高电压课程设计 华中科技大学

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1、冲击电压发生器高电压工程课程设计姓名：杨大中学号：专业班级：电气0811指导老师：戴玲日期：2011/3/1一、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300～800kV3.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

2、取12.触发器13.容性试品二、冲击电压发生器的功用及原理冲击电压发生器是一种产生脉冲波的高电压发生装置。原先它只被用于研究电力设备遭受大气过电压（雷击）时的绝缘性能，近年来又被用于研究电力设备遭受操作过电压时的绝缘性能。所以对冲击电压发生器的要求，不仅能产生出现在电力设备上的雷电波形，还能产生操作过电压波形。冲击电压的破坏作用不仅决定于幅值，还与波形陡度有关，对某些设备要采用截断波来进行试验。冲击电压发生器要满足两个要求：首先要能输出几十万到几百万伏的电压，同时这电压要具有一定的波形。它的原理图如图2。实验变压器T和高压硅堆D构成整流电源，经过保护电阻r及充电电阻

3、R向主电容器C1—C4充电，充电到U，出现在球隙g1—g4上的电位差也为U，若事先把球间隙距离调到稍大于U，球隙不会放电。当需要使冲击机动作时，可向点火球隙的针极送去一脉冲电压，针极和球皮只见产生一小火花，引起点火球隙放电，于是电容器C1的上极板经g1接地，点1电位由地电位变为-U。电容器C1与C2间有充电电阻R隔开，R比较大，在g1放电瞬间，点2和点3电位不可能突然改变，点3电位仍为+U，中间球隙g2上的电位差突然升到2U，g2马上放电，于是点2电位变为-2U。同理，g3，g4也跟着放电，电容器C1—C4串联起来了，最后球隙g0也放电，此时输出电压为C1—C4上电

4、压的总和，即-4U。上述一系列过程可被概括为“电容器并联充电，而后串联放电”三、设计内容（1）高效回路选用高效率回路和倍压充电，回路如下图所示图1发生器的充电回路图2发生器的放电回路由后面步骤（3）知：冲击电压发生器的效率：，为高效回路。（1）最大输出电压300～800kV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试品额定电压/kV35110220330500冲击电压发生器标称电压/MV0.4～0.60.8～1.51.8～2.72.4～3.62.7～4.2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。

5、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：所以可取冲击电压发生器的标称电压为660kV。（2）级数3级以上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

6、容为如按冲击电容为负荷电容的10倍来估计，约需冲击电容为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2所示。表2.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—0.21100.2Φ635×500249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，使冲击电容因此，本实验选取6级。（1）电阻（含线径和材料）l大小计算a)波前电阻和波尾电阻试品电容约1000pF，负荷总电容为2100pF，波前等效回路图3.波前等效回

7、路所以波前时间求出，每级。半峰值等效回路图4.半峰值等效回路故半峰值时间求出，每级。a)充电电阻和保护电阻的选择：要求，得：取R＝10kΩ。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400kΩ。l线径和材料已知，，一级电容器储能为：。假定试品不放电时能量全部消耗在中，试品短路放电时的能量340/（340＋31.25）kJ，即1.11kJ消耗在中。如采用双股相反绕的无感电阻结构，则波前电阻的每股阻值为2×31.25Ω即62.5Ω。每股电阻丝消耗的能量为1.11/2kJ即550J。同样情况，波尾电阻每股阻丝的阻