1、電氣學科大類 2007級高電壓 課程設計（沖擊電壓發生器的設計）姓 名 ：楊軍 學號：U200712316專業班號：電氣0705班評閱人： 指導教師 ： 戴玲 日 期 ：2010.03.12 目錄一·沖擊電壓發生器的功用及原理。3二·設計目標 。4三·設計步驟 。4四·設計總結 。13五·參考資料 。14六· 附錄 。15一·沖擊電壓發生器的功用及原理沖擊電壓發生器是一種產生脈沖波的高電壓發生裝置。原先它只被用于研究電力設備遭受大氣過電壓（雷擊）時的絕緣性能，近年來又被用于研究電力設備遭受操作過電壓時的絕緣性能。所以對沖擊電

2、壓發生器的要求，不僅能產生出現在電力設備上的雷電波形，還能產生操作過電壓波形。沖擊電壓的破壞作用不僅決定于幅值，還與波形陡度有關，對某些設備要采用截斷波來進行試驗。沖擊電壓發生器要滿足兩個要求：首先要能輸出幾十萬到幾百萬伏的電壓，同時這電壓要具有一定的波形。它的原理圖如下：實驗變壓器T和高壓硅堆D構成整流電源，經過保護電阻r及充電電阻R向主電容器C1 C4 充電，充電到U，出現在球隙g1g4上的電位差也為U，若事先把球間隙距離調到稍大于U，球隙不會放電。當需要使沖擊機動作時，可向點火球隙的針極送去一脈沖電壓，針極和球皮只見產生一小火花，引起點火球隙放電，于是電容器C1的上極板經g1接地，點1電

3、位由地電位變為-U。電容器C1與C2間有充電電阻R隔開，R比較大，在g1放電瞬間，點2和點3電位不可能突然改變，點3電位仍為+U，中間球隙g2上的電位差突然升到2U，g2馬上放電，于是點2電位變為-2U。同理，g3，g4也跟著放電，電容器C1C4串聯起來了，最后球隙g0也放電，此時輸出電壓為C1C4上電壓的總和，即-4U。上述一系列過程可被概括為“電容器并聯充電，而后串聯放電”二.設計目標： 輸出波形為1.2/50s標準波形，回路采用高效率回路，輸出電壓為300800kV，發生器級數為48級。三.設計過程：1試品電壓等級的確定表1.沖擊電壓發生器標稱電壓與被測試設備額定電壓間關系試品額定電壓

4、/ kV35110220330500沖擊電壓發生器標稱電壓 / MV0.40.60.81.51.82.72.43.62.74.2要求的輸出電壓為300800kV，根據上表，可以暫定試品的電壓等級為66kV。根據66kV設備雷電沖擊耐受電壓(峰值)表，可知變壓器類設備的內絕緣的耐受電壓最高，為385kV，擊穿電壓和閃絡電壓都高于試驗電壓，考慮為研究試驗取裕度系數1.3；長期工作時沖擊電壓發生器會發生絕緣老化，考慮老化系數取1.1；假定沖擊電壓發生器的效率為85%，故沖擊電壓發生器的標稱電壓應不低于：所以可取沖擊電壓發生器的標稱電壓為660kV2沖擊電容的選定如不考慮大電力變壓器試驗和整卷電纜試驗

5、，數互感器的電容較大，約1000pF，沖擊電壓發生器的對地雜散電容和高壓引線及球隙等的電容如估計為500pF，電容分壓器的電容如估計為600pF，則總的負荷電容為 如按沖擊電容為負荷電容的10倍來估計，約需沖擊電容為 從國產脈沖電容器的產品規格中找到MY2200.1和MY1100.2瓷殼高壓脈沖電容器比較合適，這種電容器的規格如表3所示。表3. MY1100.2瓷殼高壓脈沖電容器的規格型號額定電壓 / kV標稱電容 / µF外形尺寸 / mm重量 / kg外殼MY2200.12200.1635×l845361瓷殼MY1100.21100.2635×l500249瓷

6、殼綜合考慮后，可以選擇第二種電容器。用此種電容器6級串聯，標稱電壓可達到660kV，滿足前述要求，每級一個電容器，使沖擊電容 C=0.2/6=0.0333f此值 ，可使（電壓）效率不致很低。且高度大概在6m左右，高度上也還可以。2回路的選擇選用高效率回路和倍壓充電，回路如下圖所示3.沖擊電壓發生器主要參數：標稱電壓：沖擊電容：C=0.0333f 標稱能量：Wn=0.5CU2= 7.26kj5.波前電阻和波尾電阻的計算：試品電容約1000pF，負荷總電容為2100pF，波前等效回路所以波前時間 求出，每級。半峰值是等效回路故半峰值時間 求出，每級。6.沖擊電壓發生器的效率：此值比原估計的效率0.

