高电压5-3课件

1、5.3 冲击高电压试验冲击电压：（冲击电压：（雷电冲击电压、操作冲击电压） 持续短、电压上升速度快，缓慢下降的暂态电压。由波头时间、波尾时间、峰值和极性来表示。PO OTfCFTttUxyz标准雷电冲击的定义标准雷电冲击的定义 ：标准雷电冲击电压：1.2/50s标准操作冲击电压：250/2500s 冲击高电压试验是用来检验各种高压电气设备冲击高电压试验是用来检验各种高压电气设备在雷电过电压和操作过电压作用下的绝缘性能或保在雷电过电压和操作过电压作用下的绝缘性能或保护性能。护性能。整流充电整流充电 冲击电压冲击电压发生器本体发生器本体被试品被试品控制系统控制系统冲击电压冲击电压测量系统测量系统5

2、.3.1 冲击高电压的产生1. 冲击发生器的基本原理图5-22 冲击电压发生器原理图波前电阻波前电阻波前电容波前电容隔离间隙隔离间隙主电容主电容波尾电阻波尾电阻利用高压电容器通过球隙对电阻电容回路放电来产利用高压电容器通过球隙对电阻电容回路放电来产生冲击电压。生冲击电压。C0CfRt Rf 波前时间波前时间T1=3.24RfCf 半波峰时间半波峰时间T2=0.7Rt（C0+Cf） 调节调节Rf，可调节，可调节Cf的充电时间，从而调节的充电时间，从而调节T1； 调节调节Rt，可调节，可调节Cf对对Rt的放电时间，从而调节的放电时间，从而调节T2；冲击电压发生器的效率冲击电压发生器的效率：fmCC

3、CUU000试品上得到的最试品上得到的最大电压大电压主电容主电容C0上的上的最大最大 充电电压充电电压2.基本回路 标准雷电冲击全波采用的是非周期性双指数波。 波尾时间常数波尾时间常数 波前时间常数波前时间常数)()(21tteeAtu12图5-23 (a) 双指数函数冲击电压波 )1 ()(2teAtu1)(tAetu波尾波前，图5-24 (a)可获得冲击电压波前的回路 (b)可获得冲击电压波尾的回路02112122UCCCRRRUm8 .07 .002UUm图5-25 可获得完整冲击电压波的回路 低效回路放电回路的利用系数或效率放电回路的利用系数或效率原理：（原理：（1 1）充电过程：）充

4、电过程：C C1 1向向C C2 2充电，建立电压，形成波头；充电，建立电压，形成波头；（2 2）放电过程：当）放电过程：当C C1 1、C C2 2上的电压相等时，并联对上的电压相等时，并联对R R2 2放电，形成波尾。放电，形成波尾。)1 ()(2teAtu1)(tAetu波尾，波前，图图5-24 (a)可获得冲击电压波前的回路可获得冲击电压波前的回路 (b)可获得冲击电压波尾的回路可获得冲击电压波尾的回路02112122UCCCRRRUm8 .07 .002UUm图图5-25 可获得完整冲击电压波的回路可获得完整冲击电压波的回路 低效回路低效回路放电回路的利用系数或效率放电回路的利用系数

5、或效率 实际冲击电压发生器采用图5-26的回路。 图5-26 冲击电压发声器常用回路（高效回路） 放电回路的利用系数 211221102RRRCCCUUm3.多级冲击电压发生器单级冲击电压发生器能产生的最高电压一般不超过200300kV。因而采用多级叠加的方法来产生波形和幅值都能满足需要的冲击高电压波。 多级冲击电压发生器原理接线图:基本原理:利用多级电容器利用多级电容器并联充电并联充电，然后通过球，然后通过球隙隙串联放电串联放电。波前电阻波前电阻波前波前电容电容波尾电阻波尾电阻充电电阻充电电阻阻尼电阻阻尼电阻达稳定时，点达稳定时，点1 1，3 3，5 5对地电位是对地电位是0 0， 点点2

