工频耐压试验是鉴定电气设备绝缘强度的有效和最直接的方法。它可用来确定电气设备绝缘的耐受水平，它可以判断电气设备能否继续运行。它是避免在运行中发生绝缘事故的重要手段。

工频耐压试验时，对电气设备绝缘施加比工作电压高得多的试验电压，这些试验电压称为电气设备的绝缘水平。耐压试验能够有效地发现导致绝缘抗电强度降低的各种缺陷。为避免试验时损坏设备，工频耐压试验必须在一系列非破坏性试验之后再进行，只有经过非破坏性试验合格后，才允许进行工频耐压试验。

对于220kV及以下的电气设备，一般用工频耐压试验来考验其耐受工作电压和操作过电压的能力，用全波电压试验来考验其耐受大气过电压的能力。但必须指出，在这种系统中确定工频试验电压时，同时考虑了内过电压和大气过电压的作用。而且由于工频耐压试验比较简单，因此，通常把工频耐压试验列为大部分电气产品的出厂试验。所以，在交接和绝缘预防性试验中都需要进行工频耐压试验。

作为基本试验的工频耐压试验，如何选择恰当的试验电压值是一个重要的问题，若试验电压过低，则设备绝缘在运行中的可靠性也降低，在过电压作用下发生击穿的可能性增加；若试验电压选择过高，则在试验时发生击穿的可能性增加，从而增加检修的工作量和检修费用。一般考虑到运行中绝缘的老化及累积效应、过电压的大小等，对不同设备需加以区别对待，这主要由运行经验来决定。我国有关国家标准以及我国原电力工业部颁发的《电力设备预防性试验规程》中，对各类电气设备的试验电压都有具体的规定。

按国家标准规定，进行工频交流耐压试验时，在绝缘上施加工频试验电压后，要求持续1min，这个时间的长短一是保证全面观察被试品的情况，同时也能使设备隐藏的绝缘缺陷来得及暴露出来。该时间不宜太长，以免引起不应有的绝缘损伤，使本来合格的绝缘发生热击穿。运行经验表明，凡经受得住1min工频耐压试验的电气设备，一般都能保证安全运行

一、工频耐压试验接线

对电气设备进行工频耐压试验时，常利用工频高压试验变压器来获得工频高压，其接线如图3-12所示。

通常被试品都是电容性负载。试验时，电压应从零开始逐渐升高。如果在工频试验变压器一次绕组上不是由零逐渐升压，而是突然加压，则由于励磁涌流，会在被试品上出现过电压；或者在试验过程中突然将电源切断，这相当于切除空载变压器(小电容试品时)也将引起过电压，因此，必须通过调压器逐渐升压和降压。r是工频试验变压器的保护电阻，试验时，如果被试品突然击穿或放电，工频试验变压器不仅由于短路会产生过电流，而且还将由于绕组内部的电磁振荡，在工频试验变压器匝间或层间绝缘上引起过电压，为此在工频试验变压器高压出线端串联一个保护电阻r。保护电阻r的数值不应太大或太小。阻值太小，短路电流过大，起不到应有的保护作用；阻值太大，会在正常工作时由于负载电流而有较大的电压降和功率损耗，从而影响到加在被试品上的电压值。一般r的数值可按将回路放电电流限制到工频试验变压器额定电流的1～4倍左右来选择，通常取0.1Ω/V。保护电阻应有足够的热容量和足够的长度，以保证当被试品击穿时，不会发生沿面闪络。

二、工频试验变压器

产生工频高压最主要的设备是工频高压试验变压器，它是高压试验的基本设备之一。工频试验变压器的工作原理与电力变压器相同，但由于用途不同，工频试验变压器又具有以下一些特点。

