試驗(yàn)要求很嚴(yán)格的大型試驗(yàn)基地。

四、工頻高壓的測(cè)量

在工頻耐壓試驗(yàn)中，試驗(yàn)電壓的準(zhǔn)確測(cè)量也是一個(gè)關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。工頻高壓的測(cè)量應(yīng)該既方便又能保證有足夠的準(zhǔn)確度，其幅值或有效值的測(cè)量誤差應(yīng)不大于3%。

測(cè)量工頻高壓的方法很多，概括起來(lái)講可以分為兩類：即低壓側(cè)測(cè)量和高壓側(cè)測(cè)量。

1.低壓側(cè)測(cè)量

低壓側(cè)測(cè)量的方法是在工頻試驗(yàn)變壓器的低壓側(cè)或測(cè)量線圈(一般工頻試驗(yàn)變壓器中設(shè)有儀表線圈或稱測(cè)量線圈，它的匝數(shù)一般是高壓線圈的1/1000)的引出端接上相應(yīng)量程的電壓表，然后通過(guò)換算，確定高壓側(cè)的電壓。在一些成套工頻試驗(yàn)設(shè)備中，還常常把低壓電壓表的刻度直接用千伏表示，使用更方便。這種方法在較低電壓等級(jí)的試驗(yàn)設(shè)備中，應(yīng)用很普遍。由于這種方法只是按固定的匝數(shù)比來(lái)?yè)Q算的，實(shí)際使用中會(huì)有較大的誤差，一般在試驗(yàn)前應(yīng)對(duì)高壓與低壓之比予以校驗(yàn)。有時(shí)也將此法與其他測(cè)量裝置配合，用于輔助測(cè)量。

2.高壓側(cè)測(cè)量

進(jìn)行工頻耐壓試驗(yàn)時(shí)，被試品一般均屬電容性負(fù)載，試驗(yàn)時(shí)的等值電路如圖3-15所示。電路圖中r為工頻試驗(yàn)變壓器的保護(hù)電阻的電阻值，X_L表示試驗(yàn)變壓器的漏抗，C_X為被試品的電容。在對(duì)重要設(shè)備、特別是容量較大的設(shè)備進(jìn)行工頻耐壓試驗(yàn)時(shí)，由于被試品的電容C_X較大，流過(guò)試驗(yàn)回路的電流為一電容電流I_C，I_C在工頻試驗(yàn)變壓器的漏抗X_L上將產(chǎn)生一個(gè)與被試品上的電壓U_CX反方向的電壓降落I_CX_L，如圖3-16中所示，從而導(dǎo)致被試品上的電壓比工頻試驗(yàn)變壓器高壓側(cè)的輸出電壓還高，此種現(xiàn)象稱為“容升現(xiàn)象"，也稱“電容效應(yīng)"。由于“電容效應(yīng)"的存在，就要求直接在被試品的兩端測(cè)量電壓，否則將會(huì)產(chǎn)生很大的測(cè)量誤差；也可能會(huì)人為的造成絕緣損傷。被試品的電容量及試驗(yàn)變壓器的漏抗越大，則“電容效應(yīng)"越顯著。

在工頻試驗(yàn)變壓器高壓側(cè)直接測(cè)量工頻高壓的方法有以下幾種。

(1)用靜電電壓表測(cè)量工頻電壓的有效值。靜電電壓表是現(xiàn)場(chǎng)常用的高壓測(cè)量?jī)x表。測(cè)量時(shí)，將靜電電壓表并接于被試品的兩端，即可直接讀出加于被試品上的高電壓值。靜電電壓表的工作原理圖如圖3-17所示。它由兩個(gè)電極組成，固定電極1接至被測(cè)量的高壓U，可動(dòng)電極3由懸絲支持、接地，并和屏蔽電極2連接在一起。屏蔽電極的作用是避免邊緣效應(yīng)和外電場(chǎng)的影響，使固定電極和可動(dòng)電極間的電場(chǎng)均勻。被測(cè)量的電壓U加在平板電極1和3之間，電極2中間有一個(gè)小窗口，放置可動(dòng)電極3，在電場(chǎng)力的作用下，電極3可繞其支點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)。若兩電極間的電容量為C，所加的電壓為U，則兩電極間的電場(chǎng)能量。在電場(chǎng)力的作用下，可動(dòng)電極3繞支點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)矩為

