高电压技术课程设计
——冲击电压发生器的设计
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冲击电压发生器的设计
电力系统种的高压电气设备，除了承受长时期的工作电压外，在运行过程种，还可能会承受短时的雷电过电压和操作过电压的作用。一般用冲击高压试验来检验高压电气设备的雷电过电压和操作过电压作用下的绝缘性能或保护性能。
雷电冲击高压试验采用全波冲击电压波形或截波冲击电压波形，这种冲击电压持续时间较短，约数微秒至数十微秒，它可以由冲击电压发生器产生；操作冲击电压试验采用操作冲击电压波形，其持续时间较长，约数百微秒至数千微秒，它利用变压器产生，也可利用冲击电压发生器产生。许多高电压试验室的冲击电压发生器既可以产生雷电冲击电压波，也可以产生操作冲击电压波。
冲击电压发生器是产生冲击电压波的装置。雷电冲击电压波是一个很快地从零上升到峰值然后较慢地下降地单向性脉冲电压。
一.设计目标：
输出波形为1.2/50μs标准波形，回路采用高效率回路，输出电压为300～800kV，发生器级数为4～8级。
二.设计过程：
1．试品电压等级的确定
表1.冲击电压发生器标称电压与被测试设备额定电压间关系
要求的输出电压为300~800kV，根据上表，可以暂定试品的电压等级为66kV。
根据66kV设备雷电冲击耐受电压(峰值)表，可知变压器类设备的内绝缘的耐受电压最高，为385kV，击穿电压和闪络电压都高于试验电压，考虑为研究试验取裕度系数1.3；长期工作时冲击电压发生器会发生绝缘老化，考虑老化系数取1.1；假定冲击电压发生器的效率为85%，故冲击电压发生器的标称电压应不低于：
1385 1.3 1.1/0.85647
U kV kV
=⨯⨯=所以可取冲击电压发生器的标称电压为660kV 2．冲击电容的选定
如不考虑大电力变压器试验和整卷电缆试验，就数互感器的电容较大，约1000pF ，冲击电压发生器的对地杂散电容和高压引线及球隙等的电容如估计为500pF ，电容分压器的电容如估计为600pF ，则总的负荷电容为
2(1000500600)2100C pF pF =++=
如按冲击电容为负荷电容的10倍来估计，约需冲击电容为
121021000C C pF ==
从国产脉冲电容器的产品规格中找到MY110—0.2瓷壳高压脉冲电容器比较合适，这种电容器的规格如表3所示。
表3. MY110—0.2瓷壳高压脉冲电容器的规格
型号 额定电压 / kV 标称电容 / µF 外形尺寸 /
mm 重量 / kg 外壳
MY110—0.2 110 0.2 Φ635×500 249 瓷壳
用此种电容器6级串联，标称电压可达到660kV ，满足前述要求，每级一个电容器，使冲击电容
(0.2/6)0.0333C F F μμ==
此值 210C >，可使（电压）效率不致很低。
3.冲击电压发生器主要参数：
标称电压：11106660U kV kV =⨯=
冲击电容：0.0333C F μ=
标称能量：22
1/20.0333660/27.26n W CU kJ kJ ==⨯=
4．回路的选择
选用高效率回路和倍压充电，回路如下图所示
5.波前电阻和波尾电阻的计算：
试品电容约1000pF ，负荷总电容为2100pF ，
波前等效回路
所以波前时间 12121.2 3.24/()f f T s R C C C C μ==⨯+
3.240.03330.0021/(0.0354)f R F F F μμμ=⨯⨯
求出187.5f R =Ω，每级/631.25f f r R ==Ω。
半峰值是等效回路
故半峰值时间 12500.693()0.693(0.03330.0021)t t t T s R C C R F F μμμ==+=+
求出2038t R =Ω，每级/6340t t r R ==Ω。
6.冲击电压发生器的效率：
112/()0.0333/0.03540.94C C C η=+==
此值比原估计的效率0.85高，所以所选电容是合适的。
7.充电电阻和保护电阻的选择：
要求 ()(1020)f t C R r Cr +≥: ，得：
(2034031.25)6769R ≥⨯-Ω=Ω
取R ＝10k Ω。每根充电电阻的结构长度应能耐受110kV 的电压。如取保护电阻r 为充电电阻R 的40倍，则保护电阻r 为400k Ω。
8.充电时间的估算：
因为采用了倍压充电回路，由式2
15(8/)15()T r nR nC r nR nC π=+≈+充，但考虑到电
容C 的另一侧为t r 及f r ，它们远小于充电电阻R 。此外还应考虑倍压回路第一个回路中的保护电阻r 的作用。充电至0.9倍电压时， 015(/2)T r r nR nC =++充
设0r r =，则计算得15T s ≈充。实际上还存在充电回路中0C 的影响，它可使充电时间增加一些，可估计T 充为20s 。
9.变压器选择：
考虑倍压充电回路所需的容量，加大安全系数到3.0。
变压器容量＝3.02/ 3.027.26/20 2.175n W T kVA kVA ⨯⨯=⨯⨯=充
变压器电压＝1.15542.78kV kV ⨯=
所以，可选择国产试验变压器，型号为Y D —3/50，其参数如下表。
表4. Y D —3/50试验变压器的参数
10.高压硅堆选择：
为了缩短充电时间，充电变压器应该提高10％的电压，因此硅堆的反峰电压＝55k V ×1.1＋55kV ＝116kV 。
硅堆的额定电流以平均电流计算，实际充电电流是脉动的，充电之初平均电流较大，选择硅堆用的平均电流难以计算。现只有根据充电变压器输出的电流（有效值）来选择硅堆额
