华科——高电压测试研究生课程大作业(冲击电压发生器设计)
第7章 冲击电压发生器
图2 记录电压波形和试验电压波形 (a)记录和试验电压波形；(b)基本波形叠加滤波后残余波形成
为试验电压波形
图3 雷电冲击电压截波 (a)在波尾截断的雷电冲击；(b)在波前截断的雷
电冲击
图4 冲击电压发生器基本回路
T—试验变压器；D—高压硅堆；r—保护电阻；R—充电电阻；
C1～C4—主电容器；rd—阻尼电阻；C′—对地杂散电容； g1—点火球隙；g2～g4—中间球隙；g0—隔离球隙；Rt—放电电阻；
第七章 冲击电压发生器 的原理
图1 雷电冲击电压全波
图1中0为原点。有时用示波器摄取到的波形，在0点 附近往往模糊不清，或是有起始之振荡。在产生冲
击电压的发生器的内电感大时，波形起始处也可能 有一小段较为平坦。此时波形的原点(真正的起始点) 在时间轴上不容易确定。电压波的峰值点，由于比 较平坦，在时间上也不易确定。IEC和国家标准采用 了如图1所示的办法来求得视在原点O1，再从O1算起 求出波前时间Tf和半峰值时间Tt。规定是视在波前时 间Tf为T/0.6。规定的标准雷电冲击试验电压波的波前 时间Tf为 ，半峰值时间Tt为 。
Rf—波前电阻；C0—试品及测量设备等电容
图5 冲击电压发生器串联放电时的等效回路
图6 双边充电的冲击电压发生器回路
图7 冲击电压发生器高效率回路
冲击电压发生器的设计
冲击电压发生器的设计一、工作原理冲击电压发生器通常都采用Marx 回路，如图1所示。
图中C 为级电容,它们由充电电阻R 并联起来,通过整流回路T-D-r 充电到V 。
此时,因保护电阻r 一般比R 约大10倍,它不仅保护了整流设备,而且还能保证各级电容充电比较均匀。
在第1级中g0为点火球隙，由点火脉冲起动；其他各级中g 为中间球隙,它们调整在g0起动后逐个动作。
这些球隙在回路中起控制开关的作用,当它们都动作后,所有级电容C 就通过各级的波头电阻Rf 串联起来,并向负荷电容C0充电。
此时,串联后的总电容为C/n ，总电压为nV 。
n 为发生器回路的级数。
由于C0较小，很快就充满电,随后它将与级电容C 一起通过各级的波尾电阻Rt 放电。
这样，在负荷电容C0上就形成一很高电压的短暂脉冲波形的冲击电压。
在此短暂的期间内,因充电电阻R 远大于Rf 和Rt, 因而它们起着各级之间隔离电阻的作用。
冲击电压发生器利用多级电容器并联充电、串联放电来产生所需的电压，其波形可由改变Rf 和Rt 的阻值进行调整, 幅值由充电电压V 来调节，极性可通过倒换硅堆D 两极来改变。
图 1 冲击电压发生器回路（Marx回路）二、Simulink 设计1、各参数的选取额定电压的选取：取试品电压为110 kV ，由附录表A10和A3可得，耐受电压为550 kV ，型号MY 110-0.2的标称电容为0.2μF ，故冲击电压发生器的标称电压应不低于U1=550*1.3*1.1/0.85=925.3 kV冲击电容的选取：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 ，冲击电容发生器的对地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：C2=1000+500+600=2100pF电容器选择：从国产脉冲电容器的产品规格中找到MY 110—0.2瓷壳高压脉冲电容器比较合适，其电容值为0.2μF ，用此种电容器8级串联，标称电压可达880kV ，基本可以满足前述要求。
冲击电压发生器放电回路的分析
冲击电压发生器放电回路的分析
一、基本回路的分析
C1电压——名义电压
C1＞C2
Rt放电电阻Rf 波前电阻Rd阻尼
放电时等效回路放电时运算电路
C1初始充电电压U1 拉普拉斯转换运算电路
阻容值及C1上充电电压U1已知求试品C2上电压（t）
反变换后
另Du2/Dr=0,求U2达峰值时的时间tm
②
③
④波形系数
⑤
冲击波形的双指数波表示,波形确定(如 1.2ms/50ms 250ms/500ms相应的S1 S2 S3 tm 即确定了——特性参数。
试验所需U2m确定,即可算出充电电压U1.标称能量
二、放电回路的近似计算
近似法求回路参数
则
,需电波即U2由两个指数重量叠加构成.
