高电压与冲击大电流的产生

三变压器组成的串级变压器示意图
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串级变压器的优点: 串级变压器的优点
1、单个变压器的电压不必太高,因此绝缘结构制作方便 绝缘的价格较便宜 每台变压 、单个变压器的电压不必太高 因此绝缘结构制作方便 绝缘的价格较便宜,每台变压 因此绝缘结构制作方便,绝缘的价格较便宜 器的重量不会过重,运输及安装方便 运输及安装方便。 器的重量不会过重 运输及安装方便。 2、可以改接线，供三相试验。 、可以改接线，供三相试验。 3、如果需要低的试验电压时，可以只使用其中的一二台变压器，使电源发电机的激 、如果需要低的试验电压时，可以只使用其中的一二台变压器， 磁不致过小工作较易。 磁不致过小工作较易。 4、每台变压器可以分单独使用，这样工作地点可以有所增加。 、每台变压器可以分单独使用，这样工作地点可以有所增加。 5、坏了一台变压器时，其余的几台仍可以继续使用，损失相对可减小。 、坏了一台变压器时，其余的几台仍可以继续使用，损失相对可减小。
冲击电压发生器回路接线
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特点
上述一系列过程，可以概括为“电容器并联充电， 上述一系列过程，可以概括为“电容器并联充电， 而后串联放电” 而后串联放电” 电阻R的连接与隔离作用： 电阻R的连接与隔离作用：在充电时起电路的连接 作用； 作用；放电时则起隔离作用 电容并联串联转换方法： 电容并联串联转换方法：诸电容由并联变成串联 是靠一组球隙分别处于绝缘和放电来达到。 是靠一组球隙分别处于绝缘和放电来达到。
Q = ωL / R = L / C / R
串联谐振的原理图
串联谐振装置的等值电路
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串联谐振装置
串联谐振装置
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1.1.3 串级高压试验变压器
通过累接绕组供给激磁电流的串级变压器 整套装置总容量： 整套装置总容量：U2I2+2U2I2+3U2I2=6U2I2 装置输出额定容量： 装置输出额定容量：3U2I2 容量利用率低 一般串级数： 一般串级数： n≤3～ n≤3～4
波前 波尾
冲击电压发生器串联放电时 的等值电路
C2上电压u2的波形
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双边充电的冲击电压发生器回路
双边充电回路：发生器采用波前电阻和放电电阻集中放置 双边充电回路：发生器采用波前电阻和放电电阻集中放置 的方式。 的方式。图示为两个半波直流充电电路
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1.1 交流高电压试验设备
试验变压器与电力变压器区别与联系 试验变压器与电力变压器的运行条件不同： 试验变压器与电力变压器的运行条件不同： 试验变压器 电力变压器 负荷性质 容性 感性 容 量 小 大 时 间 短 长 温 度 低 高 章课件） 安全系数 小（1.1) 大（第5章课件）
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1.1.1 工频高电压试验变压器
变压器输出电压峰值 2 UT 直流高压2 直流高压2 2 UT UC1＝UC2＝ 2 UT U B＝ 2 U T 可达2 UA可达2 2 UT 要求变压器绝缘水平高 高压变压器不接地的直流倍压电路 15
变压器一端接地的直流倍压电路
降低变压器的绝缘水平， 降低变压器的绝缘水平，可采用普通型变压器作为直流电 源的变压器
半波整流电路
T：试验用变压器；C：滤波电容器 ：试验用变压器； ： D：高压硅堆； R：保护电阻 ：高压硅堆； ： Rx：试品； R1：限流电阻 ：试品； ：
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半波整流电路输出电压波形
变压器电压（有效值） UT：变压器电压（有效值） Umax： Umax：电压最大值 Umin： Umin：电压最小值 δU： δU：脉动幅值 δU = (Umax - Umin)/2
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等值电路
放电时， 放电时， 发生器的等值电路 等值电路如图 发生器的等值电路如图 C1：等值的主电 四个电容C 容，四个电容C 的串联值＝ 的串联值＝C/4 波前电阻＝ Rf：波前电阻＝4rf Rt：波尾电阻＝4rt 波尾电阻＝ 名义电压：U1＝ 名义电压：U1＝4U 级数为n级时：上 上 述各参数的4 述各参数的4置换 为n
冲击电压发生器回路接线
