第11讲 绝缘的破坏性试验(三)

得到：
t 2 t1 2 ln 7 R1C1C2 T1 3.24 2 3.24 0 .6 0 .6 C1 C2
因为C1》C2， 则
T1 3.24R1C2
17
波尾波形
在波尾时间范围内， e
t
2
0
t
可将电压波形表示为： u (t ) Ae u
1
1 R2 C1
u (t ) A(e
t
1
e
t
2
)
1 －波尾时间常数。
2 －波头时间常数，
通常
1 2
5.3.2 单级冲击电压发生器
一、 单级冲击电压发生器的原理 在波头时间范围内， e t / 1
1
可将电压波形表示为： u(t ) A(1 et / 2 )
u
A
A(1 e t 2 )
T 整 流 工频交流 脉动直流 滤 波 稳 压 直流 负 载
直流电源的组成
5.2.1 直流高压的获得
一 半波整流和全波整流
当变压器输出电压达到负峰值 时，高压硅堆承受两倍的电源 电压
U
2U
U av
Um Umax
Umin
uav
U av I av RL
S
U max U min 2
U
u0


C 1
R2
u

u0
u0 et/ 1
1 u0 2
0
T2
T2
t
u0 e
1

u0 2
T2 0.7 R2 C1
单级冲击电压发生器的原理电路（1）

u0
C1
C2

高效回路
1、开关打开，对C1充电至U0， 2、合上开关，由于R1《R2 C1经R1向C2充电，形成波头 同时C1和C2经过电阻R2放电， 形成波尾。
一般情况下，C1>>C2，所以波尾主要由C1放电的快慢决定 C2和R1－－波头电容和波头电阻， C1和R2－－波尾电容和波尾电阻。 定义放电回路的电压利用系数η为：

U 2m U0
U 2m
C1 U0 C1 C2
单级冲击电压发生器的原理电路

u0
C1
R1
R2
u


u0
C 1
R 11
R2
R 12
C2
u

C2


高效回路 低效回路
(b)
对于(a)
U 2m
C1 R2 U0 C1 C2 R1 R2
对于(b)
效率介于两者之间
实际的单级冲击电压发生器回路
T2 T1
D
R0

G
R1 C2

R2 u

u0

C1


调整调压器的输出可以改变电容C1的充电电压U0； 调整电阻R1和R2可以改变输出波形； 放电球隙G作为冲击电压发生器的开关，其间隙距离可 以根据放电电压进行调整。 被试品、测量球间隙、电容分压器以及高压引线对地的 电容的总和作为波头电容C2 由于受到高压硅堆和电容器额定电压的限制，同时也考 虑放电球隙的直径不宜过大，一般单级冲击电压发生器 的最高输出幅值不超过200～300kV
脉动电压： 平均电压降落：
U
U n max U n min I av n(n 1) 2 fC 4
(1)
I av 4n3 3n 2 2n U p 2nUm U p fC 6
(2)
平均电压：
I av U p 2nUm U p 2nUm (4n3 3n 2 2n) 6 fC
4
全波整流
T D1
C D2
RL
1 Uo Um 2
U D 2U m
D2
D1 T
Uo Um
C RL
UD Um
D3
D4
二 倍压整流回路 图5-11
T
A
V1
C1
C2 V2
电源变压器T在正半波期间经整流硅堆VD1 向电容C1充电，在负半周期则经过VD2向C2 充电，最后C1和C2上的电压均可达Um，叠加 来即可在输出端形成2Um的直流电压。
t
T1：波头时间（波前时间）
T2：波尾时间（波长时间、 半峰值时间）
标准雷电冲击波：1.2s±30％/50 s ±20％, 幅值误差： ±3％
操作冲击波：一般推荐为非振荡形，250 ±30％ /2500 ±60％ s,幅值 误差： ±3％
5.3.1 冲击电压波形形状的描述
由双指数波叠加而成：
V4
4
5
C4
C3
2
C1
1
V1
V2
3
4U m
V3
空载时，各点电压为：
U1 U m sin t
U 2 U m U m sin t
C2
U 3 2U m
U 4 3U m U m sin t
T
0
U 5 4U m
串级直流高压装置
1'
D1 D1' D2 D2'
(3)
脉动系数：
S U / U p
<5%
可见，脉动与电压降落与电源频率、级数、电容量、负载电流有关
10
串级直流高 压发生装置
5级 U＝1000kV I为mA量级
5.2.2 直流耐压试验的基本接线
直流耐压试验的基本接线
5.3 冲击高压试验
5.3.1 冲击电压波形的定义
u
Um
o
0.5Um T1 T2
(a) 两倍电压
T
A
注意：
V3
V2
C2 C1
V1
C3
（b） 三倍电压
这两种接线方式对高压试验 变压器的最大输出电压和硅 堆的耐压要求没有进一步的 提高，但是A点的电位波动 在0-2Um之间，高压绕组对 低压绕组的最高电位差也达 到2Um，因此对变压器的绝 缘要求较高
三 串级直流高压装置
两级直流高压装置，采用串级倍压整流回路
U av
电压脉动 系数
半波整流
I av t2 t1 I avT U av q U 2C 2C 2C 2 fRLC
5.2.1 直流高压的获得
I av t2 t1 I avT U av q U 2C 2C 2C 2 fRLC
可知： 负载RL的阻值越小，输出电压的纹波幅度和纹波 系数越大；而增大滤波电容C或提高电源频率，均可 减小电压纹波。根据纹波系数和试验时流过负载的电 流，可以推算所需要的滤波电容器的电容量
1
C1 '
2'
C1
2
RL Dn-1
(n-1)' (n-1)
Cn-1'
n'
Dn-1' Dn Dn '
n0' n0
Cn-1
n
Cn'
Cn
该装置的优点


理论上，增加串级级数既可以得到更高直流电压 对试验变压器的最大输出电压没有提出更高要求 对硅堆反向承受电压没有提出更高要求
串级直流高压装置的参数计算
5.2 直流耐压试验
一、直流耐压试验特点 随着直流输电技术的发展，直流耐压试验受到 重视。
1 2 3 试验设备轻便，容量小（不需要提供无功） 可同时测量泄漏电流。 局放小，对绝缘的损伤小。
缺点：由于交流和直流情况下绝缘内部的电压 分布不同，因而，直流耐压试验不如交流耐 压实验更接近真实工况。
预备知识: 直流电源的组成
0.3U 2 m U 2 m (1 e 2 ), 0.9U 2 m U 2 m (1 e 2 )
解得：
t 2 t1
t1 t 2 2 ln 7
16
5.3.2 单级冲击电压发生器
根据三角形的相似性：
U 2m T1 1 t 2 t1 0.9U 2 m 0.3U 2 m 0.6
0
t
用一个已经充电的电容C1（电压为 U0）向另一个电容C2（C1》C2） 充电模拟得到
u
C1 u0 ( C1 C2 )
C1 C2 2 R1 (C1 C2 )
C1 u0 1 et 2 (C1 C2 )


t
5.3.2 单级冲击电压发生器
U 2 (t1 ) 0.3U 2m , U 2 (t2 ) 0.9U 2m