高電壓技術(shù)2沖擊高壓發(fā)生器ppt課件

1、%20s50Tt %30s2 . 1Tf fT)tt (67. 1T12f tT國標規(guī)定：國標規(guī)定：%60s2500T%20s250Ttf 2 2、沖擊電壓波形的近似表達式、沖擊電壓波形的近似表達式?jīng)_擊電壓的一般表達式：沖擊電壓的一般表達式： u2= U1expu2= U1exp（-t/1-t/1）- exp- exp（-t/2-t/2） 時間常數(shù)：用時間常數(shù)：用11和和22表達表達1.2/50s1.2/50s的雷電波：的雷電波：112 2 u2u2的構(gòu)成：的構(gòu)成：u2u2由兩個指數(shù)分量選加構(gòu)成由兩個指數(shù)分量選加構(gòu)成波形時間的確定：波前時間相對于波尾半峰值時間要短得多。波形時間的確定：波前時間

2、相對于波尾半峰值時間要短得多。波前時間波前時間TfTf基本上由較小的時間常數(shù)基本上由較小的時間常數(shù)22決定；決定；半峰值時間半峰值時間TtTt基本上由相對大得多的時間常數(shù)基本上由相對大得多的時間常數(shù)11決定決定C2上電壓u2的波形波前波前波尾波尾沖擊電壓發(fā)生器的基本原理沖擊電壓發(fā)生器概念：沖擊電壓發(fā)生器由一組并聯(lián)的儲能高壓電容器，自直流高壓源充電幾十秒鐘后，通過銅球突然經(jīng)電阻串聯(lián)放電，在試品上形成陡峭上升前沿的沖擊電壓波形。沖擊波持續(xù)時間以微秒計，電壓峰值一般為幾十kV至幾MV發(fā)明人：產(chǎn)生較高電壓的沖擊發(fā)生器多級回路，首先由德國人E.馬克思E.Marx提出，為此他于1923年獲得專利，被稱為馬

3、克思回路單級沖擊電壓發(fā)生器回路放電時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：供電高壓變壓器；：供電高壓變壓器；D D：整流用高壓硅堆；：整流用高壓硅堆；r r：保護電阻，一般為幾：保護電阻，一般為幾百千歐；百千歐；R R：充電電阻，一般為幾：充電電阻，一般為幾十千歐；十千歐；rd:rd:每級的阻尼電阻；每級的阻尼電阻；C C：每級的主電容，一般：每級的主電容，一般為零點幾個微法；為零點

4、幾個微法；CsCs：每級相應(yīng)點的對地：每級相應(yīng)點的對地雜散電容，一般僅為雜散電容，一般僅為幾個皮法；幾個皮法；g1g1：點火球隙；：點火球隙；g2g2g4g4：中間球隙；：中間球隙；g0g0：隔離球隙；：隔離球隙；“電容器并聯(lián)充電，而后串聯(lián)放電電容器并聯(lián)充電，而后串聯(lián)放電”電阻電阻R R的連接與隔離作用：在充電時起電路的連接作用；放電時則起的連接與隔離作用：在充電時起電路的連接作用；放電時則起隔離作用隔離作用電容并聯(lián)串聯(lián)轉(zhuǎn)換方法：諸電容由并聯(lián)變成串聯(lián)是靠一組球隙分別處電容并聯(lián)串聯(lián)轉(zhuǎn)換方法：諸電容由并聯(lián)變成串聯(lián)是靠一組球隙分別處于絕緣和放電來達到于絕緣和放電來達到 雜散電容與同步：實際上因雜散電

5、容雜散電容與同步：實際上因雜散電容CsCs是很小的，所以各中間球隙，是很小的，所以各中間球隙，在放電前所作用到的過電壓時間非常短促。為使諸球隙易于同步放電，在放電前所作用到的過電壓時間非常短促。為使諸球隙易于同步放電，在采用簡單球隙的條件下，它們應(yīng)排列成相互能夠放電紫外線照在采用簡單球隙的條件下，它們應(yīng)排列成相互能夠放電紫外線照射的狀態(tài)。射的狀態(tài)。 阻尼電阻：為了防止雜散電感和對地分布的雜散電容引起高頻振蕩，阻尼電阻：為了防止雜散電感和對地分布的雜散電容引起高頻振蕩，或者說為了避免沖擊波前不光滑，電路中分布放置了阻尼電阻或者說為了避免沖擊波前不光滑，電路中分布放置了阻尼電阻rdrd，一，一般每

