第7章高电压产生设备与测量技术

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1、第7章高电压产生设备与测量技术7.1冲击电压发生器雷电波和操作冲击电压波的特点：v根据实测，雷电波是一种非周期性脉冲，它的波前时间为0.5～10us，半峰值时间为20～90us。v雷电波又可分为全波和截波两种，截波是利用截波装置把冲击电压发生器产生的冲击波突然截断，电压急剧下降来获得的，截断的时间可以调节，或发生在波前或发生在波尾。v操作冲击电压波的持续时间比雷电冲击电压波长得多，形状比较复杂，而且它的形状和持续时间，随线路的具体参数和长度的不同而有异，不过目前国际上趋向于用一种几百微秒波前和几千微秒波长的长脉冲来代表它。一、作用1、冲击电压发生器是一种产生脉冲波的高电压发生装置，可用

2、于研究电力设备遭受大气过电压(雷击)和操作过电压时的绝缘性能。v冲击电压发生器主要用于电力设备等试品进行雷电冲击电压全波、雷电冲击电压截波和操作冲击电压波的冲击电压试验，检验绝缘性能。v冲击电压的破坏作用不仅决定于幅值，还与波前陡度有关，对某些设备还要采用截断波来进行试验。2、冲击电压发生器还可用来作为纳秒脉冲功率装置的重要组成部分。3、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。二、冲击电压发生器的要求v输出电压高（几十万伏到几百万伏）。v波形要达到规定的要求。三、冲击电压发生器基本电路（Marx）vT—试验变压器；V—高压硅堆；r—保护电阻；vR—充电电阻；C

3、1～C4—主电容器；vrd—阻尼电阻；C‘—对地杂散电容；vg1—点火球隙；g2~g4—中间球隙；vg0—隔离球隙；Rt—放电电阻；vRf—波前电阻；C0—试品及测量设备等电容四、基本原理v靠电容器串联放电获得高压。v电容器并联充电，而后串联放电。分析：试验变压器T和高压硅堆v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，假若事先把球间隙距离调到稍大于u，球间隙不会放电。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，针极和球皮之间产生一小火花，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

4、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，由于C'的存在，点2和点3电位不可能突然改变，点3电位仍为1U，中间球隙g2上的电位差突然上升到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。最后隔离球隙g0也放电，此时输出电压为C1～C4上电压的总和，即+4U。上述过程可被概括为“电容器并联充电，而后串联放电”。由并联变成串联是靠一组球隙来达到。要求这组球隙在g1不放电时都不放电，一旦g1放电，则顺序逐个放电。满足这个条件的，称为球隙同步好，否则就称为同步不好。R在充电时起电路的连接作用，在放电时又起隔离作

5、用。v冲击电压发生器是靠电容器串联放电来获得高电压的。每台电容器有不同电位。应该按照电位来把电容器分布在相应的位置上，电容器和地之间，电容器相互之间都应保持一定的绝缘距离，所以标称电压越高，冲击电压发生器的结构也越高。v冲击电压发生器的结构可因条件和要求的不同而有异，如有的是户内的，有的是露天的，有的是固定的，有的是可移动的。电容器的形式常常是冲击电压发生器结构形式的决定性因素。五、冲击电压发生器的结构v分为阶梯式、塔式、柱式及圆筒式四种。1）阶梯式的结构，由于连线长，回路大，电感大，技术性能差而且占地大，现已不再采用。2）塔式v塔式冲击电压发生器的结构是竖立的多层绝缘台，逐层放上电容

6、器。塔式结构的柱子按结构高低，承重大小可采取三柱、四柱、甚至更多柱子。v塔式结构中电容器被重叠布置在一条垂直线上，不少垂直空气间隙被电容器本体所占用，将使结构高度较高。v塔式结构占地小，高度适中，拆装检修方便，是目前较多采用的一种结构。3）柱式v柱式冲击电压发生器是把绝缘壳的电容器和相同直径的绝缘筒交换叠装成柱状。v柱子根数可以为单根，也可以为多根。柱式结构利用电容器外壳作为绝缘柱的一部分，结构比较紧凑，外表比较美观。v这种结构要求电容器必须是绝缘壳的，而且尺寸必须合适。当要撤换底下一个电容器时必须拆掉整个柱子。v如有合适尺寸的电容器，装出来的柱式冲击电压发生器不仅外表美观，而且技术性

7、能是比较高的。4）圆筒式v圆筒式结构冲击电压发生器是把电容器布置在一大圆筒内，整个装置外形是一个大圆筒，或几个叠装的大圆筒，筒内充满油，利用油间隙作为电容器间的绝缘距离。v由于油的绝缘强度比空气高得多，所以这种结构的尺寸小，连线短，移动方便，外观较好看，技术性能比较高。v但是当一个电容器损坏时将使整个装置不能使用。v通常把整个装置的电容器分装在几个大筒内，万一一个筒内出现故障，其余的筒尚可工作。这种结构的冲击电压发生器，多半是由制造厂特制成套供