第七章冲击电流发生器
冲击电流发生器
简介
简介
冲击电流发生器的应用已超出电力运行部门和电工制造部门，在核物理、加速器、激光等高新技术领域已得 到了广泛的应用，而且在这些部门对冲击电流的波形和幅值都比电力运行部门有更高的要求。针对发生器在电力 运行部门和其它领域的应用的不同要求，我们研究了多种波形冲击电流发生器的设计方法并研制了整套设备，这 样可减少投资、增加设备的利用率。特别是近年来氧化锌避雷器有逐渐取代传统碳化硅避雷器的趋势，且较传统 的几种波形又增加了几种新的波形的要求，因此研究多种波形冲击电流发生器更具有实用价值。
冲击电流发生器
检验电气设备耐受冲击电流稳定的能力
01 简介
目录
02 主要特点
03
方波冲击电流回路参 数的选择
04 的应用
05 总结
基本信息
冲击电流发生器主要用以检验电气设备耐受冲击电流稳定的能力，广泛应用于氧化锌避雷器阀片进行冲击电 流试验，也可以用于其它研究性试验。冲击电流发生器的应用已超出电力运行部门和电工制造部门，在核物理、 加速器、激光等高新技术领域已得到了广泛的应用，而且在这些部门对冲击电流的波形和幅值都比电力运行部门 有更高的要求。
总结
总结
a.采用微机控制的冲击电流发生器装置，实现多功能控制及试验过程自动化。可任意预置放电次数和重复率， 自动触发和记录放电次数，自动实现试品切换。主放电回路采用场畸变火花开关，具有工作电压范围宽，噪声小， 不需调节间隙距离等特点。
b.数字化测量系统，大大提高了测量波形光滑度和精确度 。
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方波冲击电流回路参数的选择
方波冲击电流回路参数的选择
为了使一台发生器也能产生方波冲击电流，听以在决定参数时也要考虑方波冲击电流情况：方波冲击电流的 产生可以采用已被充电的电缆对负载放电来形成，但要利用电缆产生高电压大电流持续时间长的方波电流是很困 难的，因此一般采用8-12链的人工线来产生，产生的方波较为接近电缆产生的方波，符合国标的要求 。
冲击电流发生器基本原理简述
冲击电流发生器基本原理简述冲击电流发生器是一种用来产生高电流瞬态的设备，它在多个领域中被广泛应用，如电力系统的过电压保护、电力电子装置的测试和故障模拟等。
本文将对冲击电流发生器的基本原理进行简述，以帮助读者更好地理解这一设备的工作原理。
首先，我们来了解一下什么是冲击电流。
冲击电流是指在电流波形中出现的暂时性高峰值，它具有高频率、宽带宽和短时间的特点。
冲击电流发生器的作用就是通过适当的电路设计和控制方法，产生出符合特定要求的冲击电流。
冲击电流发生器的基本原理可以概括为以下几个方面：1. 储能元件：冲击电流发生器通常采用储能元件，如电感和电容，来存储电能。
当触发条件满足时，储能元件会被释放并向负载注入能量，产生冲击电流。
2. 触发控制：为了使冲击电流发生器能够在需要的时候产生冲击电流，触发控制是必不可少的。
触发信号可以通过外部触发源或内部电路生成，触发条件可以是电流、电压或时间等参数的变化。
3. 能源管理：冲击电流发生器需要合适的能源管理方法来确保稳定和可靠的电源供应。
这可能涉及到电源选择、能量转换和储能元件的充放电控制等方面。
4. 输出控制：为了满足不同应用的需求，冲击电流发生器通常提供多种输出模式和参数设定。
输出控制可以包括冲击电流的幅值、频率、占空比等参数的调整和控制。
冲击电流发生器的工作原理基于这些基本原理，并结合具体的电路设计和控制策略，实现了高电流瞬态的产生。
通过适当选择和调整这些原理和参数，可以实现不同范围和形状的冲击电流波形。
在我的观点和理解方面，冲击电流发生器是一种非常重要的电力测试设备，它可以用来模拟各种电力系统的故障和异常情况，以验证电力设备的可靠性和稳定性。