1.工频试验变压器的特点

工频高压试验变压器的工作电压很高，一般都做成单相的，变比较大，而且要求工作电压在很大的范围内调节。由于其工作电压高，对绕组绝缘需要特别考虑，为减轻绝缘的负担，应使绕组中的电位分布尽量保持均匀，这就要适当固定某些点的电位，以免在试验中因被试品绝缘损坏发生放电所引起的过渡过程使电位分布偏离正常情况太多，可能导致其绝缘损坏。当试验变压器的电压过高时，试验变压器的体积很大，出线套管也较复杂，给制造工艺上带来很大的困难。故单个的单相试验变压器的额定电压一般只做到750kV，更高电压时可采用串级获得。三相的工频高压试验变压器用得很少，必要时可用三个单相试验变压器组合成三相。

工频试验变压器工作时，不会遭受到大气过电压或电力系统内过电压的作用，而且不是连续运行，因此其绝缘裕度很低。在使用时应该严格控制其最大工作电压不超过额定值。

工频试验变压器的额定容量应满足被试品击穿(或闪络)前的电容电流和泄漏电流的需要，在被试品击穿或闪络后能短时地维持电弧。这就是说，试验变压器的容量应保证在正常试验时被试品上有必需的电压，而在被试品击穿或闪络时，应保证有一定的短路电流，所以试验变压器的容量一般是不大的。一般情况下，由于其负载大都是电容性的，根据电容电流的要求，工频试验变压器的容量可按被试品的电容来确定，即

式中  U——被试品的试验电压，KV；

      C_X——被试品的电容，Μf;

       f—— 电源的频率（50），Hz；

       S——工频试验变压器的容量，Kva。

 工频试验变压器的高压侧额定电流在0.1～1A范围内，电压在250kV及以上时，一般为1A，对于大多数试品，一般可以满足试验要求。

由于工频试验变压器的工作电压高，需要采用较厚的绝缘及较宽的间隙距离，所以其漏磁通较大，短路电抗值也较大，试验时允许通过短时的短路电流。

工频试验变压器在使用时间上也有限制，通常均为间歇工作方式，一般不允许在额定电压下长时间的连续使用，只有在电压和电流远低于额定值时才允许长期连续使用。

由于工频试验变压器的容量小、工作时间短，因此，工频试验变压器不需要像电力变压器那样装设散热管及其他附加散热装置。

工频高压试验变压器大多数为油浸式，有金属壳及绝缘壳两类。金属壳变压器又可分为单套管和双套管两类。单套管变压器的高压绕组一端接外壳接地，另一端(高压端)经高压套管引出，如果采用绝缘外壳，就不需要套管了；双套管变压器的高压绕组的中点通常与外壳相连，两端经两个套管引出，这样，每个套管所承受的电压只有额定电压的一半，因而可以减小套管的尺寸和质量，当使用这种形式的试验变压器时，若高压绕组的一端接地，则外壳应当按额定电压的一半对地绝缘起来。

国产的工频试验变压器的容量如下，对于额定电压为50kV时，容量为5kVA，即高压绕组的额定电流为0.1A；对于额定电压为100kV时，容量为10kVA或25kVA，即高压绕组的额定电流为0.1A或0.25A；对额定电压为150kV，容量为25kVA或100kVA，即高压绕组的额定电流为0.167A或0.67A；对额定电压为250～2250kV的工频试验变压器，高压绕组的额定电流均取1A。

2.串接式工频试验变压器

如前所述，当单台工频试验变压器的额定电压提高时，其体积和质量将迅速增加，不仅在绝缘结构的制造上带来困难，而只费用也大幅度增加，给运输上亦增加了困难，因此，对于需要500～750kV以上的工频试验变压器时，常将2～3台较低电压的工频试验变压器串接起来使用。这在经济上、技术上和运输方面都有很大的优点，使用上也较灵活，还可将三台接成三相使用，万一有一台试验变压器发生故障，也便于检修，故串接装置目前应用较广。

