高电压技术课程设计-冲击电压发生器的设计
高电压课设
电气与电子工程学院《高电压》课程设计（冲击电压发生器的设计）姓名：学号：专业班级：指导教师：日期：2016年8月21日目录设计目的与相关背景 (1)设计结构与相关原理 (2)一．雷电冲击电压标准波形 (2)二．冲击电压发生器基本原理 (2)三．多级冲击电压发生器 (3)设计细节与相关参数 (6)一．充电回路的选取 (6)二．冲击电容与负荷电容的选取 (7)三．波头电阻与波尾电阻的选取 (7)四．充电电阻与保护电阻的选取 (8)五．波前电阻和波尾电阻丝的选取 (8)六．变压器的选择 (9)七．高压硅堆的选择 (10)八．球隙直径的选择 (10)设计总结与心得体会 (11)附录一球隙放电标准表（单位：KV） (12)参考文献 (14)设计目的与相关背景冲击电压发生器是高压试验室的基本设备之一，随着输电电压等级的不断提高和电缆等大电容容量电气设备的广泛应用，冲击电压发生器的输出电压和能量也不断提高。
电力系统中的高压电气设备，除了承受长时期的工作电压外，在运行过程中，还可能会承受短时的雷电过电压和操作过电压的作用。
冲击电压发生器由一组并联的储能高压电容器，自直流高压源充电几十秒钟后，通过铜球突然经电阻串联放电，在试品上形成陡峭上升前沿的冲击电压波形。
冲击波持续时间以微秒计，电压峰值一般为几十千伏至几十兆伏，主要用于电力设备等试品进行雷电冲击电压全波冲击电压试验，检验绝缘性能。
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。
本次设计目标为输出波形1.2/50μs准波形，回路采用高效率回路，输出电压为400kV，发生器级数为5级。
设计结构与相关原理一．雷电冲击电压标准波形国际电工委员会（IEC）规定标准的雷电冲击电压用非周期性衰减波表示，并通过规定波头时间和波尾时间确定了标准波形。
由于在实际试验测量中，测量得到的波形原点较为模糊，峰值附近较为平缓，因此波形的原点和峰值的位置不易确定。
多级冲击电压发生器的设计
多级冲击电压发生器的设计Company Document number：WUUT-WUUY-WBBGB-BWYTT-1982GT高电压课程设计多级冲击电压发生器的设计电气与电子工程学院指导老师：戴玲2010年3月1日一、设计任务：设计一高效多级冲击电压发生器，使其输出标准冲击电压波形（即50u s），电压等级为330k v-800k v,级数为3级以上。
二、额定电压的选择：为确定所要设计的冲击电压发生器的电压等级，需首先明确冲击电压发生器电压等级与所测试品电压等级的关系（见下表）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的关系根据设计要求的输出电压为300-800kV，根据上表，可以假定试品的电压等级为66kv。
2.额定电压的确定：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；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；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额定电压应不低于：由此确定冲击电压发生器的为660k v。
三、冲击电容的选择：将试品电容估算为900p F，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估算为500p F，电容分压器的电容估算为600p F，则总的负荷电容：C2≈900+500+600=2000（p F）按冲击电容为负荷电容的10倍估算，则冲击电容10000p F=5C2<C1<10C2=20000（p F）从国产脉冲电容器的产品规格中找到型高压脉冲电容器比较合适，具体参数和规格如下表：表二：型号额定电压kv标称电容uF外形尺寸mm重量kg110kvΦ635×495 瓷壳235选用此种型号电容器时，可以将所要设计的冲击电压发生器做成110k v一级，共6级（其中每级电容用两个电容串联组成，这样即可同时满足此冲击电压发生器额定电压和冲击电容的要求）。
GDCY-2400kV-360kJ冲击电压发生器技术方案2019.01.22
GDCY-2400kV/360kJ冲击电压发生器技术方案一、使用范围：GDCY系列冲击测试系统能够产生冲击电压用于模拟雷击和开关浪涌。
级能量范围在2.5-1620千焦。
最大放电电压为100-7200千伏..产品不仅满足IEC,ANSI/IEEE等国际标准，还满足其他国家的国家标准。