通过调整冲击电流的参数和波形，可以模拟各种故障情况，如短路、过电流等，以便进行系统的保护和验证。
此外，冲击电流发生器还可以在电力电子装置的测试中发挥重要作用。
电力电子装置通常需要经受各种条件下的测试，以验证其性能和可靠性。
高电压技术习题及答案
第一章气体放电的基本物理过程一、选择题1) 流注理论未考虑的现象。
A．碰撞游离B．表面游离C．光游离D．电荷畸变电场2) 先导通道的形成是以的出现为特征。
A．碰撞游离B．表面游离C．热游离D．光游离3) 电晕放电是一种。
A．自持放电B．非自持放电C．电弧放电D．均匀场中放电4) 气体内的各种粒子因高温而动能增加，发生相互碰撞而产生游离的形式称为。
A.碰撞游离B.光游离C.热游离D.表面游离5) ______型绝缘子具有损坏后“自爆”的特性。
A.电工陶瓷B.钢化玻璃C.硅橡胶D.乙丙橡胶6) 以下哪个不是发生污闪最危险的气象条件？A.大雾B.毛毛雨C.凝露D.大雨7) 污秽等级II 的污湿特征：大气中等污染地区，轻盐碱和炉烟污秽地区，离海岸盐场3km~10km 地区，在污闪季节中潮湿多雾但雨量较少，其线路盐密为mg /cm2 。
A.≤0.03B.>0.03~0.06C.>0.06~0.10D.>0.10~0.258) 以下哪种材料具有憎水性？A. 硅橡胶B.电瓷C. 玻璃D 金属二、填空题9) 气体放电的主要形式：、、、、10) 根据巴申定律，在某一PS 值下，击穿电压存在值。
11) 在极不均匀电场中，空气湿度增加，空气间隙击穿电压。
12) 流注理论认为，碰撞游离和是形成自持放电的主要因素。
13) 工程实际中，常用棒－板或电极结构研究极不均匀电场下的击穿特性。
14) 气体中带电质子的消失有、复合、附着效应等几种形式15) 对支持绝缘子，加均压环能提高闪络电压的原因是。
16) 沿面放电就是沿着表面气体中发生的放电。
17) 标准参考大气条件为：温度t C 20 0 = ，压力= 0 b kPa，绝对湿度30 h =11g /m18) 越易吸湿的固体，沿面闪络电压就越______19) 等值盐密法是把绝缘子表面的污秽密度按照其导电性转化为单位面积上__________含量的一种方法20) 常规的防污闪措施有：爬距，加强清扫，采用硅油、地蜡等涂料三、计算问答题21) 简要论述汤逊放电理论。
第七章冲击电流发生器
L
≈ 1.48
m = LC ≈ 8.12
⇒ L = m / l ≈ 5.48(µH),
3. 查曲线得im’=0.62
C = ml ≈ 12(µF)
' U 0 = I m im ⋅ l = 54.5kV
二、已知回路参数（ L, C, U0 , R），求回路参数（ Tt/Tf, Im ） R C 由曲线查得Tf ’, Tt’ 1.计算α = 2 L
R1=Z，形成方波
I = U ( Z + R) = U ( L C + R)
二、电感的影响
第八章 冲击电流的测量
8-1概述
一、测量要求
测量内容：幅值、波形 要求：幅值测量的不确定度3%以内方法
分流器+示波器 罗戈夫斯基线圈+示波器
8-2 分流器
一、分流器的性能
第七章 冲击电流发生器
7-1 概述
用途 波形定义 指数波 表示：±（Tf/Tt )µs
100 90 im 50 10 0
Tf
Tt
t
IEC标准：（8/20)µs （1/20)µs （4/10)µs （10/350)µs （10/1000)µs
100 90
波形振荡
50
im
反极性振荡幅值<20%
10 0
T r C r C r C r C r C O
r=1~2Ω
T
D
r
r
r
电容器分组
O C C C C C C C C C
7-4 电流幅值和波形的调节
