冲击耐压试验

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冲击耐压试验

雷电冲击电压是利用冲击电压发生器产生的,操作冲击电压既可以利用冲击电压发生器产生，也可以利用冲击电压发生器与变压器联合产生。1、雷电冲击电压的产生基本原理：冲击电压发生器的原理电路如图所示。主电容C0在被间隙C隔离状态下，由整流电源充到稳压电压U0。间隙G被点火击穿后，电容G0上的电荷经电阻Rt放电，同时也经Rt对C充电(此处，被测试品的电容可视为等值地并人电容Ct中)，在被测试品上形成上升的电压波前。Ct上的电压被充到最大值后，反过来又与C0一起对Rt放电，在被测试品上形成下降的电压波尾。为了得到较高的效率，主电容C0应比Ct大得多,以便形成快速上升的波前和缓慢下降的波尾。

冲击电压发生器原理电路图2、操作冲击高压的产生获得操作冲击高压的途径通常有两种：一种是利用雷电冲击电压发生器，适当改变其参数。这种方法适用于具有高阻抗的被测试品。另一种是利用雷电冲击电压发生器与变压器联合产生。后一种方法多数用于试验变压器自身。

(1)利用雷电冲击电压发生器产生操作冲击高压利用雷电冲击电压发生器来产生操作冲击电压，在原理上与产生雷电冲击电压是一样的，只是操作冲击电压的波前和半峰值时间均较雷电冲击电压长得多，这就要求大大地增加发生器放电的时间常数，需要调整放电回路的参数，即增大各种电容(C0和Ct)和各种电阻(如R1和Rt)的值。为了减小在主回路放电时通过充电电阻分流放电的影响(它会使发生器的效率降低)，必须将各级充电电阻的阻值加大，但是伴随着充电时间的增加，充电的不均匀度大增。为此，在选择冲击电压发生器的参数时。需要全面地考虑上述因素，才能达到良好的输出波形。为了提高冲击电压发生器的效率，也可以用电感调整波前，即用电感代替波前电阻，能获得较高的输出电压，波前电压的线性也较好。但是波形中稍带有振荡分量，不过这还是允许的。

(2)利用雷电冲击电压发生器与变压器联合产生操作冲击高压利用一个小型雷电冲击电压发生器产生一个峰值较低的冲击电压，将它施加于变压器低压侧，因为操作冲击试验电压的等值频率不高，所以在变压器高压侧能感应出高幅值的操作冲击电压来。小型雷电冲击电压发生器可在现场组装，因此，这种方法便于现场使用。

1、用球隙测量由于球隙的伏秒特性在放电时间大于1μs时几乎是一条直线，故用球隙可测量波前时间不小于1μs，半峰值时间不小于5μs的任意冲击全波或波尾截断的截波峰值。因在冲击电压作用下球隙放电具有分散性，球隙测量的电压是球隙的50%放电电压。确定50%放电电压时，通常对球隙加10次同样的冲击电压，如有4-6次发生了放电，就认为此电压就是50%放电电压，此时根据球隙放电电压表进行大气条件校正，就得到被测的冲击电压的峰值。2、用分压器测量系统测量分压器测量系统包括：①从被测试品接到分压器高压端的高压引线；②分压器；③连接分压器输出端与示波器的同轴电缆；④示波器，如果只要求测量峰值，则可用峰值电压表代替示波器。衡量分压器波形误差的标准，应用得最普遍的是方波响应时间。在分压器高压侧施加一个单位阶跃波，理想情况下，分压器低压侧输出的也应该是阶跃波，只是幅值按分压比减小。但实际上由于分压器存在各种非理想的因素，输出电压并不是阶跃波，而可能是近似按指数规律上升或衰减振荡的波形。将这个曲线乘以分压比，归算到输入端，就得到归算后的单位方波响应g(t)，再与输入的单位方波比较，它们之间形成的面积称为方波响应时间厂。厂的值越大，表示分压器的失真越大。实际上，用部分响应时间以及过冲卢这两个特性指标来衡量误差，更为恰当，如图所示：
冲击测量系统的方波响应 (a)指数性；(b)振荡型冲击电压分压器按其结构可分为四种类型：