基本系统可以用不同的方式容易地进行升级，以满足各种特殊的试验。
大量的附加电路和配件都可以用来优化冲击测试系统以便其测试不同的被试品。
发生器以其独特性的，模块化的以及专有的完美结构适用于运输以及在线安装。
其内部的回路电感被做得非常的小。
二、系统配置：三、适用标准：IEC60060-1/2/3 高压测试技术IEC60076-1/2/3/4/6 电力变压器IEC61083-1/2 在高压脉冲试验中测量用的仪器和软件IEC60243-1 绝缘材料电气强度IEC60099-1-4 避雷器IEC61010-1-2-3 测量，控制和实验室用电器设备的安全要求GB7449-87 电力变压器和电抗器的雷电冲击和操作冲击试验导则ZBF24001-90 冲击电压测量实施细则GB311.1-1997 高压输变电设备的绝缘配合GB/T16927.2-1997 高压试验技术（测量系统）GB/T16896.1-1997 高电压冲击试验用数字记录仪GB/T3048.13-92 电线电缆冲击电压试验方法GB4704-92 脉冲电容器及直流电容器四、冲击电压测试系统工作条件：海拔高度: ≤1000 m高压部件的极限温度: - 5℃~+45℃非冷凝条件下周围的相对湿度: ≤90% (at 20℃)使用环境: 室内抗震强度: ≤7.5 级需有可靠的接地点，接地电阻: ≤ 0.5Ω五、冲击电压测试系统2400kV/360kJ技术参数:结构型式: H额定输入电压: 0.4kV额定输入电流: 125A额定输入频率: 50/60Hz额定冲击电压: ±2400 kV (1.2/50μS)额定级充电电压: ±200kV额定充电时间(0-100%): <90s额定冲击容量: 125nF (每个电容3μF/100kV)级数: 12级容量: 1.5μF额定能量: 360kJ级能量: 30 kJ电容器寿命: 100000次全电压充放电运行时间: 在100%额定电压下, 设备可持续运行. 波形参数:标准雷电波(LI): 1.2±30%/50±20%μS 满足IEC60060-2 标准转换波(SI): 250±20%μs /2500±60%μs雷电截波(LIC): 2-6us陡波：>2500kV/us最低输出电压: <10 %Un充电电压的不稳定性: <±1.0 %同步范围: >20%同步放电失控率: <2%点火范围: 10%～100%Un效率: LI: >85% (负载)LI: >90% (空载)SI: >70% (负载)SI: >75%(空载)冲击电压系统图纸:六、主要产品技术参数:1. 冲击电压发生器结构模式: H额定冲击电压: ±2400 kV额定级充电电压: 200kV额定冲击容量: 125nF (每个电容3μF/100kV)级数: 12级容量: 1.5μF额定能量: 360kJ级容量: 30 kJ波形: LI / SI满足IEC60060-2同步范围: >20%同步放电失控率: <2%点火范围: 10%～100%Un电容器寿命: 100000次全电压充放电运行时间: 在100%额定电压下, 设备可持续运行..结构特征:1.1 GDCY-2400kV/360kJ冲击电压发生器用H型结构电容器的每级都是由四个玻璃纤维所支撑，构成一个稳定的冲击电压发生器组件结构。
冲击电压发生器
高电压技术课程设计姓名：赖智鹏学号：U*********班级：电气0809班邮箱：****************冲击电压发生器的设计一、引言冲击电压发生器是一种产生脉冲波的高电压发生装置，在电力系统中主要用于研究电力设备遭受大气过电压和操作过电压时的绝缘性能。
本文是高电压技术课程的课程设计，参考相关文献完成了冲击电压发生器设计，了解了该装置基本原理、设计流程、注意事项等。
二、设计过程1. 最大输出电压300～800kV2. 冲击电容为保证冲击电压发生器有较大适用范围，考虑试验可能遇到的最大的试品电容（不考虑大电力变压器和整卷电缆试验的情况）（1）试品中互感器电容最大，约1000pF（2）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估计值取500pF （3）电容分压器（分压器采用电容式分压器）的电容估计值取600pF 由此得出，总的负荷电容约为210005006002100C pF=++=为保证发生器有足够高的效率，同时兼顾经济性，冲击电容取负荷电容10至20倍，则冲击电容为12(1020)(2100031500)C ～C ～pF==3. 电容器的选择型号MY110—0.2脉冲电容器参数如下表需满足两个要求：（1）电压发生器额定电压要求：300～800kV （2）冲击电容要求：21000～31500pF采用MY110—0.2脉冲电容器，7级串联，此时冲击电压发生器串联放电时，峰值电压约为770kV 满足（300～800kV ），且冲击电容为200000/7=28571满足（21000～31500pF ）4. 回路选择采用高效回路，单边充电。