6、2，4 4，6 6对地电位是对地电位是-Uc-Uc图5-28 冲击电压发生器充电过程等值电路（1 1）充电过程：）充电过程：火花球隙不被击穿，所有支路呈开路状态；火花球隙不被击穿，所有支路呈开路状态；由试验变压器T和高压硅堆D构成的整流电源，以峰值电压经保护电阻及充电电阻向主电容充电。42681357图图5-29冲击电压发生器放电过程等值电路冲击电压发生器放电过程等值电路（2 2）放电过程：）放电过程：当需要启动冲击电压发生器时，可向点火球隙的针极送去一脉冲电压，针极和球表面之间产生火花放电，引起点火球隙放电，各球隙相继放电，放电过程短暂，可近似认为各个R支路开路，全部电容器串联起来，对波尾电

7、阻对波尾电阻R2R2和波前电容和波前电容C2C2进行放电，被试品上的进行放电，被试品上的负极性负极性冲击电压波幅值冲击电压波幅值接近：接近：-4Uc-4Uc冲击电压发生器的起动方式： 自起动方式：只要将点火球隙F1的极间距离调节到使其击穿电压等于所需的充电电压 ，当F1上的电压上升到等于 时，F1即自行击穿，起动整套装置。 方式二：使各级电容器充电到一个略低于F1击穿电压的水平上，处于准备动作的状态，然后利用点火装置产生一点火脉冲，送到点火球隙F1中的一个辅助间隙上使之击穿并引起F1的主间隙击穿,起动整套装置。CUCU补充：补充： 冲击电压发生器放电回路的近似计算冲击电压发生器放电回路的近似计

8、算2/22max(1)tuue7ln212tt2121)(24. 3CCCCRRTfdf21212)(CCCCRRfd12/2max2max0.3(1)tUUe22/0.7te122max0.3tuu时22/2max2max0.9(1)tUUe222max0.9tuu时22/0.1te6 . 0112ttTf（1）波前时间的确定）波前时间的确定典型等效电路_+RfRtC2C1U0u2(t)Rd1/2max2max12tTUue（2）半峰值时间的确定）半峰值时间的确定1/22maxtuue112()tCCR)(69. 02ln211CCRRTdtt2max1UU（3）冲击电压发生器的效率）冲击电

9、压发生器的效率112tdtRCRR CC对于低效回路：112CCC对于高效回路：600kV冲击电压发生器冲击电压发生器采用足够大的屏蔽电极，可大大采用足够大的屏蔽电极，可大大缩小发生器对周围物体的安全距缩小发生器对周围物体的安全距离。图中为小块金属片拼成的单离。图中为小块金属片拼成的单环屏蔽电极，也可以用双环或球形环屏蔽电极，也可以用双环或球形冲击高压发生器图片冲击高压发生器图片冲击电压的测定包括：冲击电压的测定包括：幅值测量和波形记录标准规定：标准规定： 对于标准全波、波尾截断波以及1/5s短波，幅值的测量不确定度不超过3%，1s以内波头截断波，其幅值的测量误差不超过5%，波头及波长时间的测

10、量不确定度不超过10%。目前最常用的冲击电压的测量方法目前最常用的冲击电压的测量方法：分压器分压器- -示波器；测量球隙；分压器示波器；测量球隙；分压器- -峰值电压表峰值电压表5.3.2 5.3.2 冲击高电压的测量冲击高电压的测量1. 分压器与数字记录仪（示波器）图5-30 冲击电压测量系统 由于可由于可同时测定波形和峰值同时测定波形和峰值，所以在测量中被广泛使用。由，所以在测量中被广泛使用。由于数字记录仪的输入电压一般小于数百伏，所以常和分压器一起于数字记录仪的输入电压一般小于数百伏，所以常和分压器一起构成冲击电压测量系统来进行测量，如图构成冲击电压测量系统来进行测量，如图5-305-3

