變壓器感應(yīng)絕緣耐壓測(cè)試儀技術(shù)原理及應(yīng)用

1、變壓器感應(yīng)絕緣耐壓測(cè)試儀技術(shù)原理及應(yīng)用摘 要：文章簡(jiǎn)單介紹了變壓器感應(yīng)絕緣耐壓測(cè)試儀的組成原理及特點(diǎn)，并對(duì)其應(yīng)用范圍和應(yīng)用方法作了詳細(xì)的說明，最后結(jié)合5W小型變壓器的測(cè)試實(shí)例介紹功率判定變壓器匝間短路的方法。變壓器感應(yīng)絕緣耐壓測(cè)試儀檢測(cè)原理相對(duì)于變壓器的主絕緣即繞組與繞組之間以及繞組與鐵芯之間的絕緣而言，變壓器還有另外一項(xiàng)重要的絕緣性能指標(biāo)縱絕緣。縱絕緣是指變壓器繞組具有不同電位的不同點(diǎn)和不同部位之間的絕緣，主要包括繞組匝間、層間和段間的絕緣性能，而國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的“感應(yīng)耐壓試驗(yàn)”則是專門用于檢驗(yàn)變壓器縱絕緣性能的測(cè)試方法之一。變壓器的縱絕緣主要依賴于繞組內(nèi)的絕緣

2、介質(zhì)漆包線本身的絕緣漆、變壓器油、絕緣紙、浸漬漆和絕緣膠等等（不同種類的變壓器可能包含其中一種或多種絕緣介質(zhì)）；縱絕緣電介質(zhì)很難保證100%的純凈度，難免混含固體雜質(zhì)、氣泡或水份等，生產(chǎn)過程中也會(huì)受到不同程度的損傷；變壓器工作時(shí)的最高場(chǎng)強(qiáng)集中在這些缺陷處，長(zhǎng)期負(fù)載運(yùn)作的溫升又降低絕緣介質(zhì)的擊穿電壓，造成局部放電，電介質(zhì)通過外施交變電場(chǎng)吸收的功率即介質(zhì)損耗會(huì)顯著增加，導(dǎo)致電介質(zhì)發(fā)熱嚴(yán)重，介質(zhì)電導(dǎo)增大，該部位的大電流也會(huì)產(chǎn)生熱量，就會(huì)使電介質(zhì)的溫度繼續(xù)升高，而溫度的升高反過來又使電介質(zhì)的電導(dǎo)增加。如此長(zhǎng)期惡性循環(huán)下去，最后導(dǎo)致電介質(zhì)的熱擊穿和整個(gè)變壓器的毀壞。這一故障表現(xiàn)在變壓器的特性上就是空載電

3、流和空載功耗顯著增加，并且繞組有灼熱、飛弧、振動(dòng)和嘯叫等不良現(xiàn)象?？梢娎酶袘?yīng)耐壓試驗(yàn)檢測(cè)出變壓器是否含有縱絕緣缺陷是極其必要的。感應(yīng)耐壓試驗(yàn)原理變壓器剛出產(chǎn)時(shí)，沒有經(jīng)過惡劣環(huán)境長(zhǎng)時(shí)間的考驗(yàn)，外施其額定電壓和頻率的電源作試驗(yàn)，繞組匝間、層間和段間的電壓不足以達(dá)到電介質(zhì)缺陷處的擊穿電壓難以造成這些絕緣缺陷處的放電和擊穿，這種存在絕緣故障隱患的變壓器與絕緣性能良好的同類變壓器的空載電流和空載功耗沒有太大的差別，故而難以發(fā)現(xiàn)這些隱患；而感應(yīng)耐壓試驗(yàn)給變壓器施加倍額定電壓以上的電壓，可在縱絕緣缺陷處建立更高更集中的場(chǎng)強(qiáng)，繞組匝間、層間和段間的電壓達(dá)到并超過電介質(zhì)缺陷處的擊穿電壓；感應(yīng)耐壓試驗(yàn)給變壓器施