图 1 高效回路上图中C为型号MY110-0.2脉冲电容器， R为充电电阻，r为保护电阻（同时起均压作用，使电容充电比较均匀），大小取10R，rf为波头电阻，rt为波尾电阻。
回路化简及等效如下图图 2 等效回路充电测量：毫安表测量充电电流，微安表与大电阻串联测量充电电压。
4冲击电压发生器详解
1 冲击电压发生器的功用和冲击电压波形
1.1 冲击电压发生器的功用
冲击电压发生器是一种产生脉冲波的高电压发生 装置，用于研究电力设备遭受大气过电压和操作过电 压时的绝缘性能，同时，冲击电压的破坏作用不仅决 定于幅值，还与波形陡度有关，所以也用于研究某些 电力设备的陡截断波绝缘性能。
其它作用：
用于纳秒脉冲功率;
s1t
在峰值处几乎不变
U 2 U1 (1 es2t ) U 2m (1 es2t )
0.3U 2m U 2m [1 exp(s2t1 )] 0.9U 2m U 2m [1 exp(s2t2 )]
3 冲击电压发生器放电回路的数学分析
3.2 简化回路的近似分析（波头时间计算）
其中：
a b /[C1 ( Rd Rt ) C2 ( Rt R f )]
d Rt C1b
3 冲击电压发生器放电回路的数学分析
3.1 基本分析
反变换得： 方程的根为：
U 2 U1 (es1t es2t )
s1, s2 (a / 2) [(a / 2) b]
s1Tm
e
s2Tm
) U10
波形系数
0
发生器放电电压效率
U 2m / U1 0
3 冲击电压发生器放电回路的数学分析
3.1 基本分析（回路参数的查值计算）
exp[lns0 /(1 s0 )] exp[s0 ln s0 /(1 s0 )]
由
2 exp[( Tt / Tm ) ln s0 (1 s0 )]
只有一边有R，另一边由rf、rt兼作充电电阻，rf、 rt分散在各级内，无专门的rd，也无g0（隔离球隙）， 其充电原理与前述相同，串联放电后的回路不同。
400kv雷电冲击电压发生器 (自动保存的)
电气与电子工程学院《高电压》课程设计（400kv冲击电压发生器的设计）姓名：学号：U*********专业班号：电气1303班评阅人：****：**日期：2016.08.15目录一、设计背景和意义 (3)二、冲击电压发生器基本原理 (4)1、雷电冲击电压波形 (4)2、多级充电电压发生器 (4)三、设计目标 (6)四、设计步骤 (7)1）确定冲击电压发生器级数n (7)2）负荷电容C2选择 (7)3）冲击电容C1选择 (8)4）冲击电压发生器的效率 (8)5）波头电阻R f、波尾电阻R t选择 (8)6）充电电阻R、保护电阻r选择 (10)7）充电时间 (10)8）变压器选择 (11)9）硅堆选择 (11)10）球隙直径选择 (11)五、设计总结与感想 (12)六、附录 (13)七、参考文献 (17)一、设计背景和意义电力系统中的高压电气设备在运行过程中可能会承受短时间的雷电冲击电压和操作过电压的作用。
冲击电压实验就是用来检测各种高压电气设备在雷电压和操作过电压作用下的绝缘性能或保护性能。
雷电冲击电压实验采用全波冲击电压波形或者截波冲击电压波形，其持续时间较短，约数微秒至数十微秒。
其中雷电冲击电压波形由冲击电压发生器产生，而操作冲击电压波可以利用冲击电压发生器产生，也可以利用变压器产生。
因此，很多高压实验室的冲击电压发生器既可以用来产生雷电冲击电压波，也可以用来产生操作冲击电压波。
在此重点讨论雷电冲击电压发生器的设计。
随着超高压输电工程的发展，冲击电压发生器已成为各高压实验室的重要实验设备之一。
其电压和容量不断提高。
可以相信，在超高压输电的工程的发展过程中，必将对冲击电压实验技术提出更高的要求。
二、冲击电压发生器基本原理1、雷电冲击电压波形多级冲击电压发生器的作用原理可以简单地概括为多级电容器并联充电，然后自动串联放电，形成幅值很高的冲击电压波。
雷电冲击电压波形分为全波和截波两种。
全波是具有一定极性的非周期性脉冲电压波，这种非周期性的冲击电压波可以用双指数函数表示：u(t)=A(e−tT1−e−tT2)式中：T1——波尾时间常数，T2——波头时间常数，通常T1≫T2。
冲击电压发生器
