1 冲击电压波形
IEC60—1（89）和GB311.3—83中对两种冲击电压的标准波形作了规定，见下表。
2 发生器的工作原理和回路
冲击电压波形的基本特点是快速上升和缓慢下降，产生这种波形可用两个储能元件的回路。
2.1 单级发生器回路
如图单级冲击发生器回路所示，是一种最简单的回路。通常取Ci＞Ca，R1＜R2，L一般很小。Ci缓慢充电到预定值后，球隙Gs被触发击穿，Ci向Ca迅速充电到最大值后Ci和Ca通过大电阻R1缓慢放电，而形成所要求的冲击电压波形。CaR1愈小，Ca上电压上升愈快，波前时间愈短，CiR2愈大，半峰值时间愈长。
单级冲击发生器回路
Ci—主电容 Ca—调波电容（包括外加的调波电容，试品、测量装置、截波球隙等的电容及发生器本身的对地寄生电容） R1—波前电阻 R2—波长电阻 Gs—点火间隙 L—回路电感 T—充电变压器 V一整流阀 Rp—保护电阻 UT—变压器高压侧电压 Uig—点火电压
单级发生器输出电压不可能太高，一般的经济限值为200～250kV，故欲产生高的冲击电压，需用串级发生器。
2.2 多级发生器回路
图多级冲击电压发生器回路给出单边和双边的多级冲击电压发生器。双边回路的每一级均倍压充电。
多级冲击电压发生器回路
a）单回路 b）倍压回路
Ca—调波电容（包括外加的调波电容，试品、测量装置和截波球隙等的电容以及发生器本身的对地寄生 电容）R′1—级波前电阻 R′2—级波长电阻 Ra—调波电阻 R及R′—充电电阻 Rd—阻尼电 阻 Gs—点火间隙 Gf—放电间隙 V一整流阀 Rp—保护电阻 UT—变压器高压侧电压 U′—级电压 Uig—点火电压
多级回路工作的基本原理是各级电容器均并联充电，间隙Gs触发击穿后各级电容通过间隙Gf串联放电，实为对Ca充电，标称最大电压为各级充电电压之和。多级冲击电压发生器的标称参数及其关系见下表冲击电压发生器参数关系式。
3 冲击发生器的充电回路
图多级冲击电压发生器回路的充电回路可表示为图多级冲击电压发生器充电回路。
3.1 充电时间
指电容C充电到0.9UTm（UTm—充电变压器高压侧峰值电压）所需的时间T0.9。
对多级冲击电压发生器充电回路a
对多级冲击电压发生器充电回路b
一般可取T0.9=30s
3.2 充电电阻R、R′及保护电阻Rp
见多级冲击电压发生器充电回路，通常取
式中 Ivm——短时（如0.5s）允许通过硅串V的最大电流。
4 发生器的放电回路
4.1 放电时的等效回路
图冲击电压发生器的等效放电回路是相应于多级冲击电压发生器回路的放电等效回路，其中R1=nR′1+Ra，R2=nR′2，L是回路电感；按多级冲击电压发生器回路a，Ci=C/n，发生器的标称电压Un=nUCm；按多级冲击电压发生器回路b，Ci=C/2n，Un=2nUCm；UCm是电容C上的最大充电电压。L会引起波形上的叠加振荡，按要求波峰上的振荡应小于0.05Ui（Ui—冲击电压值，详见GB311.3—83），则
当试品电容大时，只有减小L才能得到标准波前的雷电冲击电压。
4.2 标准雷电波形的经验计算公式
在许多著作中均对冲击电压发生回路作过分析和计算，给出计算式或图表，这里只给出几个实用的算式。
波前时间
（1）
半峰值时间
（2）
冲击电压发生器的效率η
（3）
4.3 波前电阻和波长电阻体的设计
用金属电阻丝按无感绕法制成。设计时要考虑在标称电压下一定时间内允许的放电次数、充电能量，电阻体和骨架材料的允许工作温度等条件。
4.4 充电变压器参数
变压器高压侧电压UT应取
U T=（1.1～1.2）UCm （kV）
变压器容量PT为
对单回路
对双回路
4.5 发生器的触发同步
触发同步是冲击电压发生器的一个重要指标，是指电容C充电后，Gs触发击穿从而使各Gf在过电压下同步击穿，各级电容串联放电的全过程，见图多级冲击电压发生器回路。球隙Gs的触发范围（可用Gs在触发和不触发时两击穿电压之比表征）具显著影响，这和球隙结构有关。
图触发球隙示意图是Gs的一种结构，触发脉冲Uig可取10～20kV，波前不大于1μs，触发瞬时电流不小于0.2A。
触发球隙示意图
1—点火球 2—瓷管（外径约11mm，内径约5～6mm） 3—点火针
球隙火花放电受周围条件的影响，为保持触发同步的稳定性，有的将球隙装在绝缘筒内通以干净、干燥的空气；或筒内充压缩气体，球距不变，靠调变气压改变球隙的击穿电压。
