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1、 高电压技术实验指导书实验一 冲击高电压的产生 一、实验目的和任务 1、了解冲击高电压发生器的结构。2、掌握冲击高电压的产生原理。3、了解产生冲击高电压的操作方法。4、观察气体间隙击穿、放电现象二、实验内容此实验为演示试验,先向学生介绍冲击高电压的产生原理、冲击高电压发生器的结构以及详细的操作方法，最后指导老师演示操作过程，产生冲击高电压。三、实验仪器、设备及材料 多功能高电压教学系统，主要有控制台、试验变压器、整流硅堆、保护电阻、波头电阻、波尾电阻、主电容、电容分压器、球隙等组成四、实验原理1、基本原理（1) 多级冲击电压发生器原理接线图(2) 基本原理:并联充电，串联放电 a) 充电过程充
2、电过程中,火花间隙都不都击穿，所在支路呈开路状态，电路简化为上图。各级电容器经数目不等的充电电阻并联地由整流电源充电，前面的电容比后面的电容充电速度快，时间足够长时，全部电容器的偶数点都达到-Uc,奇数点为零电位,所得电压为负极性b)放电过程l 当F1在Uc作用下击穿时,立即将点2、3连接起来,3点电位近似变成-Uc,4的电位近似变为-2Uc,F2上的电位差将达2Uc而迅速击穿，F3、F4将在3Uc和4Uc的电压下依次击穿；l 由于各级电阻R有足够大的阻值可近似地看成开路，各台电容器被串联起来对波尾电阻R2和波前电容放电(3)起动方式 使各级电容器充电到一个略低于F1击穿电压的水平上，处于准备
3、动作的状态，然后利用点火装置产生一点火脉冲，送到点火球隙F1中的一个辅助间隙上使之击穿并引起F1的主间隙击穿,起动整套装置。2、实验装置（1）实验接线图R0：保护电阻 D1：整流硅堆 G1、G2：球隙 C1、C2：主电容G1、G2、G0：球隙 Cd1、Cd2：电容分压器 Rf：波头电阻 Rt：波尾电阻（2）动作前等值电路（3）动作后等值电路五、实验步骤1、检查冲击电压发生器的接线2、检查接地棒是否接地良好，调压器是否在零位。3、将接地棒从冲击电压发生器的电容器上取下，作升压准备4、合闸5、缓慢均匀升压，接近冲击发生器的每级充电电压时，停止升压，并迅速将调压器回零6、启动点火装置，使冲击发生器动
4、作7、试验完毕后，切断电源，用接地棒将冲击电压发生器的充电电容放电，并将接地棒挂在电容器的高压端六、实验报告掌握冲击电压发生器的结构及原理，了解具体的操作方法。七、实验注意事项1、测试之前要进行2-3次的预放电。2、每次测试完毕后，调压器回零，将接地棒挂在电容器的高压端。八、思考题 1、产生雷电冲击高压和操作冲击高压，应当调节哪些参数，如何调节？2、若要产生雷电截波，实验装置该作何变化？实验二 避雷针保护范围的计算机辅助分析一、实验目的和任务 1、根据提供的分析软件，分别用滚球法和折线法分析单根和两根避雷针的保护范围；2、对影响避雷针保护范围的有关因素进行分析二、实验内容1、不同高度单根避雷针
5、分别用滚球法（不同滚球半径）和折线法时的保护范围三维图2、不同高度、不同距离双根避雷针分别用滚球法（不同滚球半径）和折线法时的保护范围三维图三、实验仪器、设备及材料 MATLAB工具、避雷针保护范围分析软件、计算机四、实验原理避雷针保护范围的计算方法主要有折线法和滚球法两种。所谓滚球法就是以 为半径的一个球体，沿需要防直击雷的部位滚动，当球体只触及接闪器(包括被利用作为接闪器的金属物)或接闪器和地面(包括与大地接触能承受雷击的金属物)，而不触及需要保护的部位时，则该部分就得到接闪器的保护，也就在避雷针的保护范围之内，不同类别的防雷建筑物的滚球半径有所有不同。根据不同建筑物的重要性，选择的滚球半
6、径如下表所示。表 建筑物防雷的滚球半径建筑物防雷类别滚球半径hr（m）第一类防雷建筑物30第二类防雷建筑物45第三类防雷建筑物601、 滚球法单根避雷针的保护范围 当避雷针的高度 时，距地面处作一条平行于地面的平行线，以避雷针的针尖为圆心，为半径画弧，交水平线于A、B两点 ，又分别以A、B两点为圆心，为半径 ，从针尖向地面画弧，如图1.l所示 ，曲线就是避雷针保护范围的边界，保护范围是一个对称的锥体。滚球法单根避雷针的保护范围避雷针在高度的平面上的保护半径由下式可得：避雷针在地面上的保护半径由下式可得：式中：避雷针在高度的平面上的保护半径（m） 滚球半径（m） 被保护物的高度（m）避雷针在地面
