高電壓技術(shù)課件第六章

1、第六章 高電壓試驗設(shè)備 交流高電壓試驗設(shè)備 直流高電壓試驗設(shè)備 沖擊電壓試驗設(shè)備 沖擊電流實驗設(shè)備一、交流高電壓試驗設(shè)備試驗變壓器與電力變壓器區(qū)別與聯(lián)系試驗變壓器與電力變壓器的運行條件不同：一、交流高電壓試驗設(shè)備 工頻高電壓試驗變壓器 高壓串聯(lián)諧振試驗設(shè)備 串級高壓試驗變壓器工頻高電壓試驗變壓器 工頻高電壓試驗的基本線路1-電源開關(guān)；電源開關(guān)；2-調(diào)壓器；調(diào)壓器；3-電壓表；電壓表；4-試驗變壓器；試驗變壓器；5-變壓器保護(hù)電阻；變壓器保護(hù)電阻；6-試品；試品；7-測量銅球保護(hù)電阻；測量銅球保護(hù)電阻；8-測量銅球測量銅球試驗電流：Is=CU10-9 A (有效值有效值)所需的試驗容量：Ps=C

2、U210-9 kVAU：試驗電壓：試驗電壓kV(有效值有效值)C：試品的電容量：試品的電容量pF國產(chǎn)試驗變壓器的額定電壓和額定容量常見的試品電容量某二次變電所需對大修后的一臺35 kV/10 kV / 3200 kVA的電力變壓器進(jìn)行高壓繞組對低壓繞組和鐵芯、鐵外殼（后兩者良好接地）進(jìn)行工頻耐壓試驗，已用電橋測出其高壓繞組對低壓繞組和地之間的電容量為5870pF，請選，請選擇擇一臺合適的高壓試驗變壓器試驗：工頻耐壓試驗試品：35kV/10kV/3200kVA的電力變壓器的電力變壓器試品電容：5870 pF高壓串聯(lián)諧振試驗設(shè)備對于特大的電容的試品，如電纜廠中的成卷高壓電纜的耐壓試驗，以及特大容量

3、發(fā)電機(jī)的耐壓試驗等，常用串聯(lián)諧振裝置來滿足試驗的要求諧振條件：L=1/C，其中，其中=2f，f=50 Hz諧振時：電流達(dá)到最大值IM=Us/RL及及C上獲得比電源電壓高（通常高上獲得比電源電壓高（通常高20倍）的電壓倍）的電壓Uc=UL=QUs，Q = L / R = / R串聯(lián)諧振的原理圖串聯(lián)諧振裝置的等值電路LC串聯(lián)高壓試驗變壓器 單臺試驗變壓器的額定電壓一般不超過500kV750kV 常用幾個變壓器串級的辦法更高的輸出電壓串級高壓試驗變壓器三變壓器組成的串級變壓器示意圖二、直流高電壓試驗設(shè)備半波整流電路輸出電壓波形IEC和國家標(biāo)準(zhǔn)都規(guī)定和國家標(biāo)準(zhǔn)都規(guī)定直流電壓：算術(shù)平均值Ud，即，即Ud

4、(Umax+ Umin )/2紋波系數(shù)：電壓的紋波系數(shù)S = U / Ud直流電壓的S不能大于不能大于3倍壓直流與串級直流裝置高壓變壓器不接地的直流倍壓電路高壓變壓器不接地的直流倍壓電路變壓器一端接地的直流倍壓電路變壓器一端接地的直流倍壓電路降低變壓器的絕緣水平，可采用普通型變壓器作為直流電源的變壓器變壓器一端接地的直流倍壓電路倍壓電路空載時的各點電位倍壓過程：當(dāng)T的高壓繞組的端點3相對于0點電壓為負(fù)時，D1正向?qū)?，使電容C1充電，充電穩(wěn)定后點1相對于3建立起UM的電壓變壓器一端接地的直流倍壓電路倍壓電路空載時的各點電位倍壓過程：當(dāng)點1相對于相對于0為正時，為正時，D1開始截開始截止止變壓器

5、一端接地的直流倍壓電路倍壓電路空載時的各點電位倍壓過程：在點1相對于相對于2為正時為正時D2導(dǎo)通。充電穩(wěn)定導(dǎo)通。充電穩(wěn)定時，由于點3相對于相對于0的最高電壓可達(dá)的最高電壓可達(dá)+UM，點，點1相對于相對于3已充有+UM電壓，所以點電壓，所以點1的對地電壓最高可達(dá)的對地電壓最高可達(dá)2UM，此時，此時D2導(dǎo)通，最終可使導(dǎo)通，最終可使C2充上充上2 UM的電壓的電壓變壓器一端接地的直流倍壓電路倍壓電路空載時的各點電位串級直流裝置概念：倍壓電路的積木式的迭加電壓脈動幅值：U n(n+1)Id/ (4fC)U隨級數(shù)隨級數(shù)n的平方倍關(guān)系上升的平方倍關(guān)系上升壓降：U=(8n3+3n2+n)Id/ (12fC)

