沖擊電壓試驗(共7頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上沖擊電壓試驗由于沖擊高電壓試驗對試驗設(shè)備和測試儀器的要求高、投資大，測試技術(shù)也比較復(fù)雜，所以在絕緣預(yù)防性試驗中通常不列入沖擊耐壓試驗。但為了研究電氣設(shè)備在運行中遭受雷電過電壓和操作過電壓作用時的絕緣性能，在許多高壓試驗室中都裝設(shè)了沖擊電壓發(fā)生器，用來產(chǎn)生試驗用的雷電沖擊電壓波和操作沖擊電壓被。許多高壓電氣設(shè)備在出廠試驗、型式試驗時或大修后都必須進(jìn)行沖擊高壓試驗。沖擊電壓發(fā)生器是高壓實驗室的基本設(shè)備之一，沖擊試驗電壓要比設(shè)備絕緣正常運行時承受的電壓高出很多。隨著輸電電壓等級的不斷提高，沖擊電壓發(fā)生器的最高電壓也相應(yīng)提高才能滿足試驗要求。一、沖擊電壓波形的定義絕緣耐受沖擊

2、電壓的能力與施加的電壓波形有關(guān)，而實際的沖擊電壓波形具有分散性，即每次的波形參數(shù)會有不同，為了保證多次沖擊試驗的重復(fù)性和不同試驗條件下試驗結(jié)果的可比較性，必須規(guī)定統(tǒng)一的沖擊電壓波形參數(shù)。我國對標(biāo)準(zhǔn)沖擊電壓波形的規(guī)定和國際電工委員會（IEC）標(biāo)準(zhǔn)相同。如圖126所示。在經(jīng)過時間T1時，電壓從零上升到最大值，然后經(jīng)過時間T2-T1，電壓下降到最大值的一半。規(guī)定電壓從零上升到最大值所用的時間T1稱為波頭時間（或波前時間），電壓從零開始經(jīng)過最大值又下降到最大值一半的時間T2成為半峰值時間（或波長時間、波尾時間）。 圖1-26 標(biāo)準(zhǔn)沖擊電壓波形 圖1-27非周期性的沖擊電壓波形非周期性的沖擊電壓波形由兩

3、個指數(shù)電壓波形疊加組成，如圖127所示，即 （1-25）式中：波尾時間常數(shù)。 波頭時間常數(shù)，通常遠(yuǎn)大于。 A單指數(shù)波幅值。對于實際的沖擊電壓波形，其起始部分通常比較模糊，在最大值附近的波形比較平坦，很難確定起始零點和到達(dá)最大值的時間。所以實際中通常采用視在波頭時間和視在半峰值時間來定義沖擊電壓波形。按照國際電工委員會（IEC）標(biāo)準(zhǔn)，實際沖擊電壓波形參數(shù)的定義如圖128所示。圖1-28 實際的沖擊電壓波形（圖中tf改為T1，tt改為T2）標(biāo)準(zhǔn)沖擊電壓波形的參數(shù)為：波頭時間： 1.2s±30半峰值時間：50s±20幅值： ±3二、單級沖擊電壓發(fā)生器（一） 單級沖擊電壓

4、發(fā)生器的原理非周期性沖擊電壓波可由兩個指數(shù)電壓波形疊加而成，由于遠(yuǎn)大于，在波頭時間范圍內(nèi)，可將電壓波形近似用下式表示： （1-26）其波形如圖1-29所示。圖1-29 沖擊電壓波頭波形這個波頭時間范圍內(nèi)的沖擊電壓波形和電路理論課程中講述的一階電路的零狀態(tài)響應(yīng)曲線是相同的。所以利用直流電源經(jīng)電阻向電容器充電可以產(chǎn)生沖擊電壓波的波頭，且波頭時間T13.24，如圖1-30所示。圖1-30 沖擊電壓波頭波形產(chǎn)生電路在波尾時間范圍內(nèi)，可將沖擊電壓波形近似用下式表示： （1-27）上式的波形和已充電電容器經(jīng)電阻放電的波形是相同的。所以利用已充電的電容器經(jīng)電阻放電可以產(chǎn)生沖擊電壓波形的波尾，波尾時間取決于R

5、2和C1。如圖1-31所示?？梢杂嬎愠鲭妷合陆档揭话氲臅r間，即半峰值時間T2為： （1-28）圖1-31 沖擊電壓波尾波形根據(jù)上面的分析，將圖1-30和圖1-31兩個電路組合起來就可以產(chǎn)生完整的沖擊電壓波形。如圖1-32所示。首先在開關(guān)打開的狀態(tài)下對C1進(jìn)行充電，充電完畢后合上開關(guān)，電容C1經(jīng)電阻R1向C2充電，形成沖擊電壓波的波頭（C2兩端的電壓波形）；同時C1和C2經(jīng)過電阻R2放電，形成沖擊電壓波的波尾。一般情況下，C1比C2大很多，所以波尾主要由C1放電的快慢決定。稱C2和R1為波頭電容和波頭電阻，稱C1和R2為波尾電容和波尾電阻。根據(jù)實際的需要，圖1-32的電路可以改為圖1-33所示的

