沖擊電壓發(fā)生器

　　沖擊電壓發(fā)生器主要用于電力設(shè)備等試品進(jìn)行雷電沖擊電壓全波、雷電沖擊電壓截波和操作沖擊電壓波的沖擊電壓試驗(yàn)，檢驗(yàn)絕緣性能。

　　100～10000kV系列各種容量成套沖擊電壓（電流）試驗(yàn)裝置。并可提供多種波形系列成套沖擊電壓（電流）發(fā)生器。沖擊試驗(yàn)裝置主要由：發(fā)生器本體、截波、分壓器、四組件控制臺(tái)（控制臺(tái)分為微機(jī)型和普通型）、數(shù)字化波形記錄系統(tǒng)等組成。

　　沖擊電壓發(fā)生器的特點(diǎn)

　　1、回路電感小，并采取帶阻濾波措施，在大電容量負(fù)載下能產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)沖擊波，負(fù)載能力大;

　　2、電壓利用系數(shù)高，雷電波和操作波分別不低于85%和80%；

　　3、調(diào)波方便，操作簡(jiǎn)單，同步性能好，動(dòng)作可靠；

　　4、采用恒流充電自動(dòng)控制技術(shù)，自動(dòng)化程度高，抗干擾能力強(qiáng)；

　　沖擊電壓發(fā)生器的主要技術(shù)參數(shù)

　　標(biāo)稱(chēng)電壓：±300kV-4800kV 級(jí)電壓：±150kV-1200kV

　　級(jí)電容量：0.325-1.0μF 沖擊能量：7.31-480 kJ

　　沖擊電壓發(fā)生器的原理

　　沖擊電壓發(fā)生器要滿(mǎn)足兩個(gè)要求：首先要能輸出幾十萬(wàn)伏到幾百萬(wàn)伏的電壓，同時(shí)這電壓要具有一定波形。它是用下列馬克斯回路來(lái)達(dá)到這些目的的，如圖2-7：

　　T——試驗(yàn)變壓器；D——高壓硅堆；r——保護(hù)電阻；R——充電電阻；C1~C4——主電容器；rd——阻尼電阻；C——對(duì)地雜散電容；g1——點(diǎn)火球隙；g2~g4——中間球隙；g0——隔離球隙； Rt——放電電阻；Rf——波前電阻；C0——試品及測(cè)量設(shè)備等電容

　　試驗(yàn)變壓器T和高壓硅堆D構(gòu)成整流電源，經(jīng)過(guò)保護(hù)電阻r及充電電阻R向主電容C1~C4充電，充電到U，出現(xiàn)在球隙g1~g4上的電位差也為U假若事先把球隙距離調(diào)到稍大于U，球隙就不會(huì)放電。當(dāng)需要使沖擊動(dòng)作時(shí)，可向點(diǎn)火球隙的針極送去一脈沖電壓，針極和球皮之間產(chǎn)生一小火花，引起點(diǎn)火球隙放電，于是電容器C1的上極板井g1接地，點(diǎn)1點(diǎn)位由地電位變?yōu)?U。電容器C1與C2間有充電電阻R隔開(kāi)，R比較大，在g1放電瞬間g2上的電位差突然上升到2U，g2馬上放電，于是點(diǎn)2電位變?yōu)?2U。同理，g3，g4也跟著放電，電容器C1~C4串聯(lián)起來(lái)了。最后隔離球隙g0也放電，此時(shí)輸出電壓為C1~C4上電壓的總和，即+4U。上述一系列過(guò)程可被概括為“電容器并聯(lián)充電，而后串聯(lián)放電”；由并聯(lián)變成串聯(lián)是靠一組球隙來(lái)達(dá)到。要求這組球隙在g1不放電時(shí)都不放電，一旦g1放電，則順序逐個(gè)放電。滿(mǎn)足這個(gè)條件的，叫做球隙同步好，否則就叫做同步不好。R在充電時(shí)起電路的連接作用，在放電時(shí)又起隔離作用。在球隙同步動(dòng)作時(shí)，放電回路改變成如下圖2-8的形式。

　　上圖中C1原有電壓+4U，原來(lái)無(wú)電壓，當(dāng)g0放電，C2上將建立起電壓，同時(shí)C1上電壓降下降。當(dāng)C2上電壓U2從零上升到U2MAX時(shí)，它與此時(shí)C1上電壓U1相等，不可能在上升。由于二者將經(jīng)R1放電，最后都將降到零。U2的形狀可表示為下圖。上升部分的快慢與RF有關(guān)，下降部分的快慢與RT有關(guān)。RF小，上身快。RT大，下降慢。

