沖擊電壓試驗(yàn)(共7頁(yè))

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上沖擊電壓試驗(yàn)由于沖擊高電壓試驗(yàn)對(duì)試驗(yàn)設(shè)備和測(cè)試儀器的要求高、投資大，測(cè)試技術(shù)也比較復(fù)雜，所以在絕緣預(yù)防性試驗(yàn)中通常不列入沖擊耐壓試驗(yàn)。但為了研究電氣設(shè)備在運(yùn)行中遭受雷電過(guò)電壓和操作過(guò)電壓作用時(shí)的絕緣性能，在許多高壓試驗(yàn)室中都裝設(shè)了沖擊電壓發(fā)生器，用來(lái)產(chǎn)生試驗(yàn)用的雷電沖擊電壓波和操作沖擊電壓被。許多高壓電氣設(shè)備在出廠試驗(yàn)、型式試驗(yàn)時(shí)或大修后都必須進(jìn)行沖擊高壓試驗(yàn)。沖擊電壓發(fā)生器是高壓實(shí)驗(yàn)室的基本設(shè)備之一，沖擊試驗(yàn)電壓要比設(shè)備絕緣正常運(yùn)行時(shí)承受的電壓高出很多。隨著輸電電壓等級(jí)的不斷提高，沖擊電壓發(fā)生器的最高電壓也相應(yīng)提高才能滿足試驗(yàn)要求。一、沖擊電壓波形的定義絕緣耐受沖擊

2、電壓的能力與施加的電壓波形有關(guān)，而實(shí)際的沖擊電壓波形具有分散性，即每次的波形參數(shù)會(huì)有不同，為了保證多次沖擊試驗(yàn)的重復(fù)性和不同試驗(yàn)條件下試驗(yàn)結(jié)果的可比較性，必須規(guī)定統(tǒng)一的沖擊電壓波形參數(shù)。我國(guó)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)沖擊電壓波形的規(guī)定和國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）標(biāo)準(zhǔn)相同。如圖126所示。在經(jīng)過(guò)時(shí)間T1時(shí)，電壓從零上升到最大值，然后經(jīng)過(guò)時(shí)間T2-T1，電壓下降到最大值的一半。規(guī)定電壓從零上升到最大值所用的時(shí)間T1稱為波頭時(shí)間（或波前時(shí)間），電壓從零開始經(jīng)過(guò)最大值又下降到最大值一半的時(shí)間T2成為半峰值時(shí)間（或波長(zhǎng)時(shí)間、波尾時(shí)間）。 圖1-26 標(biāo)準(zhǔn)沖擊電壓波形 圖1-27非周期性的沖擊電壓波形非周期性的沖擊電壓波形由兩

3、個(gè)指數(shù)電壓波形疊加組成，如圖127所示，即 （1-25）式中：波尾時(shí)間常數(shù)。 波頭時(shí)間常數(shù)，通常遠(yuǎn)大于。 A單指數(shù)波幅值。對(duì)于實(shí)際的沖擊電壓波形，其起始部分通常比較模糊，在最大值附近的波形比較平坦，很難確定起始零點(diǎn)和到達(dá)最大值的時(shí)間。所以實(shí)際中通常采用視在波頭時(shí)間和視在半峰值時(shí)間來(lái)定義沖擊電壓波形。按照國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)際沖擊電壓波形參數(shù)的定義如圖128所示。圖1-28 實(shí)際的沖擊電壓波形（圖中tf改為T1，tt改為T2）標(biāo)準(zhǔn)沖擊電壓波形的參數(shù)為：波頭時(shí)間： 1.2s±30半峰值時(shí)間：50s±20幅值： ±3二、單級(jí)沖擊電壓發(fā)生器（一） 單級(jí)沖擊電壓

4、發(fā)生器的原理非周期性沖擊電壓波可由兩個(gè)指數(shù)電壓波形疊加而成，由于遠(yuǎn)大于，在波頭時(shí)間范圍內(nèi)，可將電壓波形近似用下式表示： （1-26）其波形如圖1-29所示。圖1-29 沖擊電壓波頭波形這個(gè)波頭時(shí)間范圍內(nèi)的沖擊電壓波形和電路理論課程中講述的一階電路的零狀態(tài)響應(yīng)曲線是相同的。所以利用直流電源經(jīng)電阻向電容器充電可以產(chǎn)生沖擊電壓波的波頭，且波頭時(shí)間T13.24，如圖1-30所示。圖1-30 沖擊電壓波頭波形產(chǎn)生電路在波尾時(shí)間范圍內(nèi)，可將沖擊電壓波形近似用下式表示： （1-27）上式的波形和已充電電容器經(jīng)電阻放電的波形是相同的。所以利用已充電的電容器經(jīng)電阻放電可以產(chǎn)生沖擊電壓波形的波尾，波尾時(shí)間取決于R

