高电压课设设计 冲击电压发生器

目录

课程设计要求 (3)

设计原理 (4)

冲击电压发生器本体

输出波形与高效回路

输出电压与级数

充电放电回路

冲击电容器

充电电阻保护电阻

球间隙

放电回路数学分析

充电回路数学分析

点火装置

整流充电电源系统原理

整流回路

变压器容量

高压硅整流器

冲击电压测量系统原理

冲击分压器与引线

高压臂

低压臂

同轴电缆的接入及对分压比的影响

电缆损耗的影响与末端的匹配

衰减

波阻的变化对分压比和匹配的影响

高压引线的影响

示波器

抗干扰措施

参数计算 (11)

参考资料 (15)

一、课程设计要求：

画出冲击电压发生器的总体结构布置图(含接地系统设计)，各主要部件或器件的型号、参数，绝缘距离与净空(空间布置)，各参数之间的匹配关系，波形测量系统等。

对冲击电压发生器设计的要求为：

（1）高效回路

（2）最大输出电压300～800kV

（3）级数3级以上

（4）电阻（含线径和材料）

（5）球隙大小和距离

（6）输出波形 1.2/50波形

（7）测量装置（充电、放电）

（8）测量装置抗干扰措施

（9）充电电源（各器件参数）

（10）本体、分压器、电源、测量系统

（11）绝缘材料、绝缘距离选取

（12）触发器

（13）容性试品

二、设计原理：

一、冲击电压发生器本体

冲击电压发生器是产生冲击电压和操作冲击电压的一种发生装置。产生的冲击电压可供绝缘的冲击耐压或放电试验用。

1）输出波形与高效回路：

首先从单极冲击电压发生器的具体性质来分析：

为了产生1.2/50标准雷电冲击波形可用的电路有如下的选择：

(c)

可产生雷电波形的电路

由电路理论的基础知识可以推导出三个电路的电源的电压在输出端的利用率，他们分别为： a) 低效回路

b) 效率介于(a)和(c)之间

c)

高效回路

由于该设计要求电路为高效回路，所以选择电路（C ）。即简化后的电路为：

单击高效回路电路图

而对于多级冲击电压发生器一般的设计如下：

简单的多级冲击电压发生器电路图

图中R o 保护电阻;R 充电电阻;R 1波头电阻;R 2波尾电阻;C 主电容;C 2波头电容;G 1~G 4球间隙

这种多级冲击电压发生器采用的是波前电阻和放点电阻集中放置的方式。在这种电路中常常为了防止杂散电感和对地分布的杂散电容引起高频振荡（为了避免

2

R 1

C u +

+-

-

u 1

R 2

C 2

R 1

C u +

+-

-

u 11

R 2

C 12

R b )(2

R 1

C u +

+-

-

u 1

R 2

C 02

12

2112U R R R C C C U m +•+≈02

11

2U C C C U m

•+≈

冲击波前波形不光滑）在电路中分布放置了阻尼电阻r d,一般为5Ω~25Ω。若级数为n，则阻尼电阻的串联总值n﹒r d称为R d。R d也起着调节波前时间的作用，但在放电时，它与R2会造成分压，使输出的电压降低。所以有如下多级高效率冲击电压发生器。

所以选择如上的高效回路。

多级高效率冲击电压发生器电路图

图中R o保护电阻;R充电电阻;r t放电电阻;r f波前电阻; C2波头电容;G1~G4球间隙

在这种设计中，分布放置的波前电阻r f兼起着阻尼电阻的作用，所以输出的电压相对较高，为高效回路。

2）输出电压与级数：

由于设计的要求是最大输出电压在300～800kV间，级数3级以上，且试品为容性的，由冲击电压发生器的额定电压与被试电力设备的标称电压之间的大致关系（如下表），可得试品应为35kV等级的电气设备。

（表中的下限值满足型式试验要求，上限值供研究实验用）

3）充电放电回路：

a)冲击电容器

对于冲击电压器最好采用专用的电感小的脉冲电容器。脉冲电容器一般分为胶

纸筒、瓷套和金属壳几种型式。

胶纸筒电容器很少用于大型冲击电压发生器，它体型细长，机械强度差（不便于采用柱式发生器结构），需要另立绝缘支架。另外，这种电力电容器可贮存的能量不大，绝缘也容易受潮等特点。

金属壳电容器的电压和容量都能做得很大，大型冲击电压发生器都采用这种电力电容器。

瓷壳电容器具有很高的机械强度和良好的绝缘性能，很适用于柱式发生器结构。但其能量也不能做得太大，所以这种结构多用于2兆伏以下的中型电压发生器。综合设计的电压等级选择瓷壳电容器就能达到理想的效果。

b)充电电阻保护电阻

①充电电阻

充电电阻是为了使各级球隙能在足够的冲击过电压作用下可靠动作而在各级电容器之间连入的。充电电阻不仅影响冲击电压发生器的充电过程，而且也影响冲击电压发生器的放电过程。

冲击电压发生器高效回路的等值放电回路

从高效回路的等值放电回路可以看出，充电电阻nR与波头电阻nr

f

串联分压，致使充电电阻既减少了波长时间，又减低了放电回路的利用系数。考虑到充电电阻的影响，分析可知每一级的波尾电阻减少到

R t≈

r t R

r t+R

=r t(1−α)α=

r t

r t+R

为了减少充电电阻对波形的影响，系数α限制在0.05～0.1的范围内较好。

同时，为了避免充电电阻的电阻过分的影响放电回路的利用系数，R应该比r

f 大10～20倍。但是充电电阻并不是取的过大过小都是不好的。过大则延长充电时间，增加各级电容器的不均性；过小则各级球隙间动作不可靠，冲击电压波长时间减小，放电回路利用系数减低。

②保护电阻

保护电阻一般为几百千欧。同时为了使电容器上充电比较均匀，一般选择保护电阻r的阻值比R大一个数量等级，这样保护电阻不仅起保护整流装置的作用，还起均压的作用。

c)球间隙

冲击点发生器的球隙采用空心铜球或铝球。球径和最大球间隙距离应与最大冲击电压相对应。可由球间隙放电标准表查得。

所有球间隙由一电动传动机构统一驱动，球间隙距离应能均匀调节。为了确保冲击电压发生器各级球间隙可靠动作，各级球间隙的距离应配合得当。在布置各