一、試驗(yàn)接線
    圖1-1示出了交流耐壓試驗(yàn)常用的原理接線圖。實(shí)際的試驗(yàn)接線應(yīng)根據(jù)被試品的要求和現(xiàn)場設(shè)備的具體條件來確定。

圖1-1 交流耐壓試驗(yàn)原理圖
T1—試驗(yàn)變壓器 T2—調(diào)壓器 R1、R2保護(hù)電阻器
F—球隙 S—開關(guān) C_x—被試品 C1、C2—分壓電容器

 根據(jù)圖1-1，可以把交流耐壓試驗(yàn)接線分為五個(gè)部分：交流電源部分、調(diào)壓部分、控制保護(hù)部分、電壓測量部分和波形改善部分。
    二、試驗(yàn)設(shè)備
    1.交流電源部分
    交流耐壓試驗(yàn)電源多為220、380V和6、10kV交流電源，一般小容量被試品交流耐壓試驗(yàn)多采用220、380V試驗(yàn)電源，對試驗(yàn)電源電壓波形要求較高時(shí)，多采用線電壓380V。大容量超高壓試驗(yàn)變壓器多采用6～10kV移圈式調(diào)壓器進(jìn)行調(diào)壓，故需6～10kV試驗(yàn)電源。試驗(yàn)電源一般從系統(tǒng)中抽取。
    2.調(diào)壓部分
    對調(diào)壓器的基本要求是電壓應(yīng)能從零開始平滑的進(jìn)行調(diào)節(jié)，以滿足試驗(yàn)所需的任意電壓，并且在調(diào)節(jié)過程中電壓波形不發(fā)生畸變。常用的調(diào)壓器有自耦調(diào)壓器、移圈式調(diào)壓器和感應(yīng)式調(diào)壓器。調(diào)壓器的輸出波形應(yīng)盡可能接近正弦波，調(diào)壓器的容量通常要求與試驗(yàn)變壓器容量相同。
    ①自耦調(diào)壓器
    采用自耦調(diào)壓器時(shí)是現(xiàn)場常用的一種簡單的調(diào)壓方式。自耦調(diào)壓器具有體積小、重量輕、效率高、可以平滑地調(diào)壓、輸出波形好、功耗小等優(yōu)點(diǎn)。由于自耦調(diào)壓器試移動(dòng)碳刷接觸調(diào)壓，所以容量受到限制，單臺容量可作到30kVA，一般用于電壓50kV以下小容量試驗(yàn)變壓器的調(diào)壓。
    ②移圈式調(diào)壓器
    移圈式調(diào)壓器原理接線及結(jié)構(gòu)示意圖如圖1-2所示。

圖1-2 移圈式調(diào)壓器原理接線結(jié)構(gòu)圖
(a)原理接線圖   (b)結(jié)構(gòu)圖

 它是通過一個(gè)可以活動(dòng)的繞組L3來調(diào)節(jié)電壓的。其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是：在鐵芯的上、下部各套著繞組L1、L2，兩者匝數(shù)相等，繞向相反，互相串聯(lián)。在這兩個(gè)繞組外面還套著一個(gè)可沿鐵芯上下移動(dòng)的短路線繞組L3。改變短路繞組L3與反串聯(lián)的L1、L2兩繞組之間的相對位置，就改變了兩繞組的阻抗和電壓分配，即改變了輸出電壓u2.它調(diào)節(jié)電壓的原理是：在AX端加電源電壓u₁后，電流i在上、下部鐵芯中產(chǎn)生方向相反的磁通Ф₁和Ф₂，它們分別通過非導(dǎo)磁材料各自構(gòu)成閉合回路，如圖1-2(b)所示。當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)把手，使短路繞組L3移至鐵芯下端時(shí)，Ф₂和L3交接，在L3內(nèi)感應(yīng)的電流產(chǎn)生和Ф₂相反的磁通Ф₃，其大小與Ф₁等，所以交鏈L1的磁通為零，即電壓為零，全部電壓都加在L2上，則輸出電壓等于全電壓u1。當(dāng)繞阻L3移至鐵芯中間位置時(shí)，Ф₁和Ф₂與L3的交鏈情況相同，但在L3中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢方向相反，互相抵消，使繞組L3無感應(yīng)電流，則電壓u1在L1和L2兩個(gè)繞組上各占一半，輸出電壓大小等于外電壓u₁的一半，即U₂=1／2×U₁。所以，當(dāng)線圈式調(diào)壓器通過移動(dòng)繞組L3由下端向上移動(dòng)時(shí)，輸出電壓由零逐漸增大為U₁。
    移動(dòng)繞組L3可以制成手動(dòng)或電動(dòng)式。移圈式調(diào)壓器沒有滑動(dòng)觸頭，因此容量能造的較大。目前國內(nèi)可以生產(chǎn)的電壓10kV,容量2500kVA的移圈式調(diào)壓器，他它的體積較大。由于它的主磁通量Ф₁和Ф₂要經(jīng)過一段非導(dǎo)磁材料（空氣或變壓器油），磁阻較大，因此激磁電流相當(dāng)大，漏抗也很大，但其鐵芯卻不易飽和，這兩方面對工頻電壓輸出的波形具有一定影響。鐵芯不易飽和使輸出波形畸變的因素減弱；而漏抗很大將促使波形發(fā)生畸變。因此移圈式調(diào)壓器效率低，空載電流大，在低電壓和接近額定電壓下使用，波形易發(fā)生畸變。
    為了改善試驗(yàn)電壓的波形，在使用移圈式調(diào)壓器調(diào)壓時(shí)，應(yīng)在調(diào)壓器輸出端或變壓器低壓側(cè)裝設(shè)濾波器，如圖1-3所示。