图3-13是常用的三台试验变压器串接的原理接线图，由图中可看到。三台工频试验变压器的高压绕组互相串联，后一级工频试验变压器的电源由前一级工频试验变压器高压端的激磁绕组供给。因此，第Ⅱ台工频试验变压器的铁芯和外壳的对地电位应与第Ⅰ台工频试验变压器高压绕组的额定电压U相等，所以它必须用绝缘支架或支柱绝缘子支承起来，绝缘支架或支持绝缘子应能耐受电压U。同理，第Ⅲ台工频试验变压器的铁芯和外壳的对地电压为2U，它也必须用耐受电压为2U的绝缘支架或支柱绝缘子支承起来。而三台工频试验变压器高压绕组串接后的输出电压为3U。

串接的工频试验变压器装置中，各工频试验变压器高压绕组的容量是相同的，设为S，但各低压绕组和激磁绕组的容量并不相等，若忽略其损耗，则第Ⅲ台工频试验变压器低压绕组的容量亦为S；第Ⅱ台工试验变压器的输出容量分为两部分，一部分由高压绕组供给负载，容量为S，另一部分由激磁绕组供给第Ⅲ台工频试验变压器低压绕组，其容量亦为S，因此，第Ⅱ台工频试验变压器的容量为2S；同理可推出，第Ⅰ台工频试验变压器的输出容量S_sh为3S。所以，三台串接的工频试验变压器装置中，每台工频试验变压器的容量是不相同的，三台试验变压器的容量之比为3：2：1。三台工频试验变压器串接，其输出容量S_sh=3S，如果串接的台数为n，则总的输出容量为nS，而总的装置容量为

这样，n级串接装置容量的利用系数为

由以上分析可见，随着工频试验变压器串接台数的增加，其利用系数越来越小，而且串接装置的漏抗比较大，串接的台数越多，漏抗越大，加上工频试验变压器外壳对地电容的影响，每台工频试验变压器上的电压分布都不均匀，因此，串接试验变压器串接的台数不宜过多，一般不超过三台。

三、调压方式

1.对工频试验变压器调压的基本要求

(1)电压可由零至最大值之间均匀地调节；

(2)不引起电源波形的畸变；

(3)调压器本身的阻抗小、损耗小、不因调压器而给试验设备带来较大的电压损失；

(4)调节方便、体积小、质量轻、价廉等。

2.常用的调压方式

(1)用自耦调压器调压。自耦调压器是常用的调压器，其特点为调压范围广、漏抗小、功率损耗小、波形畸变小、体积小、质量轻、结构简单、价格廉、携带和使用方便等。当工频试验变压器的容量不大时(单相不超过10kVA)，它被普遍使用。但由于它存在滑动触头，当工频试验变压器的容量较大时，调压器滑动触头与线圈接触处的发热较严重，因此，这种调压方式只适用于小容量工频试验变压器中的调压。

(2)用移圈式调压器调压。用移圈式调压器调压不存在滑动触头及直接短路线的问题，功率损耗小，容量可做得很大，调压均匀。但移圈式调压器本身的感抗较大，且随调压器所处的位置而变，但波形稍有畸变，这种调压方式被广泛地应用在对波形的要求不是十分严格，额定电压为100kV及以上的工频试验变压器上。

移圈式调压器的原理接线与结构示意图如图3-14所示。带补偿绕组和无补偿绕组的调压器的工作原理相同。通常主绕组C和辅助绕组D匝数相等而绕向相反，两绕组互相串联起来组成一次绕组。短路线圈K套在主绕组和辅助绕组的外面。通过短路线圈的上下移动就可以调节调压器的输出电压。

当调压器的一次绕组AX端加上电源电压U₁后，若不存在短路线圈K，则主绕组C和辅助绕组 D上的电压各为U₁/2。出于两绕组C和D的绕向相反，它们产生的主磁通Φ_C和Φ_D如方向也相反，Φ_C和Φ_D只能分别通过非导磁材料(干式调压器主要是空气，油浸式调压器则为油介质)自成闭合回路[图3-14(b)所示]，由于短路线圈K的存在，铁芯中的磁通分布将发生相应的变化。当短路线圈K处在最下端，全套住绕组C时，绕组C产生的磁Φ_C几乎全为短路线圈K感应产生的反磁通中Φ_K所抵消，绕组C上的电压降接近于零，亦即输出电压U₂≈0。电源电压U₁几乎全部降落在绕组D上。

