高电压5-3

1. 分压器与数字记录仪（示波器）
由于可同时测定波形和峰值，所以在测量中被广泛使用。由 于数字记录仪的输入电压一般小于数百伏，所以常和分压器一起 构成冲击电压测量系统来进行测量，如图5-30所示。
图5-30 冲击电压测量系统
冲击电压分压器的分类
对雷电冲击电压的测量，都可采用； 对操作冲击电压的测量，主要采用电容分压式
• 5-9最常用的测量冲击电压的方法有哪几种 • 答： • 目前最常用的测量冲击电压的方法有：①分 压器-示波器；②测量球隙；③分压器-峰值 电压表。 • 球隙和峰值电压表只能测量电压峰值，示波 器则能记录波序，即不仅指示峰值而且能显 示电压随时间的变化过程。
小 结
交流耐压试验时，试验变压器的容量与被试品的 电容量成正比； 当需要较高试验电压时，可采用几台试验变压器 串接的形式，随着串接台数的增加，装置的利用 率减低；
冲击电压发生器的效率：
Um C0 U 0 C0 C f
主电容C0上的 最大 充电电压
2.基本回路 标准雷电冲击全波采用的是非周期性双指数波。
t t
u(t ) A(e
1
e
2
)
1
——波尾时间常数
2 ——波前时间常数
图5-23 (a) 双指数函数冲击电压波
波前， u(t ) A(1 e
x
y
F O T O’ f
Tt
t
标准操作冲击电压： 250/2500[s]
冲击高电压试验是用来检验各种高压电气设备
在雷电过电压和操作过电压作用下的绝缘性能或保
护性能。
冲击电压 发生器本体
整流充电
被试品
控制系统
冲击电压 测量系统
5.3.1 冲击高电压的产生
1. 冲击发生器的基本原理
隔离间隙
C0＞＞Cf Rt ＞＞Rf 波前电阻
波前电容
主电容
图5-22 冲击电压发生器原理图
波尾电阻
利用高压电容器通过球隙对电阻电容回路放电来产 生冲击电压。
• 波前时间T1=3.24RfCf
• 半波峰时间T2=0.7Rt（C0+Cf）
• 调节Rf，可调节Cf的充电时间，从而调节T1；
• 调节Rt，可调节Cf对Rt的放电时间，从而调节
T2；
试品上得到的最 大电压
补充： 冲击电压发生器放电回路的近似计算
U
Rd
_ + C1
Rf Rt C2
u2(t)
（1）波前时间的确定
0
u2 u2max (1 e
t1时u2 0.3u2max
t / 2
)
2 ( Rd R f )
C1C2 C1 C2
典型等效电路
0.3U2max U2max (1 et1 / 2 )
测量系统的特性由分压比和响应来表示。
（1）分压比：分压器输入端所加电压的峰值除以测量系统 输出端出现的电压峰值。 （2）响应：分压器的输入端施加某一波形电压A(t)，与之 相对应，在测量系统的输出端会出现电压U(t)，U(t)即为对 A(t)的响应。通常采用A(t)为直角波时的响应来反映分压器 的特性。
等于Uc时，Fl即自行击穿，起动整套装置。可见这时输出的
冲击电压高低主要取决于F1的极间距离，提高充电电源的电 压，只能加快充电速度和增大冲击波的输出频度，而不能提 高输出电压。 • ②是使各级电容器充电到一个略低于F1击穿电压的电压水平 上，处于准备动作的状态，然后利用点火装置产生一点火脉 冲，达到点火球隙F1中的一个辅助间隙上使之击穿并引起F1 主间隙的击穿，以起动整套装置。
（2）放电过程：当需要启动冲击电压发生器时，可向点火球
隙的针极送去一脉冲电压，针极和球表面之间产生火花放电， 引起点火球隙放电，各球隙相继放电，放电过程短暂，可近 似认为各个R支路开路，全部电容器串联起来，对波尾电阻R2 和波前电容C2进行放电，被试品上的负极性冲击电压波幅值 接近：-4Ucη
图5-29冲击电压发生器放电过程等值电路
U 2m
R2 C1 U0 R1 R2 C1 C2
U 2m 0.7 ~ 0.8 U0
放电回路的利用系数或效率
实际冲击电压发生器采用图5-26的回路。
图5-26 冲击电压发声器常用回路（高效回路）
放电回路的利用系数
U 2m C1 R2 U0 C1 C2 R11 R2
（2）半峰值时间的确定
u2 u2max e
1 U 2max u2max e Tt /1 2
t /1
1 (C1 C2 ) Rt
Tt 1 ln 2 0.69( Rt Rd )(C1 C2 )
（3）冲击电压发生器的效率
Rt C1 对于低效回路： Rd Rt C1 C2
e
t2 / 2
0.7 0.1
t2时u2 0.9u2max
0.9U2max U2max (1 et2 / 2 )
e
t2 / 2
t2 t1 2 ln 7
Tf t2 t1 1 0.6
T f 3.24( Rd R f )
C1C2 C1 C2
U 50%
U i ni ni
(3) 冲击峰值电压表 其工作原理如图5-33所示，冲
击电压经整流后对电容器充电，然后通过高输入阻
抗的放大器，可测得充电电压。
图5-33冲击峰值电压表
5.3.3 绝缘的冲击耐压试验
1.电气设备内绝缘实验方法
其雷电冲击耐压试验采用三次冲击法，即对被测
试品施加三次正极性和三次负极性雷电冲击试验
• 5-7简述冲击电流发生器的基本原理。 • 答：由一组高压大电容量的电容器，先通过直 流高压并联充电，充电时间为几十秒到几分； 然后通过触发球隙的击穿，并联地对试品放电 ，从而在试品上流过冲击大电流。
图5-22 冲击电压发生器原理图
• 5-8冲击电压发生器的起动方式有哪几种？
• 答：冲击电压发生器的起动方式有以下两种： • ①是自起动方式。这时只要将点火球隙F1的极间距离调节到 使其击穿电压等于所需的充电电压Uc，当F1上的电压上升到
t 2
) 波尾 u(t ) Ae