11、0所示。所示。冲击电压分压器的分类冲击电压分压器的分类C1C2R1R2u1u2C1C2R1R2u1u2u1u2R1R2u1u2C1C2（a）电阻分压器）电阻分压器 (b) 电容分压器电容分压器 (c) 阻尼电容分压器阻尼电容分压器 (d) 阻容并联分压器阻容并联分压器 串入阻尼电阻可有效的抑串入阻尼电阻可有效的抑制高压端的局部振荡，使制高压端的局部振荡，使用范围广用范围广对雷电冲击电压的测量，都可采用；对雷电冲击电压的测量，都可采用；对操作冲击电压的测量，主要采用电容分压式对操作冲击电压的测量，主要采用电容分压式并联电阻是并联电阻是R=1000M的的高阻时，可构成通用型分高阻时，可构成通用型分

12、压器压器测量系统的特性由测量系统的特性由分压比分压比和和响应响应来表示。来表示。（1）分压比：）分压比：分压器输入端所加电压的峰值除以测量系统分压器输入端所加电压的峰值除以测量系统输出端出现的电压峰值。输出端出现的电压峰值。（2）响应：）响应：分压器的输入端施加某一波形电压分压器的输入端施加某一波形电压A(t)，与之，与之相对应，在测量系统的输出端会出现电压相对应，在测量系统的输出端会出现电压U(t)，U(t)即为对即为对A(t)的响应。通常采用的响应。通常采用A(t)为直角波时的响应来反映分压器为直角波时的响应来反映分压器的特性。的特性。 响应的好坏常用响应的好坏常用响应时间响应时间来定量表

13、示。若在分压器来定量表示。若在分压器高压侧施加一单位阶跃波，分压器低压侧输出的波形可高压侧施加一单位阶跃波，分压器低压侧输出的波形可能有两种类型，指数型和振荡型。能有两种类型，指数型和振荡型。10ut10ut(a) 阻尼型 (b) 振荡型响应时间0)(1dttuT在利用球隙测量冲击电压时的注意问题：在利用球隙测量冲击电压时的注意问题：a.a. 在球隙距离太小（放电电压在球隙距离太小（放电电压50kV50kV以下），或者球隙直以下），或者球隙直径太小（小于径太小（小于12.5cm12.5cm）时，为减小分散性，应对球隙）时，为减小分散性，应对球隙进行照射。进行照射。b.b. 利用球隙测量冲击电压

14、时，如在球隙前串联电阻，球利用球隙测量冲击电压时，如在球隙前串联电阻，球隙击穿瞬间很大，串联电阻后会在其上造成很大的压隙击穿瞬间很大，串联电阻后会在其上造成很大的压降，使测量出现较大的不确定度。但为避免球隙击穿降，使测量出现较大的不确定度。但为避免球隙击穿时所造成的振荡对被试品的损伤，需要加入串联保护时所造成的振荡对被试品的损伤，需要加入串联保护电阻（无感电阻，其值应不大于电阻（无感电阻，其值应不大于500500 ）。2. 标准球间隙测量冲击电压的幅值测量冲击电压的幅值（1）多级法）多级法 以预期的50%放电电压的23%作为电压级差，对被试品分级施加冲击电压，每级施加电压10次，至少要加4级电

15、压。求出每级电压下的放电次数和施加次数之比后，将其按电压值标于正态概率纸上，给出拟合直线，在此直线上对应于P=0.5的电压值即为50%放电电压。（2）升降法）升降法 估计50%放电电压的预期值，取的23%为电压增量，凡上次加压如已引起放电，则下次加压比上次电压低；凡上次加压未引起放电，则下次加压比上次电压高。这样反复加压2040次，分别计算出各级电压下下的加压次数，按下式求出50%放电电压确定确定50%放电电压的方法：放电电压的方法：iiinnUU%50(3) (3) 冲击峰值电压表冲击峰值电压表 其工作原理如图其工作原理如图5-335-33所示，冲所示，冲击电压经整流后对电容器充电，然后通过

