一、简答题1. 简述惠斯登电桥的基本结构和使用方法。
惠斯登电桥主要由电池、四个臂的电阻RA、RB、R、rx及检流计组成。使用时,选用RA、RB的适当比值,再调节R使检流计内没有电流通过,即可根据指示直接读出被测电阻rx的数值。当用电桥测量电感较大的设备,如变压器和发电机时,须在加电源1min后,方可按下检流计的按钮,并等其指针稳定后再记录测量数值。测量后,应先松开检流计的按钮,再松开电源按钮,以免绕组感应的电动势冲坏检流计。一般应在被测电阻中减去引线的电阻,使测量准确。注意电池电压不能降低,否则影响电桥测量的灵敏度。
2. 凯尔文电桥的基本结构和特点是什么?
凯尔文电桥是一种双臂电桥,由惠斯登电桥发展而成。它包括可调标准电阻、四个固定电阻M、Q、m、q以及被测电阻rx和电源。其特点是被测电阻,用“电流”和“电位”引线分别接到电桥的“电流”和“电位”端子上,由于其四个固定电阻很大,使流过rx的电流通过“电流”端子,而rx上的电压则经“电位”端子接入电桥,因此可消除接触电阻和引线电阻所引起的误差,在接线时必须注意,接到“电位”端子上的引线一定要接到“电流”端子引线的里面,否则就不能消除接触电阻的影响。
3. 电流电压法测量直流电阻的原理和特点是什么?
电流电压法测量直流电阻的原理是欧姆定律,即根据电表读出的电流和电压值,求出电阻值R=U/I。这种方法一般用于测量断路器的接触电阻。测量时,为了使电源电压平稳而又有较大的容量,一般采用较大容量的蓄电池作为测量电源,测量仪表应尽量选用准确度较高的电流表和毫伏级电压表,量程选择应使测量时表记的指示在刻度的3/4处,并且最好采用高内阻的毫伏级电压表。试验引线应采用短而粗的铜线,测量时通入的电流视被测设备的种类、容量而定。试验时为了使结果准确,应把毫伏级电压表接在被测设备上,并尽量使接触良好。
4. 简述测定大型变压器的绕组的直流电阻时,采用的全压恒流源作用和测定方法。
全压恒流源包括两个电源:全压电源和恒流电源。全压电源的作用是加快电感电阻电路中的过渡过程,使电流有较高的上升速度,当到达满足电桥的灵敏度的预选电流时,切断全压电源,自动接通恒流电源,通过电子控制,强迫充电电流稳定在预选电流值上。因为该电流不随被测直流电阻的大小而改变,因此略停片刻就可以调整电桥使其平衡。
5. 测量变压器直流电阻时需注意什么?
由于变压器绕组可看作是电感L和电阻R的串联等值电路,电感中的电流不能突变,所以直流电源刚接通的瞬间,电感L中的电流为零,即线路中无电流。随着施压时间加长,电流逐步上升并趋于稳定。越是大型的变压器,这段稳定时间越长。因此对于大型的变压器要等数分钟后才能测量。否则,过早地接通电桥的检流计,可能因电路未稳定而损坏检流计,并且测量也不准确,以致造成误判断。
6. 测量电力变压器的直流电阻时,为什么在测量回路中串联电阻R可缩短测量时间?
由于变压器绕组存在很大的电感L,通入直流电源需要一定时间才能稳定,变压器绕组可视作r、L串联回路。当加上直流电源时,回路中电流i=E/r(1-e-t/T),电流趋向稳定的快慢决定于时间常数T=L/r。而大型变压器L达几十到几百H,而电阻只有零点几Ω到几Ω,这样时间常数达几分钟到几十分钟之久。一台双绕组变压器在高压侧一般要测15个数据,测一台变压器的直流电阻要花几小时。若在测量回路中串入电阻R,此时时间常数变成T=L/(r+R),使时间常数T缩小,使电流很快趋于稳定,就可缩短测量时间。但R也不宜过大,以免测量回路中电流过小,影响测量的灵敏度。
7. 为什么测量高压断路器主回路电阻时常通以100A至额定电流的任一数值,再测出其回路电压降来加以确定?
