第11讲 绝缘的破坏性试验(二)

u
U(%)
Um
100
CP
90
B
o
0.5Um
t
T1
T2
30 A D
a 50
T1：波头时间（波前时间）
0
t1 t2 F
T1
t
T2：波尾时间（波长时间、
T2
半峰值时间）
标准雷电冲击波：1.2s±30％/50 s ±20％, 幅值误差： ±3％
操作冲击波：一般推荐为非振荡形，250 ±30％ /2500 ±60％ s,幅值
令
U p 0 n
得
n最佳
fC Ip Um
对于超高压直流装置，采用高电压、大电容量的电容器和高频整流是有利的
2 取C’＝2C
Cn’的电压为其余电容器的一半，因而其高度可减小到一半。在相同的结 构形式下，Cn’的电容量可为其他电容器的两倍，此时电压降落为：
U p
Ip 3 fC
(2n 3
n)
Ip 6 fC
平均电压降落：
U p
2nUm U p
ip fC
4n3 3n2 2n 6
(2)
平均电压：
U
p
2nUm
U
p
2nUm
ip 6 fC
(4n3
3n2
2n)
(3)
脉动系数：
S U /U p
<5%
可见，脉动与电压降落与电源频率、级数、电容量、负载电流有关
14
减少串级直流高压装置的脉动的方法
1 合理选择级数n
U2m
C1 C1 C2
U0
22
单级冲击电压发生器的原理电路（2）
R1
u0
C1
R2
C2
u
R11
u0
C1
R2
R12
C2
u
(a )
(b)
对于(a)
U2m
C1 C1 C2
•
R2 R1 R2
U0
低效回路
对于(b)
效率介于(a)和(c)之间
23
实际的单级冲击电压发生器回路
R1
C2 u
首先C1充电， 然后合上开关，
C1经R1向C2充电，形成波头 同时C1和C2经过电阻R2放电， 形成波尾。
高效回路
一般情况下，C1>>C2，所以波尾主要由C1放电的快慢决定 C2和R1－－波头电容和波头电阻，
C1和R2－－波尾电容和波尾电阻。
定义放电回路的电压利用系数η为： U2m U0
(4n 3
2n)
与（2）式比较，减小
3 从上到下逐级增加电容，即Ck＝Ck’=kC
U nI p
U n2 I p
实际很少采用
2 fC
fC
15
串级直流高 压发生装置
5极 U＝1000kV I为mA量级
16
5.2.2 直流耐压试验的基本接线
17
5.3 冲击高压试验
5.3.1 冲击电压波形的定义
3
5.1.3 工频谐振耐压试验
解决容量不够的问题
1 B
TY
U
2 Uc
U
L
R
I
C
Uc
(a)
Uc IXC
U R2( X L Xc )2
XC
(b)
品质因素
谐振时 X L X C
Uc
U R
XL
U R
XC
Q X L X C L 1 1 R R R CR
UC QU 谐振时，Q>>1
QC QUI Q Pi UI
(C1 C2 ) t
20
一、 单级冲击电压发生器的原理（2）
在波尾时间范围内，et2 0
可将电压波形表示为：
t
u(t) Ae 1
u
u0
C1
R2
u
0
1 R2 C1
u0 et/ 1
u0
1 2
u0
T2
T2
u0e 1
u0 2
T2 0.7R2C1
t
21
单级冲击电压发生器的原理电路（1）
u0
C1 R2
P
1 Q
QC
4
工频谐振耐压试验的优点
1 减少电源容量（包括变压器、调压器等） 2 试品击穿时的故障电流减小 3 电源中的谐波成分大大减少
并联谐振： 当输出电压满足要求，而试验变压器的容量不 够时，还可以考虑并联谐振的方法
5
工频试验 变压器
U＝500kV I＝1A
6
5.2 直流高压实验
特点： 1 试验设备轻便，容量小 2 可同时测量泄漏电流。 3 局放小，对绝缘的损伤小。 4 不如交流耐压实验更接近真实工况。
高电压技术
5 绝缘的耐压试验—破坏性试验
交流（工频）耐压 直流耐压 雷电冲击耐压 操作冲击耐压
2
5.1.1 工频电压的获得
一 高压实验变压器 二 串级试验变压器
U U2 U3 2U2
T1
T2
I4
I3
3
4 U4
5 I3
U3
TO
I1
AV
U1
1 2 I2 U2
Z
U2
效率降低 2/(n+1),不超过3级
误差： ±3％
18
5.3.1 冲击电压波形的定义
u Aet/ 1
A
A et 1 et 2
o
A
Aet/ 2
百度文库
由双指数波叠加而成：
t
t
u(t) A(e 1 e 2 )
t
1 －波尾时间常数。
2 －波头时间常数，
通常 1 2
19
5.3.2 单级冲击电压发生器
一、 单级冲击电压发生器的原理（1）u
7
5.2.1 直流高压的获得
一 半波整流和全波整流
VR
R’
T
高压硅堆承受两倍的电源电压
C
RL
UUmamx Umin
uav
U 2U
U av
Umax Umin 2
I av
U av RL
S U
U av
电压脉动 系数
U U av
2 fRLC
8
一 半波整流和全波整流
T
D1
C D2
Uo
1 2Um
RL
U D 2U m
在波头时间范围内， et /1 1
A A(1 et 2 )
可将电压波形表示为：u(t) A(1 et /2 )
0
t
R1
R1
u0
C2
u0 C1 C2 u
u
C1 u0 (C1 C2 )
用直流电源向电容器充电的 波形模拟，
时间常数为：T≈ 3.24R1C2
2
R1
C1 C2 (C1 C2 )
C1u0 1 et 2
D1
D2
T
Uo Um
UD Um
C
D3
D4
RL
9
二 倍压整流回路
V1 T
C1
C2
V2
(a) 两倍电压
T
V2 V3
C2
C3
C1
V1
T 1 C1 2 V 2 3
V1
C2
（b)两倍电压
带上负载后，三种倍 压装置的输出电压会 降低，并出现脉动
（c） 三倍电压
10
u 0
u
0 u
0
u1
Um
t
u2 u3
2Um
t
U 5 4U m
12
串级直流高压装置
D1
1'
1
C1'
D1'
C1
D2
2'
2
D2'
RL
Dn-1
(n-1)'
(n-1)
Cn-1'
n'
Dn-1' Dn
Cn-1
n
Cn'
Dn'
Cn
n0'
n0
13
串级直流高压装置的参数计算
脉动电压：
U U nmax U nmin ip n(n 1)
(1)
2
fC 4
2Um
t
T 1 C1 2 V 2 3
V1
C2
倍压整流回路
11
三 串级直流高压装置
两级直流高压装置
V4 4 C3
V3
5 C4
2
3
V2
C1
V1
C2
1 T
0
4U m
空载时，各点电压为：
U1 U m sin t
U 2 U m U m sin t
U 3 2U m
U 4 3U m U m sin t