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(chǎng)設(shè)備的具體條件來(lái)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(kāi)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(cè)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(duì)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(duì)調(diào)壓器的基本要求是電壓應(yīng)能從零開(kāi)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(guò)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(chǎng)常用的一種簡(jiǎn)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(tái)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(guò)一個(gè)可以活動(dòng)的繞組L3來(lái)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(duì)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(guò)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(shì)方向相反，互相抵消，使繞組L3無(wú)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(guò)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(méi)有滑動(dòng)觸頭，因此容量能造的較大。目前國(guó)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(guò)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(duì)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(guò)負(fù)荷25%。
    移圈式調(diào)壓器在高壓試驗(yàn)室及現(xiàn)場(chǎng)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(lái)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(chǎng)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?，由被試設(shè)備的電容量可以計(jì)算出試驗(yàn)中通過(guò)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(jiàn)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(jiàn)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(duì)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▉?lái)減小流經(jīng)變壓器高壓繞組的電流，以滿足試驗(yàn)對(duì)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(guò)電抗器的感性電流與流過(guò)被試品的容性電流相補(bǔ)償，可減小流過(guò)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(hào)說(shuō)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(lái)滿足大容量被試品的試驗(yàn)要求。
    順便提及，國(guó)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(jí)式試驗(yàn)變壓器。試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)時(shí)，有時(shí)需要較高的試驗(yàn)電壓，而單臺(tái)試驗(yàn)變壓器的電壓不會(huì)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(lái)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(jí)勵(lì)磁用的串級(jí)勵(lì)磁繞組。第一臺(tái)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(tái)變壓器低壓繞組勵(lì)磁，第二臺(tái)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(tái)高壓端的對(duì)地電壓，即為U₂，因此第二臺(tái)變壓器的外殼必須對(duì)地絕緣起來(lái)。第二臺(tái)變壓器高壓端的對(duì)地電壓就是兩臺(tái)變壓器高壓端輸出地電壓之和，即為2U₂。顯然，第三臺(tái)變壓器的外殼電位為2U₂，其高壓端對(duì)地電位為3U₂，即通過(guò)三臺(tái)變壓器串聯(lián)，可以獲得3倍于單臺(tái)試驗(yàn)變壓器額定電壓的試驗(yàn)電壓。

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

 值得一提的是，串級(jí)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?。?duì)圖1-4所示的三臺(tái)變壓器串接組成的串級(jí)式試驗(yàn)變壓器來(lái)講，若該裝置輸出的額定試驗(yàn)容量S_exp=3U₂I₂，則最高一級(jí)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(tái)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(jí)變壓器T3的勵(lì)磁容量U₂I₂。同理，最下面一臺(tái)變壓器T1應(yīng)具有的額定電容量為3U₂I₂。所以每臺(tái)變壓器的容量是不同的。串級(jí)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(duì)n臺(tái)變壓器串級(jí)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(jí)級(jí)數(shù)的增加，裝置的利用率顯著降低。這是這類串級(jí)式試驗(yàn)變壓器的一個(gè)缺點(diǎn)，一般串級(jí)的級(jí)數(shù)n≤3～4。