高电压试验技术(2)

? 输出电压平均值

?

U P ? 2nU m ? ?U P

②取

C ' ? 2C IP ? ?U P ? ，对脉动电压无影响 2n 3 ? n ? 3 fC

则

③从上到下逐级增加电容量，各级充放电荷量随k而增加，可 以减少δ U 和Δ UP 当 则
' Ck ? Ck ? kC

nI P ?U ? ? , 2 fC

IP ?U ? n fC
2

④采用对称电路，在正负半周充电，减少δ U 和Δ UP

⑤采用中频或高频电源充电

测量脉动分量的原理
du i ? C1 dt T /2 T /2 1 1 du I P ? ? idt ? ? C1 ? dt T 0 T 0 dt
? C1 T
?U m

?U m

? du ?

C1 ? 2U m T

U m ? I P / 2C1 f

?U ? U m

特高压直流分压器
? 直流电压测量装置 多为电阻分压器加 直流放大器，称为 直流分压器。

? 直流分压器基本为 纯阻性元件，并采 取有效的均压措施 ? 电压传感器的主体 是直流电阻分压器

3.使用和校正 ? 测量仪表系
磁电式、电动式、电磁式、整流式、静电式、感应式

磁电式:平均值； 电动式:有效值； 电磁式:有效值；
整流式:平均值； 静电式:有效值；

试品放电问题
? 试验完毕，切断电源，需待试品上的电压降至1/2试验电压以 下，将被试品经电阻接地放电，最后直接接地放电。 ? 对大容量试品如长电缆、电容器等，需长时间放电。 ? 对附近设备，有感应电压的可能时，也应放电或事先短路。 ? 经过充分放电后，才能接触试品。 ? 对于在现场组装的倍压整流装置，要对各级电容器逐级放电 后，才能进行更改接线或结束试验，拆除接线。 ? 对电缆、发电机等，必须先经适当的电阻对试品进行放电。 如直接放电，可能产生频率极高的振荡过电压。 ? 放电电阻视试验电压高低和试品的电容而定，须有足够的阻 值和热容量。常采用水电阻，阻值每千伏200~500欧。 ? 放电棒的绝缘部分总长不小于1m，其中自握手护环到放电电 阻器下端接地线连接端的长度为0.7m，握手部分为0.3m

第4章 直流高电压的测量
? 静电电压表测量

? 高值电阻和电阻分压器测量
? 测量不确定度的要求：±3% ? 高阻抗臂：≯1%

? 其余： 分配在低压测量系统

? 高压电阻由多个高阻值电阻串联组成 ? 能承受高电压，电阻数值稳定 1.影响高压电阻稳定性的因素 在直流电压作用下的三因素： ? 温度影响 合金丝：±1×10-6/℃～±5×10-6/℃
电阻膜：±10×10-6/℃～±100×10-6/℃ 碳膜：-2.4×10-4/℃ ? 电晕放电 ? 支架漏电 2.主要改进措施

? 阻值的选取：电流0.5～1mA(1～2MΩ/kV)
? 设置屏蔽罩：消

除电晕影响 ? 分段屏蔽： 降低电位差 ? 绝缘油筒： 消除电晕、减少漏电、降温

? 并联电阻
? ? 用并联分流电阻扩大量程 电压表内阻影响分压比

?

仪表保护

低压端并联放电器

第5章

冲击电压发生器

? 检验设备在雷电冲击或操作冲击电压下的 绝缘性能和保护性能 http:///
一、 标准冲击电压波形 1.雷电冲击波形 ? 全波波形
1.2 ? 30% / 50 ? 20%?S

? 截波波形 截断时间 视在截断时间2-5us 视在截断陡度

2.操作冲击波形 ? 标准操作冲击电压

(250? 20% / 2500? 60%)?S

? 模拟冲击波形

其中：T1为波尾时间常数

T2为波头时间常数
T1 >>T2

单级冲击电压发生器

二、 单级冲击电压发生器 1.模拟冲击全波电压
2.波头的形成 ∵

u?t ? ? U 0 e ?t / T1 ? e ?t / T2
T1>>T2，在波头时间内 e ? t / T1 ? 1

?

?

∴

u?t ? ? U 0 1 ? e

?

?t / T2

?

t M ? 3R1C 2

3.波尾的形成

? e ?t / T2 ? 0 ? u ?t ? ? U 0 e
? 根据波尾定义
?t / T1

u?t ? ?|t ?t2 ? U 0 e ?t2 / T1 ? U 0 / 2 t 2 ? T1 ln 2 ? 0.7 R2 C1
4.合成电路
? 条件： C1>>C2， R2>>R1

5.电压利用系数
? 高效率回路 放电前：C1中电荷 放电后：
Q ? C1U 0 U 2m ? Q ? ?C1 ? C 2 ? U 2m C1 U0 C1 ? C 2

U 2m C1 ? 低效率回路 ? ? ? U0 C1 ? C 2 通过电阻分压
U 2m C1 R2 ?? ? ? U0 C1 ? C2 R1 ? R2

电压利用系数：

三、多级冲击电压发生器 1.多级发生器工作原理(并联充电、串联放电)

第5章 冲击电压发生器

? 图5-6

冲击电压发生器串联放电时的等效电路

充电变压器容量
? 充电电压有效值
U? Um 2 ? UC 0.9 2 ? 0.8U C

? 变压器容量
2 U m 2.5nCUC P ? UI ? 0.8U C ? ? ? t 30 r

1

?Um ? 1.1UC

t ? 15rnC?