波前时间打算,半峰值时间打算
近似认为
两个指数重量叠加构成U2
波前时间
半峰值时间
发生电电压效率
三、考虑回路电感的近似计算
电感较大时,可能造成冲击波波前部分的杂散振荡,畸变波形,波形“过冲”。
电感和负荷电容大时。
调不出波前，调不好粗会于校准一雷R为阻尼电阻Rd波前电阻Rf之和。
为获得非振荡冲击波应
波前时间有回路电感会使波前时间缩短。
高电压技术实验
高电压实验安全操作规程1.实验前先检查实验设备的连接线以及接地系统是否良好，电气开关的性能是否正常。
2.认真做好安全防护工作，实验时要求学生必须穿绝缘良好的胶鞋。
3.实验设备接通电源后（警示红灯亮时），严禁一切人员进入围栏内的高电压试验区域，不得向遮栏内探头或伸手，以保证人身的安全。
4.实验过程必须按照实验指导书的操作规程进行。
5.实验过程中如发现异常应立刻切断电源，并尽快检查故障原因。
如果发生人身事故应立刻进行抢救。
6.检查设备或更换接线时要先用接地棒对实验设备进行放电，在未亲眼看到设备接地之前，不得接近或触摸高压设备。
7.实验完毕后必须断开总电源。
8.在本实验室进行实验的人员必须遵守实验安全操作规程。
实验一：绝缘预防性实验电缆绝缘电阻和吸收比的测量一、实验目的1．了解测试绝缘电阻和吸收比的意义；2．掌握测量绝缘电阻及吸收比的原理和操作方法；3．根据所作试验结果分析电缆绝缘的状况。
二、实验内容1．用兆欧表（摇表）测量电缆的绝缘电阻，掌握吸收比的测量方法；2．根据测量的绝缘电阻，计算电缆的吸收比，判断电缆的绝缘性能。
三、实验设备兆欧表⏹兆欧表是测量绝缘电阻的专用仪表。
⏹兆欧表的电压等级有：100、250、500、1000、2500、5000V六种规格。
⏹兆欧表的结构有：手摇式、晶体管式、数字式。
四、绝缘电阻及吸收比的测量方法(一)绝缘电阻试验电力设备中的绝缘材料（电介质）是不导电的物质，也就说绝缘电阻很高，但并不是绝对的不导电。
在一定的直流电压作用下，电介质中有微弱的电流通过，这个电流称为泄漏电流（或称为电导电流）。
绝缘电阻是指加于试品上的直流电压与流过试品泄漏电流之比，即：R f= U /I gR f——绝缘电阻，Ω（或MΩ）U——直流电压，VI g——泄漏电流，A（或μA）⏹如果被测量物体的绝缘电阻很低，说明物体的绝缘已经老化。
⏹绝缘老化的原因：☐长期受电场、热、机械应力和环境因素等影响，使物体内部发生复杂的化学和物理变化，导致其性能逐渐下降。
500kV紧凑型冲击高电压发生器的设计
１ 基 本 原理
研 制 的 冲击 电压 发生 器主要 组成 部分 如 图 １ 所示 。 它采用 正 负 双边 充 电形 式 Ｍａ ｒ ｘ结 构 ， 其 主体 结 构 由调压 器 。 、 升 压变 压器 、 限流 电阻 Ｒ 和 Ｒ ： 、 高压 硅堆 Ｄ 和Ｄ ： 、 充 电电阻 Ｒ ～尺 、 脉 冲 电容器 ｃ ｃ 、 接地 电阻 尺 ～Ｒ 卟场 畸变开 关 Ｇ ～Ｇ 及 其它 相关触 发 电路组 成 。 Ｍａ ｒ ｘ发生 器基 本工 作 原 理 简单 概 括 为 “ 并 联 充 电， 串联放 电” ， 简化 的工作 过 程 如下 ： 初 始 储 能 电容
文章 编 号 ： １ ０ ０ ５—２ ９ ９ ２ （ ２ ０ １ ３ ） ０ １ ／ ０ ２—０ ０ ６ ２一 Ｏ ３
５ ０ ０ ｋ Ｖ紧凑 型 冲击 高 电压 发 生器 的设 计
蔡 新景 ， 常树 生 ， 孙 悦 ， 陈承 伟 ， 王 凯奇
（ 东北电力 大学 电气工程学 院 ， 吉林 吉林 １ ３ ２ ０ １ ２ ）
摘
要： 为了研究大气压下绝缘沿面闪络外特性 ， 设计 出一 台 ５ ０ ０ ｋ Ｖ ｎ ｓ 量级 上升沿高 电压 脉冲发
生器 。它采用正负双边充 电的 Ｍａ ｒ ｘ 结构 ， 包括 ６个 ７ ２ ｎ Ｆ ／ １ ０ ０ ｋ Ｖ的脉 冲电容器和 ３个场 畸变 开关。为 了减小 回路 电感 ， 它采用紧凑型结 构。计算 和仿 真结果表 明 ， 当充 电电压 为 ８ ０ ｋ Ｖ时 ， 开 路输 出高 压脉 冲幅值为 ４ ６ ０ ｋ Ｖ， 上 升时间约为 Ｉ Ｉ ｎ ｓ ， 满足沿面放 电实验要求 。 关 键 词－ Ｍａ ｒ ｘ发生器 ； 场 畸变开关 ； 沿面闪络
文献标识码 ： Ａ 中图分类号 ： Ｔ Ｍ ７ ３ ３
高电压技术课程设计——冲击电压发生器的设计 精品
高电压技术课程设计——冲击电压发生器的设计电气与电子工程学院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试品额定电压/ kV 35 110 220 330 500冲击电压发生器标称电压/ MV0.4～0.6 0.8～1.5 1.8～2.7 2.4～3.6 2.7～4.2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。
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660kV2．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。
