沖擊電壓試驗(yàn)

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1、沖擊電壓試驗(yàn)由于沖擊高電壓試驗(yàn)對(duì)試驗(yàn)設(shè)備和測(cè)試儀器的要求高、投資大，測(cè)試技術(shù)也比較復(fù)雜，所以在絕緣預(yù)防性試驗(yàn)中通常不列入沖擊耐壓試驗(yàn)。但為了研究電氣設(shè)備在運(yùn)行中遭受雷電過(guò)電壓和操作過(guò)電壓作用時(shí)的絕緣性能，在許多高壓試驗(yàn)室中都裝設(shè)了沖擊電壓發(fā)生器，用來(lái)產(chǎn)生試驗(yàn)用的雷電沖擊電壓波和操作沖擊電壓被。許多高壓電氣設(shè)備在出廠試驗(yàn)、型式試驗(yàn)時(shí)或大修后都必須進(jìn)行沖擊高壓試驗(yàn)。沖擊電壓發(fā)生器是高壓實(shí)驗(yàn)室的基本設(shè)備之一，沖擊試驗(yàn)電壓要比設(shè)備絕緣正常運(yùn)行時(shí)承受的電壓高出很多。隨著輸電電壓等級(jí)的不斷提高，沖擊電壓發(fā)生器的最高電壓也相應(yīng)提高才能滿足試驗(yàn)要求。一、沖擊電壓波形的定義絕緣耐受沖擊

2、電壓的能力與施加的電壓波形有關(guān)，而實(shí)際的沖擊電壓波形具有分散性，即每次的波形參數(shù)會(huì)有不同，為了保證多次沖擊試驗(yàn)的重復(fù)性和不同試驗(yàn)條件下試驗(yàn)結(jié)果的可比較性，必須規(guī)定統(tǒng)一的沖擊電壓波形參數(shù)。我國(guó)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)沖擊電壓波形的規(guī)定和國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）標(biāo)準(zhǔn)相同。如圖1－26所示。在經(jīng)過(guò)時(shí)間T1時(shí)，電壓從零上升到最大值，然后經(jīng)過(guò)時(shí)間T2-T1，電壓下降到最大值的一半。規(guī)定電壓從零上升到最大值所用的時(shí)間T1稱為波頭時(shí)間（或波前時(shí)間），電壓從零開(kāi)始經(jīng)過(guò)最大值又下降到最大值一半的時(shí)間T2成為半峰值時(shí)間（或波長(zhǎng)時(shí)間、波尾時(shí)間）。圖1--26標(biāo)準(zhǔn)沖擊電壓波形圖1--27非周期性的沖擊電壓波形

3、非周期性的沖擊電壓波形由兩個(gè)指數(shù)電壓波形疊加組成，如圖1－27所示，即（1--25）式中：－波尾時(shí)間常數(shù)。－波頭時(shí)間常數(shù)，通常遠(yuǎn)大于。A－單指數(shù)波幅值。對(duì)于實(shí)際的沖擊電壓波形，其起始部分通常比較模糊，在最大值附近的波形比較平坦，很難確定起始零點(diǎn)和到達(dá)最大值的時(shí)間。所以實(shí)際中通常采用視在波頭時(shí)間和視在半峰值時(shí)間來(lái)定義沖擊電壓波形。按照國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)際沖擊電壓波形參數(shù)的定義如圖1－28所示。圖1--28實(shí)際的沖擊電壓波形（圖中tf改為T1，tt改為T2）標(biāo)準(zhǔn)沖擊電壓波形的參數(shù)為：波頭時(shí)間：1.2μs±30％半峰值時(shí)間：50μs±20％幅值：±3％二、單級(jí)