图解法求回路参数或波形参数 一、已知波形参数（Tt/Tf, R, Im），求回路参数（L, C, U0） 1. 求Tt/Tf 由曲线查得α，Tf ’, Tt’
简述冲击电流发生器的基本原理
简述冲击电流发生器的基本原理一、引言冲击电流发生器是一种广泛应用于电力系统故障检测和维护的设备。
其基本原理是利用高压电源产生高电压脉冲，通过变压器将脉冲放大，然后通过输出线圈将脉冲注入被测设备中，从而检测设备是否存在故障。
本文将详细介绍冲击电流发生器的基本原理。
二、高压电源冲击电流发生器中的高压电源是产生脉冲信号的核心部件。
其主要由以下几个组成部分组成：1.充电单元：充电单元主要负责将直流电源产生的直流信号转换为需要的脉冲信号。
2.放电单元：放电单元主要负责将充满能量的储能元件（如电容器）释放出来，形成高能量、短时间的脉冲信号。
3.控制单元：控制单元主要负责对充电和放电过程进行控制，确保输出信号符合要求。
三、变压器变压器是将高压信号传递到输出线圈中的关键部件。
其主要由以下几个组成部分组成：1.一次侧：一次侧主要接收高压信号，并将其传递到二次侧。
2.二次侧：二次侧主要将一次侧传递过来的高压信号进行放大，并输出到输出线圈中。
3.绝缘材料：绝缘材料主要起到隔离和保护作用，防止高压信号泄漏或产生电击等危险。
四、输出线圈输出线圈是将脉冲信号注入被测设备中的关键部件。
其主要由以下几个组成部分组成：1.导体：导体是输出线圈的主要构成部分，其负责将脉冲信号传递到被测设备中。
2.绝缘材料：绝缘材料起到隔离和保护作用，防止脉冲信号泄漏或产生电击等危险。
3.形状设计：形状设计是输出线圈的重要因素之一，不同形状的线圈会对脉冲信号产生不同的影响。
五、工作原理当冲击电流发生器开始工作时，充电单元会将直流电源转换为需要的脉冲信号，并将其送入放电单元。
放电单元会将储能元件中的能量释放出来，形成高能量、短时间的脉冲信号。
这个过程由控制单元进行控制，确保输出信号符合要求。
然后，这个脉冲信号会被传递到变压器中。
变压器会将高压信号传递到输出线圈中，并将其进行放大。
最后，输出线圈将脉冲信号注入被测设备中，从而检测设备是否存在故障。
六、应用领域冲击电流发生器在电力系统故障检测和维护中有着广泛的应用。
简述冲击电流发生器的基本原理
冲击电流发生器的基本原理冲击电流发生器（Impulse Current Generator）是一种用于模拟电网中发生冲击电流的装置，主要用于测试电力设备的抗冲击电流能力。
它可以输出高能量、高电压的短脉冲电流，可以产生对应的冲击电流波形，用于模拟雷击、开关操作等情况下的瞬态过电流。
基本组成冲击电流发生器主要由电源系统、蓄能电容系统、充电系统、放电系统和控制系统等部分组成。
1.电源系统：为冲击电流发生器提供稳定的电源电压，通常采用变压器变换电网电压。
2.蓄能电容系统：将电源系统供电的能量储存起来，以便之后释放。
3.充电系统：将电能从电源系统输入到蓄能电容系统，通常采用充电电阻和充电开关控制。
4.放电系统：将蓄能电容系统中储存的能量以冲击电流的形式输出，通常由放电开关和负载构成。
5.控制系统：控制冲击电流发生器的充电、放电过程，以及输出的波形特性。
工作原理冲击电流发生器的工作原理主要包括充电、放电和波形控制三个环节。
1. 充电充电是将电源系统提供的电能输入到蓄能电容系统中的过程。
充电过程主要由充电电阻和充电开关控制。
在工作开始时，充电电阻使充电电流逐渐升高，直到达到设定值。
充电电流的大小和时间可以根据需要进行调整。
当充电到达设定值时，充电开关会打开，停止电容的充电。
2. 放电放电是将蓄能电容系统中储存的电能以冲击电流的形式输出的过程。
放电过程主要由放电开关和负载构成。
放电开关负责将电容中的电能快速释放到负载中。