16、高输入阻击电压经整流后对电容器充电，然后通过高输入阻抗的放大器，可测得充电电压。抗的放大器，可测得充电电压。图5-33冲击峰值电压表5.3.3 绝缘的冲击耐压试验其雷电冲击耐压试验采用其雷电冲击耐压试验采用三次冲击法三次冲击法，即对被测，即对被测试品施加三次正极性和三次负极性雷电冲击试验试品施加三次正极性和三次负极性雷电冲击试验电压（电压（1.2/50 s1.2/50 s）对变压器和电抗器类设备的内绝缘，还要再进行对变压器和电抗器类设备的内绝缘，还要再进行雷电冲击截波雷电冲击截波（1.2/21.2/25 s5 s）耐压试验，它对绕）耐压试验，它对绕组绝缘（特别是其纵绝缘）的考验往往比雷电冲组绝

17、缘（特别是其纵绝缘）的考验往往比雷电冲击全波试验更加严格。击全波试验更加严格。 1. 1.电气设备内绝缘实验方法电气设备内绝缘实验方法通常可采用通常可采用1515次冲击法次冲击法，即对被测试品施加正、负极性冲击全波试验电即对被测试品施加正、负极性冲击全波试验电压各压各1515次，相邻两次冲击的时间间隔应不小于次，相邻两次冲击的时间间隔应不小于1min1min。在每组在每组1515次冲击的试验中，如果击穿或闪络的次冲击的试验中，如果击穿或闪络的闪数不超过闪数不超过2 2次，即可认为该外绝缘试验合格。次，即可认为该外绝缘试验合格。 2. 2.电气设备外绝缘实验方法电气设备外绝缘实验方法内、外绝缘的

18、操作冲击高压试验的方法与雷电冲击全波试验完全相同。内、外绝缘的操作冲击高压试验的方法与雷电冲击全波试验完全相同。小 结获得冲击高电压的方法有单级冲击电压发生器和多级冲击电压发生器。冲击高电压的两种测量方法：分压器与数字记录仪和标准球间隙。电气设备内绝缘的雷电冲击耐压试验采用三次冲击法。电力系统外绝缘的冲击高压试验通常可采用15次冲击法。 5-7简述冲击电流发生器的基本原理。简述冲击电流发生器的基本原理。 答：由一组高压大电容量的电容器，先通过直流高压并联充电，充电时间为几十秒到几分；然后通过触发球隙的击穿，并联地对试品放电，从而在试品上流过冲击大电流。图5-22 冲击电压发生器原理图 5-8冲

19、击电压发生器的起动方式有哪几种？冲击电压发生器的起动方式有哪几种？ 答：冲击电压发生器的起动方式有以下两种：答：冲击电压发生器的起动方式有以下两种： 是自起动方式。这时只要将点火球隙是自起动方式。这时只要将点火球隙F1的极间距离调节到的极间距离调节到使其击穿电压等于所需的充电电压使其击穿电压等于所需的充电电压Uc，当，当F1上的电压上升到上的电压上升到等于等于Uc时，时，Fl即自行击穿，起动整套装置。可见这时输出的即自行击穿，起动整套装置。可见这时输出的冲击电压高低主要取决于冲击电压高低主要取决于F1的极间距离，提高充电电源的电的极间距离，提高充电电源的电压，只能加快充电速度和增大冲击波的输出频度，而不能提压，只能加快充电速度和增大冲击波的输出频度，而不能提高输出电压。高输出电压。 是使各级电容器充电到一个略低于是使各级电容器充电到一个略低于F1击穿电压的电压水平击穿电压的电压水平上，处于准备动作的状态，然后利用点火装置产生一点火脉上，处于准备动作的状态，然后利用点火装置产生一点火脉冲，达到点火球隙冲，达到点火球隙F1中的一个辅助间隙上使之击穿并引起中的一个辅助间隙上使之击穿并引起F1主间隙的击穿，以起动整套装置。主间隙的击穿，以起动整套装置。 5-9最常用的测量冲击电压的方法有哪几种最常用的测量冲击电压的方法有哪几种 答：答： 目前最常用