　　圖中——Rr是防止回路內(nèi)部發(fā)生振蕩用的。R一般比R大一數(shù)量級(jí)，不僅保護(hù)硅堆，還可使各級(jí)電容器的充電電壓比較均勻。

　　從以上分析可看出，要提高沖擊電壓發(fā)生器的輸出電壓有兩種途徑：一種是升高充電電源電壓，但它受電容器額定電壓的限制；另一種是增加級(jí)數(shù)，但級(jí)數(shù)多了會(huì)給同步帶來(lái)困難。圖2-10電路采用了兩個(gè)半波的整流倍壓充電方式。發(fā)生器的動(dòng)作原理，基本上和圖2-7回路一樣。和圖2-7相比較，圖2-10中中間球隙所跨接的電容器臺(tái)數(shù)增加了一倍。不過(guò)圖2-10中球隙ｇ２在動(dòng)作時(shí)過(guò)電壓的倍數(shù)，要比圖2-7中的ｇ２要低，這點(diǎn)需深入分析。為克服這一缺點(diǎn)，直流充電部分可改為對(duì)地的倍壓回路，此時(shí)在電容Ｃ２的下極板處直接接地。

　　最后說(shuō)明一下沖擊電壓發(fā)生器的幾項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)

　　㈠ 發(fā)生器的標(biāo)稱(chēng)電壓 發(fā)生器每級(jí)主電容的標(biāo)稱(chēng)充電電壓值與級(jí)數(shù)的乘積。其值一半為幾百千伏至幾千千伏。

　?、?發(fā)生器的標(biāo)稱(chēng)能量 發(fā)生器主電容在標(biāo)稱(chēng)電壓下的總儲(chǔ)存能量。其值一半為幾十千焦至幾百千焦。

　?、?發(fā)生器的效率 發(fā)生器輸出電壓U2峰值與各級(jí)實(shí)際充電電壓的總和之比。

　　沖擊電壓發(fā)生器的應(yīng)用

　　沖擊電壓發(fā)生器在高電壓試驗(yàn)中的應(yīng)用

　　1、緣材料的雷電過(guò)電壓耐受性能試驗(yàn)

　　通過(guò)人工模擬雷電流波形和峰值以檢驗(yàn)電工設(shè)備絕緣耐受雷電沖擊電壓的能力。根據(jù)雷閃放電的實(shí)測(cè)結(jié)果，認(rèn)為雷電波波形是波頭長(zhǎng)幾微秒、波尾長(zhǎng)幾十微秒的單極性雙指數(shù)曲線。大多數(shù)雷為負(fù)極性。世界各國(guó)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)都把標(biāo)準(zhǔn)雷電沖擊波標(biāo)定為：視在波頭時(shí)間T1=1.2μs，又稱(chēng)波頭時(shí)間；視在半波峰值時(shí)間T2＝50μs，又稱(chēng)波尾時(shí)間（見(jiàn)下圖）。

　　實(shí)際試驗(yàn)裝置產(chǎn)生的電壓峰值和波形與標(biāo)準(zhǔn)波之間的容許偏差為：峰值，±3％;波頭時(shí)間，±30％；半波峰值時(shí)間，±20％；通常把標(biāo)準(zhǔn)雷電波形表示成1.2/50μs。

　　雷電沖擊試驗(yàn)電壓由沖擊電壓發(fā)生器產(chǎn)生。沖擊電壓發(fā)生器的多個(gè)電容器由并聯(lián)轉(zhuǎn)串聯(lián)是通過(guò)許多點(diǎn)火球隙實(shí)現(xiàn)的，即控制點(diǎn)火球隙使它放電時(shí)把多個(gè)電容器串聯(lián)起來(lái)。受試設(shè)備上的電壓上升速度和經(jīng)過(guò)峰值后電壓下降的快慢，可以通過(guò)電容電路中的電阻值調(diào)節(jié)。影響波頭的電阻稱(chēng)為波頭電阻，影響波尾的電阻稱(chēng)為波尾電阻。試驗(yàn)時(shí)，通過(guò)改變波頭電阻和波尾電阻的阻值，獲得標(biāo)準(zhǔn)沖擊電壓波的預(yù)定波頭時(shí)間和半波峰值時(shí)間。改變整流電源輸出電壓的極性和幅值，就可以獲得所需要的沖擊電壓波的極性和峰值。由此可以實(shí)現(xiàn)從幾十萬(wàn)伏到幾百萬(wàn)伏，甚至千萬(wàn)伏的沖擊電壓發(fā)生器。中國(guó)自己設(shè)計(jì)安裝的沖擊電壓發(fā)生器的最高電壓為6000kV。 雷電沖擊電壓試驗(yàn) 內(nèi)容包括 4項(xiàng)。