1000kV冲击电压发生器及测量系统的设计摘要：本文介绍了1000kV冲击电压发生器及测量系统的基本工作原理，分析了设计过程中的主要问题，结合冲击电压发生器的主要技术指标，对设计过程进行了详细讨论，给出了电路原理图及实物结构图，并对主要元器件进行了选择，最后利用仿真软件ATP对输出波形进行了仿真，以验证选择参数的正确性，同时对某些电路参数对冲击电压波形的影响作出了分析。
关键词：冲击电压发生器；电路设计；结构图；ATP仿真电力系统的高压电气设备在运行时不仅要经常承受正常的工作电压作用,而且还有可能遭受短时雷电过电压和内部过电压的侵袭,所以高压电气设备在安装前要进行必要的过电压的绝缘耐受试验,比如模拟雷电过电压和操作过电压作用。
冲击高压实验是耐压实验的一种，进行冲击高压实验是为了研究电气设备在运行中遭受雷电过电压和操作过电压作用时的绝缘性能[1]。
冲击电压发生器是高压实验室的基本设备之一，它是一种产生脉冲波的高电压发生装置。
由于绝缘耐受冲击电压的能力与施加电压的波形有关，而实际冲击电压波形具有分散性，因此必须对于冲击电压波形参数做统一规定，以保证多次试验的重复性和不同试验条件下的结果的可比较性。
我国采用国际电工委员会（IEC）标准规定标准冲击电压波形。
即规定冲击电压波形为双指数型，波头时间为1.2uS，波尾时间为50us，冲击电压峰值一般为几十千伏到几兆伏。
1设计要求1.1设计指标设计一台1000kV的冲击电压发生器及测量系统，可以对2000pF的试品电容做冲击试验。
1.2基本要求冲击电压发生器应该满足以下几个要求：1) 能产生1.2/50μs 的标准雷电波。
2) 能给2000pF 以内的试品作冲击电压试验。
3) 要求画出结构简图。
4) 要求设计出各种元器件的参数（如电容、电阻器参数和型号等，球隙间 距等）。
5) 给出仿真波形并进行分析。
2冲击电压发生器的设计原理如图1所示，为标准冲击电压波形。
在经过时间T1时，电压从零上升到最大值，然后经过时间T2-T1，电压下降到最大值的一半。
冲击电压发生器
等值电路
冲击电压发生器冲击电压发生器动作时的等值电路如图2所示。图中C1为主电容，又称冲击电容，它相当于 各级串联后的总电容,即;C2为负荷电容,即C2=C0，它包括调波电容、试品电容、测量设备（分压器）电容及联线 等寄生电容;G代表控制放电的球隙;Rf和Rt分别为波头电阻和波尾电阻,它们相当于各级rf和rt的总和，即 Rf=nrf，Rt=nrt；U1为充电电压,它相当于各级串联后的总电压，即U1=nV；U2为输出电压,即所需的冲击电压。 此等值电路相当于单级冲击电压发生器的电路。根据电路分析，输出电压U2(t)为一双指数函数
冲击电压发生器
仪器设备
01 简介
03 工作原理 05 效率
目录
02 特点 04 等值电路 06 主要技术参数
冲击电压发生器主要用于电力设备等试品进行雷电冲击电压全波、雷电冲击电压截波和操作冲击电压波的冲 击电压试验，检验绝缘性能。
100～kV系列各种容量成套冲击电压（电流）试验装置。并可提供多种波形系列成套冲击电压（电流）发生 器。冲击试验装置主要由：发生器本体、截波、分压器、四组件控制台（控制台分为微机型和普通型）、数字化 波形记录系统等组成。
τ1>>τ2
参考此分析解，并根据实际经验，冲击电压波形参数可按下式作近似估计：波前时间
半峰值时间
T2≈0.6压发生器输出电压幅值V2m与充电电压пV之比称作发生器的效率η，即 η=(V2m /nV)×100% 对雷电冲击波，η一般约80%；对操作冲击波，η有时仅60%。 冲击电压波形参数T1(Tcr)、T2及发生器效率η与回路结构和参数有关，均需通过实际调试进行调整和确定。 对于电力变压器等带有绕组的电力设备，通常还要求做雷电冲击截波试验。冲击电压发生器外接一截断间隙 即可产生冲击截波。标准雷电截波是标准雷电冲击波经过2～5μs截断的波形。 冲击电压发生器是高电压试验室的基本试验设备之一。目前中国已建的冲击电压发生器最高额定电压为6MV， 有的国家个别的高达10MV。
冲击电压发生器课程设计
冲击电压发生器课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能够理解冲击电压发生器的基本原理，掌握其组成部分及功能。
2. 学生能够描述冲击电压发生器在工作过程中的电压变化规律。
3. 学生能够解释冲击电压发生器在电力系统中的应用及其重要性。
技能目标：1. 学生能够运用所学知识，分析冲击电压发生器电路图，并进行简单故障排查。
2. 学生能够设计简单的冲击电压发生器实验方案，进行实验操作，并处理实验数据。