7、85高，所以所選電容是合適的。7.充電電阻和保護電阻的選擇：要求 ，得： 取R10k。每根充電電阻的結構長度應能耐受110kV的電壓。如取保護電阻r為充電電阻R的40倍，則保護電阻r為400k。8.充電時間的估算：因為采用了倍壓充電回路，由式，但考慮到電容C的另一側為及，它們遠小于充電電阻R。此外還應考慮倍壓回路第一個回路中的保護電阻r的作用。充電至0.9倍電壓時， 設，則計算得。實際上還存在充電回路中的影響，它可使充電時間增加一些，可估計為。9.變壓器選擇：考慮倍壓充電回路所需的容量，加大安全系數到3.0。變壓器容量變壓器電壓所以，可選擇國產試驗變壓器，型號為YD3/50，其參數如下表。表4

8、. YD3/50試驗變壓器的參數型號規格額定容量 / kVA額定電壓 / kV額定電流 / A輸入輸出輸入輸出YD3/5030.225013.630.0610.高壓硅堆選擇：為了縮短充電時間，充電變壓器應該提高10的電壓，因此硅堆的反峰電壓55kV×1.155kV116kV。硅堆的額定整流電流以平均電流計算，實際充電電流是脈動的，充電之初平均電流較大，選擇硅堆用的平均電流難以計算。現只有根據充電變壓器輸出的電流（有效值）來選擇硅堆額定電流。電流的有效值是大于平均值的。 因此，選硅堆的額定整流電流為0.05A 反峰電壓>116kv選擇2DL150/0.05高壓硅堆。11.球隙直徑

9、選擇：查附表11球隙放電標準表得：在間隙距離為4.5cm時10cm球隙的放電電壓為115kV，故選10cm銅球，一共7對。12.波前電阻和波尾電阻絲選擇計算：已知，一級電容器儲能為：。假定試品不放電時能量全部消耗在中，試品短路放電時的能量340/（34031.25）kJ，即1.11kJ消耗在中。如采用雙股相反繞的無感電阻結構，則波前電阻的每股阻值為2×31.25即62.5。每股電阻絲消耗的能量為1.11/2kJ即550J。同樣情況，波尾電阻每股阻絲的阻值為2×340即680，每股電阻絲消耗的能量為1.21/2kJ即605J。沖擊放電的過程很快，電阻絲消耗的能量可按絕熱過程考

10、慮，所消耗的能量全部轉變為電阻絲溫度的升高。如所采用的電阻絲為康銅絲，康銅絲的密度為，電阻率為，比熱容為，電阻允許最高溫升為150。令電阻絲長度為l/m，直徑為d/mm，則可得 而消耗的能量 （2）將式（1）和式（2）消去l，得電阻絲的直徑為 首先令，最后，由式上式得 實際選0.35mm的電阻絲兩根，并按相反方向并繞。由式（1）得其中一根阻絲的長度為 實際溫升可由式（2）得 再次令，代入式（3）得電阻絲的直徑為，實際選0.20mm的電阻絲按相反方向并繞。可算得一根電阻絲的長度l為44.5m，實際溫升為116.6。用所選康銅絲兩根并聯，并按相反方向繞到絕緣棒上，要求匝間距離盡可能小。電阻棒的長度

11、應使兩端間能耐受110kV的電壓。13.一次分壓器的設計：采用電容分壓器分壓，使用如圖3示測量回路。同軸電纜輸出端電壓設為2kV，然后經電阻分壓器二次分壓，把信號電壓輸入示波器。考慮二次分壓用的電阻分壓器阻值很大，其阻抗效應可忽略。高壓臂電容選國產MY5000.00012脈沖電容器較合適，其參數如表5。表5. MY5000.00012脈沖電容器的規格型號額定電壓 / kV標稱電容 / µF外形尺寸 / mm重量 / kg外殼MY5000.000125000.00012182×115528.2膠紙殼用此種電容器三個并聯，使高壓臂 由于設同軸電纜輸出端電壓幅值為2kV，故分壓比