6、兩種形式，此時需要調(diào)整各個電阻的大小來調(diào)整沖擊電壓波形。圖1-32 沖擊電壓產(chǎn)生電路圖1-33 另外兩種沖擊電壓產(chǎn)生電路圖1-32和1-33的電路有一個電壓利用系數(shù)的問題。假設(shè)合開關(guān)之前電容器C1上的電壓為U0，那么合上開關(guān)后在C2兩端產(chǎn)生的沖擊電壓波形的最大電壓（即幅值）Um肯定小于U0，我們定義放電回路的電壓利用系數(shù)為： （1-29）（二）沖擊電壓發(fā)生器波形和回路參數(shù)的關(guān)系可以計算出，圖1-32回路的電壓利用系數(shù)最高，稱為高效率回路。實際的單級沖擊電壓發(fā)生器電路如圖1-34所示。調(diào)整調(diào)壓器的輸出可以改變電容C1的充電電壓，達(dá)到調(diào)整輸出沖擊電壓幅值的目的；調(diào)整電阻R1和R2可以改變輸出波形，

7、使輸出沖擊電壓波形符合試驗要求；放電球隙G的放電電壓根據(jù)電容器C1的充電電壓和輸出沖擊電壓幅值的要求進(jìn)行調(diào)整。由于受到高壓硅堆和電容器額定電壓的限制，同時也考慮放電球隙的直徑不宜過大，一般單級沖擊電壓發(fā)生器的最高輸出幅值不超過200300kV。圖1-34 實際單級沖擊電壓發(fā)生器電路沖擊電壓發(fā)生器的試品一般是容性負(fù)載，在做沖擊電壓試驗時，利用試品的等效電容做波頭電容C2。對于圖1-33（b）所示的典型放電回路可以列出下面的方程： （1-30） （1-31）解上面的方程可以得到u2時間的變化為： （1-32）式中，U0球隙放電前電容器C1上的充電電壓。 K回路系數(shù)，K=C1R2/（-） 波尾時間常

8、數(shù)。 波頭時間常數(shù)。令，可得到理論波頭時間T1為： （1-33）那么輸出沖擊電壓的幅值為： （1-34）即 同樣可以用求出半峰值時間T2與回路參數(shù)的關(guān)系。T2/T1只決定于/。三、多級沖擊電壓發(fā)生器多級沖擊電壓發(fā)生器的原理由于受到高壓硅堆參數(shù)等因素的限制，單級沖擊電壓發(fā)生器輸出的沖擊電壓幅值一般不超過200300kV，所以實際中要獲得更高的沖擊電壓幅值，需采用多級沖擊電壓發(fā)生器。圖1-35 多級沖擊電壓發(fā)生器的原理電路圖多級沖擊電壓發(fā)生器的基本原理是：并聯(lián)充電、串聯(lián)放電。即先對多個電容器并聯(lián)充電，然后這些電容器自動串聯(lián)起來放電，以產(chǎn)生很高的沖擊電壓幅值。圖1-35是多級沖擊電壓發(fā)生器的原理電路

9、圖。圖1-35中，首先調(diào)整各個球隙的距離，使G1的放電電壓為U0，G2G4的放電電壓在U02U0范圍內(nèi)，然后開始對各個電容器同時充電到U0。這時G1首先擊穿，導(dǎo)致G2G4依次擊穿，各個電容器串聯(lián)起來對C2和R2放電，在輸出端獲得幅值很高的沖擊電壓，近似的等效放電回路如圖1-36所示。下面詳細(xì)說明各個電容器自動轉(zhuǎn)換成串聯(lián)放電的過程。如圖1-36所示，C10C80是各點的對地雜散電容（寄生電容）。充電過程結(jié)束時，上面一排雜散電容C10、C30、C50、C70兩端被充電到電壓U0，1、3、5、7各點的對地電位為U0。下面一排雜散電容未被充電，2、4、6、8點仍為地電位零。充電結(jié)束時，1點電位為U0，

10、達(dá)到G1擊穿電壓，G1首先擊穿，1點電位瞬時降為零，2點電位瞬時變?yōu)閁0。由于1、3點和2、4點之間電阻R（比較大）的作用，雜散電容C30來不及放電，在G1擊穿瞬間3點電位幾乎仍維持在U0，于是在G1擊穿的瞬間，G2承受的電壓（2、3點之間的電位差）由原來的U0瞬間上升到2U0，從而導(dǎo)致G2擊穿。圖1-36 圖1-35的等效放電回路G2擊穿后，3點電位從U0下降到U0，4點電位瞬時變?yōu)?U0，而5、6點仍幾乎維持原來的電位，于是G3承受3U0電壓的作用而擊穿。依此類推，后面各級球隙在nU0電壓作用下相繼擊穿，把所有的電容器串聯(lián)起來。從上面所述的過程可以看出，電容器由并聯(lián)充電轉(zhuǎn)變?yōu)榇?lián)放電的關(guān)鍵

11、是雜散電容來不及放電，而雜散電容放電的快慢一方面取決于雜散電容的大小，另一方面取決于放電電阻R的大小，即雜散電容放電的時間常數(shù)。在實際當(dāng)中，有時候為了確保各級球隙能順利自動放電，還需要采取措施增大雜散電容。 1-銅球，2-端部有孔的銅球，3-鎢電極 4-瓷、膠木等絕緣材料d-鎢電極與銅球孔之間的距離；G,g-間隙圖1-37 三電極球隙的結(jié)構(gòu)三電極球隙上述的單級和多級沖擊電壓發(fā)生器，其輸出沖擊電壓的產(chǎn)生并不是等到電容器充到一定電壓時自動輸出，而是充到一定電壓后停止充電，人為控制輸出沖擊電壓，這就要用到三電極球隙。對于單級沖擊電壓發(fā)生器就直接采用一個三電極球隙，對多級沖擊電壓發(fā)生器，只用一個三電極球隙替代第一級放電球隙G1。三電極球隙簡單地是一個