式中  α——偏轉(zhuǎn)角；

C——可動(dòng)電極3與固定電極1之間的電容；

W_C——電容C在外加電壓為U時(shí)儲(chǔ)藏的能量。

力矩M₁由懸掛可動(dòng)電極的懸絲(或彈簧)所產(chǎn)生的反作用力矩M₂來(lái)平衡，即

M₂=Kα

式中K——常數(shù)。

在平衡時(shí)，M₁=M₂，于是得

由式(3-16)可見(jiàn)，偏轉(zhuǎn)角α的大小和被測(cè)電壓U²及有關(guān)，而決定于靜電電壓表的電極形式，為使靜電電壓表的刻度比較均勻，常將可動(dòng)電極做成特殊的形狀，使隨α的增加而減小。α的大小由固定的懸絲上的小鏡片經(jīng)一套光系統(tǒng)，將光反射到刻度尺上來(lái)讀書。

由于α與U²成正比，故用靜電電壓表測(cè)得的數(shù)值為交流電壓的有效值；用靜電電壓表測(cè)直流電壓時(shí)，當(dāng)脈動(dòng)系數(shù)不超過(guò)20%時(shí)，測(cè)得的數(shù)值與平均值的誤差不超過(guò)1%，故可視在直流下靜電電壓表的測(cè)量值為平均值。

(2)用球隙進(jìn)行測(cè)量工頻電壓的幅值。測(cè)量球隙是由一對(duì)相同直徑的銅球構(gòu)成。當(dāng)球隙之間的距離S與銅球直徑D之比不大時(shí)，兩銅球間隙之間的電場(chǎng)為稍不均勻電場(chǎng)，放電時(shí)延很小，伏秒特性較平，分散性也較小。在一定的球隙距離下，球隙間具有相當(dāng)穩(wěn)定的放電電壓值。因此，用球隙不但可以用來(lái)測(cè)量交流電壓的幅值，還可用來(lái)測(cè)量直流高壓和電壓的幅值。

測(cè)量球隙可以水平布置(直徑25cm以下大都用水平布置)，也可作垂直布置。使用時(shí)，一般一極接地。測(cè)量球隙的球表面要光滑，曲率要均勻，對(duì)球隙的結(jié)構(gòu)、尺寸、導(dǎo)線連接和安裝空間的尺寸如圖3-18所示。使用時(shí)下球極接地，上球極接高壓。

標(biāo)準(zhǔn)球徑的球隙放電電壓與球間隙距離的關(guān)系已制成國(guó)際通用的標(biāo)準(zhǔn)表（見(jiàn)附錄中的附表3）。當(dāng)且滿足其他有關(guān)規(guī)定時(shí)，用球隙測(cè)量的準(zhǔn)確度可保持在士3%以內(nèi)，當(dāng)在0.5～0.75時(shí)，其準(zhǔn)確度較差，所以附表中的數(shù)值加括號(hào)。由此可見(jiàn)，測(cè)量較高的電壓應(yīng)使用直徑較大的球隙。

球隙放電點(diǎn)P(圖3-18)對(duì)地面的高度A以及對(duì)其他帶電或接地物體的距離S應(yīng)滿足表3-1的要求，以免影響球隙的電場(chǎng)分布及測(cè)量的準(zhǔn)確度。