当短路线圈K位于最上端时，情况正好相反。绕组D上的电压降几乎为零，电源压U₁全降落在绕组C上，输出电压U₂≈ U₁。而当短路线圈K由最下端连续而平稳地向上移动时，输出电压U₂即由零逐渐均匀的升高，这样就实现了调压。

一般移圈式调压器还在主绕组C上增加一个补偿绕组E，其作用是补偿调压器内部的电压降落，并使调压器的输出电压稍高于输入电压。

移圈式调压器没有滑动触头，容量可做得较大，可从几十千伏安到几千千伏安。适用于大容量试验变正器的调压。移圈式调压器的主要缺点之一是短路阻抗较大，因而减小了工频高压试验下的短路容量。另外，移圈式调压器的主磁通要经过一段非导磁材料，磁阻很大，因此，空载电流很大，约达额定电流的1/4~1/3。

(3)用单相感应调压器调压。调压性能与移圈式调压器相似，对波形的畸变较小，但调压器本身的感抗较大，且价格较贵，故一般很少采用。

(4)用电动机一发电机组调压。采用这种调压方式不受电网电压质量的影响，可以得到很好的正弦电压波形和均匀的电压调节，如果采用直流电动机做原动机，则还可以调节试验电压的频率。但这种调压方式所需要的投资及运用费用都很大，运行和管理的技术水平也要求较高，故这种调压方式只适宜对试验要求很严格的大型试验基地。

四、工频高压的测量

在工频耐压试验中，试验电压的准确测量也是一个关键的环节。工频高压的测量应该既方便又能保证有足够的准确度，其幅值或有效值的测量误差应不大于3%。

测量工频高压的方法很多，概括起来讲可以分为两类：即低压侧测量和高压侧测量。

1.低压侧测量

低压侧测量的方法是在工频试验变压器的低压侧或测量线圈(一般工频试验变压器中设有仪表线圈或称测量线圈，它的匝数一般是高压线圈的1/1000)的引出端接上相应量程的电压表，然后通过换算，确定高压侧的电压。在一些成套工频试验设备中，还常常把低压电压表的刻度直接用千伏表示，使用更方便。这种方法在较低电压等级的试验设备中，应用很普遍。由于这种方法只是按固定的匝数比来换算的，实际使用中会有较大的误差，一般在试验前应对高压与低压之比予以校验。有时也将此法与其他测量装置配合，用于辅助测量。

2.高压侧测量

进行工频耐压试验时，被试品一般均属电容性负载，试验时的等值电路如图3-15所示。电路图中r为工频试验变压器的保护电阻的电阻值，X_L表示试验变压器的漏抗，C_X为被试品的电容。在对重要设备、特别是容量较大的设备进行工频耐压试验时，由于被试品的电容C_X较大，流过试验回路的电流为一电容电流I_C，I_C在工频试验变压器的漏抗X_L上将产生一个与被试品上的电压U_CX反方向的电压降落I_CX_L，如图3-16中所示，从而导致被试品上的电压比工频试验变压器高压侧的输出电压还高，此种现象称为“容升现象”，也称“电容效应”。由于“电容效应”的存在，就要求直接在被试品的两端测量电压，否则将会产生很大的测量误差；也可能会人为的造成绝缘损伤。被试品的电容量及试验变压器的漏抗越大，则“电容效应”越显著。

在工频试验变压器高压侧直接测量工频高压的方法有以下几种。

(1)用静电电压表测量工频电压的有效值。静电电压表是现场常用的高压测量仪表。测量时，将静电电压表并接于被试品的两端，即可直接读出加于被试品上的高电压值。静电电压表的工作原理图如图3-17所示。它由两个电极组成，固定电极1接至被测量的高压U，可动电极3由悬丝支持、接地，并和屏蔽电极2连接在一起。屏蔽电极的作用是避免边缘效应和外电场的影响，使固定电极和可动电极间的电场均匀。被测量的电压U加在平板电极1和3之间，电极2中间有一个小窗口，放置可动电极3，在电场力的作用下，电极3可绕其支点转动。若两电极间的电容量为C，所加的电压为U，则两电极间的电场能量。在电场力的作用下，可动电极3绕支点转动的转矩为

