李智威400kv冲击电压发生器设计

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1、 高电压技术课程设计 冲击电压发生器的设计冲击电压发生器的设计冲击电压发生器的设计冲击电压发生器的设计 非著名非著名非著名非著名准研究生准研究生准研究生准研究生李智威李智威李智威李智威 2010201020102010 年年年年盛大发布盛大发布盛大发布盛大发布 0601李智威李智威李智威李智威 华中科技大学电气与电子工程学院华中科技大学电气与电子工程学院华中科技大学电气与电子工程学院华中科技大学电气与电子工程学院高电压技术课程设计高电压技术课程设计高电压技术课程设计高电压技术课程设计 2 大纲 课程：高电压技术 题目：冲击电压发生器设计 内容简介： 高压冲击电压的产生常采用多级冲击电压发生器实

2、现。 冲击发生器的器件类型和杂散参数对电压波形均有影响。本项设计的目的在于设计一套冲击电压发生器及其测量系统。通过课程设计，掌握有关设计的基本步骤与规范；掌握冲击电压发生器的工作原理、波形形成过程、波形参数描述与计算方法等，巩固高电压的知识，增强感性认识。掌握冲击电压发生器的参数设计、总体结构、器件选型和绝缘设计。 课设方式（软件或硬件方面的内容和条件） ： 对冲击电压发生器及其测量系统进行回路设计、波形仿真分析、器件选型和结构设计。通过查阅高电压技术参考教材、产品手册和计算机仿真，获得比较符合工程实际的设计。 课程设计要求： 画出冲击电压发生器的总体结构布置图 (含接地系统设计)，各主要部件

3、或器件的型号、参数，绝缘距离与净空 (空间布置)，各参数之间的匹配关系，波形测量系统等。 对冲击电压发生器设计的要求为： （1） 高效回路 （2） 最大输出电压 300800kV （3） 级数 3 级以上 （4） 电阻（含线径和材料） （5） 球隙大小和距离 （6） 输出波形 1.2/50 波形 （7） 测量装置（充电、放电） （8） 测量装置抗干扰措施 （9） 充电电源（各器件参数） （10）本体、分压器、电源、测量系统 （11）绝缘材料、绝缘距离选取 0601李智威李智威李智威李智威 华中科技大学电气与电子工程学院华中科技大学电气与电子工程学院华中科技大学电气与电子工程学院华中科技大学电气

4、与电子工程学院高电压技术课程设计高电压技术课程设计高电压技术课程设计高电压技术课程设计 3（12）触发器 （13）容性试品0601李智威李智威李智威李智威 华中科技大学电气与电子工程学院华中科技大学电气与电子工程学院华中科技大学电气与电子工程学院华中科技大学电气与电子工程学院高电压技术课程设计高电压技术课程设计高电压技术课程设计高电压技术课程设计 0目录目录目录目录 一一一一、冲击电压发生器基本原理冲击电压发生器基本原理冲击电压发生器基本原理冲击电压发生器基本原理 .1 1.1、标准雷电冲击波波形.1 1.2、冲击电压发生器基本原理.2 1.3、多级冲击电压发生器.2 二二二二、冲击电压发生器

5、基本设计冲击电压发生器基本设计冲击电压发生器基本设计冲击电压发生器基本设计 .3 2.1、设计目标.3 2.2、冲击电压发生器组成.4 三三三三、各部分具体设计各部分具体设计各部分具体设计各部分具体设计 .4 3.1、充电回路的选取.4 3.2、主电容（冲击） 、负荷电容计算.5 3.3、电阻的计算.5 3.4、变压器的选择.7 3.5、高压硅堆的选择.8 3.6、球隙直径的选择.8 3.7、充电装置.8 3.8、测量部分设计.9 3.9、屏蔽罩，移动装置，绝缘支柱.10 3.10、冲击电压发生器的控制系统.11 3.11、matlab 仿真.12 四四四四、设计总结设计总结设计总结设计总结