6、級為般每級為552525，其大小可通過實驗決定。若級數(shù)為，其大小可通過實驗決定。若級數(shù)為n n，阻尼電阻，阻尼電阻的串聯(lián)總值的串聯(lián)總值nrdnrd稱作為稱作為RdRd。RdRd也起著調(diào)節(jié)波前時間的作用，但在放電也起著調(diào)節(jié)波前時間的作用，但在放電時它與時它與RtRt會造成分壓，使輸出的電壓有所降低會造成分壓，使輸出的電壓有所降低發(fā)生器電壓效率發(fā)生器電壓效率的近似計算式為 C1/（C1C2）Rt/（RdRt） 放電時基本回路的等值回路這意味著輸出電壓u2的峰值U2m低于電容C1上的初始充電壓U1。它是由于C1與C2之間的分壓和Rt與Rd之間的分壓造成的沖擊電壓發(fā)生器高效回路接線 rfrf：每級的波

7、前電阻，一般約：每級的波前電阻，一般約幾十歐；幾十歐；rtrt：每級的放電電阻，通常約：每級的放電電阻，通常約幾百歐；幾百歐；C2C2：負荷電容，其值不僅取決：負荷電容，其值不僅取決于試品，而且與調(diào)波相關(guān)。于試品，而且與調(diào)波相關(guān)。一般處于幾百皮法至幾個一般處于幾百皮法至幾個納法間納法間T T：供電高壓變壓器；：供電高壓變壓器；D D：整流用高壓硅堆；：整流用高壓硅堆；r r：保護電阻，一般為幾百千歐；：保護電阻，一般為幾百千歐；R R：充電電阻，一般為幾十千歐；：充電電阻，一般為幾十千歐；C C：每級的主電容，一般為零點幾個微法；：每級的主電容，一般為零點幾個微法；CsCs：每級相應(yīng)點的對地雜

8、散電容，一般僅為：每級相應(yīng)點的對地雜散電容，一般僅為幾個皮法；幾個皮法；g1g1：點火球隙；：點火球隙；g2g2g4g4：中間球隙；：中間球隙；g0g0：隔離球隙；：隔離球隙；通用的高通用的高效回路效回路沖擊電壓發(fā)生器回路接線 等值電路主電容C1上的初始充電電壓為U1拉氏轉(zhuǎn)換的運算電路輸出電壓：U2s）U1d/（S2+aS+b） 放電時基本回路的等值回路放電時的運算電路 放電時的運算電路式中：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輸出電壓：輸出電壓：U2U2s s）U1d/U1d/（S2+aS+bS2+aS+b）u2(t)=U1expu2(t)=U1exps1ts1t）expexps2ts2t） s1s1、s2s2為方程為方程s2+as+b=0s2+as+b=0的兩個根的兩個根從根和系數(shù)的關(guān)系可知從根和系數(shù)的關(guān)系可知s1s2=b s1s2=b ； s1 + s2= s1 + s2= a a或baaSS2212/2/,回路系數(shù)：回路系數(shù)：=d/(s1=d/(s1s2)=RtC1S1S2/(s1s2)=RtC1S1S2/(s1s2)s2)令令du2/dt=0du2/dt=0，可求得，可求得u2u2達到峰值達

10、到峰值U2mU2m時的時間時的時間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波形系數(shù)：波形系數(shù)：00expexps1tms1tm）expexps2tms2tm）電壓效率：電壓效率：=U2m/U1=0=U2m/U1=0u2(t)=U1expu2(t)=U1exps1ts1t）expexps2ts2t） C2上電壓u2的波形沖擊波形的確