4、沖擊電壓發(fā)生器（一）單級(jí)沖擊電壓發(fā)生器的原理非周期性沖擊電壓波可由兩個(gè)指數(shù)電壓波形疊加而成，由于遠(yuǎn)大于，在波頭時(shí)間范圍內(nèi)，，可將電壓波形近似用下式表示：（1--26）其波形如圖1--29所示。圖1--29沖擊電壓波頭波形這個(gè)波頭時(shí)間范圍內(nèi)的沖擊電壓波形和電路理論課程中講述的一階電路的零狀態(tài)響應(yīng)曲線是相同的。所以利用直流電源經(jīng)電阻向電容器充電可以產(chǎn)生沖擊電壓波的波頭，且波頭時(shí)間T1≈3.24，如圖1--30所示。圖1--30沖擊電壓波頭波形產(chǎn)生電路在波尾時(shí)間范圍內(nèi)，，可將沖擊電壓波形近似用下式表示：（1--27）上式的波形和已充電電容器經(jīng)電阻放電的波形是相同的。所以利用

5、已充電的電容器經(jīng)電阻放電可以產(chǎn)生沖擊電壓波形的波尾，波尾時(shí)間取決于R2和C1。如圖1--31所示?？梢杂?jì)算出電壓下降到一半的時(shí)間，即半峰值時(shí)間T2為：（1--28）圖1--31沖擊電壓波尾波形根據(jù)上面的分析，將圖1--30和圖1--31兩個(gè)電路組合起來(lái)就可以產(chǎn)生完整的沖擊電壓波形。如圖1--32所示。首先在開(kāi)關(guān)打開(kāi)的狀態(tài)下對(duì)C1進(jìn)行充電，充電完畢后合上開(kāi)關(guān)，電容C1經(jīng)電阻R1向C2充電，形成沖擊電壓波的波頭（C2兩端的電壓波形）；同時(shí)C1和C2經(jīng)過(guò)電阻R2放電，形成沖擊電壓波的波尾。一般情況下，C1比C2大很多，所以波尾主要由C1放電的快慢決定。稱C2和R1為波頭電容

6、和波頭電阻，稱C1和R2為波尾電容和波尾電阻。根據(jù)實(shí)際的需要，圖1--32的電路可以改為圖1--33所示的兩種形式，此時(shí)需要調(diào)整各個(gè)電阻的大小來(lái)調(diào)整沖擊電壓波形。圖1--32沖擊電壓產(chǎn)生電路圖1--33另外兩種沖擊電壓產(chǎn)生電路圖1--32和1--33的電路有一個(gè)電壓利用系數(shù)的問(wèn)題。假設(shè)合開(kāi)關(guān)之前電容器C1上的電壓為U0，那么合上開(kāi)關(guān)后在C2兩端產(chǎn)生的沖擊電壓波形的最大電壓（即幅值）Um肯定小于U0，我們定義放電回路的電壓利用系數(shù)η為：（1--29）（二）沖擊電壓發(fā)生器波形和回路參數(shù)的關(guān)系可以計(jì)算出，圖1--32回路的電壓利用系數(shù)最高，稱為高效率回路。實(shí)際的單級(jí)沖擊電壓

7、發(fā)生器電路如圖1--34所示。調(diào)整調(diào)壓器的輸出可以改變電容C1的充電電壓，達(dá)到調(diào)整輸出沖擊電壓幅值的目的；調(diào)整電阻R1和R2可以改變輸出波形，使輸出沖擊電壓波形符合試驗(yàn)要求；放電球隙G的放電電壓根據(jù)電容器C1的充電電壓和輸出沖擊電壓幅值的要求進(jìn)行調(diào)整。由于受到高壓硅堆和電容器額定電壓的限制，同時(shí)也考慮放電球隙的直徑不宜過(guò)大，一般單級(jí)沖擊電壓發(fā)生器的最高輸出幅值不超過(guò)200～300kV。圖1--34實(shí)際單級(jí)沖擊電壓發(fā)生器電路沖擊電壓發(fā)生器的試品一般是容性負(fù)載，在做沖擊電壓試驗(yàn)時(shí)，利用試品的等效電容做波頭電容C2。對(duì)于圖1-33（b）所示的典型放電回路可