6、.13 五五五五、参考资料参考资料参考资料参考资料 .14 0601李智威李智威李智威李智威 华中科技大学电气与电子工程学院华中科技大学电气与电子工程学院华中科技大学电气与电子工程学院华中科技大学电气与电子工程学院高电压技术课程设计高电压技术课程设计高电压技术课程设计高电压技术课程设计 1冲击电压发生器的设计冲击电压发生器的设计冲击电压发生器的设计冲击电压发生器的设计 一一一一、冲击电压发生器基本原理冲击电压发生器基本原理冲击电压发生器基本原理冲击电压发生器基本原理 电力系统中的高压电气设备，除了承受长时期的工作电压外，在运行过程中，还可能会承受短时的雷电过电压和操作过电压的作用。冲击电压发生

7、器是高压实验室基本设备之一，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，主要用于电力设备等试品进行雷电冲击电压全波冲击电压试验，检验绝缘性能。 冲击电压发生器是产生冲击电压波的装置。 雷电冲击电压波是一个很快地从零上升到峰值然后较慢地下降地单向性脉冲电压。 设计目标输出波形为 1.2/50s 标准波形，回路采用高效率回路，输出电压为 400kV，发生器级数为 5 级。 1.1、标准雷电冲击波波形标准雷电冲击波波形标准雷电冲击波波形标准雷电冲

8、击波波形 非周期性的冲击电压波可用双指数函数表示： u(t)=Aexp(-t/T1)-exp(-t/T2) 式中：T1波尾时间常数， T2波头时间常数，通常 T1T2。 实际的冲击电压波起始部分通常比较模糊，在最大值附近波形比较平滑，很难确定真正的起始零点和到达最大值的时间。为此，IEC 标准采用视在波头时间 Tf 和视在波尾时间 Tt 来定义冲击电压波形，见图 1。 图 1 标准雷电冲击波 全波冲击电压波形通常用（Tf/Tt）s 表示，其中正负号表示雷电冲击波的极性，时间单位为微秒。标准雷电冲击电压波为（12/50）s。允许偏差为： 波头时间： 30 波尾时间： 20 幅值： 3 0601李

9、智威李智威李智威李智威 华中科技大学电气与电子工程学院华中科技大学电气与电子工程学院华中科技大学电气与电子工程学院华中科技大学电气与电子工程学院高电压技术课程设计高电压技术课程设计高电压技术课程设计高电压技术课程设计 21.2、冲击电压发生器基本原理冲击电压发生器基本原理冲击电压发生器基本原理冲击电压发生器基本原理 一般的非周期性冲击电压波，可用（1-1）表示： u(t)=Aexp(-t/T1)-exp(-t/T2) 通常 T1T2，在波头时间范围内，exp(-t/T1)1 这个波头时间范围内的波形与直流电源 U0 经电阻 R1 向电容器 C2 充电的波形完全一样。所以，利用直流电源经电阻向电

10、容器充电可产生冲击电压波的波头，波头时间 TM3.24R1C2。 在波尾时间范围内，exp(-t/T2)0，则有： u(t)A exp(-t/T1) 这个波尾时间范围内的波形与电容器 C1 经电阻 R2 放电的波形完全一样。所以，利用已充电电容器经电阻放电可产生冲击电压波的波尾，波尾时间 T20.7R2C1。 图 2 冲击电压产生回路 R1波头电阻；C2波头电容； R2波尾电阻；C1主电容。 1.3、多级冲击电压发生器多级冲击电压发生器多级冲击电压发生器多级冲击电压发生器 由于受硅整理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 200300 千伏。 而利用多级冲击电压发生器可

11、以产生高达数百万伏的冲击电压。 其原理可简单的概括为多级电容器充电、然后自动串联起来放电，形成幅值很高的冲击电压波。 图 3 多级冲击电压发生器 其工作原理为：C10C20 为各级对地的杂散电容。在充电过程结束时，上面一排杂散电0601李智威李智威李智威李智威 华中科技大学电气与电子工程学院华中科技大学电气与电子工程学院华中科技大学电气与电子工程学院华中科技大学电气与电子工程学院高电压技术课程设计高电压技术课程设计高电压技术课程设计高电压技术课程设计 3容 C10、C30、 C50 和 C70 充电到+U0 电压，1、3、5、7 各点对地电位皆为+U0，而下面一排杂散电容 C20、C40、 C