t
1
图5-25 可获得完整冲击电压波的回路 低效回路
图5-24 (a)可获得冲击电压波前的回路 (b)可获得冲击电压波尾的回路
原理：（1）充电过程：C1向C2充电，建立电压，形成波头； （2）放电过程：当C1、C2上的电压相等时，并联对R2放电，形成波尾。
径太小（小于12.5cm）时，为减小分散性，应对球隙 进行照射。
b. 利用球隙测量冲击电压时，如在球隙前串联电阻，球
隙击穿瞬间很大，串联电阻后会在其上造成很大的压 降，使测量出现较大的不确定度。但为避免球隙击穿
时所造成的振荡对被试品的损伤，需要加入串联保护 电阻（无感电阻，其值应不大于500）。
确定50%放电电压的方法：
u1 u1 R1 R2 u1 C1 u2 u2 C2 C1 R1 C2 R2 u2
并联电阻是R=1000MΩ的 高阻时，可构成通用型分 压器
u1 C1 R1
C2
R2
u2
（a）电阻分压器
(b) 电容分压器
(c) 阻尼电容分压器
(dห้องสมุดไป่ตู้ 阻容并联分压器
串入阻尼电阻可有效的抑 制高压端的局部振荡，使 用范围广
（1）多级法 以预期的50%放电电压的2~3%作为电压级差，对被 试品分级施加冲击电压，每级施加电压10次，至少要加4 级电压。求出每级电压下的放电次数和施加次数之比后， 将其按电压值标于正态概率纸上，给出拟合直线，在此直 线上对应于P=0.5的电压值即为50%放电电压。 （2）升降法 估计50%放电电压的预期值，取的2~3%为电压增量， 凡上次加压如已引起放电，则下次加压比上次电压低；凡 上次加压未引起放电，则下次加压比上次电压高。这样反 复加压20~40次，分别计算出各级电压下下的加压次数， 按下式求出50%放电电压
对于高效回路： C1 C1 C2
U 2max U1
600kV冲击电压发生器
采用足够大的屏蔽电极，可大大 缩小发生器对周围物体的安全距 离。图中为小块金属片拼成的单 环屏蔽电极，也可以用双环或球形
冲击高压发生器图片
5.3.2 冲击高电压的测量
冲击电压的测定包括：幅值测量和波形记录 标准规定： 对于标准全波、波尾截断波以及1/5s短波，幅值的 测量不确定度不超过±3%，1s以内波头截断波，其幅 值的测量误差不超过±5%，波头及波长时间的测量不确 定度不超过10%。 目前最常用的冲击电压的测量方法： ①分压器-示波器；②测量球隙；③分压器-峰值电压表
U 2m
R2 C1 U0 R1 R2 C1 C2
U 2m 0.7 ~ 0.8 U0
放电回路的利用系数或效率
波前，
波尾，
u(t ) A(1 e u(t ) Ae

t 2
)
t
1
图5-25 可获得完整冲击电压波的回路 低效回路
图5-24 (a)可获得冲击电压波前的回路 (b)可获得冲击电压波尾的回路
冲击高压可采用球隙和分压器测量系统进行测量
。
各种预防性试验方法的特点总结
冲击电压发生器的起动方式：
自起动方式：只要将点火球隙F1的极间距离调节到 使其击穿电压等于所需的充电电压U C ，当F1上的电 压上升到等于U C 时，F1即自行击穿，起动整套装置。
方式二：使各级电容器充电到一个略低于 F1击穿电 压的水平上，处于准备动作的状态，然后利用点火装 置产生一点火脉冲，送到点火球隙F1中的一个辅助间 隙上使之击穿并引起 F1的主间隙击穿 ,起动整套装置。