5、2和C1。如圖1-31所示?？梢杂?jì)算出電壓下降到一半的時(shí)間，即半峰值時(shí)間T2為： （1-28）圖1-31 沖擊電壓波尾波形根據(jù)上面的分析，將圖1-30和圖1-31兩個(gè)電路組合起來(lái)就可以產(chǎn)生完整的沖擊電壓波形。如圖1-32所示。首先在開關(guān)打開的狀態(tài)下對(duì)C1進(jìn)行充電，充電完畢后合上開關(guān)，電容C1經(jīng)電阻R1向C2充電，形成沖擊電壓波的波頭（C2兩端的電壓波形）；同時(shí)C1和C2經(jīng)過(guò)電阻R2放電，形成沖擊電壓波的波尾。一般情況下，C1比C2大很多，所以波尾主要由C1放電的快慢決定。稱C2和R1為波頭電容和波頭電阻，稱C1和R2為波尾電容和波尾電阻。根據(jù)實(shí)際的需要，圖1-32的電路可以改為圖1-33所示的

6、兩種形式，此時(shí)需要調(diào)整各個(gè)電阻的大小來(lái)調(diào)整沖擊電壓波形。圖1-32 沖擊電壓產(chǎn)生電路圖1-33 另外兩種沖擊電壓產(chǎn)生電路圖1-32和1-33的電路有一個(gè)電壓利用系數(shù)的問(wèn)題。假設(shè)合開關(guān)之前電容器C1上的電壓為U0，那么合上開關(guān)后在C2兩端產(chǎn)生的沖擊電壓波形的最大電壓（即幅值）Um肯定小于U0，我們定義放電回路的電壓利用系數(shù)為： （1-29）（二）沖擊電壓發(fā)生器波形和回路參數(shù)的關(guān)系可以計(jì)算出，圖1-32回路的電壓利用系數(shù)最高，稱為高效率回路。實(shí)際的單級(jí)沖擊電壓發(fā)生器電路如圖1-34所示。調(diào)整調(diào)壓器的輸出可以改變電容C1的充電電壓，達(dá)到調(diào)整輸出沖擊電壓幅值的目的；調(diào)整電阻R1和R2可以改變輸出波形，

7、使輸出沖擊電壓波形符合試驗(yàn)要求；放電球隙G的放電電壓根據(jù)電容器C1的充電電壓和輸出沖擊電壓幅值的要求進(jìn)行調(diào)整。由于受到高壓硅堆和電容器額定電壓的限制，同時(shí)也考慮放電球隙的直徑不宜過(guò)大，一般單級(jí)沖擊電壓發(fā)生器的最高輸出幅值不超過(guò)200300kV。圖1-34 實(shí)際單級(jí)沖擊電壓發(fā)生器電路沖擊電壓發(fā)生器的試品一般是容性負(fù)載，在做沖擊電壓試驗(yàn)時(shí)，利用試品的等效電容做波頭電容C2。對(duì)于圖1-33（b）所示的典型放電回路可以列出下面的方程： （1-30） （1-31）解上面的方程可以得到u2時(shí)間的變化為： （1-32）式中，U0球隙放電前電容器C1上的充電電壓。 K回路系數(shù)，K=C1R2/（-） 波尾時(shí)間常