11、定當沖擊波形以雙指數(shù)波來代表時，在波形確定后，當沖擊波形以雙指數(shù)波來代表時，在波形確定后，其相應(yīng)的其相應(yīng)的s1s1、s2s2、tmtm和波形系數(shù)和波形系數(shù)0 0 也就確定了也就確定了例：兩種標準沖擊波的特性參數(shù)：例：兩種標準沖擊波的特性參數(shù)：1.2/50s1.2/50s標準雷電沖標準雷電沖擊波和擊波和250/2500s250/2500s標準操作沖擊波的各個參數(shù)值標準操作沖擊波的各個參數(shù)值雷電沖擊波：輸出電壓峰值設(shè)為單位值雷電沖擊波：輸出電壓峰值設(shè)為單位值（t t用用ss作為單位），那么作為單位），那么u2(t)=1.03725expu2(t)=1.03725exp（0.014659t0.014

12、659t）expexp（2.4689t2.4689t） C2C2值的確定：當試品確定之后，值的確定：當試品確定之后，C2C2值可以確定。對于電容值可以確定。對于電容量小的試品，往往設(shè)置一調(diào)波電容，由它的大小來決定量小的試品，往往設(shè)置一調(diào)波電容，由它的大小來決定C2C2的數(shù)值。為使電壓效率的數(shù)值。為使電壓效率不致太低，一般不致太低，一般C110C2C110C2?；芈冯娮?、回路電阻、00、 和和的計算：產(chǎn)生的計算：產(chǎn)生1.2/50s1.2/50s或其它或其它沖擊波形時，可從有關(guān)資料查出或算出沖擊波形時，可從有關(guān)資料查出或算出s1s1及及s2s2值，于是可值，于是可以計算出回路的各個電阻值和波形系數(shù)

13、以計算出回路的各個電阻值和波形系數(shù)00、回路系數(shù)、回路系數(shù)、電壓效率電壓效率等。等。充電電壓：試驗所需的充電電壓：試驗所需的U2mU2m確定后，可算出充電電壓確定后，可算出充電電壓U1U1。標稱電壓：沖擊電壓發(fā)生器的名義電壓稱為標稱電壓標稱電壓：沖擊電壓發(fā)生器的名義電壓稱為標稱電壓U1nU1n標稱能量：沖擊電壓發(fā)生器的標稱能量為：標稱能量：沖擊電壓發(fā)生器的標稱能量為： Wn=C1U1n2/2Wn=C1U1n2/2多數(shù)發(fā)生器的多數(shù)發(fā)生器的WnWn達幾十至幾百千焦達幾十至幾百千焦 沖擊波形的確定 沖擊電壓發(fā)生器放電回路計算舉例 例題例題 設(shè)置一臺沖擊電壓發(fā)生器，要求它能滿設(shè)置一臺沖擊電壓發(fā)生器，要

14、求它能滿足足110 kV110 kV電瓷產(chǎn)品的雷電沖擊放電及耐壓試驗之電瓷產(chǎn)品的雷電沖擊放電及耐壓試驗之用。請選擇它的額定電壓用。請選擇它的額定電壓UNUN，沖擊電容量，沖擊電容量C1C1，初，初步確定負荷電容步確定負荷電容C2C2，計算波前電阻，計算波前電阻RfRf，放電電阻，放電電阻RtRt，電壓效率，電壓效率和額定容量和額定容量WNWN等。等。 題解題解 放電電壓的確定：國家標準規(guī)定放電電壓的確定：國家標準規(guī)定110 kV110 kV電瓷產(chǎn)品電瓷產(chǎn)品的雷電沖擊耐受電壓為的雷電沖擊耐受電壓為450 kV450 kV。放電電壓值與電瓷類別相。放電電壓值與電瓷類別相關(guān)，一般而言關(guān)，一般而言85

15、0 kV850 kV。所以實際產(chǎn)生的電壓按。所以實際產(chǎn)生的電壓按900 kV900 kV考考慮。電壓效率初步考慮為慮。電壓效率初步考慮為0.850.85，則額定電壓約為，則額定電壓約為1060 kV1060 kV。考慮盡可能不在額定電壓下頻繁放電，以延長其使用壽命，考慮盡可能不在額定電壓下頻繁放電，以延長其使用壽命，同時也考慮偶爾有特殊產(chǎn)品試驗的需要，所以額定電壓取同時也考慮偶爾有特殊產(chǎn)品試驗的需要，所以額定電壓取為為1200 kV1200 kV。陡度的確定：對于線路用合成絕緣子的沖擊陡波放電試驗，陡度的確定：對于線路用合成絕緣子的沖擊陡波放電試驗，要求波前陡度達要求波前陡度達1000 kV