因为高压断路器通常工作电流大于100A,在主回路中通以100A以上的电流,可以使回路中接触面上的一层极薄的膜电阻击穿,所测得的主回路电阻值与实际工作时的电阻值比较接近,所以测量高压断路器主回路电阻时常通以100A至额定电流的任一数值,再测出其回路电压降来加以确定。
8. 为何变压器分接开关变挡时需测量各分接头的直流电阻?
因为变压器分接开关的触头部分在运行中可能损坏,而未使用的分接开关的触头部分长期浸在油中,也可能因氧化而在触头表面生成一层氧化膜,使开关接触不良。为防止分接开关故障,在分接开关换档时,必须来回转动分接开关手柄10数次,以消除触头表面的氧化膜和油垢,使其接触良好;然后核对开关指示位置与实际接线是否符合;最后测量切换后的各分头的直流电阻值,三相应平衡,互差不能超过2%,否则应查明原因,进行处理。
9. 用双臂电桥测量电阻时为什么按下测量按钮的时间不能太长?
双臂电桥的主要特点是可以排除接触电阻对测量结果的影响,常用于对小阻值电阻的精确测量。正因为被测电阻的阻值缩小,双臂电桥必须对被测电阻通以足够大的电流,才能获得较高的灵敏度,以保证测量精度。所以,在被测电阻通电截面较小的情况下,电流密度较大,如果通电时间长就会因被测电阻发热而使其电阻值变化,影响测量准确性。另外,长时间通以大电流还会使电桥本身的触点烧结而产生一氧化膜,影响正常测量。在测量前应对被测电阻的阻值有一个估计范围,这样可缩短按下按钮的时间。
10. 为什么要测量电气设备的泄漏电流?
测量电气设备的泄漏电流的基本原理和兆欧表测量绝缘电阻完全相同,不过测量泄漏电流时所加的直流电源一般均由高压整流设备供给,用微安级电流表来指示泄漏电流。它比兆欧表优越之处是试验电压可随意调节,对一定电压等级的被试设备施以相应的试验电压,可使绝缘本身的弱点更易显示出来,在升压过程中可随时监视微安级电流表的指数,以了解绝缘情况。另外,微安级电流表的灵敏度比兆欧表高。总之,比测量绝缘电阻发现绝缘缺陷更为有效。
11. 直流耐压试验时的直流高电压是如何获得的,常用的基本回路及其元件有哪些?
电气设备进行直流耐压试验时用的直流高电压是将交流电压经过高压硅堆整流获得的。常用的基本回路有半波整流回路、倍压整流回路和串级整流回路。这些整流回路是由变压器、电容器、硅堆等元件组成的。
12. 直流耐压试验装置的保护电阻器是如何选择的?
直流耐压试验装置中高压侧的保护电阻器的电阻值选择公式为
R=(0.001~0.01)Ud/Id
式中Ud——直流试验电压值,V;
Id——试品电流,A。
当直流试验电压为60kV及以下时,保护电阻值为0.3~0.5MΩ,电阻器表面绝缘长度不小于200mm;当直流试验电压为140~160kV时,保护电阻值为0.9~1.5MΩ,电阻器表面绝缘长度不小于500~600mm;当直流试验电压为500kV时,保护电阻为0.9~1.5MΩ,电阻器表面绝缘长度不小于2000mm。高压保护电阻器通常采用水电阻器,水电阻管内径一般不小于12mm,并且采用的液体为碳酸钠溶液。
13. 直流耐压试验后,如何进行放电,如何选择放电电阻和放电棒?