3. 学生能够通过团队合作，完成冲击电压发生器的组装与调试。
情感态度价值观目标：1. 学生能够认识到冲击电压发生器在电力系统中的重要作用，增强对电力工程领域的兴趣。
2. 学生在团队合作中，培养沟通、协作和解决问题的能力，提高自信心。
3. 学生能够关注冲击电压发生器的安全使用，增强安全意识，养成严谨的科学态度。
课程性质：本课程为电力工程领域的一门实践性较强的课程，旨在让学生掌握冲击电压发生器的基本原理和实际应用。
学生特点：学生具备一定的电路基础知识，但对冲击电压发生器的了解较少，需要通过实践操作加深理解。
教学要求：教师应注重理论与实践相结合，引导学生通过实验、组装和调试等环节，提高学生的动手能力和实际问题解决能力。
同时，关注学生的情感态度价值观的培养，使学生在学习过程中形成良好的科学素养。
二、教学内容1. 冲击电压发生器原理- 电压发生器的基本概念- 冲击电压发生器的分类及工作原理- 冲击电压发生器在电力系统中的应用2. 冲击电压发生器电路分析- 电路图的识别与分析- 电压变化规律及其影响因素- 故障排查与解决方法3. 冲击电压发生器实验操作- 实验设备的使用与注意事项- 实验方案的设计与实施- 实验数据的处理与分析4. 冲击电压发生器组装与调试- 组装步骤及注意事项- 调试方法与技巧- 故障排除及优化5. 安全与规范- 冲击电压发生器使用中的安全防护措施- 操作规范及注意事项- 事故案例分析及预防教学内容安排与进度：第一周：冲击电压发生器原理学习第二周：冲击电压发生器电路分析第三周：冲击电压发生器实验操作第四周：冲击电压发生器组装与调试第五周：总结与评价，安全与规范教育本教学内容依据课程目标，注重理论与实践相结合，以课本为基础，拓展相关知识点，使学生全面掌握冲击电压发生器的相关知识。
李智威400KV冲击电压发生器设计
《高电压技术》课程设计冲击电压发生器的设计冲击电压发生器的设计非著名非著名准研究生准研究生准研究生李智威李智威李智威2010年盛大发布盛大发布大纲课程：高电压技术题目：冲击电压发生器设计内容简介：高压冲击电压的产生常采用多级冲击电压发生器实现。
冲击发生器的器件类型和杂散参数对电压波形均有影响。
本项设计的目的在于设计一套冲击电压发生器及其测量系统。
通过课程设计，掌握有关设计的基本步骤与规范；掌握冲击电压发生器的工作原理、波形形成过程、波形参数描述与计算方法等，巩固高电压的知识，增强感性认识。
掌握冲击电压发生器的参数设计、总体结构、器件选型和绝缘设计。
课设方式（软件或硬件方面的内容和条件）：对冲击电压发生器及其测量系统进行回路设计、波形仿真分析、器件选型和结构设计。
通过查阅高电压技术参考教材、产品手册和计算机仿真，获得比较符合工程实际的设计。
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）容性试品目录一、冲击电压发生器基本原理 (1)1.1、标准雷电冲击波波形 (1)1.2、冲击电压发生器基本原理 (2)1.3、多级冲击电压发生器 (2)二、冲击电压发生器基本设计 (3)2.1、设计目标 (3)2.2、冲击电压发生器组成 (4)三、各部分具体设计 (4)3.1、充电回路的选取 (4)3.2、主电容（冲击）、负荷电容计算 (5)3.3、电阻的计算 (5)3.4、变压器的选择 (7)3.5、高压硅堆的选择 (8)3.6、球隙直径的选择 (8)3.7、充电装置 (8)3.8、测量部分设计 (9)3.9、屏蔽罩，移动装置，绝缘支柱 (10)3.10、冲击电压发生器的控制系统 (11)3.11、matlab仿真 (12)四、设计总结 (13)五、参考资料 (14)冲击电压发生器的设计一、冲击电压发生器基本原理电力系统中的高压电气设备，除了承受长时期的工作电压外，在运行过程中，还可能会承受短时的雷电过电压和操作过电压的作用。
4冲击电压发生器详解
3 冲击电压发生器放电回路的数学分析
3.2 简化回路的近似分析
U 2 U 1(es1 t es2 t)
| s2 |》| s1| e s1t 在峰值处几乎不变
U 2 U 1( 1 e s 2 t) U 2 m ( 1 e s 2 t)
0.3U2mU2m[1exsp2t1()] 0.9U2mU2m[1exsp2t2()]
为获得非振荡波
1/2
，取临界值，得 RdRf
2L
CC 11CC 22
T f 2 . 3 T 2 2 . 3 T 2 7 2 . 3 3 ( R d R 3 f ) C 1 C 2 / C 1 ( C 2 )
临界阻尼波头时间： Tf 4.6(6L)C 1/2
4 冲击电压发生器的充电回路