高电压技术实验
安全规则1．实验前必须熟悉试验内容，并检查设备及仪表是否正常。
2．在合电源之前，务必有两人以上检查接线是否正确，接地是否可靠，做好分工，专人记录。
3．在高压电源和带有高压的设备周围围以遮栏，以便保持一定的安全距离，实验时应站在遮栏之外，不得向遮栏内探头或伸手。
4．在实验进行中不允许交谈或议论，有问题需要讨论时，要切断电源。
5．实验完毕，应先用接地棒使设备放电，尤其是在做完电容器或者电缆等大电容试品实验后，务必仔细放电，同时须将试验场地恢复整齐。
6．在未亲眼看到设备接地之前，不得接近或触摸高压设备。
7．使用升压设备时，升压必须从零开始，使用完毕后，要退回零位。
8．实验中发生事故或异常现象时，应立刻拉闸切断电源，放电后检查线路和设备，如果发生人身事故应立刻进行抢救。
凡在本高压实验室进行试验之人员必须遵守本规则，并保持实验室整洁及良好的工作秩序。
绝缘电阻、泄漏电流的测量一、实验目的1．掌握测量绝缘电阻及吸收比的原理和操作方法；2．掌握测量泄漏电流的原理及操作方法；3．分析设备绝缘状况。
二、实验内容1．用兆欧表（摇表）测量试品（三相电缆及氧化锌避雷器）的绝缘电阻和吸收比；2．测量高压直流下的试品泄漏电流。
三、实验装置及接线图1．使用兆欧表测量试品绝缘电阻和吸收比的接线图图1 兆欧表测量绝缘电阻图中：R1、R2：串联电阻；E：摇表接地电极；G：摇表屏蔽电极；L：摇表高压电极；A、B、C：三相电缆的三个单相端头。
2．测量泄漏电流的装置及线路图如下：图2 测量三相电缆的泄漏电流图中：T1：调压器T2：高压试验变压器；D：高压整流硅堆R：保护电阻；C：滤波电容V2：静电电压表R2：测量电阻V1：电压表T、O：试品四、实验内容：1．检验摇表，不接试品，摇动手柄指针指向“∞”；短接L，E两端缓缓摇动手柄指针应指零。
2．按图1接线，经检查无误之后，以每分钟120转的速度摇动摇表手柄。
3．读取15秒及60秒时的读数，即为R15及R604．对电容较大的试品，在试验快结束时候，应设法在摇表仍处于额定转速时断开L或者E引线，以免摇表停止转动时，试品向摇表放电而冲击指针，造成摇表指针的损坏。
冲击电压试验
冲击电压试验由于冲击高电压试验对试验设备和测试仪器的要求高、投资大，测试技术也比较复杂，所以在绝缘预防性试验中通常不列入冲击耐压试验。
但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，在许多高压试验室中都装设了冲击电压发生器，用来产生试验用的雷电冲击电压波和操作冲击电压被。
许多高压电气设备在出厂试验、型式试验时或大修后都必须进行冲击高压试验。
冲击电压发生器是高压实验室的基本设备之一，冲击试验电压要比设备绝缘正常运行时承受的电压高出很多。
随着输电电压等级的不断提高，冲击电压发生器的最高电压也相应提高才能满足试验要求。
一、冲击电压波形的定义绝缘耐受冲击电压的能力与施加的电压波形有关，而实际的冲击电压波形具有分散性，即每次的波形参数会有不同，为了保证多次冲击试验的重复性和不同试验条件下试验结果的可比较性，必须规定统一的冲击电压波形参数。
我国对标准冲击电压波形的规定和国际电工委员会（IEC ）标准相同。
如图1－26所示。
在经过时间T 1时，电压从零上升到最大值，然后经过时间T 2-T 1，电压下降到最大值的一半。
规定电压从零上升到最大值所用的时间T 1称为波头时间（或波前时间），电压从零开始经过最大值又下降到最大值一半的时间T 2成为半峰值时间（或波长时间、波尾时间）。
Ut图1--26 标准冲击电压波形 图1--27非周期性的冲击电压波形非周期性的冲击电压波形由两个指数电压波形叠加组成，如图1－27所示，即)()(21ττtteeA t u ---= （1--25）式中：1τ－波尾时间常数。
2τ－波头时间常数，通常1τ远大于2τ。
A －单指数波幅值。
对于实际的冲击电压波形，其起始部分通常比较模糊，在最大值附近的波形比较平坦，很难确定起始零点和到达最大值的时间。
所以实际中通常采用视在波头时间和视在半峰值时间来定义冲击电压波形。
按照国际电工委员会（IEC ）标准，实际冲击电压波形参数的定义如图1－28所示。
华科——高电压测试研究生课程大作业(冲击电压发生器设计)
