变压器感应绝缘耐压测试仪技术原理及应用 变压器是如何工作的

摘  要：文章简单介绍了变压器感应绝缘耐压测试仪的组成原理及特点，并对其应用范围和应用方法作了详细的说明，最后结合5W小型变压器的测试实例介绍功率判定变压器匝间短路的方法。   变压器感应绝缘耐压测试仪检测原理 相对于变压器的主绝缘即绕组与绕组之间以及绕组与铁芯之间的绝缘而言，变压器还有另外一项重要的绝缘性能指标――纵绝缘。纵绝缘是指变压器绕组具有不同电位的不同点和不同部位之间的绝缘，主要包括绕组匝间、层间和段间的绝缘性能，而国家标准和国际电工委员会（IEC）标准中规定的“感应耐压试验”则是专门用于检验变压器纵绝缘性能的测试方法之一。 变压器的纵绝缘主要依赖于绕组内的绝缘介质——漆包线本身的绝缘漆、变压器油、绝缘纸、浸渍漆和绝缘胶等等（不同种类的变压器可能包含其中一种或多种绝缘介质）；纵绝缘电介质很难保证100%的纯净度，难免混含固体杂质、气泡或水份等，生产过程中也会受到不同程度的损伤；变压器工作时的最高场强集中在这些缺陷处，长期负载运作的温升又降低绝缘介质的击穿电压，造成局部放电，电介质通过外施交变电场吸收的功率即介质损耗会显著增加，导致电介质发热严重，介质电导增大，该部位的大电流也会产生热量，就会使电介质的温度继续升高，而温度的升高反过来又使电介质的电导增加。如此长期恶性循环下去，最后导致电介质的热击穿和整个变压器的毁坏。这一故障表现在变压器的特性上就是空载电流和空载功耗显著增加，并且绕组有灼热、飞弧、振动和啸叫等不良现象。可见利用感应耐压试验检测出变压器是否含有纵绝缘缺陷是极其必要的。   感应耐压试验原理 变压器刚出产时，没有经过恶劣环境长时间的考验，外施其额定电压和频率的电源作试验，绕组匝间、层间和段间的电压不足以达到电介质缺陷处的击穿电压难以造成这些绝缘缺陷处的放电和击穿，这种存在绝缘故障隐患的变压器与绝缘性能良好的同类变压器的空载电流和空载功耗没有太大的差别，故而难以发现这些隐患； 而感应耐压试验给变压器施加２倍额定电压以上的电压，可在纵绝缘缺陷处建立更高更集中的场强，绕组匝间、层间和段间的电压达到并超过电介质缺陷处的击穿电压；感应耐压试验给变压器施加频率在２倍的额定频率以上，较高的频率又可以大大降低固体电介质的击穿电压，使得绝缘缺陷更容易被击穿；感应耐压试验所规定的外施电压的作用时间亦可保证绝缘缺陷的击穿；故感应耐压试验可以可靠地检测出变压器纵绝缘性能的好坏。 感应耐压试验给变压器施加电源的频率之所以在２倍的额定频率以上，是因为：变压器的激磁电流i――主磁通振幅Фm的特性曲线一般设计在额定频率和额定电压下接近弯曲饱和部分（如图1所示），又因在电源频率不变的情况下，主磁通Фm决定于外施电压U:   U= E=4.44WfФm                   Фm     U ――外施电源电压，V              △Фm     E ――加电绕组的感应电动势，V   f ――外施电源频率，Hz     W――加电绕组的匝数，n 所以给变压器加２倍额定电压以上的电压                  △i             i 必然会导致铁芯严重饱和，主磁通Фm增大△Фm，            图   1   由图1可知激磁电流i会急剧增加，致使变压器发 热烧毁；为使变压器在加２倍压以上铁芯仍不饱和，则需要提高电源的频率至２倍频以上。 感应耐压试验给变压器原边加２倍压以上，２倍频以上的电源，变压器的主磁通会使原边和副边同时感应出感应电动势E1和E2，且分别是其额定工作状态下的２倍以上，所以感应耐压试验可以同时对主、副绕组进行纵绝缘性能的测试。当然，我们也完全可以根据需要从变压器的副边进行测试，不过所施加的电压应当是变压器额定工作状态下空载电压的２倍以上，频率同样是额定频率的２倍以上。   艾诺变压器专用感应耐压测试仪系统组成原理 艾诺公司推出的变压器专用感应耐压测试仪是以intel公司80c196kc单片机芯片作为系统的控制和运算核心，由测量电路、控制切换电路、功率模块及用户界面电路共同组成，其关键技术为变频调压和精密测量。                     艾诺变压器专用感应耐压测试仪AN96803产品特点 1、高精度电流、 功率测量 针对市场与技术调研结果，用户对于感应耐压测试中，小电流、小功率测试有很大的应用领域，AN96803提高了电流和功率测量显示的分辨率，电流低档0.50-30.00mA分辨率0.01mA/高档30.0-300.0mA分辨率0.1mA，电流高低档精度均为±(0.4%读数值+0.1%量程值)，功率低档0.50W-20.00W分辨率0.01W高档20W~300W分辨率0.1W，功率高低档误差均为±(0.8%读数值+0.2%量程值)。