8、數(shù)。 波頭時(shí)間常數(shù)。令，可得到理論波頭時(shí)間T1為： （1-33）那么輸出沖擊電壓的幅值為： （1-34）即 同樣可以用求出半峰值時(shí)間T2與回路參數(shù)的關(guān)系。T2/T1只決定于/。三、多級(jí)沖擊電壓發(fā)生器多級(jí)沖擊電壓發(fā)生器的原理由于受到高壓硅堆參數(shù)等因素的限制，單級(jí)沖擊電壓發(fā)生器輸出的沖擊電壓幅值一般不超過(guò)200300kV，所以實(shí)際中要獲得更高的沖擊電壓幅值，需采用多級(jí)沖擊電壓發(fā)生器。圖1-35 多級(jí)沖擊電壓發(fā)生器的原理電路圖多級(jí)沖擊電壓發(fā)生器的基本原理是：并聯(lián)充電、串聯(lián)放電。即先對(duì)多個(gè)電容器并聯(lián)充電，然后這些電容器自動(dòng)串聯(lián)起來(lái)放電，以產(chǎn)生很高的沖擊電壓幅值。圖1-35是多級(jí)沖擊電壓發(fā)生器的原理電路

9、圖。圖1-35中，首先調(diào)整各個(gè)球隙的距離，使G1的放電電壓為U0，G2G4的放電電壓在U02U0范圍內(nèi)，然后開始對(duì)各個(gè)電容器同時(shí)充電到U0。這時(shí)G1首先擊穿，導(dǎo)致G2G4依次擊穿，各個(gè)電容器串聯(lián)起來(lái)對(duì)C2和R2放電，在輸出端獲得幅值很高的沖擊電壓，近似的等效放電回路如圖1-36所示。下面詳細(xì)說(shuō)明各個(gè)電容器自動(dòng)轉(zhuǎn)換成串聯(lián)放電的過(guò)程。如圖1-36所示，C10C80是各點(diǎn)的對(duì)地雜散電容（寄生電容）。充電過(guò)程結(jié)束時(shí)，上面一排雜散電容C10、C30、C50、C70兩端被充電到電壓U0，1、3、5、7各點(diǎn)的對(duì)地電位為U0。下面一排雜散電容未被充電，2、4、6、8點(diǎn)仍為地電位零。充電結(jié)束時(shí)，1點(diǎn)電位為U0，

10、達(dá)到G1擊穿電壓，G1首先擊穿，1點(diǎn)電位瞬時(shí)降為零，2點(diǎn)電位瞬時(shí)變?yōu)閁0。由于1、3點(diǎn)和2、4點(diǎn)之間電阻R（比較大）的作用，雜散電容C30來(lái)不及放電，在G1擊穿瞬間3點(diǎn)電位幾乎仍維持在U0，于是在G1擊穿的瞬間，G2承受的電壓（2、3點(diǎn)之間的電位差）由原來(lái)的U0瞬間上升到2U0，從而導(dǎo)致G2擊穿。圖1-36 圖1-35的等效放電回路G2擊穿后，3點(diǎn)電位從U0下降到U0，4點(diǎn)電位瞬時(shí)變?yōu)?U0，而5、6點(diǎn)仍幾乎維持原來(lái)的電位，于是G3承受3U0電壓的作用而擊穿。依此類推，后面各級(jí)球隙在nU0電壓作用下相繼擊穿，把所有的電容器串聯(lián)起來(lái)。從上面所述的過(guò)程可以看出，電容器由并聯(lián)充電轉(zhuǎn)變?yōu)榇?lián)放電的關(guān)鍵

11、是雜散電容來(lái)不及放電，而雜散電容放電的快慢一方面取決于雜散電容的大小，另一方面取決于放電電阻R的大小，即雜散電容放電的時(shí)間常數(shù)。在實(shí)際當(dāng)中，有時(shí)候?yàn)榱舜_保各級(jí)球隙能順利自動(dòng)放電，還需要采取措施增大雜散電容。 1-銅球，2-端部有孔的銅球，3-鎢電極 4-瓷、膠木等絕緣材料d-鎢電極與銅球孔之間的距離；G,g-間隙圖1-37 三電極球隙的結(jié)構(gòu)三電極球隙上述的單級(jí)和多級(jí)沖擊電壓發(fā)生器，其輸出沖擊電壓的產(chǎn)生并不是等到電容器充到一定電壓時(shí)自動(dòng)輸出，而是充到一定電壓后停止充電，人為控制輸出沖擊電壓，這就要用到三電極球隙。對(duì)于單級(jí)沖擊電壓發(fā)生器就直接采用一個(gè)三電極球隙，對(duì)多級(jí)沖擊電壓發(fā)生器，只用一個(gè)三電極球隙替代第一級(jí)放電球隙G1。三電極球隙簡(jiǎn)單地是一個(gè)