12、60 和 C80 未充电，2、4、6、8 各点电位为零。当各级电容器 C 充电到U0 电压时，第一级间隙 G1 首先击穿，1 点电位瞬时从+U0 下降到零，2 点电位瞬时从零下降到-U0。由于 1、3 点之间和 2、4 点之间存在着充电电阻 R，杂散电容 C30 来不及放电，在 G1 击穿瞬间仍使 3 点维持原来的+U0 电位。于是，在 G1 击穿瞬间，球隙 G2 承受的电压由原来的 U0突然上升到 2 U0，从而导致 G2 击穿。G2 击穿后，3 点电位瞬时从+U0 下降到-U0，4 点电位瞬时下降到-2U0，而 5 点和 6 点仍然维持原来的电位+U0 和零电位。于是在 G1 和 G2 击

13、穿瞬间，球隙 3 承受的电压由原来的 U0 突然上升到 3U0，从而导致 G3 击穿。依此类推，球隙 G1Gn依次在 U0nU0 电压作用下击穿，将全部电容器串联起来。 为了防止各级固有电感和杂散电容可能产生的寄生振荡， 在各级球隙中串入阻尼电阻 r， 阻值约数十欧姆。 足够的充电电阻 R 和对地杂散电容是形成球间隙过电压的必要条件。增加充电电阻和对地杂散电容不仅能增加球间隙的过电压，而且还能延长过电压的持续时间，这对于提高球间隙动作的可靠性是有利的。而阻尼电阻和球间隙电容使球间隙的过电压降低，不利于球间隙的可靠动作。实际的冲击电压发生器，波头电阻和波尾电阻常分散到各级中去，这样，既可以起到阻

14、尼电阻的作用，又可以起到充电电阻的作用。 二二二二、冲击电压发生器冲击电压发生器冲击电压发生器冲击电压发生器基本基本基本基本设计设计设计设计 2.1、设计目标设计目标设计目标设计目标 设计目标输出波形为 1.2/50s 标准波形，回路采用高效率回路，输出电压为 300-800kV，发生器级数为 4-8 级。 表 1 冲击电压发生器标称电压与被测试设备额定电压间关系 试 品 额 定 电压 / kV 35 110 220 330 500 冲 击 电 压 发生 器 标 称 电压 / MV 0.40.6 0.81.5 1.82.7 2.43.6 2.74.2 要求的输出电压为 300800kV，根据上

15、表，可以暂定试品的电压等级为 35kV。 根据国家标准规定的各类设备的雷电冲击耐受电压，对于标称电压为 35KV 的设备： 表 2 国家标准规定的各类设备的雷电冲击耐受电压 KV 标 称电压 设 备 最高电压 额定雷电冲击耐受电压峰值 变压器 并 联 电抗器 耦 合 电容器 电 力 电缆 高 压 电器 母 线 绝缘柱 变 压 器内绝缘 35 40.5 200 200 200 200 185 185 220 由上表可知，最高的耐受电压为 220kv。 冲击电压发生器的额定电压: Ue=U2K1K2K3/ K1运行系数，最大可取 1.3； 0601李智威李智威李智威李智威 华中科技大学电气与电子工

16、程学院华中科技大学电气与电子工程学院华中科技大学电气与电子工程学院华中科技大学电气与电子工程学院高电压技术课程设计高电压技术课程设计高电压技术课程设计高电压技术课程设计 4 K2研究系数，最大可取 1.3； K3老化系数，最大可取 1.1； 发生器的效率，由于采用高效率回路，取为 90%； U2发生器的最大要求输出电压。 最高的耐受电压 Ue=1.3*1.3*1.1/90%=350kv，设计输出电压为 400KV 的冲击电压发生器。采用双边充电模式，高效回路，共分 5 级，每级电压 80KV。 2.2、冲击电压发生器组成冲击电压发生器组成冲击电压发生器组成冲击电压发生器组成 图 4 冲击电压发