7、上的保护半径（m）当避雷针的高度 时，在避雷针上取高度的一点代替单根避雷针针尖作为圆心。其余作法与时相同。2、滚球法两根等高避雷针的保护范圈两根等高避雷针的保护范圈，在避雷针的高度小于或等于的情况下，当两根避雷针的距离大于或等于时，应各按单根避雷针保护范围计算方法确定；当小于时， 滚球法两根等高避雷针的保护范围（1）两根避雷针外侧的保护范围按单根避雷针的方法确定。（2）、点位于两针间的垂直平分线上，在地面每侧的最小保护宽度按下式计算：在轴线上，距中心线任一距离处，其在保护范围上边线上的保护高度由下式确定： 该保护范围上边线是以中心线距地面的一点为圆心，以为半径所作的圆弧。（3）确定两针间内的保
8、护范围，先确定部分的保护范围，、部分的保护范围确定方法与部分相同。在任一保护高度和点所处的垂直平面上，以作为假想避雷针，按单根避雷针的方法确定。（4）确定平面上保护范围截面的方法就是以单根避雷针的保护半径为半径，以、为圆心作弧线与四边形相交；同样以单根避雷针的（）为半径，以、为圆心作圆弧与上述弧线相接。3、滚球法两根不等高避雷针的保护范圈当两根避雷针的高度不等时，在、分别小于或等于的情况下，当大余或等于时，避雷针的保护范围计算应按单根避雷针保护范围计算所规定的方法确定；当小于时，按以下步骤确定：滚球法两根不等高避雷针的保护范围（1）外侧的保护范围，按单根避雷针的方法确定。（2）线段或线的位置按
9、下式确定：在地面每侧的最小保护宽度按下式计算：在轴线上，距中心线任一距离处，其在保护范围上边线上的保护高度由下式确定：式中：距线段或线段的距离该保护范围上边线是以线距地面的一点为圆心，以为半径所作的圆弧。（4）两针间内的保护范围，与是对称的，与是对称的，部分的保护范围按一下方式确定：在和点所处的垂直平面上，以作为假想避雷针，按单根避雷针的方法确定。确定、部分的保护范围的方法与部分的求法相同。（5）确定平面上保护范围截面的方法就是以单根避雷针的保护半径为半径，以、为圆心作弧线与四边形相交；同样以单根避雷针的（）为半径，以、为圆心作圆弧与上述弧线相接。4、折线法单根避雷针的保护范围折线法单根等高避
10、雷针的保护范围（1）避雷针在地面上的保护半径，计算公式如下：式中：为半径，；为避雷针的高度，；为高度影响系数，；，；当时，取。（2）在被保护物高度水平面的保护半径应按下列方法确定：a当时， 式中：为避雷针在水平面上的保护半径，；为被保护物的高度，。b当时，5、折线法两根等高避雷针的保护范围两根避雷针距离不太远时，由于两针的联合屏蔽作用，是两针中间的保护半径比单针时要大。两针外侧的保护范围按单针的计算方法确定，两针间的保护范围应按通过两针顶点及保护范围上部边缘最近点的圆弧来确定，点的高度按下式计算：图1.5 折线法两根等高避雷针的保护范围式中为两针间的距离（）；同上。6、折线法两根不等高避雷针的
11、保护范围两根不等高避雷针的两针外侧的保护范围按单根避雷针确定，两针间的保护范围，应先按单根避雷针规定的方法作出较高避雷针的保护范围，然后经过较低避雷针的顶点B作水平线相交于较高避雷针保护范围的A点，取A点作为一支等效避雷针的顶点，BA之间的保护范围按两根等高避雷针的方法确定。其最低点高度为：式中：较低避雷针的高度；较低避雷针与等效避雷针之间的距离。折线法两根不等高避雷针的保护范围五、实验步骤按实验内容的要求逐步进行。六、实验报告1、分别打印不同方法下，不同高度单根针、不同高度不同距离两根针保护范围的三维图并粘贴在实验报告上2、对保护范围的有关影响因素进行分析七、实验注意事项1、要认真观察不同高度、不同距离的避雷针保护范围的变化 2、要认真观察同一参数下使用不同方法时避雷针保护范围的变化八、思考题 1、滚球法和折线法作出的保护范围有何区别？2、两根避雷针之间的距离满足什么条件时，可按两根单针分别考虑保护范围？3、不同滚球半径对保护范围有保影响？4、在保护范围内的设备和建筑物，是否一定不会被雷电击中？为什么？参考文献：1杨保初、刘晓波、戴玉松编，高电压技术，重庆大学出版社，20022周泽存，沈其工等编，高电压技术，中国电力出版社，20053吴广宁编，高电压技术，机械工业出版社，20073吴天明，谢小竹，彭彬编，MATLAB电力系统设计与分析，2004- 12 -
