清华大学 高电压工程课程第18讲

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高电压工程第八讲

高电压测试技术篇之第8章冲击高电压与大电流的产生清华大学电机系周远翔 2004年秋 (电2)1

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第8章冲击高电压及大电流的产生8.1冲击电压发生器的基本原理 8.2冲击电压发生器放电回路的分析 8.2.1基本回路的分析 8.2.2放电回路的近似计算 8.2.3考虑回路电感后的近似计算 8.3冲击电压发生器放电回路计算举例 8.4冲击大电流的产生(自学)

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8.1冲击电压发生器的基本原理冲击电压(两类)雷电冲击电压：自然界雷击引起的操作冲击电压：电力系统设备操作引起的

冲击电压发生器概念：冲击电压发生器由一组并联的储能高压电容器，自直流高压源充电几十秒钟后，通过铜球突然经电阻串联放电，在试品上形成陡峭上升前沿的冲击电压波形。冲击波持续时间以微秒计，电压峰值一般为几十kV至几MV发明人：产生较高电压的冲击发生器多级回路，首先由德国人E.马克思(E.Marx)提出，为此他于1923年获得专利，被称为马克思回路3

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雷电冲击电压发生器回路(通用的高效放电回路)

r:保护电阻，一般为几百千欧 R:充电电阻，一般为几十千欧 rf:每级的波前电阻，一般约几十欧 rt:每级的放电电阻，通常约几百欧

冲击电压发生器高效回路接线

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雷电冲击电压发生器回路(通用的高效放电回路)

关。一般处于几百皮法至几个纳法间

C:每级的主电容，一般为零点几个微法 Cs:每级相应点的对地杂散电容，一般仅为几个皮法 C2:负荷电容，其值不仅取决于试品，而且与调波相

冲击电压发生器高效回路接线

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操作冲击电压发生器回路接线图：操作冲击电压发生器回路与雷电冲击电压发生器回路接线图相同与雷电冲击电压发生器回路的区别：当产生操作冲击电压时，回路中各阻值至少要增加两个数量级

冲击电压发生器高效回路接线

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工作原理电容器并联充电，而后串联放电主电容充电：主电容C通过整流源并联充电到电压 U。各球隙事先调节到能耐压U值，若作用电压稍高于U,则各球隙便会击穿

冲击电压发生器高效回路接线

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点火球隙点火：当需要使发生器动作时，可向点火球隙的针极送去5~8千伏的脉冲电压，针极和接地球面之间产生一小火花，由于其紫外线的照射，促使点火球隙g1放电注意点：g1球隙的放电所产生的紫外线应能照射到g2球隙，以利于促使g2之放电

冲击电压发生器高效回路接线

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点2电位抬高：g1放电后，使点1从原先在充电下的-U突变为零电位。而点2从原零电位变为+U间隙g2放电：间隙g2两端便作用了2U的电位差，它比能承受的一个U高了一倍，所以g2在g1放电

所造成的紫外线的照射下马上放电

冲击电压发生器高效回路接线

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点4电位抬高g3放电：点4的电位变为+2U,g3的瞬间压差达到3U,也就立即放电间隙g4和g0放电：g4和g0跟着放电，各级电容器 C就和诸rf一起串联起来了

冲击电压发生器高效回路接线

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冲击电压发生器的工作特点充放电过程：“电容器并联充电，而后串联放电”电阻R的连接与隔离作用：在充电时起电路的连接作用；放电时则起隔离作用电容并联串联转换方法：诸电容由并联变成串联是靠一组球隙分别处于绝缘和放电来达到

冲击电压发生器高效回路接线

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输出波形的关键杂散电容的作用：保持各点的电位电位保持时间：因杂散电容Cs很小，所以各中间球隙在放电前所作用到的过电压时间非常短促保持同步：为使诸球隙易于同步放电，在采用简单球隙的条件下，它们应排列成相互能够放电(紫外线)照射的状态。

冲击电压发生器高效回路接线

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等值电路等值电路：放电时，发生器的等值电路如图 C1:等值的主电容，四个电容C的串联值C/4

冲击电压发生器串联放电时的等值电路

冲击电压发生器回路接线

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Rf:波前电阻=4rf Rt:波尾电阻=4rt名义电压：U1=4U级数为n级时上述各参数的4置换为n

冲击电压发生器串联放电时的等值电路

冲击电压发生器回路接线

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冲击电压波形电压波形：g0击穿后，作用在试品C2上的电压u2如图所示 C1的选择：为使C2上作用到的电压，接近于C1的原始充电电压(即名义电压),应选择C1>>C2波前波尾

冲击电压发生器串联放电时的等值电路

C2上电压u2的波形15

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电压上升速度：u2上升的快慢主要取决于 RfC2时间常数电压下降速度：u2下降的快慢主要取决于 (C1+C2)Rt时间常数波前波尾

冲击电压发生器串联放电时的等值电路

C2上电压u2的波形16