17、生器组成 各部分的功能如下： 1、冲击电压发生器的本体的功能是阻容放电产生冲击电压波； 2、冲击电压发生器的充电装置的功能是完成对冲击电压发生器本体的充电； 3、冲击电压发生器的测量系统的功能是对所产生的冲击电压波的参数进行测量； 4、冲击电压发生器的控制系统的功能是对前四个部分进行控制，从而使其有序的工作，达到试验的要求。 可以看出各部分是独立完成某种功能的，为此，可以把整个系统分成一个一个独立的模块，每个模块进行单独的设计分块设计，最后将各个部分进行装配连接组成一个完整的冲击电压发生器系统。 三三三三、各部分具体设计各部分具体设计各部分具体设计各部分具体设计 3.1、充电回路的选取充电回路

18、的选取充电回路的选取充电回路的选取 采用双边充电回路，在相同的输出电压下，级数可减少一半，充电的不均匀性、充电时间和利用系数都能得到显著的改善，冲击电压发生器广泛采用双边充电回路。 充电回路在未触发前，下排节点处于零电位。变压器的两个输出端都处于高电位，故采用双套管变压器。充电回路中硅堆承受的最大反向电压为 2U。如果存在第一级波头电阻，由于电阻的分压将降低球隙过电压，从而影响球隙动作的可靠性。同时，第一级球隙与控制室的触发脉冲装置相连，接受来自控制室的触发脉冲，如果存在第一级波头电阻，则在第一级球隙击穿时会把高压引入触发脉冲装置，造成严重的危险。考虑以上原因，第一级不设波头电阻，一只铜球直接

19、接地。 0601李智威李智威李智威李智威 华中科技大学电气与电子工程学院华中科技大学电气与电子工程学院华中科技大学电气与电子工程学院华中科技大学电气与电子工程学院高电压技术课程设计高电压技术课程设计高电压技术课程设计高电压技术课程设计 5 图 5 双边充电回路 0R 为保护电阻，R 为充电电阻，C 为充电电容，2C 为负荷电容 R1为波头电阻，R2 为波尾电阻 3.2、主电容主电容主电容主电容（冲击冲击冲击冲击） 、） 、） 、） 、负荷电容负荷电容负荷电容负荷电容计算计算计算计算 每一级级电压为 80KV。由于采用了双边充电回路的，因而每一个冲击电容承受 40KV 的最高充电电压。负荷电容

20、C2 是被试品、测量球隙、电容分压器的电容以及发生器的杂散电容的总和。通常，测量球隙的电容为几十 PF、电容分压器的电容为 300500PF、发生器的杂散电容为200PF 左右。500KV 级以下的电力设备的电容大多在 2000PF 以下，考虑一定的裕度，负荷电容C2 取为 2500PF。采用 MY270-0.0052F 脉冲电容器串联。 C2=0.0052F/2=0.0026F 冲击电容为负荷电容的 10 倍以上来估计,并考虑裕度，取 YY-10.5-12-1 余弦电容器，每个能耐受 40KV 直流，每个电容值是 0.32F，五级串联。 C1=C/2n=0.32/2*5F=0.032F 回路

21、效率： 112/()0.032/(0.0320.0025)92.7%CCC=+=+=，高于预期的 90%。 3.3、电阻的计算电阻的计算电阻的计算电阻的计算 1） 、波头电阻 图 6 波前等效回路 所以波前时间 1112121.23.24/()TsRC CCC=+ 13.240.00320.00025/(0.0345)RFFF= 0601李智威李智威李智威李智威 华中科技大学电气与电子工程学院华中科技大学电气与电子工程学院华中科技大学电气与电子工程学院华中科技大学电气与电子工程学院高电压技术课程设计高电压技术课程设计高电压技术课程设计高电压技术课程设计 6求出1142R =，每级1142/52

22、8.4R=。 2） 、波尾电阻的计算 图7 半峰值等效回路 故半峰值时间 122500.693 2()0.693(0.0320.0025)tTsRCCRFF=+=+ 求出22100R =，每级22/5420RR= 3） 、保护电阻和充电电阻的选择 要求充电电阻R10R2 , 可以取20K。 要求保护电阻R010R，可以取500K。 充电电阻不仅影响到冲击电压发生器的充电过程，而且影响到发生器的放电过程。对于双边充电不对称回路，可以看出，充电电阻与波头电阻串联分压，充电电阻既减少波长时间，又降低放电回路的利用系数。由于充电电阻的影响，使每一级的波尾电阻减小。过大会延长充电时间，增加各级电容器充电

