高电压与冲击大电流的产生

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。
串级变压器缺点：
1、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。
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 缘故障。
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1.2 直流高电压试验设备
1.2.1 半波整流电路
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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 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 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
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
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
变压器输出电压峰值 2 UT 直流高压2 2 UT UC1＝UC2＝ 2 UT U B＝ 2 U T 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，可采用普通型变压器作为直流电 源的变压器
直流高压串级发生器
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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
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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：自然界雷击引起的 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 联的储能高压电容器，自直流高压源充电几十秒 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。冲击波持续 时间以微秒计，电压峰值一般为几十kV至几MV
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冲击电流波形
第一类波形：电流从零值以较短的时间上升到峰值，然后以近似指数规 律或强阻尼正弦波形下降到零。这种波形以视在波前时间T1和视在半 峰值时间T2表示为T1/ T2波。国家和国际IEC标准规定了四种该类冲击 波，即1/20微秒、4/10微秒、8/20微秒和30/80微秒冲击电流波。 误差：峰值和T1、 T2的实测值和规定值之间容许的偏差各为±10％。 在冲击波峰值附近，允许小的过冲或振荡，但单个幅值不超过其峰值 的5％ 第二类波形：规定的冲击电流波形近似为方波，用峰值持续时间Td和总 的持续时间Tf来表示。峰值持续时间规定等于500微秒，1000微秒， 2000微秒，或者2000与3200微秒之间，要求在规定的容许偏差之内。
Q L / 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：U2I2+2U2I2+3U2I2=6U2I2 装置输出额定容量：3U2I2 容量利用率低 一般串级数： n≤3～4
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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，如电缆厂中的成卷高压 电缆的耐压试验，以及特大容量发电机的耐压试 验等，常用串联谐振装置来满足试验的要求
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串联谐振
谐振条件：ωL=1/ωC
其中ω=2πf，f=50 Hz 谐振时：电流达到最大值IM=Us/R L及C上获得比电源电压高（通常高20倍）的电压 Uc=UL=QUs，
冲击电压发生器回路接线
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工作原理
点2电位抬高：g1放电后，使点1从原先在充电下的－U 突变为零电位。而点2从原零电位变为＋U； 间隙g2放电：间隙g2两端便作用了2U的电位差，它比能 承受的一个U高了一倍，所以g2在g1放电所造成的紫外线 的照射下马上放电； 点4电位抬高g3放电：点4的电位变为＋2U，g3的瞬间压 差达到3u，也就立即放电； 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
半波整流电路
T：试验用变压器；C：滤波电容器 D：高压硅堆； R：保护电阻 Rx：试品； R1：限流电阻
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半波整流电路输出电压波形
UT：变压器电压（有效值） Umax：电压最大值 Umin：电压最小值 δU：脉动幅值 δU = (Umax - Umin)/2
IEC和国家标准都规定
直流电压：是电压的算术平均值 Ud，即 Ud≈(Umax + Umin)/2 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％
冲击电流发生器的充放电回路
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冲击电流试验装置
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冲击电流试验装置
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
谢谢！
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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， 而后串联放电” 电阻R的连接与隔离作用：在充电时起电路的连接 作用；放电时则起隔离作用 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。
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等值电路
放电时， 发生器的等值电路如图 C1：等值的主电 容，四个电容C 的串联值＝C/4 Rf：波前电阻＝4rf Rt：波尾电阻＝4rt 名义电压：U1＝4U
冲击电压发生器串联放电时 的等值电路
级数为n级时：上 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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冲击电压波形
电压波形：g0击穿后，作用在试品C2上的电压u2如图所示 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C1＞＞C2 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：u2下降的快慢主要取决于（C1＋C2）Rt 时间常数
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 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。各球 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，可向点火球隙的 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g1放电 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g2之放电
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雷电冲击电压发生器回路
rf：每级的波前电阻，一 般约几十欧； T：供电高压变压器； rt：每级的放电电阻，通 D：整流用高压硅堆； 常约几百欧； r：保护电阻，一般为几百千欧； C2：负荷电容，其值不仅 R：充电电阻，一般为几十千欧； 取决于试品，而且与 C：每级的主电容，一般为零点几个 调波相关。一般处于 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，一 般仅为几个皮法； g1：点火球隙； g2～g4：中间球隙； g0：隔离球隙；
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:
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 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。 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 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。
变压器一端接地的直流倍压电路
16 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：
δU≈[n（n＋1）Id]/ (4fC)
压降：
∆U＝[（8n3＋3n2＋n）Id]/ (12fC) δU随级数n的平方倍关系上升 ∆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将 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而正比上 升，这一点在设计时应予注意
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 的方式。图示为两个半波直流充电电路
充放电 过程？ 波前 电阻 波尾 电阻
双边充电的冲击电压发生器回路
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冲击大电流的产生
电流波形的规定 冲击电流发生器的基本原理与结构
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)不超过 允许的瞬间过载电流(峰值)ISM 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。由 于每个单管的反向击穿电压不一定 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， 这样有可能使某个反压最大的，或 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。 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
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C：为多个并联电容器的电容 充电回路：由高压试验变压器T、保护电阻R1和高压硅堆D 所构成 放电回路：由C和触发间隙G，电感L，电阻R，试品O及分 流器S所构成。 L及R：为电容器本身及连线、球隙放电火花、试品和分流 器S的总电感及电阻效应，也包括了为调波而外加的电感 及电阻值。 分流器：是一个无感低值电阻器，当电流流过它时，它两 端送出电压信号，可用作为测量电流的波形和峰值。最简 单易制的一种分流器是绞线式对折分流器
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
国家标准规定的冲击电流波形的画法
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冲击电流发生器的基本原理与结构
大电容器储能产生 冲击电流
工作原理基本上与冲击 电压发生器相似。由一 组高压大电容量的电容 器，先通过直流高压并 联充电，充电时间为几 十秒到几分钟，然后通 过触发球隙的击穿，并 联地对试品放电，从而 在试品上流过冲击大电 流
冲击电流发生器的充放电回路