标准雷电波设计

1、成 绩 课 程 论 文（2016-2017学年春）论文题目 标准雷电波设计 课程名称 高电压技术 任课教师 仲崇山 班 级 试验132 学 号 xxxxxxxxxxxx 姓 名 SDG 标准雷电波设计摘 要：叙述冲击电压发生器的作用、原理以及设计一台40kV单极冲击电压发生器，可以产生幅值040kV可调，1.2/50us的标准雷电波。关键词：冲击电压发生器 标准雷电波1 引言冲击电压发生器是一种产生脉冲波的高电压发生装置，在电力系统中主要用于研究电力设备遭受大气过电压和操作过电压时的绝缘性能。本文产生幅值040kV可调，1.2/50us的标准雷电波，参考相关文献完成了冲击电压发生器设计，了解该

2、装置基本原理、设计流程、注意事项等。2 冲击电压发生器的实验原理 获得冲击电压的原理电路如图1所示。主电容C0在被间隙G隔离的状态下由整流电源充电到稳态电压U0。间隙G被点火击穿后，电容C0上的电荷一面经Rt电阻放电，同时也经过Rf对Cf充电，在被试品上形成上升的电压波前。Cf上电压被充到最大值后，反过来经过Rf与C0一起对Rt放电，在被试品上形成下降的电压波尾。为了得到较高的效率，主电容C0应该比Cf大得多，Rt比Rf大得多，以便于形成快速上升的波前和缓慢下降的波尾。3 冲击波形的近似计算 放电阶段可以分为两个过程，一个是波前阶段，另一个是波尾阶段。波前阶段的主要过程是C0经过（Rg+Rf）

3、对Cf充电。由于RtRf，所以此时经过Rt的放电过程对波前的影响很小，可以忽略不计。通常由于C0Cf，波前时间T1半峰值时间T2，所以在波前阶段可以近似地认为C0上的电压U0是恒定的。这样，在波前阶段，输出电压可以近似地看作是恒压源U0对Cf的充电过程，于是有输出电压：UF=U01-e-t1式中：1为时间常数，1=(Rg+Rf)Cf。 根据标准冲击波形的定义可以写出：0.3U0=U0(1-et1/1)0.9U0=U0(1-et2/2)联系上面两个式子可以得出：t2-t1=1ln7波前时间T1即为：T1=1.67t2-t1=3.24(Rg+Rf)Cf由于存在对Rt的放电，实际的波前时间将比计算所

4、得稍微小一点。当波前电容Cf上的电压被充到峰值的时候，波前阶段就结束了。在波尾阶段，Cf通过电阻Rf向Rt放电，Cf上的电压表达式可以近似表示为：UFU0e-t/t3Ume-t/3 3=(Rt+Rg)(C0+Cf)根据标准冲击电压波形的定义，可以写出：0.5Um=Ume-t2/3可以得出半峰值时间:T2=3ln2=(Rt+Rg)(C0+Cf)冲击电压发生器的效率定义为：RtRt+Rg×C0C0+Cf4调试结果4.1不计导线分布电容和寄生电感的影响 图 1 仿真电路图 假设Cf=0.005f，C0=0.1f，由于：1.2us=3.24RfCf20us=0.7(Rt+Rg)(C0+Cf)

5、 从这两个式子中可得出，Rf=74.074Rt+Rg=714.2857由于RtRg假设 Rt=700.2857 Rg=14.0综上，设计参数如下：Rf=74.074，Rt=700.2857，Rg=14.0，C0=0.1f，Cf=0.005f。以开关代替球隙。开关1默认闭合，打开的时候是5us，开关2默认打开，在5us的时候闭合，可以通过调节自耦变压器来调节幅值。仿真结果如下：图 2 仿真结果4.2计及导线分布电容和寄生电感的影响 图 3 仿真电路图设计参数如下：Rf=74.074，Rt=700.2857，Rg=14.0，C0=0.1f，Cf=0.005f。以开关代替球隙，同时考虑分布电容和寄生电感。分布电容设置为0.001f，寄生电感依次设置为0.0001mH、0.001mH、0.01mH。开关1默认闭合，打开的时候是5us，开关2默认打开，在5us的时候闭合，仿真结果如下：图 4 寄生电感为0.0001mH仿真结果图 5 寄生电感为0.001mH仿真结果 图 6 寄生电感为0.01mH仿真结果 综