放电开关在工作时会导通，将电容的正极和负极直接连接到负载上。
电容的放电时间很短，一般在几微秒至几毫秒之间，这样可以产生一个高能量、高电压的冲击电流。
负载是冲击电流发生器输出电流的目标，通常是需要测试的电力设备。
负载的形式根据不同需求可以有多种，比如电阻、线圈、电感等。
3. 波形控制冲击电流发生器的波形控制是通过控制系统实现的。
波形控制主要包括冲击电流的波形特性和冲击参数的设定。
冲击电流的波形特性由充电和放电过程决定，可以通过控制电流的上升速度、蓄能电容的电压和容量等来调整波形。
第7章冲击电流发生器
3、非振荡波 1(R 2 L )
C
电流波形： i(t)
u
2 1
C e (t / LC ) sinh( L
2 1
t) LC
峰值时间： tm
LC
2 1
arctan h(
)
2 1
电流峰值： Im U
C e( / 2 1) arctan h( 2 1 / )
L
2 冲击电流发生器的基本原理
2 高压实验室的净空距离
净空距离是指高电压试验设备，测量装置和被试物相互之间及它们 对墙、天花板地和周围带电或不带电物体之间应有间隔距离。 净空距离的要求决定于以下三方面的原因：
安全距离:即设备或试品不应对周围物体放电（应留有裕度）； 测量准确度：即周围物体与测量装置间的距离大到足以略去它们对
坏作用和承受能力。 指数波（模拟雷电流）
标准冲击电流波形
方波（模拟操作冲击电流）
1 概述
标准冲击电流（指数）波形
Tf/Tt（波前/半峰时间） ① ±1/20μs ② ±4/10μs ③ ±8/20μs ④ ±30/80μs 波形要求： ①峰值、 Tf、Tt容许偏差＜10% ②冲击波峰值附近的过冲和振荡不应超过峰值的5%；反极性振荡＜20%
3.1 冲击电流发生器结构的基本考虑因素
回路电感组成及减小电感量措施： 电容器残余电感（选择小电感电容；多级并联） 连线电感 （连线短，减小互感） 球隙电感（缩小尺寸和火花长度） 试品电感 分流器电感
3.2 冲击电流发生器回路
(a)并联放电
(b)串联放电
3.3 冲击电流发生器主回路结构
(a)圆环式
(b)方框式
(c)母线式
环形排列（圆环式、方框式）：电容电流同时到达试品，电流大；但 不利于试品放置。
冲击电流发生器原理
冲击电流发生器原理
嘿，你问冲击电流发生器原理啊？这冲击电流发生器就像个小魔法师，能变出很大的电流呢。
冲击电流发生器主要是靠储存能量然后瞬间释放来产生大电流的。
就好像你把水装在一个大桶里，然后一下子把桶里的水倒出来，那水流就会很大。
冲击电流发生器也是这样，先把能量储存起来，然后在需要的时候一下子放出来，就产生了很大的冲击电流。
它里面有一些电容器啊、电感啊这些元件。
电容器就像个小水库，能把电储存起来。
电感呢，就像个小弹簧，能在电流变化的时候产生反电动势，来控制电流的大小和变化速度。
当冲击电流发生器要工作的时候，先给电容器充电，把电储存起来。
就像给小水库蓄水一样。
等充到一定程度的时候，再通过一个开关把电容器和负载连接起来。
这时候电容器里的电就会瞬间释放出来，产生很大的电流。
而且啊，冲击电流发生器还可以通过调整一些参数来控制产生的电流大小和形状。
比如说调整电容器的容量啊、充电电压啊、开关的速度啊等等。
就像你调整水龙头的开关大小和水流速度一样，可以控制水流的大小。
举个例子哈，我有个朋友在电力公司上班。
他们有时候需要测试一些设备的耐受冲击电流的能力。
这时候就会用到冲击电流发生器。
他们会根据设备的要求，调整冲击电流发生器的参数，产生合适大小和形状的冲击电流。
然后把这个电流加到设备上，看看设备能不能承受得住。
我朋友说，冲击电流发生器可厉害了，能产生很大的电流，帮助他们测试设备的性能。