6、U隨級數(shù)隨級數(shù)n的立方倍關(guān)系上升的立方倍關(guān)系上升當(dāng)級數(shù)n超過一定值時，再增加超過一定值時，再增加n將無將無助于輸出電壓的增加，而元件數(shù)量和整個結(jié)構(gòu)高度卻會隨n而而正比上升，這正比上升，這一點在設(shè)計時應(yīng)予注意直流高壓串級發(fā)生器三、沖擊電壓試驗設(shè)備沖擊電壓發(fā)生器的基本原理概念：沖擊電壓發(fā)生器由一組并聯(lián)的儲能高壓電容器，自直流高壓源充電幾十秒鐘后，通過銅球突然經(jīng)電阻串聯(lián)放電，在試品上形成陡峭上升前沿的沖擊電壓波形。沖擊波持續(xù)時間以微秒計，電壓峰值一般為幾十kV至幾至幾MV發(fā)明人：產(chǎn)生較高電壓的沖擊發(fā)生器多級回路，首先由德國人E.馬克思（馬克思（E.Marx）提出，為此他于）提出，為此他于1923年獲

7、年獲得專利，被稱為馬克思回路三、沖擊電壓試驗設(shè)備fCfC操作沖擊電壓發(fā)生器回路接線圖相同：二者的區(qū)別：當(dāng)產(chǎn)生操作沖擊電壓時，回路中各阻值至少要增加兩個數(shù)量級四、沖擊大電流的產(chǎn)生 沖擊大電流的應(yīng)用沖擊短路試驗：電力系統(tǒng)在運行中發(fā)生閃擊事故時，不僅要遭受幾百萬伏沖擊電壓的侵襲，而且在事故點還將流過巨大的沖擊電流，有時可達(dá)幾十萬安峰值。因此在高電壓實驗室中需要裝置能產(chǎn)生巨大沖擊電流的試驗設(shè)備來研究雷閃電流對絕緣材料和結(jié)構(gòu)以及防雷裝置的熱或電動力的破壞作用。沖擊電流發(fā)生器就是用來產(chǎn)生人工雷閃電流的實驗裝置四、沖擊大電流的產(chǎn)生 沖擊大電流的應(yīng)用脈沖功率技術(shù)：沖擊大電流技術(shù)由于在電子及離子加速器、核聚變、

8、微波、大功率放電激光方面的應(yīng)用。近年來已經(jīng)發(fā)展成一個獨立的學(xué)科叫做脈沖功率技術(shù)（PPTPulsed Power Technology)，后者，后者要要求產(chǎn)生的沖擊電流可高達(dá)幾十萬安培甚至上百萬安培。由此可以在負(fù)載上得到高達(dá)109瓦以上的瞬時功瓦以上的瞬時功率，可應(yīng)用于高溫等離子體焦點裝置中，產(chǎn)生溫度達(dá)幾千萬度的高溫等離子體四、沖擊大電流的產(chǎn)生 沖擊大電流的應(yīng)用電火花振源：沖擊大電流的聲學(xué)效應(yīng)，可以用來作電火花振源。在水中的放電可產(chǎn)生水擊效應(yīng)，用來加工成形或分碎以及海底探礦。還有以大電流產(chǎn)生強(qiáng)磁的應(yīng)用 沖擊電流波形因應(yīng)用場合的不同而有不同的要求。與電壓工程相關(guān)的電工界所規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)沖擊電流波形有兩

9、類第一類波形：電流從零值以較短的時間上升到峰值，然后以近似指數(shù)規(guī)律或強(qiáng)阻尼正弦波形下降到零。這種波形以視在波前時間T1和視在半峰值時間和視在半峰值時間T2表示為表示為T1/T2波。國波。國家和國際IEC標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了四種該類沖擊波，即標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了四種該類沖擊波，即1/20s、4/10 s 、8/20 s和和30/80 s沖擊電流波。標(biāo)準(zhǔn)所明確的波沖擊電流波。標(biāo)準(zhǔn)所明確的波形畫法如下圖所示誤差：峰值和T1、T2的實的實測值和規(guī)定值之間容許的偏差各為10。在沖擊波峰。在沖擊波峰值附近，允許小的過沖或振蕩，但單個幅值不超過其峰值的5國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的沖擊電流波形的畫法第二類波形：規(guī)定的沖擊電流波形近似為方波，

10、用峰值持續(xù)時間Td和總的持續(xù)時間和總的持續(xù)時間Tf來來表示。峰值持續(xù)時間規(guī)定等于500 s ，1000s ，2000 s ，或者，或者2000與與3200 s之間，之間，要要求在規(guī)定的容許偏差之內(nèi)。Td和和Tf的定義的定義請請見有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)沖擊電流發(fā)生器的基本原理與結(jié)構(gòu)大電容器儲能產(chǎn)生沖大電容器儲能產(chǎn)生沖擊電流擊電流工作原理基本上與沖擊電壓發(fā)生器相似。由一組高壓大電容量的電容器，先通過直流高壓并聯(lián)充電，充電時間為幾十秒到幾分鐘，然后通過觸發(fā)球隙的擊穿，并聯(lián)地對試品放電，從而在試品上流過沖擊大電流C：為多個并聯(lián)電容器的電容：為多個并聯(lián)電容器的電容充電回路：由高壓試驗變壓器T、保護(hù)電阻R1和高壓硅堆和高壓硅堆D構(gòu)成構(gòu)成放電回路：由C和觸發(fā)間隙和觸發(fā)間隙G、電感L、電阻、電阻R、試品、試品O及分流及分流器S 所構(gòu)成所構(gòu)成L及及R：電容器本身及連線、球隙放電火花、試品和分流：電容器本身及連線、球隙放電火花、試品和分流器S的總電感及電阻效應(yīng)，也包括了為調(diào)波而外加的電感的總電感及電阻效應(yīng)，也包括了為調(diào)波而外加的電感及電阻值分流器：是一個無感低值電阻器，當(dāng)電流流過它時，它兩端送出電壓信號，可用作為測量電流的波