表3-1                  球隙對(duì)地和周圍空間的要求

用球隙測(cè)量高壓時(shí)，通過(guò)球隙保護(hù)電阻R將交流高電壓加到測(cè)量球間隙上，調(diào)節(jié)球間隙的距離，使球間隙恰好在被測(cè)電壓下放電，根據(jù)球隙距離S、球直徑D，即可求得所加的交流高壓值。由于空氣中的塵埃或球面附著的細(xì)小雜物的影響(球隙表面需擦干凈)，使球隙最初幾次的放電電壓可能偏低且不穩(wěn)定。故應(yīng)先進(jìn)行幾次預(yù)放電，最后取三次連續(xù)讀數(shù)的平均值作為測(cè)量值。各次放電的時(shí)間間隔不得小于1min，每次放電電壓與平均值之間的偏差不得大于3%。

氣體間隙的放電電壓受大氣條件的影響，附錄表中的電壓擊穿值只適用于標(biāo)準(zhǔn)大氣條件，若測(cè)量時(shí)的大氣條件與標(biāo)準(zhǔn)大氣條件不同，必須按第一章第六節(jié)的公式進(jìn)行校正，以求得測(cè)量時(shí)的實(shí)際電壓。

用球隙測(cè)量直流高壓和交流高壓時(shí)，為了限制電流，使其不致引起球極表面燒傷，必須在高壓球極串聯(lián)一個(gè)保護(hù)電阻R，R同時(shí)在測(cè)量回路中起阻尼振蕩的作用。這電阻不能太小，太小起不到應(yīng)有的保護(hù)作用，但也不能太大，以免球隙擊穿之前流過(guò)球隙的電容電流在電阻上產(chǎn)生壓降而引起測(cè)量誤差。測(cè)量交流電壓時(shí)，這個(gè)壓降不應(yīng)超過(guò)1%，由此得出保護(hù)電阻值應(yīng)為

式中  U_max—— 被測(cè)電壓的幅值，V；

f——被測(cè)電壓的頻率，Hz；

K——由球徑?jīng)Q定的常數(shù)，其值可按表3-2決定，Ω/V。

表3-2                         K的取值

（3）用電容分壓器配用低壓儀表。電容分壓器是由高壓臂電容C₁和低壓臂電容C₂串聯(lián)而成的，C₂的兩端為輸出端，如圖3-19所示。為了防止外電場(chǎng)對(duì)測(cè)量電路的影響，通常用高頻同軸電纜來(lái)傳輸分壓信號(hào)。當(dāng)然，該電纜的電容應(yīng)計(jì)入低壓臂的電容量C₂中。

為了保證測(cè)量的準(zhǔn)確度，測(cè)量?jī)x表在被測(cè)電壓頻率下的阻抗應(yīng)足夠大，至少要比分壓器低壓臂的阻抗大幾百倍。為此，最好用高阻抗的靜電式儀表或電子儀表(包括示波器、峰值電壓表等)。

若略去雜散電容不計(jì)，則分壓比K為

分壓器各部分對(duì)地雜散電容C?_e和對(duì)高壓端雜散電容C_e的存在，會(huì)在一定程度上影響其分壓比，不過(guò)，只要周圍環(huán)境不變，這種影響就將是恒定的，并且不隨被測(cè)電壓的幅值、頻率、波形或大氣條件等因素而變，所以，對(duì)一定的環(huán)境，只要一次準(zhǔn)確地測(cè)出電容分壓器的分壓比，則此分壓比可適用于各種工頻高壓的測(cè)量。雖然如此，人們?nèi)匀幌ＭM可能使各種雜散電容的影響相對(duì)減少。為此，對(duì)無(wú)屏蔽的電容分壓器，應(yīng)適當(dāng)增大高壓臂的電容值。

電容分壓器的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是它幾乎不吸收有功功率，不存在溫升和隨溫升而引起的各部分參數(shù)的變化，因而可以用來(lái)測(cè)量高的電壓，但應(yīng)注意高壓部分的防暈。

(4)用電壓互感器測(cè)量。將電壓互感器的原邊接在被試品的兩端頭上，在其副邊測(cè)量電壓，根據(jù)測(cè)得的電壓值和電壓互感器的變壓比即可計(jì)算出高壓側(cè)的電壓，為了保證測(cè)量的準(zhǔn)確度，電壓互感器一般不低于1級(jí)，電壓表不低于0.5級(jí)。