总之呢，冲击电流发生器就是靠储存能量然后瞬间释放来产生大电流，还可以通过调整参数来控制电流大小和形状。
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若α = ( R 2 ) C L
1. α<1 (R<Rk) 时，振荡型电流波
is (t ) = U 1−α 2 C exp[−α (t L LC )] sin 1 − α 2 t LC
由dis(t)/dt=0
1−α 2 tan −1 tm = α 1−α 2 LC
1. 自积分
线圈输出端并联电阻
dφ di1 (t ) di2 =M = i2 (r + R) + L dt dt dt
L
r
N 2 Sµ L= 2πr
dφ/dt
i2 R
C
uR
di2 若r + R很小，且i2 (r + R ) << L dt
di1 (t ) di2 则：M =L dt dt
M 1 ⇒ i2 = i1 ( t ) = i1 ( t ) L N
dBr µNS di1 (t ) di1 (t ) ∴ u2 (t ) = NS = =M dt 2πr dt dt
NSµ r: 导线中心距每匝线圈中心的距离 M = 2πr
µi1 (t ) Br = 2πr
二、电流的测量
di1 (t ) u2 (t ) ~ dt
微分关系，对di1(t)/dt积分，得i1(t）
L
≈ 1.48
m = LC ≈ 8.12
⇒ L = m / l ≈ 5.48(µH),
3. 查曲线得im’=0.62
C = ml ≈ 12(µF)
' U 0 = I m im ⋅ l = 54.5kV
二、已知回路参数（ L, C, U0 , R），求回路参数（ Tt/Tf, Im ） R C 由曲线查得Tf ’, Tt’ 1.计算α = 2 L
M di1 (t ) 得：i2 = R dt
dφ/dt
L
r
R
i2 C
uc
1t M t di1 (t ) uc = ∫ i2 dt = dt ∫ C0 RC 0 dt M = i1 (t ) RC
1 1 1 R ⋅ < f < ⋅ 2π RC 2π L
2.求：T f = LC T f'
Tt = LC Tt'
3. 由图查得α对应的im’
求：I m = U 0 C L
' im
7-5 冲击电流方波发生器
一、电缆或人工传输线方波发生器
n L1 U C C C C L2
Ln1
Ln R1 L/2 L/2 C S
C
C
波阻抗 Z =
L C = L' C '
T = 2n LC
C ism = U exp[−(α / α 2 − 1)arctanh( α 2 − 1/α )] L
不管电流波形振荡与否，电流可表示为
C U 2W im = U f (α ) = ⋅ 2α ⋅ f (α ) = f (α ) L R L
U C L一定
α越小，即R越小
im越大
ism增大
U/R一定时，α越大， 即C增大或L减小，2αf(α)增大 为了获得大电流
R u R = Ri2 = i1 (t ) N
若被测信号的等效角频率为ω，则
ωL >> r + R
自积分：信号的频率高 线圈电感大
2. 外积分 采用RC积分电路
di1 (t ) di2 1 t M = i2 (r + R) + L + ∫ i2 dt dt dt C 0
1 若：R >> ，ωL << R，r << R ωC
本质：低阻值的电阻器 R = ρl / A 测量电阻两端的电压来反映冲击电流的大小 分流器的测量回路
G R1 L
i
Z
C
S R
u
Rs<<Z=R时
u (t ) = Rs i (t )
Rs<<Z不满足，但Z=R时
u (t ) = ( Rs // Z )i (t ) = i (t ) Rs ⋅ Z /( Rs + Z )