23、的不均匀性；过小会使各级球间隙动作不可靠，冲击电压波长时间减少，放电回路利用系数降低。在雷电冲击时，由于R1很小，充电电阻一般常略去不考虑，所以产生雷电冲击波时不考虑充电电阻对波形的影响。 4)、波前电阻和波尾电阻阻丝选择： 已知128.4R =，2420R =，一级电容器储能为： 263 21/ 20.5 0.32 10(100 10 )1.6C UJkJ=。假定试品不放电时能量全部消耗在2R中;试品短路放电时的能量420/（42028.4）*1.6=1.49kJ，即1.49kJ消耗在1R中。如采用双股相反绕的无感电阻结构，则波前电阻的每股阻值为 228.4即 56.8。每股电阻丝消耗的能量

24、为1.49/2kJ 即 745J。同样情况，波尾电阻每股阻丝的阻值为 2420即 840，每股电阻丝消耗的能量为 1.6/2kJ 即 800J。冲击放电的过程很快，电阻丝消耗的能量可按绝热过程考虑，所消耗的能量全部转变为电阻丝温度的升高。如所采用的电阻丝为康铜丝，康铜丝的密度为28.9 /g cm， 电阻率为60.48 10m?， 比热容mC为0.417 /()Jg Co?， 电阻允许最高温升为150。令电阻丝长度为 l/m，直径为 d/mm，则可得 204()Rld = 而消耗的能量 2/4mWldC= 得电阻丝的直径为 1/40(2/)/()mdWR C = （首先令01256.8RR=，

25、745WJ=， 最后 0601李智威李智威李智威李智威 华中科技大学电气与电子工程学院华中科技大学电气与电子工程学院华中科技大学电气与电子工程学院华中科技大学电气与电子工程学院高电压技术课程设计高电压技术课程设计高电压技术课程设计高电压技术课程设计 71/4(2/) 745 0.48/(8.9 56.8 0.417 150)0.36dmmmm= 实际选0.36mm的电阻丝两根，并按相反方向并绕。一根阻丝的长度为 220/(4 )56.80.36 /(4 0.48)12.04lRdmm= 实际温升： 24/()138mWl d CC = 再次令02 2840RR=，800WJ=代入式得电阻丝的直

26、径为0.13dmm=，实际选0.20mm的电阻丝按相反方向并绕。可算得一根电阻丝的长度l为20.6m，实际温升为126.6。用所选康铜丝两根并联，并按相反方向绕到绝缘棒上，要求匝间距离尽可能小。电阻棒的长度应使两端间能耐受 80kV 的电压。 绕法：选直径为 8cm、长度为 0.8m 的环氧筒。采用双线单层反向无感绕法，有效距离为0.6m。在环氧筒表面用两根电阻丝以相反方向螺旋间绕，再将两根电阻丝并联。选取镍铬电阻丝，它的电阻率较大，则电阻丝会短一些，从而减小回路电感。 说明说明说明说明：在放电回路的等值回路如下图 图 8 双边充电回路等效电路图 其中：C1=C/2N、R1=(N-1)R1、R

27、2=NR2、R=NR/3。 对于雷电冲击电压而言，波头电阻和波尾电阻是分散到各级的 R1和 R2，充电电阻 R 为 R2的 1020 倍，R2又大于 R1，所以计算时认为 R而不考虑，即充电电阻只起到充电的作用。所以，其等值回路中的电阻只剩下 R1和 R2。 3.4、变压器的选择变压器的选择变压器的选择变压器的选择 变压器高压侧的电压 Ut=1.1*40KV=44KV， 1524TRnCs=充 变压器标称能量2626/ 20.032 10400105.12CmWCUVAKVA= 变压器容量来（考虑到足够的安全裕度） S=3.0*2*Wc/T充=1.28 KVA 所以，可选择国产试验变压器，型号