4、加頻率在倍的額定頻率以上，較高的頻率又可以大大降低固體電介質(zhì)的擊穿電壓，使得絕緣缺陷更容易被擊穿；感應(yīng)耐壓試驗(yàn)所規(guī)定的外施電壓的作用時(shí)間亦可保證絕緣缺陷的擊穿；故感應(yīng)耐壓試驗(yàn)可以可靠地檢測(cè)出變壓器縱絕緣性能的好壞。感應(yīng)耐壓試驗(yàn)給變壓器施加電源的頻率之所以在倍的額定頻率以上，是因?yàn)椋鹤儔浩鞯募ご烹娏鱥主磁通振幅m的特性曲線一般設(shè)計(jì)在額定頻率和額定電壓下接近彎曲飽和部分（如圖1所示），又因在電源頻率不變的情況下，主磁通m決定于外施電壓U:U= E=4.44Wfm mU 外施電源電壓，V m E 加電繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，V f 外施電源頻率，HzW加電繞組的匝數(shù)，n所以給變壓器加倍額定電壓以上的電壓

5、i i必然會(huì)導(dǎo)致鐵芯嚴(yán)重飽和，主磁通m增大m， 圖 1 由圖1可知激磁電流i會(huì)急劇增加，致使變壓器發(fā)熱燒毀；為使變壓器在加倍壓以上鐵芯仍不飽和，則需要提高電源的頻率至倍頻以上。感應(yīng)耐壓試驗(yàn)給變壓器原邊加倍壓以上，倍頻以上的電源，變壓器的主磁通會(huì)使原邊和副邊同時(shí)感應(yīng)出感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E1和E2，且分別是其額定工作狀態(tài)下的倍以上，所以感應(yīng)耐壓試驗(yàn)可以同時(shí)對(duì)主、副繞組進(jìn)行縱絕緣性能的測(cè)試。當(dāng)然，我們也完全可以根據(jù)需要從變壓器的副邊進(jìn)行測(cè)試，不過所施加的電壓應(yīng)當(dāng)是變壓器額定工作狀態(tài)下空載電壓的倍以上，頻率同樣是額定頻率的倍以上。艾諾變壓器專用感應(yīng)耐壓測(cè)試儀系統(tǒng)組成原理艾諾公司推出的變壓器專用感應(yīng)耐壓測(cè)試儀是

6、以intel公司80c196kc單片機(jī)芯片作為系統(tǒng)的控制和運(yùn)算核心，由測(cè)量電路、控制切換電路、功率模塊及用戶界面電路共同組成，其關(guān)鍵技術(shù)為變頻調(diào)壓和精密測(cè)量。 艾諾變壓器專用感應(yīng)耐壓測(cè)試儀AN96803產(chǎn)品特點(diǎn)1、高精度電流、 功率測(cè)量針對(duì)市場(chǎng)與技術(shù)調(diào)研結(jié)果，用戶對(duì)于感應(yīng)耐壓測(cè)試中，小電流、小功率測(cè)試有很大的應(yīng)用領(lǐng)域，AN96803提高了電流和功率測(cè)量顯示的分辨率，電流低檔0.50-30.00mA分辨率0.01mA/高檔30.0-300.0mA分辨率0.1mA，電流高低檔精度均為±(0.4%讀數(shù)值+0.1%量程值)，功率低檔0.50W-20.00W分辨率0.01W高檔20W300W分

7、辨率0.1W，功率高低檔誤差均為±(0.8%讀數(shù)值+0.2%量程值)。電流、功率可保證精度的量程由0.50mA-300.0mA，0.50W-300W可滿足用戶對(duì)測(cè)量精度的要求。2、具有高精度有功功率測(cè)量，可更有效的協(xié)助用于某些微型電子變壓器的匝間短路判定。在微型電子變壓器中，由于匝數(shù)多（數(shù)千匝以上），線徑細(xì)（漆包導(dǎo)線直徑0.1mm以下），在短路數(shù)匝到數(shù)十匝的情況下，與正常的變壓器相比，倍頻倍壓下的測(cè)試電流變化沒有有功功率變化明顯（短路10匝一般變化在50%左右），實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，有匝間短路的情況下，變壓器的功率因數(shù)增大，有功功率增大，因此可作為微型電子變壓器匝間短路判定的依據(jù)，更準(zhǔn)確地

