高电压技术2冲击高压发生器ppt课件

1、%20s50Tt %30s2 . 1Tf fT)tt (67. 1T12f tT国标规定：国标规定：%60s2500T%20s250Ttf 2 2、冲击电压波形的近似表达式、冲击电压波形的近似表达式冲击电压的一般表达式：冲击电压的一般表达式： u2= U1expu2= U1exp（-t/1-t/1）- exp- exp（-t/2-t/2） 时间常数：用时间常数：用11和和22表达表达1.2/50s1.2/50s的雷电波：的雷电波：112 2 u2u2的构成：的构成：u2u2由两个指数分量选加构成由两个指数分量选加构成波形时间的确定：波前时间相对于波尾半峰值时间要短得多。波形时间的确定：波前时间

2、相对于波尾半峰值时间要短得多。波前时间波前时间TfTf基本上由较小的时间常数基本上由较小的时间常数22决定；决定；半峰值时间半峰值时间TtTt基本上由相对大得多的时间常数基本上由相对大得多的时间常数11决定决定C2上电压u2的波形波前波前波尾波尾冲击电压发生器的基本原理冲击电压发生器概念：冲击电压发生器由一组并联的储能高压电容器，自直流高压源充电几十秒钟后，通过铜球突然经电阻串联放电，在试品上形成陡峭上升前沿的冲击电压波形。冲击波持续时间以微秒计，电压峰值一般为几十kV至几MV发明人：产生较高电压的冲击发生器多级回路，首先由德国人E.马克思E.Marx提出，为此他于1923年获得专利，被称为马

3、克思回路单级冲击电压发生器回路放电时基本回路的等值回路2=（RdRfC1C2/（C1C2）于是于是Tf=3.24RdRfC1C2/（C1C2）因因C1C2，Tf3.24RdRfC21(RdRt)(C1C2)（RdRtC1Tt0.69(RdRt)(C1C2)Tt0.69RdRtC1T T：供电高压变压器；：供电高压变压器；D D：整流用高压硅堆；：整流用高压硅堆；r r：保护电阻，一般为几：保护电阻，一般为几百千欧；百千欧；R R：充电电阻，一般为几：充电电阻，一般为几十千欧；十千欧；rd:rd:每级的阻尼电阻；每级的阻尼电阻；C C：每级的主电容，一般：每级的主电容，一般为零点几个微法；为零点

4、几个微法；CsCs：每级相应点的对地：每级相应点的对地杂散电容，一般仅为杂散电容，一般仅为几个皮法；几个皮法；g1g1：点火球隙；：点火球隙；g2g2g4g4：中间球隙；：中间球隙；g0g0：隔离球隙；：隔离球隙；“电容器并联充电，而后串联放电电容器并联充电，而后串联放电”电阻电阻R R的连接与隔离作用：在充电时起电路的连接作用；放电时则起的连接与隔离作用：在充电时起电路的连接作用；放电时则起隔离作用隔离作用电容并联串联转换方法：诸电容由并联变成串联是靠一组球隙分别处电容并联串联转换方法：诸电容由并联变成串联是靠一组球隙分别处于绝缘和放电来达到于绝缘和放电来达到 杂散电容与同步：实际上因杂散电

5、容杂散电容与同步：实际上因杂散电容CsCs是很小的，所以各中间球隙，是很小的，所以各中间球隙，在放电前所作用到的过电压时间非常短促。为使诸球隙易于同步放电，在放电前所作用到的过电压时间非常短促。为使诸球隙易于同步放电，在采用简单球隙的条件下，它们应排列成相互能够放电紫外线照在采用简单球隙的条件下，它们应排列成相互能够放电紫外线照射的状态。射的状态。 阻尼电阻：为了防止杂散电感和对地分布的杂散电容引起高频振荡，阻尼电阻：为了防止杂散电感和对地分布的杂散电容引起高频振荡，或者说为了避免冲击波前不光滑，电路中分布放置了阻尼电阻或者说为了避免冲击波前不光滑，电路中分布放置了阻尼电阻rdrd，一，一般每

6、级为般每级为552525，其大小可通过实验决定。若级数为，其大小可通过实验决定。若级数为n n，阻尼电阻，阻尼电阻的串联总值的串联总值nrdnrd称作为称作为RdRd。RdRd也起着调节波前时间的作用，但在放电也起着调节波前时间的作用，但在放电时它与时它与RtRt会造成分压，使输出的电压有所降低会造成分压，使输出的电压有所降低发生器电压效率发生器电压效率的近似计算式为 C1/（C1C2）Rt/（RdRt） 放电时基本回路的等值回路这意味着输出电压u2的峰值U2m低于电容C1上的初始充电压U1。它是由于C1与C2之间的分压和Rt与Rd之间的分压造成的冲击电压发生器高效回路接线 rfrf：每级的波

