高压课程设计



    

高电压技术课程设计

冲击电压发生器的设计

1.设计内容：

设计一台1500kV冲击电压发生器，包括分压器、测量系统。

2.回路选择

选用高效率双边对称充电回路

发生器的充电回路

发生器的放电回路

3.电容器的选择

常见试品电容量:

试品名称	电容值/pF
线路绝缘子	＜50
高压断路器、电流互感器、电磁式电压互感器	50~600
电容式电压互感器	3000~5000
电力变压器	1000~15000
电力电缆	150~400

如不考虑大电力变压器试验和整卷电缆试验和互感器试验，就绝缘子的电容按100pF，冲击电压发生器的对地杂散电容和高压引线及球隙等的电容如估计为500pF ,电容分压器的电容估计为600pF，则总的负荷电容为

C2=100+500+600=1200pF

如按冲击电容为负荷电容的10倍来估计，约需冲击电容为

C1=10C2=12000pF

型号	工作电压	试验电压	电容	外型尺寸	重量	外壳
MY220-0.1	220kV	2kV	0.1 μF	φ635×ι845	361kg	磁壳

从国产脉冲电容器的产品规格中找到MY220-0.1磁壳高压脉冲电容器比较合适，电容器规格如下表：

  用此电容器7级串联，标称电压可达到1540 kV，基本上满足需要。冲击电容：C1=0.1/7=0.014286μF 此值＞10C2  可使（电压）效率不致很低。

4.冲击电压发生器结构设计

冲击电压发生器采用7层塔式结构，每层绝缘距离1.5m。装置总高10.5m。连接导线选用矩形导电铜排。各级电阻两端加入金属屏蔽环以均衡空间场强。

5.冲击电压发生器的主要参数

标称电压 U1 =220×7=1540 kV

冲击电容 C                1 =0.0143μF

标称能量 Wn= C1 U12/2=0.0143μF×（1540 kV）2/2=16.96kJ

效率： 

6.波前电阻和波尾电阻的计算及选择计算：

试品电容约100pF，负荷总电容为1200pF，

波前等效回路

所以波前时间  

                                           

求出，每级。

半峰值是等效回路

故半峰值时间  

求出，每级。

已知，，一级电容器储能为：

CU2/2=2.42kJ

为保证电阻不至于因发热而烧坏，考虑电容、上可能消耗的最大能量，从而选择电阻材料（康铜丝）和双股反绕的无感电阻结构。

名称	主要成分%	电阻率（20℃）	电阻温度系数（℃）	最高工作温度（℃）	平均热容
康铜（8.9g/）	Ni（39-41） Mn(1-2) Cu(余量)	0．48	5	500	0.1

电阻最高温升为150℃，电阻丝长为L(m)，截面积为A()

为简化计算，分别计算能量全部消耗在、绝热情况下的温升。

（1）的长度和直径计算

如所采用的电阻丝为康铜丝，康铜丝的密度ν为，电阻率ρ为，比热容为，电阻允许最高温升θ为150℃。令电阻丝长度为l/m，直径为d/mm，则可得

                                                 （1）

而消耗的能量                                （2）

得电阻丝的直径为

                                     （3）

首先令R0=2*47.8=95.6Ω，W=1210J，

最后，由式（3）得 

d=0.365mm

实际选Φ0.40mm的电阻丝两根，并按相反方向并绕。由式（1）得其中一根阻丝的长度为

      L=25.03m

 

实际温升可由式（2）得

θ= 103.630C

 满足要求。

（1）的长度和直径计算

同理可以计算出d=0.1mm,实际选择Φ0.20mm的康铜丝。

L=87.05m，核算温升θ= 118.580C

满足要求。

7.充电电阻和保护电阻的选择：

要求，解得R>13252Ω，取R=20KΩ。每根充电电阻的结构长度应能耐受220kV的电压。如取保护电阻r为充电电阻R的40倍，则保护电阻r为800kΩ。其结构长度应该能够耐1.1*220kV=242kV的电压。由于高效回路发生球隙放电不同步等异常时，电容的能量都将从波头和波尾电阻释放（由于充电电阻R远大于波头波尾电阻），所以一般情况下充电电阻不存在过热的危险，故电阻的制作只需考虑绝缘的问题。

8.充电时间的估算

在保护电阻r远大于充电电阻R的情况下，充电时间约为：

     考虑到其他因素的影响，取充电时间为10s。

9.变压器选择

按安全系数3.0计算：

变压器容量＝

变压器电压＝

所以，查找型号列表，可选择国产试验变压器，型号为YDJ—10/100，其参数如下表。完全满足要求：

表4. YD—10/100试验变压器的参数

型号规格	额定容量 / kVA	额定电压 / kV		额定电流 / A
		输入	输出	输入	输出
YD—10/100	10	0.2	100	50	0.1

10.高压硅堆选择：

硅堆的反峰电压＝110kV×1.1＋110kV＝231kV。

硅堆的额定电流

选择2DL250/0.2 型硅堆。

11.球隙直径选择

Φ25cm的球隙在间隙距离为75mm时的放电电压为199kV，因此可选择作为第一级点火球隙；Φ25cm的球隙在间隙距离为80mm时的放电电压为211kV，因此可以用作中间球隙及隔离球隙。

12.分压器的设计

如上图采用电容分压器分压。同轴电缆输出端电压设为1.5kV，把信号电压通过高压探头直接输入示波器。

    查找资料只找到MWF800-2400 型脉冲电容比较合适。其参数如下表：

 MWF800-2400脉冲电容器的规格

型号	额定电压 / kV	标称电容 / pF	外形尺寸 / mm	重量 / kg
MWF800-1200	800	1200	φ260×2260	102

    用此种电容器两个串联，则高压臂电容为：

    C1=1200pF/2=600pF

    由于设同轴电缆输出端电压幅值为1.5kV，故分压比 K=1500/1.5=1000

则低压臂的电容为

     C2=0.6uF。

选择MWF10-0.6 型脉冲电容器

 MWFMWF10-0.6脉冲电容器的规格

型号	额定电压 / kV	标称电容 / uF	外形尺寸 / mm	重量 / kg
MWF10-0.6	10	0.6	φ200×118×120	6

示波器选择：TDS1012B数字示波器 ，高压探头选择P5100规格如下：

P5100

探头型100X，250MHZ，2.5KV

阻抗匹配：

为了防止波在电缆上来回反射，加装匹配电阻R1和R2。设电缆的波阻抗为Z，取R1=R2=Z即可。

同轴电缆的外层屏蔽层良好接地，屏蔽静电场，防止静电场对内导体的作用。

13.实验仿真

使用Matlab进行仿真，波形仿真电路：

仿真波形：

    

从图上我们可以看出冲击电压为1400kV，视在波头T1约为1.5us，波长T2约为55us，基本满足标准冲击电压的要求。

参考文献

[1] 林福昌. 高电压工程. 武汉: 中国电力出版社, 2006

[2] 李智威.高电压技术课程设计冲击电压发生器