4.1 几种充电回路介绍
2 冲击电压发生器的基本原理
2.2 双边充电的冲击电压发生器
要提高冲击电压发生器的输出电压有两种途径： 1、提高充电电压，但受电容器额定电压的限制； 2、增加级数，但级数多了会给同步带来困难。
双边充电回路在不增加级数，在相同充电电压下， 输出电压增加一倍。
2 冲击电压发生器的基本原理
2.3 冲击电压发生器的高效回路
对雷电冲击Tf 较短，一般R在104级时，就能满足要求；但操作 冲击，Tf 较长，为满足这种需求，势必R↑，充电时间很长，充
电很不均匀，效率很低。要求内部放电时间常数为外部放电时 间常数的10～20倍。
从上述几个回路分析看，充电时间是比较重要的，下面对其 进行简要分析。
4 冲击电压发生器的充电回路
回路系数ξ与电路的形式和参数有关。
3 冲击电压发生器放电回路的数学分析
3.1 基本分析
由
冲击电压发生器设计说明书
8.调波装置
标称电压
2800kV
电容量
4500pF
波形参数
标准雷电波
三. 结构要求 1.冲击电压发生器本体采用塔式组合结构。具有封闭式点火系统、登高扶梯、安全操
作平台、自动接地和安全接地系统及气垫移动系统。 2.发生器可并、串联使用。 3.弱阻尼电容分压器为可移式。
四. 设备参数 1.冲击电压发生器本体 1-1 发生器本体结构(参看图 1-1) 1-1-1 本体结构为四柱方形结构，每级两只电容器分别挂在钢支架外侧，钢架之间用
nRt： Rt： Tt：
62.88
144//144=72
57.25
发生器放电回路半峰值电阻值。 发生器每级半峰值电阻值。 半峰值时间。
由表 1、2、3、的计算结果确定雷电波波前电阻为：60Ω、40Ω、5Ω三组。半 峰值电阻为 144Ω两组并联使用。使用调波装置调波时：
1、C2=3+1.2=4.2nF，本体全级使用，波前电阻配置为(40//5)×21=93.3Ω。 2、C2=8+1.2=9.2nF，本体 16 级使用，波前电阻全部短接。
(pF) 2000 3000 4000 5000
Rf (Ω) 26.0 17.42 13.13 10.6
Rd (Ω) 19.6 16.1 13.93 12.49
每级选配电阻值 (Ω)
60//60=30 40//40=20 60//40//40=15 1/10[(60//40//40)×8+5×2]=13.0
当发生器一并二十一串时，主电容C1=0.0476μF，级电容 1.0μF， 杂散电感 90μH。雷电波波前电阻和最小阻尼电阻计算结果见表 1:
表1
总负荷电容
Rf
高电压课设设计冲击电压发生器
目录课程设计要求.。
...。
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....。
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.3设计原理.......。
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.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.。
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.11参考资料....。
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(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。
冲击电压发生器学习资料
冲击电压发生器1000kV冲击电压发生器及测量系统的设计摘要：本文介绍了1000kV冲击电压发生器及测量系统的基本工作原理，分析了设计过程中的主要问题，结合冲击电压发生器的主要技术指标，对设计过程进行了详细讨论，给出了电路原理图及实物结构图，并对主要元器件进行了选择，最后利用仿真软件ATP对输出波形进行了仿真，以验证选择参数的正确性，同时对某些电路参数对冲击电压波形的影响作出了分析。
关键词：冲击电压发生器；电路设计；结构图；ATP仿真电力系统的高压电气设备在运行时不仅要经常承受正常的工作电压作用,而且还有可能遭受短时雷电过电压和内部过电压的侵袭,所以高压电气设备在安装前要进行必要的过电压的绝缘耐受试验,比如模拟雷电过电压和操作过电压作用。
冲击高压实验是耐压实验的一种，进行冲击高压实验是为了研究电气设备在运行中遭受雷电过电压和操作过电压作用时的绝缘性能[1]。
冲击电压发生器是高压实验室的基本设备之一，它是一种产生脉冲波的高电压发生装置。