电流、功率可保证精度的量程由0.50mA-300.0mA，0.50W-300W可满足用户对测量精度的要求。 2、具有高精度有功功率测量，可更有效的协助用于某些微型电子变压器的匝间短路判定。 在微型电子变压器中，由于匝数多（数千匝以上），线径细（漆包导线直径0.1mm以下），在短路数匝到数十匝的情况下，与正常的变压器相比，倍频倍压下的测试电流变化没有有功功率变化明显（短路10匝一般变化在50%左右），实验结果表明，有匝间短路的情况下，变压器的功率因数增大，有功功率增大，因此可作为微型电子变压器匝间短路判定的依据，更准确地对变压器的性能进行判断。下面5W小型变压器初级短路的测试报告数据可表明这个问题。 因此，电流、功率、功率因数指标都可做为变压器匝间短路的判定依据，其中功率测量方法，可以作为可以的判定依据。而且AN968测试仪由于采用感应耐压测试方式，进行无损检测，不对被测试负载造成破坏，在保证更优测试质量的前提下，可以更大的提高生产效率，降低原材料损耗。  所以艾诺AN968系列变压器感应耐压测试仪可以在保证无损检测的基础上更好更有效的检验出变压器的纵绝缘性能的好坏，更适用于变压器流水线、实验室检测。 详细内容请参看以下内容： 关于变压器匝间短路功率测量法介绍 1、从理论分析： 变压器空载电流公式   注: Ⅰco为铁损电流,与匝数无关, Ⅰφo为磁化电流,与变压器初级匝数成反比,如果变压器有短路匝,造成空载电流Ⅰo变大. 变压器空载损耗公式         注: P_co 铁损损耗, r₁ (20℃)为初级铜阻 从上述公式看,空载损耗与空载电流的平方成正比关系,这样与变压器初级匝数的平方成反比关系.因此,变压器有短路匝数时,空载损耗变化量要比空载电流变化量大得多。     5W小型变压器测试实例     空载 短路10匝（0.07） 短路20匝（0.07） 短路40匝（0.07） 频率 P/I 220V 440V 660V 220V 440V 660V 220V 440V 660V 220V 440V 660V 50 I(mA) 18.3     18.5     18.7     19.4     P(W) 1.1     1.4     1.7     2.1     100 I(mA) 5.3 19.1   6.4 19.7   7.4 20.8   9.4 22.6   P(W) 0.6 2.7   0.9 3.8   1.2 4.8   1.7 6.3   150 I(mA) 4.2 8.0 19.6 5.4 9.8 21 6.5 11.7 22.6 8.5 14.7 25.4 P(W) 0.6 2.3 4.8 0.8 3.4 7.2 1.1 4.3 9.1 1.6 5.8 11.8 200 I(mA) 3.7 6.3 10.2 4.9 8.3 12.9 6.0 10.4 15.3 8.1 13.6 19.1 P(W) 0.5 2.0 4.4 0.7 3.2 6.8 1.0 4.0 8.6 1.6 5.6 11.3 300 I(mA) 3.2 5.0 7.1 4.3 7.3 10.2 5.4 9.3 12.7 7.6 12.6 16.6 P(W) 0.3 1.7 3.7 0.6 2.8 6.0 1.0 3.8 7.9 1.5 5.3 10.5 400 I(mA) 2.8 4.4 6.0 3.9 6.7 9.3 5.1 8.8 11.9 7.2 12.2 15.7 P(W) 0.2 1.5 3.3 0.7 2.7 5.7 0.9 3.7 7.6 1.5 5.2 10.0 450 I(mA) 2.6 4.2 5.6 3.8 6.5 8.9 5.0 8.6 11.5 7.1 11.9 15.3 P(W) 0.2 1.5 3.3 0.6 2.6 5.5 0.9 3.5 7.2 1.4 5.0 9.8 由上述测试报告计算出短路时电流I和功率P相对于正常时即空载时电流I和功率P的变化率，即ΔI=I短路/I空载，ΔP=P短路/P空载，由此得出在各短路匝数和各电压频率下电流和功率相对于正常空载时的变化率，如图2所示，由图中曲线可以看出功率变化率均大于电流的变化率，而且随着短路匝数的增加功率的变化率大于电流的变化率的趋势更加明显，实验数据与理论公式相符。    