16、/1000 kV /s s，由于絕緣子允許分段進行，由于絕緣子允許分段進行試驗，這樣的額定電壓值也完全能夠滿足要求了。試驗，這樣的額定電壓值也完全能夠滿足要求了。負荷電容的確定：電瓷產(chǎn)品本身的電容量很小，負荷電容負荷電容的確定：電瓷產(chǎn)品本身的電容量很小，負荷電容主要是阻容分壓器及發(fā)生器本身的雜散電容所構(gòu)成的。選主要是阻容分壓器及發(fā)生器本身的雜散電容所構(gòu)成的。選擇低阻尼阻容分壓器的電容為擇低阻尼阻容分壓器的電容為300 pF300 pF，其它雜散電容及試，其它雜散電容及試品電容考慮為品電容考慮為200 pF200 pF，所以總的負荷電容，所以總的負荷電容C2C2約為約為500 pF500 pF充

17、放電回路主電容的確定：僅從電壓效率考慮充放電回路主電容的確定：僅從電壓效率考慮C1C1達達5 510 10 nFnF就足夠了。但為了增強放電效果，就足夠了。但為了增強放電效果，C1C1選擇為選擇為20 nF20 nF高效回路回路級數(shù)的確定：采用如圖所示高效回路。假設(shè)每級電容回路級數(shù)的確定：采用如圖所示高效回路。假設(shè)每級電容的額定電壓為的額定電壓為200 kV200 kV，則共需，則共需6 6級。每級的電容級。每級的電容C C的電容量的電容量為為0.12 0.12 F F回路參數(shù)的確定兩種計算方法均可）:1. 根據(jù)二階阻容放電回路計算Rt，Rf及和2. 放電回路的近似計算額定電壓：額定電壓：12

18、00 kV1200 kV；負荷電容：；負荷電容：500 pF500 pF；主電容；主電容C1C1：20 nF20 nF1. 根據(jù)二階阻容放電回路計算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及波形系數(shù)及波形系數(shù)0 0 。b bS1S2S1S20.036190.03619s s2 2a a（S1S1S2S2）2.48362.4836s s1 1根據(jù)根據(jù)b b1/1/（C1C2RfRtC1C2RfRt），），b b，C1C1，C2C2均已知，可得均已知，可得 RfRtRfRt2.76322.76321062 1062 （1 1）根據(jù)根據(jù)a/ba/bC

19、1RtC1RtC2C2RtRtRfRf），代入諸已知值，可得），代入諸已知值，可得 RtRt3347.63347.60.024390Rf 0.024390Rf （2 2）為避免兩大數(shù)相減所引起的計算誤差，宜先通過為避免兩大數(shù)相減所引起的計算誤差，宜先通過1 1及及2 2式求出式求出RtRt值。值。計算時注意，在解二次方程的根時，拋去計算時注意，在解二次方程的根時，拋去RtRt的一個小數(shù)值的一個小數(shù)值解，只取合理的大數(shù)值解。最后可得解，只取合理的大數(shù)值解。最后可得Rt3347.6Rt3347.6。每一。每一級中的放電電阻級中的放電電阻rtRt/6rtRt/6557.9557.9。于是可得于是可得

20、RfRf786.2786.2。每級的。每級的rfrfRf/6Rf/6131131。回路系數(shù)回路系數(shù) RC1S1S2/RC1S1S2/（S1S1S2S2）0.98730.9873電壓效率電壓效率 000.98730.98730.9641=0.95190.9641=0.9519額定電壓：額定電壓：1200 kV1200 kV；負荷電容：；負荷電容：500 pF500 pF；主電容；主電容C1C1：20 nF20 nF2. 放電回路的近似計算放電電阻的計算：放電電阻的計算：根據(jù)根據(jù)TtTt0.690.69RdRdRtRt）（）（C1C1C2C2）RtRt5050s/0.69(0.02s/0.69(0.02F F0.0005 0.0005 F)F)3534.83534.8每級的放電電阻每級的放電電阻 rtrtRt/6Rt/6