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工作原理
电位抬高： 放电后，使点1从原先在充电下的 从原先在充电下的－ 点2电位抬高：g1放电后，使点 从原先在充电下的－U 电位抬高 突变为零电位。而点2从原零电位变为＋ ； 从原零电位变为 突变为零电位。而点 从原零电位变为＋U； 间隙g 放电：间隙g 两端便作用了2U的电位差 的电位差， 间隙 2放电：间隙 2两端便作用了 的电位差，它比能 承受的一个U高了一倍 所以g 高了一倍， 承受的一个 高了一倍，所以 2在g1放电所造成的紫外线 的照射下马上放电； 的照射下马上放电； 电位抬高g 的电位变为＋ ， 点4电位抬高 3放电：点4的电位变为＋2U，g3的瞬间压 电位抬高 放电： 的电位变为 差达到3u，也就立即放电； 差达到 ，也就立即放电； 间隙g 放电： 跟着放电，各级电容器C就和诸 间隙g4和g0放电：g4和g0跟着放电，各级电容器C就和诸 rf一起串联起来了
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雷电冲击电压发生器回路
每级的波前电阻， rf：每级的波前电阻，一 般约几十欧； 般约几十欧； 供电高压变压器； T：供电高压变压器； 每级的放电电阻， rt：每级的放电电阻，通 整流用高压硅堆； D：整流用高压硅堆； 常约几百欧； 常约几百欧； 保护电阻，一般为几百千欧； r：保护电阻，一般为几百千欧； 负荷电容， C2：负荷电容，其值不仅 充电电阻，一般为几十千欧； R：充电电阻，一般为几十千欧； 取决于试品， 取决于试品，而且与 每级的主电容， C：每级的主电容，一般为零点几个 调波相关。 调波相关。一般处于 微法； 微法； 几百皮法至几个纳法 间 Cs：每级相应点的对地杂散电容， Cs：每级相应点的对地杂散电容，一 般仅为几个皮法； 般仅为几个皮法； 点火球隙； g1：点火球隙； 中间球隙； g2～g4：中间球隙； 隔离球隙； g0：隔离球隙；
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串联谐振
谐振条件： 谐振条件：ωL=1/ωC 其中ω=2πf， 其中ω=2πf，f=50 Hz ω=2πf 谐振时：电流达到最大值I 谐振时：电流达到最大值IM=Us/R 上获得比电源电压高（通常高20 20倍 L及C上获得比电源电压高（通常高20倍）的电压 Uc=UL=QUs， Uc=UL=QUs，
串级变压器缺点： 串级变压器缺点：
1、整个装置的利用率低。 、整个装置的利用率低。 2、当级数增多时，总的电抗增加甚剧。一般认为不应超过四级。 、当级数增多时，总的电抗增加甚剧。一般认为不应超过四级。 3、发生过电压时，各级瞬态电压分布不均匀，可能发生套管闪络及激磁绕组中的绝 、发生过电压时，各级瞬态电压分布不均匀， 缘故障。 缘故障。
高电压与大电流的 产生
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稳态高电压试验设备 交流高电压试验设备 直流高电压试验设备 冲击高电压及大电流的产生 冲击电压发生器 冲击电流发生器
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第一部分 稳态高电压试验设备
1.1 交流高电压试验设备 1.1.1 工频高电压试验变压器 1.1.2 高压串联谐振试验设备 1.1.3 串级高压试验变压器 1.2 直流高电压试验设备 1.2.1 半波整流电路 1.2.2 倍压直流与串级直流装置
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1.2 直流高电压试验设备
1.2.1 半波整流电路
瞬间过载电流： 阻值的选择应保证 瞬间过载电流：R阻值的选择应保证 流过硅堆的事故电流(峰值) 流过硅堆的事故电流(峰值)不超过 允许的瞬间过载电流(峰值)I 允许的瞬间过载电流(峰值)ISM 反向电压： 反向电压：高压整流用硅堆是由多 个硅整流二极管串联封装组成。 个硅整流二极管串联封装组成。由 于每个单管的反向击穿电压不一定 完全相同， 完全相同，另外因对地杂散电容的 影响，硅堆上的电压分布不均匀， 影响，硅堆上的电压分布不均匀， 这样有可能使某个反压最大的， 这样有可能使某个反压最大的，或 是厚弱的单管首先击穿。 是厚弱的单管首先击穿。因此硅堆 的反向工作峰值电压应比诸多单管 反向击穿电压串联值应大得多。 反向击穿电压串联值应大得多。 在使用时，也必须控制实际所加的 在使用时，也必须控制实际所加的 反向电压低于硅堆的额定值
IEC和国家标准都规定
直流电压： 直流电压：是电压的算术平均值 Ud， Ud，即 Ud≈(Umax + Umin)/2 纹波系数： 纹波系数：电压的纹波系数 S = δU / Ud 直流电压的S不能大于3 直流电压的S不能大于3％
半波整流电路输出电压波形