一、产品概述

TQSB系列交直流高压试验变压器是一种新型高压测试设备，本系列产品采用单框芯式铁芯结构，初级绕组和高压绕组同轴绕制在铁芯上，从而减少漏磁通，增大绕组间的耦合。产品的整体结构紧凑，通用性强，使用携带方便，适用于电力系统及电力用户在现场检测各种高压电器设备的绝缘性能，是电力设备检测及预防性试验所必备的试验仪器。

TQSB系列轻型高压试验变压器除了可于交流工频耐压试验，如果配以同等电压等级和同等容量的电容、硅堆及高压直流微安表，便可组装成直流高压试验装置，可以测量高压直流泄漏电流。

 

工作原理：

交流

 

TQSB系列交直流高压试验变压器：将工频电源输入操作箱（或操作台），经自耦调压器调节电压输入至试验变压器的初级绕组。根据电磁感应原理，在次级（高压）绕组可获得工频高压。此工频高压经高压硅堆整流及电容滤波后可获得直流高压，其幅值是工频高压有效值的1.4倍。只不过在使用直流时应抽出短路杆，在使用交流时，插入短路杆。

 

带抽头试验变压器

 

为了同时满足一个变压器电压较高电压较小与电流较低电流较大之间的矛盾，将高压绕组分成两个来绕，一个是电流较大的绕组，另一个是电流较小的绕组，然后两个绕组串接分别引出。

 

使用方法：

 

工频耐压试验中限流电阻R1应根据试验变压器的额定容量来选择。如高压侧额定输出电流在 100-300MA时，可取0.5-1Ω/V（试验电压）；高压侧额定输出电流为1A以上时，可取1Ω/V（试验电压）。常用水电阴作为限流电阻，管于长度可按150KV/m考虑，管子和粗细应具有足够的热容量（水阻液配制方法：用蒸馏水加入适量硫酸铜配制成各种不同的阴值）。

球间隙及保护电阻：当电压超过球间隙整定值时（一般取试验电压的110%-120%）球间隙放电，对被试品起到保护作用。球间隙保护电阻可按1Ω/V（试验电压）选取。

在工频耐压试验中，低压侧测量电压（仪表电压）不是非常准确的，其原因是由于试验变压器存在着漏抗，在这上个漏抗上必然存在着压降或容升，使试品上的电压低于或高于低压侧测量电压表上反映出来的电压。工频耐压试验时，被试品上的电压高于试验变压器的输出电压，也就是所谓容升现象。感应耐压试验时。试验变压器的漏抗必须存在着压降。为了准确测量被试品上所施加电压，因此常在高压侧接入RCF阻容分压器来测量电压。

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