由于绝缘耐受冲击电压的能力与施加电压的波形有关，而实际冲击电压波形具有分散性，因此必须对于冲击电压波形参数做统一规定，以保证多次试验的重复性和不同试验条件下的结果的可比较性。
我国采用国际电工委员会（IEC）标准规定标准冲击电压波形。
即规定冲击电压波形为双指数型，波头时间为1.2uS，波尾时间为50us，冲击电压峰值一般为几十千伏到几兆伏。
1设计要求1.1设计指标设计一台1000kV的冲击电压发生器及测量系统，可以对2000pF的试品电容做冲击试验。
1.2基本要求冲击电压发生器应该满足以下几个要求：1)能产生1.2/50μs的标准雷电波。
2)能给2000pF以内的试品作冲击电压试验。
3)要求画出结构简图。
4)要求设计出各种元器件的参数（如电容、电阻器参数和型号等，球隙间距等）。
5)给出仿真波形并进行分析。
2冲击电压发生器的设计原理如图1所示，为标准冲击电压波形。
在经过时间T1时，电压从零上升到最大值，然后经过时间T2-T1，电压下降到最大值的一半。
(完整word版)冲击电压发生器仿真设计
冲击电压发生器仿真设计一、设计目的1.理解冲击电压发生器的工作原理和绝缘冲击试验的内容；2.掌握冲击电压发生器的设计方法和matlab仿真软件的使用；3.学习分析冲击电压发生器充电回路的效率及波形参数。
二、设计要求1.设计一台冲击电压发生器，产生冲击电压波。
冲击波形的参数：波前时间为2.0us，半峰值时间为36us；试品电压等级110kV。
2.参考《高电压试验技术》（清华大学版）。
三、设计任务1.画出电路设计原理图选用高效率双边对称充电回路，如图3、4所示图3 发生器的充电回路图4 发生器的放电回路2.确定各元件参数2.1额定电压的选择：110kV产品的雷电冲击试验电压如表所示（按GB311.1-1997）表1 110kV产品的雷电冲击耐受电压上表所示的都是耐受电压。
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U1=550×1.3 ×1.1 /0.85kV=925.3kV2.2冲击电容的选择：如不考虑大电力变压器试验和整卷电缆试验和互感器试验，就绝缘子的电容按100pF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 ,电容分压器的电容估计为600pF，则总的负荷电容为C2=100+500+600=1200pF如按冲击电容为负荷电容的10倍来估计，约需冲击电容为C1=10C2=12000pF2.3电容量的选择：从国产脉冲电容器的产品规格中找到MY220-0.1瓷壳高压脉冲电容器比较合适，电容器规格如下表2表2用此电容器5级串联，标称电压可达到1100 kV ，基本上满足前述需要。
每级由两个电容器串联，使冲击电容C 1=0.1/5=0.02μF此值＞10C 2 可使（电压）效率不致很低。
2.4冲击电压发生器主要参数：标称电压 1=22051100U k ⨯=冲击电容 10.02C F μ=标称能量 2211/20.02(1100)/212.1n W C U F kV kJ μ==⨯=2.4波前电阻和放电电阻的计算当试品电容为100pF ，负荷总电容1200pF 时，波前时间12122.0 3.24/()3.240.020.0012/(0.0212)f f f T s R C C C C R F F F μμμμ==⨯+=⨯⨯求得545.26f R =Ω，每级电阻/5109.1f f r R ==Ω 考虑回路电感影响时，12122.33/()f f T R C C C C =⨯+求得758.22f R =Ω，每级电阻/5151.6f f r R ==Ω。
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高电压技术课程设计——冲击电压发生器的设计专业：>>>>>>班级：>>>>>>设计者：>>>>>>学号：>>>>>>指导老师：>>>>>>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 1.1/0.85647U 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：221/20.0333660/27.26n 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215(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）来选择硅堆额定电流。