28、为YD3/50，其参数如下 0601李智威李智威李智威李智威 华中科技大学电气与电子工程学院华中科技大学电气与电子工程学院华中科技大学电气与电子工程学院华中科技大学电气与电子工程学院高电压技术课程设计高电压技术课程设计高电压技术课程设计高电压技术课程设计 8表3 YD3/50 试验变压器的参数 额定电压 / kV 额定电流 / A 型号规格 额定容量 / kVA 输入 输出 输入 输出 YD3/50 3 0.22 50 13.63 0.06 3.5、高压硅堆高压硅堆高压硅堆高压硅堆的的的的选择选择选择选择 硅堆的反峰电压44kV40kV84kV。 硅堆的额定电流以平均电流计算，实际充电电流是脉

29、动的，充电之初平均电流较大，选择硅堆用的平均电流难以计算。现只有根据充电变压器输出的电流（有效值）来选择硅堆额定电流。电流的有效值是大于平均值的。 1.28/(44/2)0.0411nIkVAkVA= 因此，选硅堆的额定电流为0.05A。 选择2DL100/0.05 高压硅堆。 3.6、球隙直径的选择球隙直径的选择球隙直径的选择球隙直径的选择 由资料可知，在间隙距离为 2.8cm 时125mm 球隙的放电电压为 80kV，故选125mm 铜球共 5 对，点火球一对。 3.7、充电装置充电装置充电装置充电装置 充电装置的线路图，见图 2-9。 图 9 充电装置电路图 图中：1电源开关；2调压器；

30、3交流电压表；4充电变压器； 0601李智威李智威李智威李智威 华中科技大学电气与电子工程学院华中科技大学电气与电子工程学院华中科技大学电气与电子工程学院华中科技大学电气与电子工程学院高电压技术课程设计高电压技术课程设计高电压技术课程设计高电压技术课程设计 9 5高压硅堆；6限流电阻 R0；7C0； 1. C0：起到近似直流充电的作用，使充电时间减小，使充电的不均匀性也减小。采用高压滤波电容，耐压为 100KV，可选 0.1F，一般不采用。 2. 限流电阻 R0：按 2R0=10R 取，则 R0=100K，耐压为级电压 80KV，采用电阻丝在环氧筒表面绕制的无感绕法。 3. 调压器：其容量比充

31、电变压器稍大一些，可取为 5KVA。采用自耦调压器，其输出电压等于或稍大于充电变压器低压侧的额定电压。 3.8、测量部分设计测量部分设计测量部分设计测量部分设计 采用电容分压器分压，使用示测量回路。同轴电缆输出端电压设为 2kV，然后经电阻分压器二次分压，把信号电压输入示波器。考虑二次分压用的电阻分压器阻值很大，其阻抗效应可忽略。 图 10 测量系示意图 r 为阻尼电阻，其作用是阻尼杂散电容与线路电感的高频振荡。其中，R1=r，通常在 50300之间， 采用无感绕法。 C1 不能取得太小， 否则杂散电容的影响将增大， 但也不能取得太大，否则会影响波头、波尾时间。R2 为接触电阻，其值远小于 R

32、1，它的存在能减小方波响应的上升时间和响应时间。 高压臂电容选国产MY5000.00012 脉冲电容器较合适，其参数如表 5。 表4 MY5000.00012 脉冲电容器的规格 型号 额定电压 / kV 标称电容 / F 外形尺寸 / mm 重量 / kg 外壳 MY5000.00012 500 0.00012 1821155 28.2 胶纸壳 用此种电容器两个并联，使高压臂 12 0.000120.00024CFF= 由于设同轴电缆输出端电压幅值为2kV，故分压比 K=400/2=200。 12122002()/2(0.00024)/(0.00024)KCCCFCF=+=+ 0601李智威李

33、智威李智威李智威 华中科技大学电气与电子工程学院华中科技大学电气与电子工程学院华中科技大学电气与电子工程学院华中科技大学电气与电子工程学院高电压技术课程设计高电压技术课程设计高电压技术课程设计高电压技术课程设计 10 求出20.02376CF=。用MY800.03 脉冲电容器组成低压臂，其参数： 表5MY800.03 脉冲电容器的规格 型号 额定电压 / kV 标称电容 / F 外形尺寸 / mm 重量 / kg 外壳 MY800.03 80 0.03 220455 19.7 胶纸壳 故分压器的实际分压比为 1212()/2(0.000240.03)/0.00024252KCCC=+=+= 即