图多极间隙原理为多极间隙的原理。16个棒状电极（P1～P16）组成15个串联间隙（G1～G15）。各间隙并联均压电阻Rb，使充电时间隙上的直流电压均匀分布。例如，取每个间隙的击穿电压为17kV，则整个击穿电压为255kV。当电压不超过200kV时，不经点火，不会自行击穿。在点火电极Ps上施加触发电压Uig时，Uig值远大于G1的击穿电压（17kV），使P2～P15的电位显著提高，G1即迅速击穿，P2的电位随之就接近P1，于是P2～P3间出现高电压，G2随即击穿。这样，各间隙依次击穿。G14击穿后，P15的电位接近P1，G15即承担全部充电电压UC；若UC大于17kV，G15也击穿。这样，全部间隙就放电。若UC值远高于17kV，击穿可以从两端开始。多极间隙的突出优点是电压在很宽的范围10%～100%内变动都能可靠稳定地工作；即不需要调节间隙距离，又无需活动元件，便于封闭，免受外界影响。其缺点是，结构复杂，成本高，电弧压降较大，有时会自熄。沈阳变压器研究所研制成功了300kV多级间隙，并应用在3000kV冲击电压发生器上，多年运行性能良好。
多极间隙原理
P1～P16—棒电极 G1～G15—间隙 Rb—均压电阻 Ps—触发电极 Ci—主电容 C—电容，约5.5pF
5 截断冲击的产生
产生截断冲击最常用的方法有：球间隙自动放电；有针孔的球隙控制放电；多级截断间隙装置（截波装置）。
（1）对1.2/50μs的标准雷电冲击，用球隙自然放电，得不到截断时间TC=2～5μs的截波，因球隙只能在波前或峰值处放电。只有把波前拉长才能得到TC=2～5μs，但这已不是标准雷电截断冲击。
（2）采用有针孔的球隙控制放电，可得到标准雷电冲击截波。截断时间TC取决于触发时间Td，Td主要决定于延时电缆长度L，Td=L/v，v是波在电缆中的传播速度（m/μs），当然也可以用延时回路。
球隙放电也有时延，这决定于球隙大小、截断冲击电压UC和球隙的U50的比值。
（3）多级截断间隙装置适用于截断电压高的场合。多级截断间隙装置是由许多个间隙，同时又配备了适当的均压元件所组成，每个间隙的平均场强较大，故截断快速，时间短，可控性好。图多级截断装置的原理图（带RC弱阻尼分压器）表示的是一个带电容分压控制的多级截断间隙装置的原理图。通过传动器件可同时改变各间隙的距离，便可调节电压的高低。
多级截断装置所产生的截波的截断时间TC分散范围相当小，如1台8级（1600kV）截断装置在电压分别为116kV和1232kV时的截断时间TC仅差0.1μs。
6 操作冲击电压的产生
6.1 用冲击电压发生器产生标准操作冲击电压
操作冲击电压通常由冲击电压发生器产生，但和产生雷电冲击电压的发生器参数有所不同，主要是在操作冲击时要考虑充电电阻的影响。否则充电电阻的阻值要大到数十甚至近百千欧。也有用气动开关代替充电电阻的，充电时开关闭合，开关分断后再放电。
波前、半峰值时间和发生器效率的估算仍可用公式（1）、公式（2）和公式（3）。
6.2 用冲击发生器产生振荡操作冲击电压
振荡操作冲击发生器已成为GIS安装现场常用的试验设备。回路中需串入电感调波，其等效放电回路见
振荡操作冲击电压发生器的等效放电回路
振荡操作冲击电压发生器的等效放电回路
输出电压表达式为
波前
T 1一般不大于100μs。
输出电压uo为单极性阻尼振荡型，当R1≈0，Ci》Ca的条件下，uo可近2Um。调节R1、L和C可得到不同的阻尼振荡波形。
6.3 用试验变压器产生操作冲击
用变压器可产生非周期波或振荡波，这决定于是用阻容回路还是用振荡回路对变压器低压侧励磁。图用变压器产生操作冲击电压的回路给出一种回路。
7 陡波前冲击电压的发生
目前产生陡波前冲击的主要方法是在冲击电压发生器的输出端另加“陡化间隙”，即装在充油或充SF6气体中的球间隙，用其极短的放电时间（如不大于10ns）陡化波前，原理回路示于图陡波前冲击发生器的原理回路。
陡波前冲击发生器的原理回路
a）产生正极性陡波前冲击 b）截断产生负极性陡波前冲击 IG—冲击电压发生器 Cx—试品电容 Gs—陡化间隙
8 冲击电压发生器的调整
正确调整是保证冲击电压发生器可靠，稳定工作和得到要求的标准冲击波形的重要工作程序。
9 冲击电压发生器的产品参数
冲击电压发生器的标称电压和储存能量已做得很高，能在广泛的范围内变化，且已标准化，如级电压为100、200kV，每级存储能量分为5、10、15、20、25、30kJ多个等级。最大标称电压10000kV，最大总储能950kJ，级电感减小到3～4μH/级。
发生器的控制系统有了重大改进，日益广泛地采用程序控制，计算机控制，具有按设定值自动调球隙、充电升压，自动触发放电、接地、自动记录等功能。