7、前电阻，一般约：每级的波前电阻，一般约几十欧；几十欧；rtrt：每级的放电电阻，通常约：每级的放电电阻，通常约几百欧；几百欧；C2C2：负荷电容，其值不仅取决：负荷电容，其值不仅取决于试品，而且与调波相关。于试品，而且与调波相关。一般处于几百皮法至几个一般处于几百皮法至几个纳法间纳法间T T：供电高压变压器；：供电高压变压器；D D：整流用高压硅堆；：整流用高压硅堆；r r：保护电阻，一般为几百千欧；：保护电阻，一般为几百千欧；R R：充电电阻，一般为几十千欧；：充电电阻，一般为几十千欧；C C：每级的主电容，一般为零点几个微法；：每级的主电容，一般为零点几个微法；CsCs：每级相应点的对地杂

8、散电容，一般仅为：每级相应点的对地杂散电容，一般仅为几个皮法；几个皮法；g1g1：点火球隙；：点火球隙；g2g2g4g4：中间球隙；：中间球隙；g0g0：隔离球隙；：隔离球隙；通用的高通用的高效回路效回路冲击电压发生器回路接线 等值电路主电容C1上的初始充电电压为U1拉氏转换的运算电路输出电压：U2s）U1d/（S2+aS+b） 放电时基本回路的等值回路放电时的运算电路 放电时的运算电路式中：式中：b=1/b=1/C1C2(RdRt+RdRf+RfRt)C1C2(RdRt+RdRf+RfRt) a=a=C1(Rd+Rt)+C2C1(Rd+Rt)+C2Rt+Rf)Rt+Rf)bb d=C1Rtb

9、 d=C1Rtb输出电压：输出电压：U2U2s s）U1d/U1d/（S2+aS+bS2+aS+b）u2(t)=U1expu2(t)=U1exps1ts1t）expexps2ts2t） s1s1、s2s2为方程为方程s2+as+b=0s2+as+b=0的两个根的两个根从根和系数的关系可知从根和系数的关系可知s1s2=b s1s2=b ； s1 + s2= s1 + s2= a a或baaSS2212/2/,回路系数：回路系数：=d/(s1=d/(s1s2)=RtC1S1S2/(s1s2)=RtC1S1S2/(s1s2)s2)令令du2/dt=0du2/dt=0，可求得，可求得u2u2达到峰值达

10、到峰值U2mU2m时的时间时的时间tm:tm:du2/dt=U1s1expdu2/dt=U1s1exps1tms1tm）s2exps2exps2tms2tm）=0=0tm=ln(s1/s2)/(s2tm=ln(s1/s2)/(s2s1)s1)U2m=U1expU2m=U1exps1tms1tm）expexps2tms2tm）=U10=U10波形系数：波形系数：00expexps1tms1tm）expexps2tms2tm）电压效率：电压效率：=U2m/U1=0=U2m/U1=0u2(t)=U1expu2(t)=U1exps1ts1t）expexps2ts2t） C2上电压u2的波形冲击波形的确

11、定当冲击波形以双指数波来代表时，在波形确定后，当冲击波形以双指数波来代表时，在波形确定后，其相应的其相应的s1s1、s2s2、tmtm和波形系数和波形系数0 0 也就确定了也就确定了例：两种标准冲击波的特性参数：例：两种标准冲击波的特性参数：1.2/50s1.2/50s标准雷电冲标准雷电冲击波和击波和250/2500s250/2500s标准操作冲击波的各个参数值标准操作冲击波的各个参数值雷电冲击波：输出电压峰值设为单位值雷电冲击波：输出电压峰值设为单位值（t t用用ss作为单位），那么作为单位），那么u2(t)=1.03725expu2(t)=1.03725exp（0.014659t0.014

12、659t）expexp（2.4689t2.4689t） C2C2值的确定：当试品确定之后，值的确定：当试品确定之后，C2C2值可以确定。对于电容值可以确定。对于电容量小的试品，往往设置一调波电容，由它的大小来决定量小的试品，往往设置一调波电容，由它的大小来决定C2C2的数值。为使电压效率的数值。为使电压效率不致太低，一般不致太低，一般C110C2C110C2。回路电阻、回路电阻、00、 和和的计算：产生的计算：产生1.2/50s1.2/50s或其它或其它冲击波形时，可从有关资料查出或算出冲击波形时，可从有关资料查出或算出s1s1及及s2s2值，于是可值，于是可以计算出回路的各个电阻值和波形系数

13、以计算出回路的各个电阻值和波形系数00、回路系数、回路系数、电压效率电压效率等。等。充电电压：试验所需的充电电压：试验所需的U2mU2m确定后，可算出充电电压确定后，可算出充电电压U1U1。标称电压：冲击电压发生器的名义电压称为标称电压标称电压：冲击电压发生器的名义电压称为标称电压U1nU1n标称能量：冲击电压发生器的标称能量为：标称能量：冲击电压发生器的标称能量为： Wn=C1U1n2/2Wn=C1U1n2/2多数发生器的多数发生器的WnWn达几十至几百千焦达几十至几百千焦 冲击波形的确定 冲击电压发生器放电回路计算举例 例题例题 设置一台冲击电压发生器，要求它能满设置一台冲击电压发生器，要