圖1-3 濾波回路圖
L、C—濾波用電感、電容  U₁、U₂—試驗(yàn)變壓器的輸入與輸出電壓值

 電容C一般選6～10μF.根據(jù)需要濾掉的諧波頻率f按下式計(jì)算出L的數(shù)值
        f＝10^-3／[2π√(LC)]
    式中f——需要濾掉的諧波頻率，Hz；
        C——電容，一般取6～10μF；
        L——電感，mH
    當(dāng)移圈式調(diào)壓器調(diào)壓時(shí)，其容量一般應(yīng)大于或等于試驗(yàn)變壓器的容量，必要時(shí)，可允許過負(fù)荷25%。
    移圈式調(diào)壓器在高壓試驗(yàn)室及現(xiàn)場應(yīng)用很廣，它是100kV以上試驗(yàn)變壓器常用的配套調(diào)壓裝置。
    ③高壓試驗(yàn)變壓器
    用于高壓試驗(yàn)的特制變壓器，稱為高壓試驗(yàn)變壓器。它與電力變壓器相比較，具有容量不很大、額定電壓高，允許持續(xù)工作時(shí)間短，多工作在電容性負(fù)荷下、經(jīng)常要放電、通常高端繞組一端接地、不需要附加散熱裝置、體積較小等特點(diǎn)。
    (1)試驗(yàn)變壓器電壓、電流及容量的選擇。試驗(yàn)時(shí)應(yīng)根據(jù)被試設(shè)備的電容量和試驗(yàn)使得最高電壓來選擇試驗(yàn)變壓器。其額定電壓不應(yīng)低于被試品所施加的最高電壓，同時(shí)試驗(yàn)變壓器低壓側(cè)電壓應(yīng)和試驗(yàn)現(xiàn)場的電源電壓及調(diào)壓器電壓相配套。
    因?yàn)楸辉嚻反蠖酁殡娙菪缘模杀辉囋O(shè)備的電容量可以計(jì)算出試驗(yàn)中通過試驗(yàn)變壓器高壓繞組的電流I_T（主要是電容電流）。其計(jì)算式為
        I_T＝ωC_xU_exp×10^-6,mA                         (1-1)
    式中C_x——被試品電容量（見表1-1），pF；
        U_exp——給被試品施加的試驗(yàn)電壓（有效值），kV
        ω——所施加電壓的角頻率。
    選擇試驗(yàn)變壓器時(shí)，應(yīng)使高壓繞組的額定電流不低于是（1-1）的計(jì)算值。

