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 **

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

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