8、對(duì)變壓器的性能進(jìn)行判斷。下面5W小型變壓器初級(jí)短路的測(cè)試報(bào)告數(shù)據(jù)可表明這個(gè)問題。因此，電流、功率、功率因數(shù)指標(biāo)都可做為變壓器匝間短路的判定依據(jù)，其中功率測(cè)量方法，可以作為最好的判定依據(jù)。而且AN968測(cè)試儀由于采用感應(yīng)耐壓測(cè)試方式，進(jìn)行無損檢測(cè)，不對(duì)被測(cè)試負(fù)載造成破壞，在保證更優(yōu)測(cè)試質(zhì)量的前提下，可以更大的提高生產(chǎn)效率，降低原材料損耗。 所以艾諾AN968系列變壓器感應(yīng)耐壓測(cè)試儀可以在保證無損檢測(cè)的基礎(chǔ)上更好更有效的檢驗(yàn)出變壓器的縱絕緣性能的好壞，更適用于變壓器流水線、實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)。詳細(xì)內(nèi)容請(qǐng)參看以下內(nèi)容：關(guān)于變壓器匝間短路功率測(cè)量法介紹1、從理論分析：變壓器空載電流公式 注: co為鐵損電流,

9、與匝數(shù)無關(guān), o為磁化電流,與變壓器初級(jí)匝數(shù)成反比,如果變壓器有短路匝,造成空載電流o變大.變壓器空載損耗公式 注: Pco 鐵損損耗, r1 (20)為初級(jí)銅阻從上述公式看,空載損耗與空載電流的平方成正比關(guān)系,這樣與變壓器初級(jí)匝數(shù)的平方成反比關(guān)系.因此,變壓器有短路匝數(shù)時(shí),空載損耗變化量要比空載電流變化量大得多。5W小型變壓器測(cè)試實(shí)例空載短路10匝（0.07）短路20匝（0.07）短路40匝（0.07）頻率P/I220V440V660V220V440V660V220V440V660V220V440V660V50I(mA)18.318.518.719.4P(W)1.11.41.72.1100I

10、(mA)5.319.16.419.77.420.89.422.6P(W)0.62.70.93.81.24.81.76.3150I(mA)4.28.019.65.49.8216.511.722.68.514.725.4P(W)0.62.34.80.83.47.21.14.39.11.65.811.8200I(mA)3.76.310.24.98.312.96.010.415.38.113.619.1P(W)0.52.04.40.73.26.81.04.08.61.65.611.3300I(mA)3.25.07.14.37.310.25.49.312.77.612.616.6P(W)0.31.73.

11、70.62.86.01.03.87.91.55.310.5400I(mA)2.84.46.03.96.79.35.18.811.97.212.215.7P(W)0.21.53.30.72.75.70.93.77.61.55.210.0450I(mA)2.64.25.63.86.58.95.08.611.57.111.915.3P(W)0.21.53.30.62.65.50.93.57.21.45.09.8由上述測(cè)試報(bào)告計(jì)算出短路時(shí)電流I和功率P相對(duì)于正常時(shí)即空載時(shí)電流I和功率P的變化率，即I=I短路/I空載，P=P短路/P空載，由此得出在各短路匝數(shù)和各電壓頻率下電流和功率相對(duì)于正?？蛰d時(shí)的變化率，如圖2所示，由圖中曲線可以看出功率變化率均大于電流的變化率，而且隨著短路匝數(shù)的增加功率的變化率大于電流的變化率的趨勢(shì)更加明顯，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與理論公式相符。圖2結(jié)束語(yǔ)由本文的介紹可知變壓器感應(yīng)耐壓測(cè)試儀在變壓器測(cè)試行業(yè)的地位，尤其是感應(yīng)耐壓試驗(yàn)對(duì)于變壓器潛在失效模式檢測(cè)的重要性。這由筆者的一個(gè)使用經(jīng)驗(yàn)可更有力的說明這一點(diǎn)，筆者曾經(jīng)給國(guó)內(nèi)某著名家電生產(chǎn)廠商供應(yīng)電腦控制板（帶電子變壓器），電子變壓器用AN968系列進(jìn)