 所需試驗(yàn)變壓器的容量S_T＝ωC_xU²_exp×10^-6，kVA   (1-2)
    式中U_exp——被試品所加的試驗(yàn)電壓（有效值），kV；
        C_x——被試品的點(diǎn)容量（見表1-1）pF;
        ω——所加電壓角頻率。
    應(yīng)當(dāng)指出，選擇的試驗(yàn)變壓器容量應(yīng)盡可能大于式（1-2）的計(jì)算結(jié)果。這是因?yàn)樵囼?yàn)線路、試驗(yàn)設(shè)備本身對地存在雜散電容，使得估算的試驗(yàn)電流小于實(shí)際值的緣故。
    有時(shí)在試驗(yàn)大電容被試品時(shí)試驗(yàn)變壓器容量不夠，采用補(bǔ)償?shù)姆椒▉頊p小流經(jīng)變壓器高壓繞組的電流，以滿足試驗(yàn)對變壓器容量的要求。如采用高壓電抗器與被試品并聯(lián)，使流過電抗器的感性電流與流過被試品的容性電流相補(bǔ)償，可減小流過試驗(yàn)變壓器的電流，從而減小試驗(yàn)變壓器的所需容量。這時(shí)變壓器的容量可按下式計(jì)算
        S_T＝[ωC_x×10^-12-(1/ωL)]U²_exp×10³，kVA     (1-3)
    式中 L——補(bǔ)償線圈電感，H。
    其它符號說明同式（1-2）。
    從式（1-3）可看出，采用補(bǔ)償后，試驗(yàn)變壓器的容量大大減小了。目前常用串聯(lián)諧振裝置（電感與被試品串聯(lián)）來滿足大容量被試品的試驗(yàn)要求。
    順便提及，國內(nèi)外也正在發(fā)展采用低頻（2Hz）和超低頻（0.1Hz）的耐壓試驗(yàn)方法。
    (2)串級式試驗(yàn)變壓器。試驗(yàn)現(xiàn)場時(shí)，有時(shí)需要較高的試驗(yàn)電壓，而單臺試驗(yàn)變壓器的電壓不會做得太高。由于經(jīng)濟(jì)技術(shù)方面的原因（費(fèi)用、絕緣、運(yùn)輸），常采用幾個(gè)變壓器串聯(lián)的辦法來提高試電電壓。圖1-4示出了目前最常用的一種串接方式。圖中繞組L1為低壓繞組，L2為高壓繞組，L3為供給下一級勵(lì)磁用的串級勵(lì)磁繞組。第一臺試驗(yàn)變壓器的高壓繞組L2的一端接地，另一端串聯(lián)一繞組L3，供給第二臺變壓器低壓繞組勵(lì)磁，第二臺變壓器的L1和L2各有一端和變壓器的外殼相連，它們都處于第一臺高壓端的對地電壓，即為U₂，因此第二臺變壓器的外殼必須對地絕緣起來。第二臺變壓器高壓端的對地電壓就是兩臺變壓器高壓端輸出地電壓之和，即為2U₂。顯然，第三臺變壓器的外殼電位為2U₂，其高壓端對地電位為3U₂，即通過三臺變壓器串聯(lián)，可以獲得3倍于單臺試驗(yàn)變壓器額定電壓的試驗(yàn)電壓。

圖1-4 由單臺高壓試驗(yàn)變壓器組成的串級式試驗(yàn)變壓器示意圖

 值得一提的是，串級式試驗(yàn)變壓器的試驗(yàn)輸出額定容量不等于裝置總?cè)萘?。對圖1-4所示的三臺變壓器串接組成的串級式試驗(yàn)變壓器來講，若該裝置輸出的額定試驗(yàn)容量S_exp=3U₂I₂，則最高一級變壓器T3的高壓側(cè)繞組額定電壓U₂，額定電流為I₂，裝置的額定電容量為U₂I₂。變壓器T2的額定電容量為2U₂I₂。這是因?yàn)檫@臺變壓器除了要直接供應(yīng)負(fù)載U₂I₂的容量外，還得供給最高一級變壓器T3的勵(lì)磁容量U₂I₂。同理，最下面一臺變壓器T1應(yīng)具有的額定電容量為3U₂I₂。所以每臺變壓器的容量是不同的。串級式試驗(yàn)變壓器整套設(shè)備的總?cè)萘繛楦髯儔浩魅萘恐?。?br />         S_∑＝3U₂I2＋2U₂I₂＋U₂I₂＝6U₂I₂
    所以可用的試驗(yàn)容量S_exp與裝置總?cè)萘縎_∑之比即試驗(yàn)裝置的利用率，即
        η＝S_exp／S∑×100%＝(3U₂I₂)／(6U₂I₂)×100%＝50%
    對n臺變壓器串級使用時(shí)，其裝置利用率為
        η＝S_exp／S∑×100%
         ＝nU₂I₂／[U₂I₂(1＋2＋3＋...＋n)]×100%
         ＝nU₂I₂／{U₂I₂[n(n+1)／2]}×100%
         ＝2／(n＋1)×100%
    即隨著串級級數(shù)的增加，裝置的利用率顯著降低。這是這類串級式試驗(yàn)變壓器的一個(gè)缺點(diǎn)，一般串級的級數(shù)n≤3～4。