华中科技大学研究生课程考试答题本考生姓名**考生学号****系、年级*************类别硕士考试科目高电压测试技术考试日期2012年12 月15 日目录一、设计要求................................................................................. - 1 -二、冲击电压发生器的设计 .......................................................... - 1 -2.1原理分析 (1)2.2、设计回路图 (3)2.3、参数计算 (4)2.3.1、负荷电容，冲击电容的选取以及效率的估算 ....................................- 4 -2.3.2、波头电阻，波尾电阻，充电电阻，保护电阻的选取 ........................- 6 -2.3.3、试验变压器的选择 ................................................................................- 7 -2.3.4、硅堆选择 ................................................................................................- 9 -2.3.5、球隙的选择 ......................................................................................... - 10 -2.3.6、绝缘支撑件的选择 ............................................................................. - 11 -2.3.7、固有电感的估算 ................................................................................. - 11 -三、仿真实验及结果 ................................................................... - 13 -3.1、不考虑杂散参数的仿真 ........................................................................ - 13 -3.2、考虑杂散参数的仿真 ............................................................................ - 14 -3.3、对参数进行改进 .................................................................................... - 17 -四、测量系统设计 ....................................................................... - 18 -4.1分压器选型、参数与结构设计，电缆以及匹配阻抗的选择 (18)4.2考虑高压引线的影响 (21)4.3测量仪器的选择 (21)五、冲击电压发生器以及测量系统的总体结构.......................... - 22 -六、设计小结............................................................................... - 22 -一、设计要求设计一个标称电压为1500KV的冲击电压发生器及其测量系统，并且满足以下要求：1.产生1.2/50us的标准雷电冲击波；2.冲击电压发生器中计算所用元器件的参数，进行结构设计及杂散参数分析；测量系统中的结构设计、参数、分压器选型选取；3.考虑杂散参数的仿真分析及参数改进；二、冲击电压发生器的设计2.1 原理分析电力系统中的电力设备除了要承受正常情况下的工作电压以外，还要考虑在雷电冲击波作用下的承受能力，以应对环境变化所带来的影响。
华北电力大学高电压技术实验指导书
华北电力大学高电压技术实验指导书电力工程系高电压与绝缘技术教研室2005年12月编写人：张重远、王永强、汪佛池前言自1995年高压教研室成立以来，高压实验室几经搬迁，同时实验设备也不断得到完善，高电压专业所需开设的实验基本上已能全部开出。
鉴于2003版教学大纲与原教学大纲差别较大，高电压技术课程已作为全系学生的一门必修课，课程实验内容较原来有较大的增加，为更好的指导学生进行实验，重新编定了本实验教程。
本指导书是在原高电压技术实验指导书的基础上，并参考清华大学、武汉大学等高校高电压专业实验指导书，同时结合多年来的教学实践，根据高压实验室现有的条件编写而成的。
本指导书的编写及新增实验的开发得到校教育改革基金的资助，是教改项目“高压实验室综合性、研究型（开放性）实验体系的建设”的一个重要子项目。
本指导书主要作为高电压技术课程实验用，结合近几年实验过程中存在的问题，重新完善了原有的“介质损耗角正切的测量”和“避雷器泄露电流的测量”两个实验中的部分内容，同时在现有实验设备的基础上，新增了“工频高压试验”、“直流高压试验”和“冲击高压试验”等实验内容，同时新增了部分开放性试验如：“冲击电流试验”、“极性效应和50%冲击放电电压试验”等实验内容。
通过这些实验内容的开设力求让学生对常见的各种高电压设备试验方法、试验设备及试验内容有更深刻的认识和了解，达到书本上的理论知识和实践有效结合，提高学生探索性创造性思维的目的。