电阻型；电容型；并联阻容型；串联阻容型。电阻分压器高、低压臂均为电阻，但由于冲击电压的变化速度快，因而对地杂散电容的影响大，形成不可忽略的电纳分支。而且，其电纳值不是恒定的，与被测电压中各谐波频率成比例。这将使输出波形失真，分压幅值也有误差。对电阻分压器采取一定的改善措施，可应用于1000kV及以下冲击电压测量领域。电容分压器高压臂电容器C，电容量较小，但要耐受绝大部分电压，它是电容分压器的主要部件。高压臂电容可以是集中式电容，也可以是分布式电容。低压臂电容器C：的电容量较大，而耐受电压不高，通常选用稳定性好、低损耗、寄生电感小、电容量大的电容器，如云母、空气或聚苯乙烯电容器。电容分压器也存在对地杂散电容，但由于分压器本身也是电容构成的，所以杂散电容只会引起幅值误差，而不会引起波形畸变。

然而，如果考虑分压器各单元的寄生电感和各段连线的固有电感，电容分压器在冲击电压的作用下存在着一系列高频振荡回路，其中的电磁振荡将使分压器输出电压的波形发生畸变。为了阻尼各处的振荡，可对电容分压器进行改进，制造出新的阻容分压器。并联阻容分压器在测量快速变化过程时，沿分压器各点的电压分布同电容分压器，这样就可以克服对地杂散电容对电阻分压器产生的波形畸变。在测量慢速变化过程时，沿分压器各点的电压分布同电阻分压器，避免了电容器的泄漏电阻对分压比的影响。串联阻容分压器在各级电容器旁串联电阻，可以阻尼对地电容和寄生电感引起的振荡。但串联电阻后将使分压器的响应时间增大，如果在低压臂中也按比例地串人电阻，则可以保持响应时间不变。它可以用来测量雷电冲击、操作冲击和交流电压，电压可达到兆伏级。

冲击电压发生器是产生脉冲波的高电压发生装置。冲击电压试验是电力设备高压试验的基本项目之一。冲击电压试验既可用于研究电力设备遭受大气过电压(雷击)时的绝缘性能，又可用于研究电力设备遭受操作过电压时的绝缘性能。同时，在进行电磁兼容研究及放电机理研究等许多方面也都需要进行冲击电压试验。 [2]

一般冲击电压发生器要满足两个要求：首先要能输出几十万伏到几百万伏的电压，同时该电压要有一一定的波形。为了产生幅值很高的脉冲电压，仍采用1923年发明的Marx多级回路，如图所示。该回路中3级电容器以并联的方式经过高阻RL“被直流电压源充电到U0，然后经过3级球间隙f的同步放电被串联起来，从而在试品上获得将近3U0的脉冲电压。虽然在实际使用中的Marx回路有多种不同的回路接线，但基本原理相同。

Mrax三级回路示意图根据实测，雷电波是一种非周期性脉冲，它的参数具有统计性。它的波前时间(约从零上升到峰值所需时间)为0.5~10μs，半峰值时间(约从零上升到峰值后又降到峰值一半时所需时间)为20~90μs,累积频率为50%的波前和半峰值时间约为1.0~1.5μs和40~ 50μs。操作冲击电压波的持续时间比雷电冲击电压波长得多，形状比较复杂， 而且它的形状和持续时间随线路的具体参数和长度的不同而有异，不过国际上趋向于用一种儿百微秒波前和几千微秒波长的长脉冲来代表它。为了保证多次试验结果的重复性和各实验室间试验结果的可比性，对波形及波形定义应有明确规定。为此国际电工委员会和国家标准规定了标准雷电冲击全波及截波的波形和标准操作冲击电压波形。

标准雷电冲击是指波前时间T为1.2μs，半波峰值时间T为50μs的雷电冲击全波，标准雷电冲击截波是指经过2~5μs被外部间隙截断的标准冲击。，有关设备标准可以规定不同的截断时间。由于测量上的实际困难，电压跌落的持续时间没有标准化。标准雷电冲击电压的容许偏差，除有关设备标准另有规定外，实际记录的冲击和1.2/50μs标准雷电冲击的规定值之间的容许偏差。

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