沖擊電壓發生器

　　沖擊電壓發生器主要用于電力設備等試品進行雷電沖擊電壓全波、雷電沖擊電壓截波和操作沖擊電壓波的沖擊電壓試驗，檢驗絕緣性能。

　　100～10000kV系列各種容量成套沖擊電壓（電流）試驗裝置。并可提供多種波形系列成套沖擊電壓（電流）發生器。沖擊試驗裝置主要由：發生器本體、截波、分壓器、四組件控制臺（控制臺分為微機型和普通型）、數字化波形記錄系統等組成。

　　沖擊電壓發生器的特點

　　1、回路電感小，并采取帶阻濾波措施，在大電容量負載下能產生標準沖擊波，負載能力大;

　　2、電壓利用系數高，雷電波和操作波分別不低于85%和80%；

　　3、調波方便，操作簡單，同步性能好，動作可靠；

　　4、采用恒流充電自動控制技術，自動化程度高，抗干擾能力強；

　　沖擊電壓發生器的主要技術參數

　　標稱電壓：±300kV-4800kV 級電壓：±150kV-1200kV

　　級電容量：0.325-1.0μF 沖擊能量：7.31-480 kJ

　　沖擊電壓發生器的原理

　　沖擊電壓發生器要滿足兩個要求：首先要能輸出幾十萬伏到幾百萬伏的電壓，同時這電壓要具有一定波形。它是用下列馬克斯回路來達到這些目的的，如圖2-7：

　　T——試驗變壓器；D——高壓硅堆；r——保護電阻；R——充電電阻；C1~C4——主電容器；rd——阻尼電阻；C——對地雜散電容；g1——點火球隙；g2~g4——中間球隙；g0——隔離球隙； Rt——放電電阻；Rf——波前電阻；C0——試品及測量設備等電容

　　試驗變壓器T和高壓硅堆D構成整流電源，經過保護電阻r及充電電阻R向主電容C1~C4充電，充電到U，出現在球隙g1~g4上的電位差也為U假若事先把球隙距離調到稍大于U，球隙就不會放電。當需要使沖擊動作時，可向點火球隙的針極送去一脈沖電壓，針極和球皮之間產生一小火花，引起點火球隙放電，于是電容器C1的上極板井g1接地，點1點位由地電位變為+U。電容器C1與C2間有充電電阻R隔開，R比較大，在g1放電瞬間g2上的電位差突然上升到2U，g2馬上放電，于是點2電位變為+2U。同理，g3，g4也跟著放電，電容器C1~C4串聯起來了。最后隔離球隙g0也放電，此時輸出電壓為C1~C4上電壓的總和，即+4U。上述一系列過程可被概括為“電容器并聯充電，而后串聯放電”；由并聯變成串聯是靠一組球隙來達到。要求這組球隙在g1不放電時都不放電，一旦g1放電，則順序逐個放電。滿足這個條件的，叫做球隙同步好，否則就叫做同步不好。R在充電時起電路的連接作用，在放電時又起隔離作用。在球隙同步動作時，放電回路改變成如下圖2-8的形式。

　　上圖中C1原有電壓+4U，原來無電壓，當g0放電，C2上將建立起電壓，同時C1上電壓降下降。當C2上電壓U2從零上升到U2MAX時，它與此時C1上電壓U1相等，不可能在上升。由于二者將經R1放電，最后都將降到零。U2的形狀可表示為下圖。上升部分的快慢與RF有關，下降部分的快慢與RT有關。RF小，上身快。RT大，下降慢。

　　圖中——Rr是防止回路內部發生振蕩用的。R一般比R大一數量級，不僅保護硅堆，還可使各級電容器的充電電壓比較均勻。

　　從以上分析可看出，要提高沖擊電壓發生器的輸出電壓有兩種途徑：一種是升高充電電源電壓，但它受電容器額定電壓的限制；另一種是增加級數，但級數多了會給同步帶來困難。圖2-10電路采用了兩個半波的整流倍壓充電方式。發生器的動作原理，基本上和圖2-7回路一樣。和圖2-7相比較，圖2-10中中間球隙所跨接的電容器臺數增加了一倍。不過圖2-10中球隙ｇ２在動作時過電壓的倍數，要比圖2-7中的ｇ２要低，這點需深入分析。為克服這一缺點，直流充電部分可改為對地的倍壓回路，此時在電容Ｃ２的下極板處直接接地。