此次指导书的修订是由华北电力大学高压试验室张重远、王永强和汪佛池同志共同完成。
由于水平和时间有限，书中若有不对之处，敬请使用者多提宝贵意见。
编者2005．12目录目录 (1)绪论 (1)实验一高压实验室参观及入室教育 (6)实验二绝缘电阻、泄漏电流的测量 (7)实验三介质损耗角正切的测量 (13)实验四工频高压演示实验 (19)实验五直流高压演示实验 (24)实验六冲击高压演示实验 (27)附录一冲击电流的产生与测量 (30)附录二棒-板间隙的极性效应及其50%冲击放电电压的确定 (33)绪论随着高电压大电网的建设和高电压电气设备的研制，高电压技术得到了迅速的发展，同时随着高电压新技术的发展，高电压技术在其他的技术物理等部门（如高电脉冲医疗、高压静电除尘等）也得到了广泛的应用。
冲击电压实验报告
冲击电压实验报告冲击电压实验报告引言电力是现代社会不可或缺的能源之一，而电压则是电力传输和使用中的重要参数。
为了确保电力系统的正常运行和设备的安全使用，对电压进行精确的测量和分析是必不可少的。
本文将介绍一次冲击电压实验的目的、原理、实验装置和实验结果，并对实验结果进行分析和讨论。
实验目的本次实验的目的是通过电压冲击实验，了解电压的冲击特性，并掌握电压冲击实验的基本方法。
实验原理电压冲击是指电压在一段时间内突然升高或降低的现象。
在电力系统中，电压冲击可能由于雷击、开关操作等原因引起。
电压冲击对电力设备和电子设备可能造成损坏或故障，因此需要对其进行研究和分析。
实验装置本次实验使用的实验装置包括电源、电压传感器、示波器和负载电阻。
电源提供实验所需的电压信号，电压传感器用于测量电压信号的大小，示波器用于显示电压信号的波形，负载电阻用于模拟实际负载情况。
实验过程1. 将电源连接到电压传感器和示波器上，确保电路连接正确。
2. 调节电源输出电压到指定值，并记录下来作为实验起始电压。
3. 通过电源控制器产生冲击电压，记录下冲击电压的大小和持续时间。
4. 将示波器连接到负载电阻上，观察电压信号的波形，并记录下来。
5. 将实验数据整理并分析。
实验结果实验结果显示，在冲击电压作用下，电压信号瞬间升高或降低，并在一段时间内保持较高或较低的数值。
电压信号的波形呈现出明显的峰值和持续时间。
不同的冲击电压对设备的影响也不同，较大的冲击电压可能导致设备损坏或故障。
实验分析通过对实验结果的分析，我们可以得出以下结论：1. 冲击电压对电力设备和电子设备具有潜在的危害，需要采取相应的保护措施。
2. 冲击电压的大小和持续时间对设备的影响有重要影响，需要对电压进行合理控制和保护。
3. 电压传感器和示波器等测量设备的准确性和灵敏度对实验结果的可靠性有重要影响，需要选择合适的设备进行实验。
结论本次冲击电压实验通过测量和分析电压的冲击特性，深入了解了电压冲击对设备的影响，为电力系统的安全运行和设备的安全使用提供了参考。
高电压课设设计冲击电压发生器
目录课程设计要求.。
...。
.。
.。
.。
....。
...。
.。
.。
..。
.....。
.。
..。
...。
.。
..。
....。
....。
..。
..。
..。
.。
.。
.......。
.3设计原理.......。
.。
....。
.。
.。
.。
..。
...。
.。
.。
.。
...。
..。
.。
.。
...。
..。
..。
.。
.。
.。
..。
..。
.。
.。
.。
.。
...。
....。
.。
.。
.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.。
..。
...。
....。
..。
.。
.。
..。
.。
..。
.。
..。
..。
.。
..。
.。
..。
.。
.。
..。
.。
.。
..。
...。
.。
.。
.。
..。
.....。
.。
.。
....。
.11参考资料....。
.。
.。
..。
......。
.。
.。
..。
.。
......。
..。
....。
.。
.。
...。
.。
.。
....。
..。
..。
.。
..。
.。
...。
.。
..。
...。
.。
.。
.。
(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。
实验7 MARX发生器
课外综合设计性实验
实验七 MARX发生器综合设计
实验目的
学习冲击高电压的用途、产生方法、测量技术、冲击电压发生器的设计原理。
1．了解冲击高电压在高电压试验领域的应用；
2．掌握MARX发生器的基本原理；
3．学会冲击电压发生器放电回路的分析计算方法；
4．设计出给定指标的MARX发生器；
5．根据设计进行MARX发生器的MATLAB仿真；
6．根据设计要求选定元器件；
7．自己组装一套2-3级的MARX发生器并完成调试；
8．完成冲击高电压的测量。
实验原理
MARX冲击电压发生器产生高压脉冲电压。
