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。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：

1

2

()()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 20

C 40

60C

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