34、同轴电缆输出端电压 21/(400/ 252)1.59uUKkVkV= 应使： R1C1=R2C2 选择工作电压为 400kV，C1=240PF，R1=240。高压引线的波阻抗做得和 R1 差不多，可减弱或消除引线两端多次折、反射带来的振荡，则 R1=2 R=Z，C4 的存在是为了消除由于电缆的接入而带来的影响，要求参数匹配： R=Z=50, Cz+C4=C1+C2 C4= C1+C2- Cz=0.00024+0.03-0.003F=0.02676F 二次电阻分压器部分： 高压臂取10000HR=，低压臂100LR =，则分压比 2()/101HLLKRRR=+= 最终输入示波器的电压幅值为（

35、1587/101）V15.7V.终端测量部分选用双线高压示波器：型号为 SSBG8901 双线高压脉冲示波器。 其他测量仪器有： 双线高压示波器：型号为 SSBG8901 双线高压脉冲示波器。 峰值电压表：型号为 DIV8501 精密脉冲峰值电压表。 暂态波形记录仪：型号为 P500、双通道、25HZ。 3.9、屏蔽罩屏蔽罩屏蔽罩屏蔽罩，移动装置移动装置移动装置移动装置，绝缘支柱绝缘支柱绝缘支柱绝缘支柱，抗干扰抗干扰抗干扰抗干扰 冲击电压发生器的结构设计的总体要求如下： （1）电性能上要绝缘可靠，不发生闪络或击穿等事故； （2）机械上要稳定牢靠； （3）在保证绝缘距离的前提下，结构高度应尽可能

36、低； （4）要使回路尽可能短，电感尽可能小； （5）应易于接近冲击电压发生器的各个部分，尤其是一些经常调节的部件； （6）增加试验时 灵活性。 发生器的结构型式与主电容器的型式有密切关系。对于大型冲击电压发生器，要求回路电感尽可能的小，所以一般采用专用的固有电感小的脉冲型电容器。 0601李智威李智威李智威李智威 华中科技大学电气与电子工程学院华中科技大学电气与电子工程学院华中科技大学电气与电子工程学院华中科技大学电气与电子工程学院高电压技术课程设计高电压技术课程设计高电压技术课程设计高电压技术课程设计 11 由于金属壳式电容器的电压和容量可以做得很大，故近代冲击电压发生器都采用这种电容器，适

37、用于这种电容器的结构有塔式和梯式，但梯式结构需占地面积大的木架，技术性能差，现已淘汰。所以本设计采用塔式结构，金属壳式电容器分成若干层放在绝缘支架上，各级电容之间采用绝缘支架。 图 11 绝缘装配图 另外，为了合理利用高压试验大厅的尺寸和进行户外试验，本冲击电压发生器采用户内移动式，采用气垫移动，这对地面和气垫技术有较高的要求。采用移动式对绝缘支架有一定的要求，故本发生器采用环氧筒作为绝缘支架。 综上所述，本发生器的结构为：用气垫移动的以环氧筒作为绝缘支架的户内塔式结构。 电极材料可采用薄金属板或涂有金属膜的薄玻璃纤维板。 移动装置：采用气垫式，要求其载重为 10t，高度不超过 1m。 绝缘支

38、柱：采用环氧筒，其直径为 20cm，高度为 0.9m，这样，发生器的高度不超过 50.9+1+1=7.5m。 上述装配时必须设有一个可靠接地点，接地电阻1。 同时还需要采用以下措施：取信号线路采用了双线方式，即一线提取试品信号，一线悬空提取干扰信号，通过差模比较电路除去试品中干扰信号，保留有用数据；采用光电耦台隔离措施抑制干扰，光电耦台输人部分的发光二极管在电流状态下工作即便有较高的干扰电压幅值，也不能提供足够的电流而被抑制。而且光电耦台在封闭状态下实现输入回路与输出回路的耦台不受外界光的干扰； 最后采用全金属屏蔽柜、二次分压、电源滤波器等措施进一步克服干扰信号。 3.10、冲击电压发生器的控