14、求它能满足足110 kV110 kV电瓷产品的雷电冲击放电及耐压试验之电瓷产品的雷电冲击放电及耐压试验之用。请选择它的额定电压用。请选择它的额定电压UNUN，冲击电容量，冲击电容量C1C1，初，初步确定负荷电容步确定负荷电容C2C2，计算波前电阻，计算波前电阻RfRf，放电电阻，放电电阻RtRt，电压效率，电压效率和额定容量和额定容量WNWN等。等。 题解题解 放电电压的确定：国家标准规定放电电压的确定：国家标准规定110 kV110 kV电瓷产品电瓷产品的雷电冲击耐受电压为的雷电冲击耐受电压为450 kV450 kV。放电电压值与电瓷类别相。放电电压值与电瓷类别相关，一般而言关，一般而言85

15、0 kV850 kV。所以实际产生的电压按。所以实际产生的电压按900 kV900 kV考考虑。电压效率初步考虑为虑。电压效率初步考虑为0.850.85，则额定电压约为，则额定电压约为1060 kV1060 kV。考虑尽可能不在额定电压下频繁放电，以延长其使用寿命，考虑尽可能不在额定电压下频繁放电，以延长其使用寿命，同时也考虑偶尔有特殊产品试验的需要，所以额定电压取同时也考虑偶尔有特殊产品试验的需要，所以额定电压取为为1200 kV1200 kV。陡度的确定：对于线路用合成绝缘子的冲击陡波放电试验，陡度的确定：对于线路用合成绝缘子的冲击陡波放电试验，要求波前陡度达要求波前陡度达1000 kV

16、/1000 kV /s s，由于绝缘子允许分段进行，由于绝缘子允许分段进行试验，这样的额定电压值也完全能够满足要求了。试验，这样的额定电压值也完全能够满足要求了。负荷电容的确定：电瓷产品本身的电容量很小，负荷电容负荷电容的确定：电瓷产品本身的电容量很小，负荷电容主要是阻容分压器及发生器本身的杂散电容所构成的。选主要是阻容分压器及发生器本身的杂散电容所构成的。选择低阻尼阻容分压器的电容为择低阻尼阻容分压器的电容为300 pF300 pF，其它杂散电容及试，其它杂散电容及试品电容考虑为品电容考虑为200 pF200 pF，所以总的负荷电容，所以总的负荷电容C2C2约为约为500 pF500 pF充

17、放电回路主电容的确定：仅从电压效率考虑充放电回路主电容的确定：仅从电压效率考虑C1C1达达5 510 10 nFnF就足够了。但为了增强放电效果，就足够了。但为了增强放电效果，C1C1选择为选择为20 nF20 nF高效回路回路级数的确定：采用如图所示高效回路。假设每级电容回路级数的确定：采用如图所示高效回路。假设每级电容的额定电压为的额定电压为200 kV200 kV，则共需，则共需6 6级。每级的电容级。每级的电容C C的电容量的电容量为为0.12 0.12 F F回路参数的确定两种计算方法均可）:1. 根据二阶阻容放电回路计算Rt，Rf及和2. 放电回路的近似计算额定电压：额定电压：12

18、00 kV1200 kV；负荷电容：；负荷电容：500 pF500 pF；主电容；主电容C1C1：20 nF20 nF1. 根据二阶阻容放电回路计算Rt，Rf及和查表可知查表可知1.2/50 1.2/50 s s下的下的S1S1、S2S2及波形系数及波形系数0 0 。b bS1S2S1S20.036190.03619s s2 2a a（S1S1S2S2）2.48362.4836s s1 1根据根据b b1/1/（C1C2RfRtC1C2RfRt），），b b，C1C1，C2C2均已知，可得均已知，可得 RfRtRfRt2.76322.76321062 1062 （1 1）根据根据a/ba/bC

19、1RtC1RtC2C2RtRtRfRf），代入诸已知值，可得），代入诸已知值，可得 RtRt3347.63347.60.024390Rf 0.024390Rf （2 2）为避免两大数相减所引起的计算误差，宜先通过为避免两大数相减所引起的计算误差，宜先通过1 1及及2 2式求出式求出RtRt值。值。计算时注意，在解二次方程的根时，抛去计算时注意，在解二次方程的根时，抛去RtRt的一个小数值的一个小数值解，只取合理的大数值解。最后可得解，只取合理的大数值解。最后可得Rt3347.6Rt3347.6。每一。每一级中的放电电阻级中的放电电阻rtRt/6rtRt/6557.9557.9。于是可得于是可得

20、RfRf786.2786.2。每级的。每级的rfrfRf/6Rf/6131131。回路系数回路系数 RC1S1S2/RC1S1S2/（S1S1S2S2）0.98730.9873电压效率电压效率 000.98730.98730.9641=0.95190.9641=0.9519额定电压：额定电压：1200 kV1200 kV；负荷电容：；负荷电容：500 pF500 pF；主电容；主电容C1C1：20 nF20 nF2. 放电回路的近似计算放电电阻的计算：放电电阻的计算：根据根据TtTt0.690.69RdRdRtRt）（）（C1C1C2C2）RtRt5050s/0.69(0.02s/0.69(0.02F F0.0005 0.0005 F)F)3534.83534.8每级的放电电阻每级的放电电阻 rtrtRt/6Rt/6