　　最后說明一下沖擊電壓發生器的幾項技術指標

　　㈠ 發生器的標稱電壓 發生器每級主電容的標稱充電電壓值與級數的乘積。其值一半為幾百千伏至幾千千伏。

　　㈡ 發生器的標稱能量 發生器主電容在標稱電壓下的總儲存能量。其值一半為幾十千焦至幾百千焦。

　　㈢ 發生器的效率 發生器輸出電壓U2峰值與各級實際充電電壓的總和之比。

　　沖擊電壓發生器的應用

　　沖擊電壓發生器在高電壓試驗中的應用

　　1、緣材料的雷電過電壓耐受性能試驗

　　通過人工模擬雷電流波形和峰值以檢驗電工設備絕緣耐受雷電沖擊電壓的能力。根據雷閃放電的實測結果，認為雷電波波形是波頭長幾微秒、波尾長幾十微秒的單極性雙指數曲線。大多數雷為負極性。世界各國的國家標準都把標準雷電沖擊波標定為：視在波頭時間T1=1.2μs，又稱波頭時間；視在半波峰值時間T2＝50μs，又稱波尾時間（見下圖）。

　　實際試驗裝置產生的電壓峰值和波形與標準波之間的容許偏差為：峰值，±3％;波頭時間，±30％；半波峰值時間，±20％；通常把標準雷電波形表示成1.2/50μs。

　　雷電沖擊試驗電壓由沖擊電壓發生器產生。沖擊電壓發生器的多個電容器由并聯轉串聯是通過許多點火球隙實現的，即控制點火球隙使它放電時把多個電容器串聯起來。受試設備上的電壓上升速度和經過峰值后電壓下降的快慢，可以通過電容電路中的電阻值調節。影響波頭的電阻稱為波頭電阻，影響波尾的電阻稱為波尾電阻。試驗時，通過改變波頭電阻和波尾電阻的阻值，獲得標準沖擊電壓波的預定波頭時間和半波峰值時間。改變整流電源輸出電壓的極性和幅值，就可以獲得所需要的沖擊電壓波的極性和峰值。由此可以實現從幾十萬伏到幾百萬伏，甚至千萬伏的沖擊電壓發生器。中國自己設計安裝的沖擊電壓發生器的最高電壓為6000kV。 雷電沖擊電壓試驗 內容包括 4項。

　　①擊耐電壓試驗：通常用于非自恢復絕緣，如變壓器、電抗器等的絕緣，目的是檢驗這些設備能否耐受絕緣等級所規定的電壓。

　　②50％沖擊閃絡試驗：通常以自恢復絕緣如絕緣子、空氣間隙等為對象，目的是要確定閃絡概率為50％的電壓值U。有了這個電壓值與閃絡值間的標準偏差，還可確定其他閃絡概率，如5％的閃絡電壓值， 一般把U作為耐受電壓。

　　③擊穿試驗：目的是確定絕緣的實際強度。主要在電工設備制造廠進行。

　　④電壓時間曲線試驗（伏秒曲線試驗）：電壓時間曲線是表示施加電壓到絕緣破壞（或瓷絕緣閃絡）與時間之間的關系。伏秒曲線（V-t曲線） 可為考慮變壓器等被保護設備與避雷器等保護設備間的絕緣配合提供依據。

　　2、緣材料的操作過電壓耐受性能試驗

　　操作沖擊過電壓試驗 通過人工模擬電力系統操作沖擊過電壓波形，檢驗電工設備絕緣耐受操作沖擊電壓的能力。電力系統中存在的操作過電壓的波形和峰值類型很多，與線路參數和系統狀態有關。一般情況下是個衰減振蕩波，頻率從幾十赫到幾千赫，其幅值與系統電壓有關，通常以相電壓的若干倍來表示，最高可達最大相電壓的3～4倍。操作沖擊波比雷電沖擊波作用時間長，對電力系統絕緣的影響也有所不同。 220kV及以下的電力系統，可近似地用短時工頻耐壓試驗來等效地檢驗設備絕緣在操作過電壓下的情況。 330kV及以上的超高壓、特高壓系統和設備，操作過電壓對絕緣的影響更大，不能再用短時工頻電壓試驗來近似代替操作沖擊電壓試驗。從試驗數據看出，對2m以上的空氣間隙，操作放電電壓的非線性顯著，即間隙距離加大時耐受電壓增加緩慢，甚至還低于短時工頻放電電壓。所以必須模擬操作沖擊電壓對絕緣進行試驗。

　　操作沖擊過電壓試驗的內容包括5項：

　　①操作沖擊耐電壓試驗;

　　②50％操作沖擊閃絡試驗；

　　③擊穿試驗;

　　④電壓時間曲線試驗（伏-秒曲線試驗）;

　　⑤操作沖擊電壓波頭曲線試驗。前4項試驗與雷電沖擊電壓試驗中的相應試驗要求相同。第 5項試驗是操作沖擊放電特性所要求的，因為長空氣間隙在操作沖擊波作用下的放電電壓會隨沖擊波頭而改變。在某一波頭長度，如150μs時，放電電壓最低，此波頭叫做臨界波頭。臨界波頭長度隨間隙長度的增長而稍有增長。

　　3、絕緣材料的陡波沖擊電壓試驗