高电压技术冲击电压发生器的设计.doc

PAGE / NUMPAGES 高电压技术课程设计 ——冲击电压发生器的设计 班 级： __ 学 号： 指导 一、课程设计要求： 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。 对冲击电压发生器设计的要求为： 容性试品 高效回路 最大输出电压：800kV 级数：3级以上 设计方案除分压器本体电气参数外,还需包含： 分压器的电阻〔含线径和材料〕 球隙大小和距离 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 二、冲击电压发生器的功用及原理 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,近年来又被用于研究电力设备遭受操作过电压时的绝缘性能。所以对冲击电压发生器的要求,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决定于幅值,还与波形陡度有关,对某些设备要采用截断波来进行试验。 冲击电压发生器要满足两个要求：首先要能输出几十万到几百万伏的电压,同时这电压要具有一定的波形。它的原理图如图2。 实验变压器T和高压硅堆D构成整流电源,经过保护电阻r及充电电阻R向主电容器C1 —C4 充电,充电到U,出现在球隙g1—g4上的电位差也为U,若事先把球间隙距离调到稍大于U,球隙不会放电。当需要使冲击机动作时,可向点火球隙的针极送去一脉冲电压,针极和球皮只见产生一小火花,引起点火球隙放电,于是电容器C1的上极板经g1接地,点1电位由地电位变为-U。电容器C1与C2间有充电电阻R隔开,R比较大,在g1放电瞬间,点2和点3电位不可能突然改变,点3电位仍为+U,中间球隙g2上的电位差突然升到2U,g2马上放电,于是点2电位变为-2U。同理,g3,g4也跟着放电,电容器C1—C4串联起来了,最后球隙g0也放电,此时输出电压为C1—C4上电压的总和,即-4U。上述一系列过程可被概括为电容器并联充电,而后串联放电。 三、设计内容 高效回路 选用高效率回路和倍压充电,回路如下图所示 图1 发生器的充电回路 图2 发生器的放电回路 电容器的选择 如不考虑大电力变压器试验和整卷电缆试验,就数互感器的电容较大,约1000pF,冲击电压发生器的对地杂散电容和高压引线及球隙等的电容如估计为500pF,电容分压器的电容如估计为600pF,则总的负荷电容为 如按冲击电容为负荷电容的10倍来估计,约需冲击电容为 从国产脉冲电容器的产品规格中找到MY100-0.5高压脉冲电容器比较合适,电容器规格如下表： 型号 工作电压 电容 外型尺寸 重量 外壳 MY100-0.5 100kV 0.5μF 640×300×1450 335kg 铁壳 用此电容器8级串联,标称电压可达到800kV,基本上满足需要。冲击电容：C1=0.5/8625μF此值＞10C2 ,可使〔电压〕效率不致很低。 电阻〔含线径和材料〕 大小计算 波前电阻和波尾电阻 试品电容约1000pF,负荷总电容为2100pF, 波前等效回路 图3. 波前等效回路 所以波前时间 求出,每级。 半峰值等效回路 图4. 半峰值等效回路 故半峰值时间 求出,每级。 充电电阻和保护电阻的选择： 要求 ,得： 取R＝5kΩ。每根充电电阻的结构长度应能耐受110kV的电压。如取保护电阻r为充电电阻R的40倍,则保护电阻r为200kΩ。 线径和材料 已知,,一级电容器储能为： 。 假定试品不放电时能量全部消耗在中,试品短路放电时的能量/〔＋〕kJ,即kJ消耗在中。如采用双股相反绕的无感电阻结构,则波前电阻的每股阻值为2×Ω即Ω。每股电阻丝消耗的能量为kJ/2即J。同样情况,波尾电阻每股阻丝的阻值为2×Ω即Ω,每股电阻丝消耗的能量为/2kJ即J。冲击放电的过程很快,电阻丝消耗的能量可按绝热过程考虑,所消耗的能量全部转变为电阻丝温度的升高。如所采用的电阻丝为康铜丝,康铜丝的密度ν为,电阻率ρ为,比热容为,电阻允许最高温升θ为150℃。令电阻丝长度为l/m,直径为d/mm,则可得 〔1〕 而消耗的能量 〔2〕 将式〔1〕和式〔2〕消去l,得电阻丝的直径为 〔3〕 首先令,J, 最后,由式〔3〕得 实际选Φ0.45mm的电阻丝两根,并按相反方向并绕。由式〔1〕得其中一根阻丝的长度为 实际温升可由式〔2〕得 再次令,代入式〔3〕得电阻丝的直径为,实际选Φ0.30mm的电阻丝按相反方向并绕。可算得一根电阻丝的长度l为4m,实际温升θ为11℃。 用所选康铜丝两根并联