实验设备与元器件：高压电源、示波器、电容器、IGBT、驱动模块、电阻等
实验步骤
1．按实验要求课外完成MARX发生器综合设计，提交设计报告；
2．指导教师组审查设计报告；
3．进行实验准备工作；
4．进行MARX发生器的组装、调试、测量；
5．提交实验报告。
实验报告要求
按上述实验要求提交综合实验报告。
说明
1．本实验为选做试验；
2．3-4名同学为1组；
3．高压电源和控制电路由高电压实验室提供。
参考资料
1 梁曦东等高电压工程清华大学出版社 2003年版
2 张仁豫等高电压试验技术清华大学出版社 2003年版。
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。
冲击电压发生器原理、试验和设计
冲击电压发生器原理、试验和设计
1. 原理：
冲击电压发生器是一种产生高电压脉冲的设备，其工作原理是利用存储电容器充电，通过开关产生高频电流，在自感线圈中产生瞬时的高电压脉冲，从而实现产生高电压脉冲的目的。
2. 试验：
冲击电压发生器的试验主要是在其输出端口和实验对象之间接通测试电路，通过测量电路中的电流、电压等参数，来检测冲击电压发生器的输出电压是否符合要求，以及判断实验对象的耐压能力。
3. 设计：
冲击电压发生器的设计主要包括以下几个方面：
（1）选择适当的电容器，根据输出电压、脉冲宽度等要求确定其电容值；
（2）选配合适的开关器件，如IGBT、MOSFET等；
（3）设计自感线圈，根据需要选择合适的导线直径、匝数等参数；
（4）选用适当的电源和控制电路，在保证输出电压稳定的同时，控制冲击频率、脉冲宽度等参数。
冲击高电压试验
（一）非周期性双指数冲击长波
• 国标要求旳原则波形为250/2500 。应注 意一下两个问题： （1） 为大大拉长波前， 又使发生器旳利用系数降低不是诸多，需 采用高效率回路。 （2） 计算操作波回路 参数时，不能用前面简介旳雷电波时旳近 似计算法来计算操作波回路参数；要考虑 充电电阻R对波形和发生器效率旳影响。
t2 t1 2 ln 7
冲击电压视在波前时间
T1
t2 t1 0.6
2 ln 7
0.6
3( R11
R12 )C2
（5-16）
C2上旳电压u2可 近似用下式表达
t
u2 (t) U 2m e 1
式中波尾时间常数
1 R2 (C1 C2 )
视在半峰时间
T2 1 ln 2 0.7R2 (C1 C2 )
利用所要求旳试验电压波形（例如1.2/50 s）求
出各个回路参数值： ➢ 一般取 C1 (5 ~ 10)C2 ➢ R11 旳阻值应尽量取小某些，高效率回路旳情况 下， R11 0
➢ 计算只能作为参照，真正旳波形还得依托实测， 并以其成果为根据进一步调整回路参数，直到获 得 所需旳试验电压波形为止。
（一）基本回路
原则雷电冲击全波采用旳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
（5-5）
t
t
u(t) A(e 1 e 2 )
波尾，
t
u(t) A(1 e 2 )
波前，
t
u(t) Ae 1
实际冲击电压发生器采用图5-19旳回路。
（三）冲击电压发生器旳近似计算
波前 式中波前时间常数
冲击电压发生器的原理
冲击电压发生器的原理
冲击电压发生器的原理：
冲击电压发生器是一种能够产生高电压脉冲信号的装置。
它主要由一个电源和一个冲击脉冲发生器组成。
电源部分通常采用直流电源，通过一个电阻将电压升高，并产生所需的高电压。
为了提高效率，通常还会加入一个电容器，用以储存电能。
而且，为了控制电流的大小，还会加入一个可调节器，使得输出的电流能够符合实际需求。
而冲击脉冲发生器主要由一个变压器和一个开关管组成。
变压器中的绕组通常分为两个部分，一个是主绕组，一个是辅助绕组。
开关管用于控制辅助绕组上的电流。
工作时，电源提供的直流电压先经过变压器的主绕组，然后进入辅助绕组。
当开关管闭合时，电流流过辅助绕组，产生一个瞬时的磁场。
当开关管打开时，辅助绕组上的磁场崩溃，产生一个高电压的脉冲信号。
这个脉冲信号通常具有很高的频率，并且幅度较大。
因此，通过冲击电压发生器可以获得所需的高电压脉冲信号，该信号可以被应用于各种领域，如科学研究、电子设备测试等。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