12、 K=660/2=330。 求出。用MY800.03脈沖電容器組成低壓臂，其參數如表6。表6. MY800.03脈沖電容器的規格型號額定電壓 / kV標稱電容 / µF外形尺寸 / mm重量 / kg外殼MY800.03800.03220×45519.7膠紙殼用此種電容器兩級串聯，使分壓器額定電壓可達（50080×2）kV660kV，可用于測量沖擊電壓。每級由4個電容器并聯，使低壓臂電容 故分壓器的實際分壓比為 即同軸電纜輸出端電壓 14.二次電阻分壓器：高壓臂取，低壓臂，則分壓比 最終輸入示波器的電壓幅值為（1968/101）V19.5V.四設計總結上學期通過對

13、高電壓課程的學習，我充分體會到了高壓輸電在我們平常生活中的重要意義，而為了保證輸電線路及其設備的安全性及可靠性，務必要考慮到雷電過電壓及操作過電壓對電力系統的影響。因此，沖擊電壓發生器的設計應用顯得尤其重要。這次的課程設計可謂是獲益良多，通過多方面查資料以及請教同學，終于把沖擊電壓發生器的說明書制成了，雖然還未經過實踐的檢驗，但是我也體會到了做工程的嚴謹性以及每一個步驟的重要性，小到一個電阻，大到整個圖紙，不能有一絲的馬虎，要不然就會以失敗告終，特別是原理中的那幾個電容電阻，每一個都有不同的作用，而且不能混用，稍有不慎就會燒掉甚至于使整個系統癱瘓。因此，作為工科的學生，一定要養成良好的習慣，扎

14、實、認真、一絲不茍。在做課設過程中也遇到了不少的問題，通過參考書籍以及班上優秀同學的作品才得以將解決，在此非常感謝那些幫助我的同學及老師，圖書館也幫了我的大忙，從中我體會到了集體的力量，一個人是不可能干成大事業的。五·參考資料高電壓工程。林福昌主編高電壓試驗技術。華中工學院、上海交大主編高電壓試驗技術。張仁豫主編六·附錄各類設備的雷電沖擊耐受電壓 單位：KV(有效值)系統標稱電壓（有效值）設備最高電壓（有效值）額定雷電沖擊（內，外絕緣）耐受電壓（峰值）截斷雷電沖擊耐受電壓（峰值）變壓器并聯電抗器耦合電容器，電壓互感器高壓電力電纜(2)高壓電器母線支柱絕緣子，穿墻套管變壓器類

15、設備的內絕緣3540.5185/200(1)185/200(1)185/200(1)2001851852206672.5325325325325325325360350350350350350350385110126450/480(1)450/480(1)450/480(1)45045045053055055055055022025285085085085085093595095095095095095095010501050330363105010501050117511751175117511751175117513001300500550.014251425142514251550155

16、015501550155015501550167516751675167516751675注：（1） 斜線下之數據僅用于該類設備的內絕緣（2） 對高壓電力電纜是指熱狀態下的耐受電壓球隙放電標準表         （最大值：Kv）距離（cm）球直徑（cm）256.251012.5152550751001502000.050.100.150.20.250.30.40.50.60.70.80.91.01.21.41.51.61.82.02.22.42.62.83.03.54.04.55.05.56.06.57.

17、07.58.09.0101112131415161718192022242628303234363840455055606570758085901001101201301401502.84.76.48.09.611.214.417.420.423.225.828.330.735.138.540.0   8.09.611.214.317.420.423.426.329.232.037.642.945.548.15357.561.565.56972.575.582.588.5       14.21

18、7.220.223.226.229.131.937.542.945.548.153.558.563.067.572.076.079.587.595.0101107        16.819.923.026.028.931.737.442.945.548.153.559.064.569.574.579.584.095.0105115123131138144150155       16.819.923.026.028.931.737.442.94

19、5.548.153.559.064.570.075.080.085.097.0108119129138146154161168174185195       16.819.923.026.028.931.737.442.945.548.153.559.064.570.075.580.585.598.0110122133143152161169177185198209219229            31.

20、737.442.945.548.153.559.064.570.075.581.086.099.0112125137149161173184195206226244261275289302314326337347357366                  59.064.570.075.581.086.099.01121251381511641771892022142392632863093313533733924

21、11429445460489515540565585605625640665670                  59.064.570.075.581.086.099.0112125138151164177190203215240265290315339363387410432453473492530565600635665695725750775800850895935970                       86.099.0112125138151164177190203215241266292318342366390414438462486510555595635675710745780815845875945101010601110116012001230&#