(1)首先切断高压电源。
(2)待试品电压降至1/2试验电压以下,将被试品经电阻接地放电。
(3)最后直接接地放电。
(4)对大容量试品,如长电缆、电容器、大电机等需放电5min以上,以放尽充电电荷。
(5)对附近电气设备有感应静电电压的可能时,也应予以放电或事先短接。
(6)对现场组装的倍压整流装置,要对各级电容器逐级放电后,方可进行更改接线或拆除接线。
放电电阻视试验电压高低和试品的电容而定,必须有足够的电阻值和热容量。通常采用水电阻,电阻值大约为200~500Ω/kV,放电电阻器两极间的有效长度可参照高压保护电阻器的长度选用。放电棒绝缘部分的长度应符合相关规定,并不小于放电电阻器的有效长度。
14. 泄漏电流试验时,为什么加压瞬间泄漏电流较大?
因为高压电气设备常用复合介质的绝缘,当加上直流电压时,绝缘中会产生夹层极化,从电源吸收一部分电荷,形成吸收电流,1min后才能衰减完毕。在加压瞬间,泄漏电流包括吸收电流,所以电流较大,只有过1min后,电流表指示的才是真正的泄漏电流数值。
15. 避雷器在做泄漏试验时需并联一个电容器,而电缆和变压器则不需要,这是为什么?
做避雷器泄漏试验时常采用半波整流方式,其脉动因数很大,而避雷器是非线性元件,由于直流电压有微小的波动,则会引起电导电流很大的变化,造成较大的测量误差,所以要并联一个电容器作为滤波以减小脉动因数。而电缆和变压器本身对地电容较大,能起到滤波作用,因而不需另外并联滤波电容器。
16. FZ阀型避雷器的电导电流低于400μA或高于650μA都说明避雷器有问题,这是为什么?
因为FZ阀型避雷器内的串联放电间隙组都并联一个非线性电阻,当间隙正常时,试验电流主要经并联电阻形成回路,若电阻值基本不变,则在规定的直流电压下,非线性电阻的电导电流应在400~650μA范围之内。若电压不变,而电导电流超过650μA则说明并联电阻变质或放电间隙片间受潮而增加电流分路,若电流低于400μA,则说明电阻变质,阻值增加,甚至断裂。
17. 带电测试有放电记录器的磁吹避雷器或阀型避雷器的交流电导电流时,为什么采用MF-20型万用表,而不采用其他型式的万用表?
因为测量时MF-20型万用表选择在1.5μA档位上,此时表的内阻仅为10Ω,而放电记录器内阀片的电阻约为1~2kΩ,所以流过MF~20型万用表的电流基本等于流过避雷器的交流电导电流。可是其他型式的万用表的交流毫安档的内阻较大,其测量误差很大,所以不采用。
18. 测量MOA直流1mA电压(U
1mA)时应注意哪些问题?
测量MOA直流1mA电压(U1mA)时应注意以下问题:
(1)ZGS系列直流高压试验器的输出电压脉动因数小于0.5%,远远小于国家标准规定的直流电压脉动部分应不超过±1.5%,所以可满足试验要求。
(2)准确读数U1mA,因为泄漏电流大于200μA以后,随着电压的升高,电流急剧增大,所以应仔细地升压,当电流达到1mA时,准确地读取相应的电压U1mA。一般采用高阻器串电流表(用电阻分压器接电压表)在高压侧测量电压。
(3)防止表面泄漏电流的影响。测量前应将瓷套表面擦拭干净,测量电流的导线应使用屏蔽线。
(4)气温和湿度的影响。通常MOA阀片的U1mA的温度系数为
K={(U2-U1)/[u1(T2-T1)]}×100%
其值约为0.05%~0.17%,即温度每增高10℃,U1mA约降低1%,为便于温度换算,应记录测量时的环境温度。由于相对湿度也会对测量结果产生影响,为便于分析,测量时还应记录相对湿度。
19. 现场测量500kV变压器泄漏电流时,如何消除感应电压的影响?
在500kV变电所测量变压器泄漏电流时,由于部分停电,会有感应电压的影响,有时感应电压很高,给测量带来困难,当在导线上对地并联一个0.1μF的电容时,导线上的感应电压便从19.6kV下降至250V(现场经验),可见,在变压器上对地并联一个0.1μF左右的电容器后,便可消除感应电压的影响,能够顺利地进行直流泄漏试验了。
20. 电位外移法与传统直流耐压试验有何不同测量效果?