华中科技大学研究生课程考试答题本考生姓名**考生学号****系、年级*************类别硕士考试科目高电压测试技术考试日期2012年12 月15 日目录一、设计要求................................................................................. - 1 -二、冲击电压发生器的设计 .......................................................... - 1 -2.1原理分析 (1)2.2、设计回路图 (3)2.3、参数计算 (4)2.3.1、负荷电容，冲击电容的选取以及效率的估算 ....................................- 4 -2.3.2、波头电阻，波尾电阻，充电电阻，保护电阻的选取 ........................- 6 -2.3.3、试验变压器的选择 ................................................................................- 7 -2.3.4、硅堆选择 ................................................................................................- 9 -2.3.5、球隙的选择 ......................................................................................... - 10 -2.3.6、绝缘支撑件的选择 ............................................................................. - 11 -2.3.7、固有电感的估算 ................................................................................. - 11 -三、仿真实验及结果 ................................................................... - 13 -3.1、不考虑杂散参数的仿真 ........................................................................ - 13 -3.2、考虑杂散参数的仿真 ............................................................................ - 14 -3.3、对参数进行改进 .................................................................................... - 17 -四、测量系统设计 ....................................................................... - 18 -4.1分压器选型、参数与结构设计，电缆以及匹配阻抗的选择 (18)4.2考虑高压引线的影响 (21)4.3测量仪器的选择 (21)五、冲击电压发生器以及测量系统的总体结构.......................... - 22 -六、设计小结............................................................................... - 22 -一、设计要求设计一个标称电压为1500KV的冲击电压发生器及其测量系统，并且满足以下要求：1.产生1.2/50us的标准雷电冲击波；2.冲击电压发生器中计算所用元器件的参数，进行结构设计及杂散参数分析；测量系统中的结构设计、参数、分压器选型选取；3.考虑杂散参数的仿真分析及参数改进；二、冲击电压发生器的设计2.1 原理分析电力系统中的电力设备除了要承受正常情况下的工作电压以外，还要考虑在雷电冲击波作用下的承受能力，以应对环境变化所带来的影响。
设备制造厂商在设备出厂前都会对电气设备进行冲击电压试验，因此需要设计冲击电压发生器来对电气设备进行绝缘水平试验。
国际上定义标准雷电冲击电压为±（1.2/50）s ，波形如下图1所示：Y 轴u/Um图1：标准雷电冲击波由以上图形可看出，标准的雷电冲击波是非周期且呈指数衰减。
因此可以用两个指数波形叠加形成。
其电压()u t 可表示为：12()()t t T T u t A e e --=-由于单级冲击电压发生器的最高电压受硅整流器和电容器额定电压的限制，而本次试验要求设计标称电压为1500KV 的冲击电压发生器，因而采用多级冲击电压发生器来实现。
多级冲击电压发生器如下图2所示。
u C 20C 4060C图2 考虑杂散电容的多级冲击电压发生器在图2中，1080~C C 为各级对地的杂散电容。
充电结束时，上面的各级对地杂散电容对地电压为Uo ，下面各级对地杂散电容对地电压为0。
调整各级球隙之间的间隙，使各级球隙的放电电压略大于Uo。
当各级电容充电到Uo时，给点火球隙的针级送去脉冲电压，引起点火球隙放电，于是1点电位变为0电位，2点电位变为-Uo。
由于存在电阻隔离电阻R，将1点与3点隔离开来，因此3点电位不变。
同理4点电位不变，因此F2两端的电压变为2Uo，于是F2放电，3点电位变为-Uo，4点电位变为-2Uo。
以此类推。