三、分流器的结构
1. 双股对折 带状对折
i
辫状对折
i
2. 同轴管式
i 1 i 5 2 3 4
四、分流器的响应
u T
1
t
L µ0d 2 双股对折： T折 = = R 3ρ
负
µ0d 2 同轴管式： T同 = 6ρ
正
8-3 罗戈夫斯基线圈
一、测量原理
空心互感器：原边为单根导线 i1(t)交变，(t) 若导线在线圈的中心，则 u
电容器残余电感小，可采用多个并联 回路引线尽可能短，引线的截面积尽可能大 回路各接点处的接触电阻要尽可能小 充电电压尽可能高，可采用多级充电形式。
7-3 冲击电流发生器的结构
一、结构
环形排列
母线式排列
方框式排列
二、电容器的保护
G D T R
电容器损坏
C C C C C
O
G D R
电容器保护 串接小电阻
Tf Tt
t
方波
<10%
Td: 500µs 1000 µs 2000 µs 2000~3200 µs
100 90 Td TF 0 im
t
7-2 冲击电流发生器的基本原理
一、基本回路
D r G Uc L i S R O
工作原理： 电容器并联充电 然后并联放电 放电回路 RLC回路
T C
L 令Rk = 2 C
R1=Z，形成方波
I = U ( Z + R) = U ( L C + R)
二、电感的影响
第八章 冲击电流的测量
8-1概述
一、测量要求
测量内容：幅值、波形 要求：幅值测量的不确定度3%以内 时间测量的不确定度10%以内
二、测量方法
分流器+示波器 罗戈夫斯基线圈+示波器
8-2 分流器
一、分流器的性能
α
= LC sin −1 1 − α 2 2 1−α
−1
C ism = U ε L
1−α 2 − tan α 2 1−α
2. α=1 (R=Rk) 时，临界阻尼下非振荡型电流波
Ut is (t ) = exp[− t L
LC ]
2.求：l = C
L
= 2α
R
m = LC = T f T f'
' 求：U 0 = I m im ⋅ l
3. 由图查得α对应的im’
例：8/20µs, R=0.5Ω，Im=50kA，求L, C, U0 1. Tt/Tf=2.5 查曲线得α=0.37，Tf ’=0.985, Tt’=2.45
2.
l= C
T r C r C r C r C r C O
r=1~2Ω
T
D
r
r
r
电容器分组
O C C C C C C C C C
7-4 电流幅值和波形的调节
图解法求回路参数或波形参数 一、已知波形参数（Tt/Tf, R, Im），求回路参数（L, C, U0） 1. 求Tt/Tf 由曲线查得α，Tf ’, Tt’
二、 误差原因
斜角波电流： 残余电感的影响
i
di(t ) u (t ) = Rs i (t ) + Ls dt
i
iRs iRs
t
t
Lsdi/dt
u
Lsdi/dt
t
u
t
分流器存在残余电感时， 波形的前沿变短，出现过冲
双指数波电流：
iRs
Ldi/dt iRs+Ldi/dt
iRs
波前、波尾减小 集肤效应 电压引线的感应电动势
第七章 冲击电流发生器
7-1 概述
用途 波形定义 指数波 表示：±（Tf/Tt )µs
100 90 im 50 10 0
Tf
Tt
t
IEC标准：（8/20)µs （1/20)µs （4/10)µs （10/350)µs （10/1000)µs
100 90
波形振荡
50
im
反极性振荡幅值<20%
10 0
tm = LC
C −1 ism = U e L
3. α>1 (R>Rk) 时，非振荡型电流波
C exp[−α is (t ) = 2 α −1 L V t t 2 ] sinh α − 1 LC LC
α 2 −1 tm = arctanh α α 2 −1 LC