五、試驗(yàn)分析

對(duì)于絕緣良好的被試品，在工頻耐壓試驗(yàn)中不應(yīng)擊穿，被試品是否擊穿可根據(jù)下述現(xiàn)象來(lái)分析

(1)根據(jù)試驗(yàn)回路接入表計(jì)的指示進(jìn)行分析：一般情況下，電流表指示突然上升，說(shuō)明被試品擊穿。但當(dāng)被試品的容抗X_C與工頻試驗(yàn)變壓器的漏抗X_L之比等于2時(shí)，雖然被試品已擊穿，但電流表的指示不變；當(dāng)X_C與X_L的比值小于2時(shí)，被試品擊穿后，使試驗(yàn)回路的電抗增大，電流表的指示反而下降。通常X_C?X_L，不會(huì)出現(xiàn)上述現(xiàn)象，只有在被試品容量很大或工頻試驗(yàn)變壓器的容量不夠時(shí)，才有可能發(fā)現(xiàn)上述現(xiàn)象。此時(shí)，應(yīng)以接在高壓側(cè)測(cè)量被試品上的電壓表指示來(lái)判斷，被試品擊穿時(shí)，電壓表指示明顯下降。低壓側(cè)電壓表的指示也會(huì)有所下降。

(2)根據(jù)控制回路的狀況進(jìn)行分析：如果過(guò)流繼電器整定適當(dāng)，在被試品擊穿時(shí)，過(guò)流繼電器應(yīng)動(dòng)作，使自動(dòng)空氣開(kāi)關(guān)跳閘；若過(guò)流繼電器整定值過(guò)小，可能在升壓過(guò)程中，因電容電流的充電作用而使開(kāi)關(guān)跳閘；當(dāng)過(guò)流繼電器的整定值過(guò)大時(shí)，即使被試品放電或小電流擊穿，繼電器也不會(huì)動(dòng)作。因此，應(yīng)正確整定過(guò)流繼電器的動(dòng)作電流，一般應(yīng)整定為工頻試驗(yàn)變壓器額定電流的1.3～1.5倍。

(3)根據(jù)被試品的狀況進(jìn)行分析：被試品發(fā)出擊穿響聲或斷續(xù)的放電聲、冒煙、出氣、焦臭味、閃弧、燃燒等都是不允許的，應(yīng)查明原因。這些現(xiàn)象如果確定是絕緣部分出現(xiàn)的，則認(rèn)為被試品存在缺陷或擊穿。

六、注意事項(xiàng)

(1)被試品為有機(jī)絕緣材料時(shí)，試驗(yàn)后應(yīng)立即觸摸絕緣物，如出現(xiàn)普遍或局部發(fā)熱。則認(rèn)為絕緣不良，應(yīng)立即處理，然后再作試驗(yàn)。

(2)對(duì)夾層絕緣或有機(jī)絕緣材料的設(shè)備，如果耐壓試驗(yàn)后的絕緣電阻值，比耐壓試驗(yàn)前下降30%，則認(rèn)為該試品不合格。

(3)在試驗(yàn)過(guò)程中，若由于空氣的溫度、濕度、表面臟污等影響，引起被試品表面滑閃放電或空氣放電，不應(yīng)認(rèn)為被試品不合格，需經(jīng)清潔、干燥處理之后，再進(jìn)行試驗(yàn)。

(4)試驗(yàn)時(shí)升壓必須從零開(kāi)始，不允許合閘。升壓速度在40%試驗(yàn)電壓以內(nèi)，可不受限制，其后應(yīng)均勻升壓，速度約為每秒鐘3%的試驗(yàn)電壓。

(5)耐壓試驗(yàn)前后，均應(yīng)測(cè)量被試品的絕緣電阻值。

(6)試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)記錄試驗(yàn)環(huán)境的氣象條件，以便對(duì)試驗(yàn)電壓進(jìn)行氣象校正。