式中  α——偏转角；

C——可动电极3与固定电极1之间的电容；

W_C——电容C在外加电压为U时储藏的能量。

力矩M₁由悬挂可动电极的悬丝(或弹簧)所产生的反作用力矩M₂来平衡，即

M₂=Kα

式中K——常数。

在平衡时，M₁=M₂，于是得

由式(3-16)可见，偏转角α的大小和被测电压U²及有关，而决定于静电电压表的电极形式，为使静电电压表的刻度比较均匀，常将可动电极做成特殊的形状，使随α的增加而减小。α的大小由固定的悬丝上的小镜片经一套光系统，将光反射到刻度尺上来读书。

由于α与U²成正比，故用静电电压表测得的数值为交流电压的有效值；用静电电压表测直流电压时，当脉动系数不超过20%时，测得的数值与平均值的误差不超过1%，故可视在直流下静电电压表的测量值为平均值。

(2)用球隙进行测量工频电压的幅值。测量球隙是由一对相同直径的铜球构成。当球隙之间的距离S与铜球直径D之比不大时，两铜球间隙之间的电场为稍不均匀电场，放电时延很小，伏秒特性较平，分散性也较小。在一定的球隙距离下，球隙间具有相当稳定的放电电压值。因此，用球隙不但可以用来测量交流电压的幅值，还可用来测量直流高压和电压的幅值。

测量球隙可以水平布置(直径25cm以下大都用水平布置)，也可作垂直布置。使用时，一般一极接地。测量球隙的球表面要光滑，曲率要均匀，对球隙的结构、尺寸、导线连接和安装空间的尺寸如图3-18所示。使用时下球极接地，上球极接高压。

标准球径的球隙放电电压与球间隙距离的关系已制成国际通用的标准表（见附录中的附表3）。当且满足其他有关规定时，用球隙测量的准确度可保持在士3%以内，当在0.5～0.75时，其准确度较差，所以附表中的数值加括号。由此可见，测量较高的电压应使用直径较大的球隙。

球隙放电点P(图3-18)对地面的高度A以及对其他带电或接地物体的距离S应满足表3-1的要求，以免影响球隙的电场分布及测量的准确度。

表3-1                  球隙对地和周围空间的要求

用球隙测量高压时，通过球隙保护电阻R将交流高电压加到测量球间隙上，调节球间隙的距离，使球间隙恰好在被测电压下放电，根据球隙距离S、球直径D，即可求得所加的交流高压值。由于空气中的尘埃或球面附着的细小杂物的影响(球隙表面需擦干净)，使球隙最初几次的放电电压可能偏低且不稳定。故应先进行几次预放电，最后取三次连续读数的平均值作为测量值。各次放电的时间间隔不得小于1min，每次放电电压与平均值之间的偏差不得大于3%。

气体间隙的放电电压受大气条件的影响，附录表中的电压击穿值只适用于标准大气条件，若测量时的大气条件与标准大气条件不同，必须按第一章第六节的公式进行校正，以求得测量时的实际电压。

用球隙测量直流高压和交流高压时，为了限制电流，使其不致引起球极表面烧伤，必须在高压球极串联一个保护电阻R，R同时在测量回路中起阻尼振荡的作用。这电阻不能太小，太小起不到应有的保护作用，但也不能太大，以免球隙击穿之前流过球隙的电容电流在电阻上产生压降而引起测量误差。测量交流电压时，这个压降不应超过1%，由此得出保护电阻值应为