　?、贀裟碗妷涸囼?yàn)：通常用于非自恢復(fù)絕緣，如變壓器、電抗器等的絕緣，目的是檢驗(yàn)這些設(shè)備能否耐受絕緣等級(jí)所規(guī)定的電壓。

　?、?0％沖擊閃絡(luò)試驗(yàn)：通常以自恢復(fù)絕緣如絕緣子、空氣間隙等為對(duì)象，目的是要確定閃絡(luò)概率為50％的電壓值U。有了這個(gè)電壓值與閃絡(luò)值間的標(biāo)準(zhǔn)偏差，還可確定其他閃絡(luò)概率，如5％的閃絡(luò)電壓值， 一般把U作為耐受電壓。

　?、蹞舸┰囼?yàn)：目的是確定絕緣的實(shí)際強(qiáng)度。主要在電工設(shè)備制造廠進(jìn)行。

　?、茈妷簳r(shí)間曲線試驗(yàn)（伏秒曲線試驗(yàn)）：電壓時(shí)間曲線是表示施加電壓到絕緣破壞（或瓷絕緣閃絡(luò)）與時(shí)間之間的關(guān)系。伏秒曲線（V-t曲線） 可為考慮變壓器等被保護(hù)設(shè)備與避雷器等保護(hù)設(shè)備間的絕緣配合提供依據(jù)。

　　2、緣材料的操作過(guò)電壓耐受性能試驗(yàn)

　　操作沖擊過(guò)電壓試驗(yàn) 通過(guò)人工模擬電力系統(tǒng)操作沖擊過(guò)電壓波形，檢驗(yàn)電工設(shè)備絕緣耐受操作沖擊電壓的能力。電力系統(tǒng)中存在的操作過(guò)電壓的波形和峰值類(lèi)型很多，與線路參數(shù)和系統(tǒng)狀態(tài)有關(guān)。一般情況下是個(gè)衰減振蕩波，頻率從幾十赫到幾千赫，其幅值與系統(tǒng)電壓有關(guān)，通常以相電壓的若干倍來(lái)表示，最高可達(dá)最大相電壓的3～4倍。操作沖擊波比雷電沖擊波作用時(shí)間長(zhǎng)，對(duì)電力系統(tǒng)絕緣的影響也有所不同。 220kV及以下的電力系統(tǒng)，可近似地用短時(shí)工頻耐壓試驗(yàn)來(lái)等效地檢驗(yàn)設(shè)備絕緣在操作過(guò)電壓下的情況。 330kV及以上的超高壓、特高壓系統(tǒng)和設(shè)備，操作過(guò)電壓對(duì)絕緣的影響更大，不能再用短時(shí)工頻電壓試驗(yàn)來(lái)近似代替操作沖擊電壓試驗(yàn)。從試驗(yàn)數(shù)據(jù)看出，對(duì)2m以上的空氣間隙，操作放電電壓的非線性顯著，即間隙距離加大時(shí)耐受電壓增加緩慢，甚至還低于短時(shí)工頻放電電壓。所以必須模擬操作沖擊電壓對(duì)絕緣進(jìn)行試驗(yàn)。

　　操作沖擊過(guò)電壓試驗(yàn)的內(nèi)容包括5項(xiàng)：

　　①操作沖擊耐電壓試驗(yàn);

　?、?0％操作沖擊閃絡(luò)試驗(yàn)；

　?、蹞舸┰囼?yàn);

　　④電壓時(shí)間曲線試驗(yàn)（伏-秒曲線試驗(yàn)）;

　?、莶僮鳑_擊電壓波頭曲線試驗(yàn)。前4項(xiàng)試驗(yàn)與雷電沖擊電壓試驗(yàn)中的相應(yīng)試驗(yàn)要求相同。第 5項(xiàng)試驗(yàn)是操作沖擊放電特性所要求的，因?yàn)殚L(zhǎng)空氣間隙在操作沖擊波作用下的放電電壓會(huì)隨沖擊波頭而改變。在某一波頭長(zhǎng)度，如150μs時(shí)，放電電壓最低，此波頭叫做臨界波頭。臨界波頭長(zhǎng)度隨間隙長(zhǎng)度的增長(zhǎng)而稍有增長(zhǎng)。

　　3、絕緣材料的陡波沖擊電壓試驗(yàn)