五、 球间隙
? 球径和最大间隙与最高充电电压相对应 ? 前一级球隙放电照射后一级球隙

? 球隙的放电顺序 ①球隙静态击穿电压>电容充电电压 ②各级充电后，触发脉冲触发第三电极 ③三电极间隙击穿，发生器动作

? 两种击穿过程 ①短时击穿过程：
? UG>U0 ? Ust<Ug ? Ust与U0极性相反，且大间隙G ( 球1--针之间）电压为

U0 ?U st ? U0 ? U st ? UG
在 U 0 ? U st 作用下，大间隙G击穿， 然后(针-球2)间隙g击穿 ? 特点：击穿时间短

? 两种击穿过程

②长时击穿过程：
? ? UG>U0 Ust>Ug

?

Ust与U0极性相同
因Ust>Ug，g击穿局部电离，导致G击穿

? 特点：G在欠电压作用下击穿，所需时间长

截波及其产生原理
? 在雷电波作用下，设备绝缘闪络，会产 生截波（波尾2~3us阶段），对变压器类 设备的纵绝缘破坏性大，规程规定：对 变压器类设备做截波试验。

第 6章

冲击高电压的测量

?冲击电压测量系统的特

点 瞬变响应特性好 ?不确定度： 幅值≯ 3% 时间≯10% ?测量方法 分压器+示波器(峰值表)

http:///
一、冲击分压器测量系统
? 三组件系统

? 二组件系统
? 理想分压比 N ? u A
u4
uA N ?t ? ? u 4 ?t ?

? 各部件误差

二、冲击分压器
? 电阻分压器
? 阻值低，分布电容影响测量误差，

吸收功率大，测量电压低
? 电容分压器

? 有幅值误差，无波形误差
? 误差来源 ? 对地分布电容是造成测量误差的重要因素 ? 高压端电晕放电造成非线性测量误差

? 方波响应

k ? ? ? ? ? t X k RCe * ? u 2 ?t ? ? ?1 ? 2? ?? 1? e H? ? k ?1 ? ?
2 2

? 单位方波响应

? ? k g t ?t ? ? ?1 ? 2? ?? 1? e ? k ?1 ?

k 2? 2 ? t RCe

? ? ? ?

? 误差项
? 长方波 ? 短方波 ? 斜角波

?u?t C ? ? a ? ?1 ? g t ?t ??dt
tC 0

? 响应时间

? ? k ? g t ?t ? ? 1 ? 2? ?? 1? e ? k ?1 ?

k 2? 2 ? t RCe

? ? ? ?

Tt ?t ? ? ? (1 ? g (t )) dt ? ? ? 2? ?? 1? e
k 0 0 k ?1

?

?

?

k 2? 2 ? t RCe

1 dt ? RC e 6

? 减少电阻分压器测量误差的措施
? 减少误差项幅值

Ce / Ck 2 2 Ce / Ck ? k ?
(Ce ? Ck k ? ) R 2 2 k?
2 2

? 减少误差项时间常数

三、分压器低压臂信号输出
? 电阻分压器

? R4＝Z

u1 R1 ? R2 // Z K? ? u4 R2 // Z

Z ? R3 ? R1 // R2 R1 ? R2 K? R2

? 电阻分压器

Z ? R3 ? R1 // R2 R1 ? R2 K ?2 R2

? 电容分压器
C1 u20 ? u1 C1 ? C2 u20 u30 ? 2 u40 ? 2u30 u1 C1 ? C2 K0 ? ? u40 C1

u1 C1 ? C2 ? Cl K? ? ? u4? C1 K0 ? K? K? ? K0 Cl Cl ?K ? ? ? ?? 1 K? C1 ? C2 ? Cl C2

? 电容分压器
u40 ? u30 ? u20 1 C1 ? ? ? u1 2 2 C1 ? C2

u1 C1 ? C2 K0 ? ? 2? u40 C1 K? ? u1 C1 ? C2 ? Cl ? C4 ? u4 ? C1

K0 ? K? Cl ? C4 ? C1 ? C2

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四、冲击电压测量中的抗干扰问题

? 采用隔离变压器切断共模骚扰电压传播途径

图5

隔离变压器的屏蔽原理 (a) 无屏蔽; (b) 有屏蔽

数字存储示波器简称DSO( Digital Storage Oscilloscope )

( 一 ) DSO的工作原理 DSO具有模拟和数字两种工作方式。

图6

DSO的原理框图

TDS220

DSO

第 7章

冲击电流发生器

? 冲击电流的应用：
? 热效应-产生温度达几千万度的高温等离子体
? 电动力效应-产生数千万高斯的强磁场

? 单极性标准冲击电流
? 单极性方波电流

? 电流幅值：百千安级
? 发生器储能：数百千焦耳

? 冲击电流发生器及其测量原理
（双通道数字示波器的CH1测量试品电压， CH2测量冲击电流）

振 荡 波 α<1
i?t ? ? U 1??
2

C exp ? ? t / LC sin 1 ? ? 2 t / LC L

? ?

?? ?

?

tm ?

? LC /

1 ?

? 2 arctan

?

? 1?? /? ?
2

I m ? U C / L exp ? ? / 1 ? ? 2 arctan

??

?

? 1 ? ? / ? ??
2

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