高压试验室课程设计

1. 绪论

高电压技术的发展始于上个世纪初，随着电力工业的发展，高压远距离输电的电压等级在不断提高，这对高电压技术的发展有很大的促进作用。

此外直流输电的发展，也对高电压技术提出了新的课题。尽管高电压技术的早期发展是与电能的传送密切关联的，但目前高电压技术已超越电力电工部门而在很多领域得到应用，例如大功率脉冲技术、静电技术、等离子体放电和液体中放电的应用等。从某种意义上来说，高电压技术着重研究的是高电场强度下的介质现象，因此高电压技术所研究的内容对微电子学也是很重要的。

研究高电压技术的目的是为了实现电力系统的安全运行。在运行条件下，电气设备和输电线路的绝缘不但长期处于工作电压之下，而且会受到短时作用的过电压，如由雷电引起的雷电过电压和由于电力系统中操作或事故引起的过电压。所以绝缘必须耐受工作电压的长期作用，并耐受可能出现的过电压，才能保证设备的工作可靠性。要做到这一点，必须从两个方面入手，一方面要保证和提高绝缘的耐受电压，另一方面要设法降低和限制过电压。为了检验绝缘是否具有应有的耐受电压水平，必须按试验标准对绝缘进行试验。对高电压技术而言，气体等离子体和液体、固体绝缘的特性具有根本意义。试验在这个领域内的研究工作中具有重要的地位。为了解决高电压技术教学和科研工作中的许多问题，试验技术是必不可少的。

高电压技术课程设计是学习高电压技术理论的重要环节，其目的在于通过设计高压实验室，使同学们掌握高压实验室的设计过程，熟悉高压试验设备，了解高压实验室的发展状况。设计内容主要是阐述高压实验室的设计的基本原则、要求、步骤和计算方法，并介绍了设计常用图表、常用的试验设备的及经济资料。同时，还结合书中各章节介绍了有关的设计技术规程、规定。

本设计是配合《高电压绝缘》、《高电压试验技术》、《电力系统过电压》、《高压电器》及《高电压技术》等教材编写的。并且参考了《高压实验室设计参考资料》。本设计内容共分四部分，分别是：实验设备选择；高压实验室设计；地网设计和屏蔽设计。

2. 实验设备的选择设计

2.1 确定高压试验项目

高压试验主要是对绝缘介质进行试验，绝缘介质包括气体、液体、固体或几种介质组合的绝缘。对绝缘介质，一般可看成一个等值的电容性试品。因此，其试验项目可归纳为：

（1）无破坏型的检查试验：绝缘电阻的测量，泄漏电流的测量，吸收比试验，测介质损耗因数（tanδ），测量绝缘内部的局部放电，绝缘油试验；

（2）耐压试验：工频耐压试验、雷电冲击耐压试验和操作冲击耐压试验。（3）在运行电压下的在线监测：对电气设备绝缘的温度测量（如热像仪），对绝缘油进行溶解气体的色谱分析，局部放电量及放电部位的测试和介质损耗因数及泄漏电流的测试等。

（4）研究性试验

一、 额定电压选择

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U 1=950X1.3X1.1/0.85=1598.24

二、冲击电容选择

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估计为500PF ，电容分压器的电容估计为

600PF ，则总的负荷电容为

C 2=1000+500+600=2100 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 C 1=10 C 2≈21000 PF

三、电容器选择

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1个电容器并联，使冲击电容C 1=0.2/6=0.0333μF ，此值>10 C 2，可使电压效

率不至很低，发生器的高度约为6m 左右。

四、回路选择

选用高效率回路和倍压充电，如下图所示。

五、冲击电压发生器主要参数

标称电压U

1=110X6=660 KV 冲击电容C

1

=0.0333μF

标称能量W

n = C

1

U

1

2/2=0.0333X6602=7.26 KJ

六、波前电阻和波段电阻的计算

当试品电容约为1000 PF，负荷总电容为2100 PF，波前时间

T

f =1.2 μs=3.24 Rf X C

1

C

2

/( C

1

+C

2

)=3.24 X Rf X

0.0333X0.0021/(0.0333+0.0021) 求出Rf=187.5Ω,每级r

f

=Rf/6=31.25Ω。

在考虑回路电感影响时，采用下式进行计算，即T

f =2.33Rf X C

1

C

2

/( C

1

+C

2

)

则可得：Rf=260.71Ωr

f

=43.45Ω

半峰值时间与参数的关系，按下式计算。半峰值时间

T

t =50 μS=0.693R

t

（0.0333μF + 0.0021μF）

R

t =2038Ωr

t

= R

t

/6=340Ω

七、冲击电压发生器的效率

η= C

1/( C

1

+C

2

)=0.0333/(0.0333+0.0021)=0.94

此值比原估计的效率0.85高，所以选择的电容是合适的。

八、充电电阻和保护电阻的选择

要求C（R+r

f ）≥（10-20）C

rt

得R≥20r

t

-r

f

=20X340-31.25≈6769Ω取R=10kΩ，

每根充电电阻的结构长度应能耐受110KV，如取保护电阻r为充电电阻R的40倍，则保护电阻为400KΩ。

九、充电时间的估算

由于采用了倍压充电回路，难以精确分析。现仍按简单整流充电的计算法，

但仍考虑到电容C的另一侧为r

t 及r

f

，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倍压时，

T

充=15(r

+r+n

R

/2)XnC，设r

=r则T

充

=15X(400+400+6X10/2)X6X0.21=15 S,实

际上还存在充电回路中C

0的影响，它可使充电时间增加一些，可估计充电T

充

为

20s。

十、变压器选择

根据P=2.5n CU

02/t

充

并加大安全系数到3.0，以考虑倍压充电回路所需容量。

变压器容量=3.0X2Wn/T

充

=3.0X2X7.25/20=2.175

变压器电压=1.1X55/√2=42.78 KV

所以，选择国产试验变压器，型号为YD—3/50，额定容量3KVA，额定电压输入220V，输出50KV，额定电流输入13.63A，输出0.06。

十一、硅堆的选择

考虑到缩应充电时间，充电变压器经常提高10%的电压，因此硅堆的反峰电