式中  U_max—— 被测电压的幅值，V；

f——被测电压的频率，Hz；

K——由球径决定的常数，其值可按表3-2决定，Ω/V。

表3-2                         K的取值

（3）用电容分压器配用低压仪表。电容分压器是由高压臂电容C₁和低压臂电容C₂串联而成的，C₂的两端为输出端，如图3-19所示。为了防止外电场对测量电路的影响，通常用高频同轴电缆来传输分压信号。当然，该电缆的电容应计入低压臂的电容量C₂中。

为了保证测量的准确度，测量仪表在被测电压频率下的阻抗应足够大，至少要比分压器低压臂的阻抗大几百倍。为此，最好用高阻抗的静电式仪表或电子仪表(包括示波器、峰值电压表等)。

若略去杂散电容不计，则分压比K为

分压器各部分对地杂散电容C´_e和对高压端杂散电容C_e的存在，会在一定程度上影响其分压比，不过，只要周围环境不变，这种影响就将是恒定的，并且不随被测电压的幅值、频率、波形或大气条件等因素而变，所以，对一定的环境，只要一次准确地测出电容分压器的分压比，则此分压比可适用于各种工频高压的测量。虽然如此，人们仍然希望尽可能使各种杂散电容的影响相对减少。为此，对无屏蔽的电容分压器，应适当增大高压臂的电容值。

电容分压器的另一个优点是它几乎不吸收有功功率，不存在温升和随温升而引起的各部分参数的变化，因而可以用来测量高的电压，但应注意高压部分的防晕。

(4)用电压互感器测量。将电压互感器的原边接在被试品的两端头上，在其副边测量电压，根据测得的电压值和电压互感器的变压比即可计算出高压侧的电压，为了保证测量的准确度，电压互感器一般不低于1级，电压表不低于0.5级。

五、试验分析

对于绝缘良好的被试品，在工频耐压试验中不应击穿，被试品是否击穿可根据下述现象来分析

(1)根据试验回路接入表计的指示进行分析：一般情况下，电流表指示突然上升，说明被试品击穿。但当被试品的容抗X_C与工频试验变压器的漏抗X_L之比等于2时，虽然被试品已击穿，但电流表的指示不变；当X_C与X_L的比值小于2时，被试品击穿后，使试验回路的电抗增大，电流表的指示反而下降。通常X_C≫X_L，不会出现上述现象，只有在被试品容量很大或工频试验变压器的容量不够时，才有可能发现上述现象。此时，应以接在高压侧测量被试品上的电压表指示来判断，被试品击穿时，电压表指示明显下降。低压侧电压表的指示也会有所下降。

(2)根据控制回路的状况进行分析：如果过流继电器整定适当，在被试品击穿时，过流继电器应动作，使自动空气开关跳闸；若过流继电器整定值过小，可能在升压过程中，因电容电流的充电作用而使开关跳闸；当过流继电器的整定值过大时，即使被试品放电或小电流击穿，继电器也不会动作。因此，应正确整定过流继电器的动作电流，一般应整定为工频试验变压器额定电流的1.3～1.5倍。

(3)根据被试品的状况进行分析：被试品发出击穿响声或断续的放电声、冒烟、出气、焦臭味、闪弧、燃烧等都是不允许的，应查明原因。这些现象如果确定是绝缘部分出现的，则认为被试品存在缺陷或击穿。

六、注意事项

(1)被试品为有机绝缘材料时，试验后应立即触摸绝缘物，如出现普遍或局部发热。则认为绝缘不良，应立即处理，然后再作试验。

(2)对夹层绝缘或有机绝缘材料的设备，如果耐压试验后的绝缘电阻值，比耐压试验前下降30%，则认为该试品不合格。

(3)在试验过程中，若由于空气的温度、湿度、表面脏污等影响，引起被试品表面滑闪放电或空气放电，不应认为被试品不合格，需经清洁、干燥处理之后，再进行试验。

(4)试验时升压必须从零开始，不允许合闸。升压速度在40%试验电压以内，可不受限制，其后应均匀升压，速度约为每秒钟3%的试验电压。

(5)耐压试验前后，均应测量被试品的绝缘电阻值。

(6)试验时，应记录试验环境的气象条件，以便对试验电压进行气象校正。