传统的直流耐压试验主要是检验发电机绕组端部绝缘,但由于端部表面电阻的作用,施加在端部绝缘上的电压降随着离槽口距离越远而大大下降,因而绕组鼻部、引线手包绝缘等处实际耐受电压很低,甚至难以发现绝缘中存在的明显缺陷。而电位外移法测量可以发现引线手包绝缘不良,绕组鼻端绝缘包扎缺陷,绝缘盒填充泥缺陷或填充不满,绑扎涤玻绳固化不良以及端部接头处定子空心铜线焊接质量不良造成的渗漏等缺陷。可以说电位外移法弥补了发电机定子绕组交、直流耐压试验所发现不了的端部绝缘缺陷的不足。
21. 电位外移测量法具体如何进行,其判断标准是什么?
电位外移测量法按以下方法进行:在发电机定子两端手包绝缘外包上铝箔纸,在定子绕组上对地施加额定电压的直流电压,用一根内装100MΩ的绝缘棒(电阻末端串电流表后接地,头部接一探针,同时并接静电电压表)搭在铝箔纸上,读取静电电压表及电流表的读数,当电压和电流超过某标准值时,即认为该处绝缘有缺陷。对200MW及以上国产水氢氢汽轮发电机,端部电位不大于以下数值:
(1)手包绝缘引线接头,汽机侧隔相接头:20μA和2000V。
(2)端部接头(包括引水管锥体绝缘)和过度引线并联块:30μA和3000V。
22. 对电气设备做耐压试验时,交流耐压试验与直流耐压试验为什么不能互相代替?
因为交、直流电压在电气设备中的分布是不一样的。做直流耐压试验时,直流电压在绝缘分层中的分布是同绝缘的电阻成正比的;而做交流耐压试验时,交流电压则是与同绝缘电阻并存的分布电容成反比的。所以,交、直流耐压试验是不能互相替代的。但是交流试验更接近于设备在运行中承受过电压的实际情况,更能有效地发现绝缘的弱点。
23. 为什么电缆线路的预防性耐压时间规定为5min?
电缆的耐压试验普通采用的是直流耐压。其优点之一就是击穿电压与电压作用时间的关系不大。大量实验证明:当电压作用时间由几秒钟增加到几小时,击穿电压只减少为8%~15%;而一般缺陷都能在加全压后的1~2min内发现。所以,若5min内泄漏电流稳定不变,不发生击穿,一般说明电缆完好。
24. 为什么做避雷器泄漏(电导)电流试验时要准确测量直流高压,而做电缆、少油断路器泄漏电流试验时却不要求准确测量直流高N7
阀型避雷器(FZ、FCZ型)的并联电阻是非性电阻,当加在其上的直流高压有很小变化时,其泄漏(电导)电流变化很大(一般电压变化3%,电流变化12%)。如不准确测量直流电压,往往会引起很大测量误差。其试验标准又规定了严格的泄漏(电导)电流范围,且非线性系数a是按不同电压下电导电流值计算的,所以必须准确测量直流高压电压和泄漏(电导)电流。当电压少许变化时,少油断路器、电力电缆的直流泄漏电流,基本按线性关系变化或不变,所以可以在低压电压表换算出的高压直流电压下试验,而不准确测量高压直流电压也能满足试验要求。
25. 为什么少油断路器要做泄漏试验,而不做介质损试验?
少油断路器的绝缘是由纯瓷套管、绝缘油和有机绝缘等单一材料构成,且其极间电容量不大(约30~50pF),所以现场进行介质损试验时,其电容值和介损值受外界电场、周围物体和气候条件的影响较大而不稳定,带来分析判断困难。而对套管的开裂、有机材料受潮等缺陷,则可通过泄漏试验,能灵敏、准确地反映出来。因此少油断路器一般不做介质损试验,而做泄漏试验。