电流的有效值是大于平均值的。
2.175/(550.0495n I kVA kV A ==因此，选硅堆的额定电流为0.05A 。
选择2D L —150/0.05高压硅堆。
11.球隙直径选择：由资料可知，在间隙距离为4.5cm 时Φ10cm 球隙的放电电压为115kV ，故选Φ10cm 铜球，一共7对。
12.波前电阻和波尾电阻阻丝选择计算：已知31.25f r =Ω，340t r =Ω，一级电容器储能为：2632/20.50.210(11010) 1.21CU kJ kJ -=⨯⨯⨯⨯=。
假定试品不放电时能量全部消耗在t r 中，试品短路放电时的能量340/（340＋31.25）kJ ，即1.11kJ 消耗在f r 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值为2×340Ω即680Ω，每股电阻丝消耗的能量为1.21/2kJ 即605J 。
冲击放电的过程很快，电阻丝消耗的能量可按绝热过程考虑，所消耗的能量全部转变为电阻丝温度的升高。
如所采用的电阻丝为康铜丝，康铜丝的密度ν为28.9/g cm ，电阻率ρ为60.4810m -⨯Ωg ，比热容m C 为0.417/()J g C og ，电阻允许最高温升θ为150℃。
令电阻丝长度为l/m ，直径为d/mm ，则可得204()R l d ρπ= （1）而消耗的能量 2/4m W l d C νπθ=⨯⨯ （2）将式（1）和式（2）消去l ，得电阻丝的直径为[]1/40/()m d W R C ρνθ= （3）首先令0262.5f R r ==Ω，550W J =，最后，由式（3）得[]1/45500.48/(8.962.50.417150)0.333d mm mm =⨯⨯⨯⨯=实际选Φ0.35mm 的电阻丝两根，并按相反方向并绕。
由式（1）得其中一根阻丝的长度为 220/(4)62.50.35/(40.48)12.53l R d m m πρπ==⨯⨯⨯=实际温升可由式（2）得24/()122.9m W l d C C θνπ︒==再次令02680t R r ==Ω，605W J =代入式（3）得电阻丝的直径为0.188d mm =，实际选Φ0.20mm 的电阻丝按相反方向并绕。
可算得一根电阻丝的长度l 为44.5m ，实际温升θ为116.6℃。
用所选康铜丝两根并联，并按相反方向绕到绝缘棒上，要求匝间距离尽可能小。
电阻棒的长度应使两端间能耐受110kV 的电压。
13.一次分压器的设计：采用电容分压器分压，使用如图3示测量回路。
同轴电缆输出端电压设为2kV ，然后经电阻分压器二次分压，把信号电压输入示波器。
考虑二次分压用的电阻分压器阻值很大，其阻抗效应可忽略。
高压臂电容选国产MY500—0.00012脉冲电容器较合适，其参数如表5。
型号 额定电压 / kV 标称电容 /µF 外形尺寸 / mm 重量 / kg 外壳MY500—0.00012 500 0.00012 Φ182×1155 28.2 胶纸壳用此种电容器三个并联，使高压臂130.000120.00036C F F μμ=⨯=由于设同轴电缆输出端电压幅值为2kV ，故分压比 K=660/2=330。
12123302()/2(0.00036)/(0.00036)K C C C F C F μμ==+=+求出20.06104C F μ=。
用MY80—0.03脉冲电容器组成低压臂，其参数如表6。
表6. MY80—0.03脉冲电容器的规格用此种电容器两级串联，使分压器额定电压可达（500＋80×2）kV ＝660kV ，可用于测量冲击电压。
每级由4个电容器并联，使低压臂电容2(0.034/2)0.06C F F μμ=⨯=故分压器的实际分压比为1212()/2(0.000360.06)/0.00036335.3K C C C =+=+=即同轴电缆输出端电压 21/(660/335.3) 1.968u U K kV kV ===14.二次电阻分压器：高压臂取10000H R =Ω，低压臂100L R =Ω，则分压比2()/101H L L K R R R =+=最终输入示波器的电压幅值为（1968/101）V ＝19.5V .三．设计总结及感想冲击电压发生器的设计可分为两个部分，第一是冲击电压发生器本身的设计，包括冲击电容的选定，波前电阻和波尾电阻的计算，充电电阻和保护电阻的选定，波前电阻和波尾电阻阻丝选择，变压器的选择，高压硅堆的选择，球隙直径的选择等。
第二是冲击电压测量回路的设计，包括一次分压器的选择和二次分压器的选择。