对4级冲击电压发生器来说，1～4级球隙在Uo～4Uo电压下击穿，将电容器串联起来放电，球隙F5在4Uo的作用下也瞬时击穿，从而使放电回路导通，在C2上形成高峰值的冲击电压波。
2.2、设计回路图由于受到硅整流器和电容器额定电压的限制，单级冲击电压发生器的最高电压不超过200～300KV。
若取每级冲击电压发生器产生的电压为300KV，则需要5级，但实际中单级冲击电压发生器的最高电压可能达不到300KV。
若取每级冲击电压发生器产生的电压为150KV，则需要10级，但级数越多会导致各级电容器充电不均匀，充电利用系数过低的问题。
因此采用双边充电的冲击电压发生器，分设5级，每级充电电压为300KV，在每级上下臂有两个电容，因此每个电容上分得的电压为150KV。
结构图以及等效图分别如图3、图4所示：图3:双边充电冲击电压发生器充电回路∑Rf图4:放电等效回路（n为级数）2.3、参数计算2.3.1、负荷电容，冲击电容的选取以及效率的估算常见试品的电容量如表1所示：表1：试品电容量一览表不考虑大电力变压器和电缆的情况下，在被试品中互感器的电容最大，选定为1000pF ，冲击电压发生器的对地杂散电容和高压引线以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：C2=1000+500+600=2100pF又因为12012m C U U C C ≈+，考虑电压利用系数η=0.9时，即： 21012=0.9m U C U C C η≈=+C1=9C2=18900pF=0.0189μF由于上述计算存在误差，为了提高实际电路中的电压利用系数，因此所选的C1远大于C2，故选取扬州华电电气有限公司出产的型号为MWF150-0.65的电容器。
详细参数如下表2：表2：特定型号的电容器参数用上述电容器5级串联，每级由2个电容器串联，标称电压可达1500KV ，满足要求。
用上述规格的电容器时，冲击电容为120.65()0.06590.018952C F F C F μμμ===⨯＞＞用此种电容器5级串联后电压可达1500KV 。
符合要求。
发生器高度约为5*1730mm=8.65m 。
标称能量622110.06510(1500)/273.1252n KV W C U KJ -⨯⨯=== 效率约为:1120.0650.9690.0650.0021C C C η≈==++2.3.2、波头电阻，波尾电阻，充电电阻，保护电阻的选取 波头电阻、波尾电阻的计算：波头时间常数1 1.2T s μ=，又121123.24fC C T R C C =+。
波尾时间常数250T s μ=，又2120.7()t T R C C =+ 。
因此6611212 1.2100.0650.002110182.063.24 3.240.0650.0021f T C C R C C -+⨯+=⨯=⨯⨯=Ω⨯因此每级中每个波头电阻为182.0636.4125f r ==Ω。
62661250101064.510.7()0.7(0.065100.002110)t T R C C ---⨯===Ω+⨯+⨯因此每级中每个波尾电阻为1064.51212.9025t r ==Ω。
充电电阻、保护电阻的选取：充电电阻在电容充电时起隔离作用，但当充电完成后，球隙被击穿后，电容会通过充电电阻进行放电，导致充电电阻上形成压降，使输出电压降低，从而使电压利用系数降低。
因此必须使内部放电的时间常数为外部放电的时间常数的10～20倍。
由图3所示：22f u iR ir =+3duCi dt-= 则内部放电的时间常数为()63f r R C + ，外部放电时间常数为()2f Cr n∑ ，因此：(10~20())()632f f r R CC r n+≥∑ 式中n 为级数。
则: (10~20)61019.536~2111.89623f f C r r R nC ⎡⎤⨯≥⨯-=Ω⎢⎥⎣⎦∑取3R K =Ω，由于是两个电容串联对充电电阻进行放电，因此每根充电电阻的结构长度应能耐受300KV 。
若取保护电阻0R 为充电电阻的50倍，则保护电阻0R 为150 K Ω。
2.3.3、试验变压器的选择由于采用的是对变压器输出电压进行整流后再对电容进行充电，考虑到上臂的电阻R 要比下臂的电阻t f r r +大很多，因此考虑上臂最后一个电容器充满电需要的时间，充电时间:60=15(2)15(253150)50.65108.775t nR R nC k k s -+=⨯⨯⨯Ω+Ω⨯⨯⨯=充考虑实际电路中杂散电容的影响，因此取为10s 。
变压器容量在考虑安全系数为3.0以及倍压充电回路时为：73.1253.02=3.0243.87510n W S kVA T =⨯⨯⨯⨯=充充电变压器高压绕组的电压（有效值）在考虑一定的裕度后的值为：1.1116.67U kV ==所以选用上海神模电气有点公司出产的型号为G -YD50/150的轻型高压试验变压器，详细的参数如下表3：实际图片如下：单相调压器为上海羽顺机电设备制造有限公式出产的型号为TDGC2J 的单相调压器，额定输出电压范围为220V ，输出电压范围为0～250V 。