39、制系统冲击电压发生器的控制系统冲击电压发生器的控制系统冲击电压发生器的控制系统 冲击电压发生器的基本操作为： 1）可自动投入和切除； 2）根据试验要求自动调节冲击电压波形； 3）根据试验要求自动调节各级球间隙距离和充电电压； 充电电压达到指定值后，自动发生触发脉冲，使冲击电压发生器和示波器动作。 控制过程：合电源启动解除接地本体球距的调节调压器输出电压的调节延长充电时间响警铃触发重复控制恢复接地。 本体采用双边异极性同步触发脉冲来触发，如下图。 0601李智威李智威李智威李智威 华中科技大学电气与电子工程学院华中科技大学电气与电子工程学院华中科技大学电气与电子工程学院华中科技大学电气与电子工程

40、学院高电压技术课程设计高电压技术课程设计高电压技术课程设计高电压技术课程设计 12 图 11 触发装置电路图 在控制系统中，采用电磁铁自动接地机构通过一个接地电阻将发生器的第一级电容接地。 采用市面上 TEST1000 控制系统。 TEST1000 型控制系统为冲击电压发生器或冲击电流发生器主体部分提供各种控制， 完全满足冲击试验的各种控制功能。 TEST1000 控制系统采用进口器件，前置发生器本体、直流充电电源控制与设备后台控制的连接采用两芯光缆。控制器可实现手动控制和自动控制。控制器还可扩展计算机的接口，可与计算机相连，使用专用软件包可进行计算机控制，从而实现智能化操作。控制系统可根据设

41、定的充电电压和充电时间自动进行充电，点火球隙可自动跟踪设定的充电电压值来整定球隙距离。充电电压和充电时间可在控制器上的液晶触摸屏数字整定。同时该系统具有过流过压保护功能。 3.11、matlab 仿真仿真仿真仿真 图 12 Matlab 高效模型 0601李智威李智威李智威李智威 华中科技大学电气与电子工程学院华中科技大学电气与电子工程学院华中科技大学电气与电子工程学院华中科技大学电气与电子工程学院高电压技术课程设计高电压技术课程设计高电压技术课程设计高电压技术课程设计 13 图 13 冲击电压波形图 四四四四、设计总结设计总结设计总结设计总结 高压冲击电压的产生一般是采用多级冲击电压发生器实

42、现。 冲击发生器的器件类型、 杂散参数和工作环境等对电压波形均有影响。本次课程设计的目的在于设计一套简单的冲击电压发生器及其相关的测量系统。通过课程设计，结合已学课程高电压技术 、 高电压与绝缘专题和电磁兼容原理等课程，掌握有关设计的基本步骤与规范；对握冲击电压发生器的工作原理、波形形成过程、波形参数描述与计算方法认识有所嘉庆，巩固了相关的专业知识的知识。 总的来说由于时间有限、能力不足，本次课程设计还存在着许多问题： （1）参数的计算比较粗略。许多参数如电容、电阻等的计算过程中忽略了保护措施和工作环境的影响；等效图均忽略了回路的电感，实际上多级冲击电压发生器的放电回路是很大的，不可避免的存在

43、着电感。另外，当被试品为变压器等具有绕组的设备时，冲击电压发生器的负载将包含有电感。这必然会导致参数计算和设计的不准确。 （2） 绝缘设计不全面。冲击电压发生器的设计中的绝缘需要满足各种工作条件下电压要求，保证人身和设备的安全。本次设计中的绝缘设计不多许多参数的选择只是满足理想情况的条件，而绝缘材料的特性受工作环境和工作时间的影响。 （3）本次设计只是理论上的初步设计，实际的冲击电压发生器的使用会涉及各种问题。 0601李智威李智威李智威李智威 华中科技大学电气与电子工程学院华中科技大学电气与电子工程学院华中科技大学电气与电子工程学院华中科技大学电气与电子工程学院高电压技术课程设计高电压技术课程设计高电压技术课程设计高电压技术课程设计 14 五五五五、参考资料参考资料参考资料参考资料 1、高电压技术，文远芳，华中科技大学出版社，2001年1月第一版。 2、 李惜玉， 郭小清，400KV冲击电压发生器的设计， 中山大学学报论丛，2001，21（5） ：165-167。