2013级电气高压课设.docx

2013级《高电压工程》课程设计姓名:学号：专业班号:指导教师:日期:2016.8实验成绩评阅人课程设计的背景和目的（一）背景：冲击电压发生器是一种产生脉冲波的高电压发生装置，原先它只被用于研究电力设备遭受大气过电压（雷击）时的绝缘性能，后来又被用于研究电力设备遭受操作过电压时的绝缘性能。所以对于冲击电压发生器，要求不仅能产生出现在电力设备上的雷电波形，还能产生操作过电压波形。冲击电压的破坏作用不仅取决于幅值，还与波前陡度有关，对某些设备还要采用截断波来进行实验，此外，冲击电压发生器还可以用来作为纳秒脉冲功率装置的重要组成部分；在大功率电子束和离子束发生器以及二氧化碳激光器中，可作为电源装置。冲击电压发生器具有如下优点：1、回路电感小，并采取带阻滤波措施，在大电容量负载下能产生标准冲击波，负载能力大;2、电压利用系数高，雷电波和操作波分别不低于85%和80%；3、调波方便，操作简单，同步性能好，动作可靠；4、采用恒流充电自动控制技术，自动化程度高，抗干扰能力强；绝缘试验用冲击电压的标准波形按照《高电压试验技术》国际标准和国家标准规定：雷电冲击波　T1/T2=1.2/50μs操作冲击波　Tcr/T2=250/2500μs（二）目的：冲击电压发生器在电力系统中具有重要的意义，所以我们本次课程设计的主题就是设计一个多级冲击电压发生器。而且我希望通过本次的设计过程，能够达到以下目的：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，波形参数描述及计算方法等。掌握冲击电压发生器的参数设计、总体结构、器件选型与绝缘设计。课程设计的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。高效回路最大输出电压：400kV级数：4-8级电阻（含线径和材料）球隙大小和距离输出波形 1.2/50波形测量装置（充电、放电）测量装置抗干扰措施充电电源（各器件参数）本体、分压器、电源、测量系统绝缘材料、绝缘距离选取触发器容性试品工作原理标准雷电冲击波的波形：非周期性的冲击电压波可用双指数函数表示：u(t)=A[exp(-t/T1)-exp(-t/T2)]注：T1—波尾时间常数 T2—波头时间常数 且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标准雷电冲击波波形全波冲击电压波形通常用±（Tf/Tt）μs表示，其中正负号表示雷电冲击波的机极性，时间单位为微秒。标准雷电冲击电压波为±（1.2/50）μs。允许偏差为：波头时间：±30%波尾时间：±20%幅值：±3%多级冲击电压发生器的基本原理：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200到300千伏。而利用多级冲击电压发生器可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2多级冲击电压发生器的原理图图3多级冲击电压发生器的等效原理电路图等效放电回路如下：图4等效放电回路经过列写电路方程可以知道电容C2上的电压时两个指数波的叠加，则可以通过这种电路来产生雷电波或者冲击高压波。其中各元件的名称如下：D---高压硅堆；r---保护电阻；R—充电电阻；C1—C4 ----主电容； C0---对地杂散电容；g1—点火球隙；g2—g4---中间球隙；g0---隔离球隙；R1-波尾电阻 ；R2---波头电阻；C2---被测试品及测量设备等电容其工作原理叙述如下：C10~C80为各级对地杂散电容。在充电过程结束时，上面一排杂散电容C10、C30、C50和C70都充电到+U0电压，1、3、5、7各点对地电位都为+U0，但下面的杂散电容C20、C40、C60、C80都未充电，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点电位则瞬间从0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2U0，从而导致G2击穿。G2击穿后，3点电位瞬间从+U0下降到-U0，4点电位瞬间下降到-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。依次类推，球隙G1······Gn依次在U0······nU0电压作用下击穿，将全部的电容串联起来。为了防止各级固有电感和杂散电