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1.2.2 倍压直流与串级直流装置
倍压电路的工作原理
工频高电压试验的基本线路 1-电源开关；2-调压器；3-电压表；4-试验变压器； 5-变压器保护电阻；6-试品；7-测量铜球保护电阻； 8-测量铜球
5
各种型号的变压器
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1.1.2 高压串联谐振试验设备
对于特大的电容的试品， 对于特大的电容的试品，如电缆厂中的成卷高压 电缆的耐压试验， 电缆的耐压试验，以及特大容量发电机的耐压试 验等， 验等，常用串联谐振装置来满足试验的要求
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Z-VI 系列直流高压发生器
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DHF型直流高电压发生器 型直流高电压发生器
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第二部分 冲击高电压及大电流的产生
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冲击高电压的产生
冲击电压
两类： 雷电冲击电压： 雷电冲击电压：自然界雷击引起的 操作冲击电压： 操作冲击电压：电力系统设备操作引起的 冲击电压发生器概念：冲击电压发生器由一组并 冲击电压发生器概念：冲击电压发生器由一组并 的储能高压电容器，自直流高压源充电 充电几十秒 联的储能高压电容器，自直流高压源充电几十秒 串联放电， 钟后，通过铜球突然经电阻串联放电 钟后，通过铜球突然经电阻串联放电，在试品上 形成陡峭上升前沿的冲击电压波形。 形成陡峭上升前沿的冲击电压波形。冲击波持续 时间以微秒计，电压峰值一般为几十kV至几MV kV至几 时间以微秒计，电压峰值一般为几十kV至几MV
冲击电压发生器高效回路接线
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操作冲击电压发生器回路
操作冲击电压发生器回路与雷电冲击电压发生 器回路接线图相同 器回路接线图相同 二者的区别：当产生操作冲击电压时， 二者的区别：当产生操作冲击电压时，回路中 各阻值至少要增加两个数量级
冲击电压发生器高效回路接线
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工作原理
主电容充电：主电容C通过整流源并联充电到电压U 主电容充电：主电容C通过整流源并联充电到电压U。各球 并联充电到电压 隙事先调节到能耐压U 若作用电压稍高于U 隙事先调节到能耐压U值，若作用电压稍高于U，则各球隙 便会击穿 点火球隙点火：当需要使发生器动作时， 点火球隙点火：当需要使发生器动作时，可向点火球隙的 针极送去5 千伏的脉冲电压， 针极送去5～8千伏的脉冲电压，针极和接地球面之间产生 一小火花，由于其紫外线之照射，促使点火球隙g 一小火花，由于其紫外线之照射，促使点火球隙g1放电 球隙的放电所产生的紫外线应能照射到g 球隙， g1球隙的放电所产生的紫外线应能照射到g2球隙，以利于 促使g 促使g2之放电
冲击电压发生器串联放电时 的等值电路
冲击电压发生器回路接线
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冲击电压波形
电压波形： 击穿后，作用在试品C 上的电压u 电压波形：g0击穿后，作用在试品C2上的电压u2如图所示 的选择：为使C 上作用到的电压，接近于C C1的选择：为使C2上作用到的电压，接近于C1的原始充电 电压（即名义电压），应选择C ＞＞C ），应选择 电压（即名义电压），应选择C1＞＞C2 电压上升速度： 上升的快慢主要取决于R 时间常数； 电压上升速度：u2上升的快慢主要取决于RfC2时间常数； 电压下降速度： 下降的快慢主要取决于（ 电压下降速度：u2下降的快慢主要取决于（C1＋C2）Rt 时间常数
变压器一端接地的直流倍压电路
16பைடு நூலகம்倍压电路空载时的各点电位
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串级直流装置 概念：倍压电路的积木式的迭加
电压脉动幅值： 电压脉动幅值：
δU≈[n（n＋1）Id]/ (4fC)
压降： 压降：
∆U＝[（8n3＋3n2＋n）Id]/ (12fC) δU随级数n δU随级数n的平方倍关系上升 随级数 则随n ∆U则随n的立方倍关系上升 当级数n超过一定值时，再增加n 当级数n超过一定值时，再增加n将 无助于输出电压的增加， 无助于输出电压的增加，而元件数 量和整个结构高度却会随n 量和整个结构高度却会随n而正比上 升，这一点在设计时应予注意 直流高压串级发生器