雷电冲击电压波形
高电压技术_1到8章_课后习题答案

1-1气体放电过程中产生带电质点最重要的方式是什么,为什么?答: 碰撞电离是气体放电过程中产生带电质点最重要的方式。
这是因为电子体积小,其自由行程(两次碰撞间质点经过的距离)比离子大得多,所以在电场中获得的动能比离子大得多。
其次.由于电子的质量远小于原子或分子,因此当电子的动能不足以使中性质点电离时,电子会遭到弹射而几乎不损失其动能;而离子因其质量与被碰撞的中性质点相近,每次碰撞都会使其速度减小,影响其动能的积累。
1-2简要论述汤逊放电理论。
答: 设外界光电离因素在阴极表面产生了一个自由电子,此电子到达阳极表面时由于α过程,电子总数增至d e α个。
假设每次电离撞出一个正离子,故电极空间共有(d e α-1)个正离子。
这些正离子在电场作用下向阴极运动,并撞击阴极.按照系数γ的定义,此(d e α-1)个正离子在到达阴极表面时可撞出γ(d e α-1)个新电子,则(d e α-1)个正离子撞击阴极表面时,至少能从阴极表面释放出一个有效电子,以弥补原来那个产生电子崩并进入阳极的电子,则放电达到自持放电。
即汤逊理论的自持放电条件可表达为r(d eα-1)=1或γde α=1。
1-3为什么棒-板间隙中棒为正极性时电晕起始电压比负极性时略高?答:(1)当棒具有正极性时,间隙中出现的电子向棒运动,进入强电场区,开始引起电离现象而形成电子崩。
随着电压的逐渐上升,到放电达到自持、爆发电晕之前,在间隙中形成相当多的电子崩。
当电子崩达到棒极后,其中的电子就进入棒极,而正离子仍留在空间,相对来说缓慢地向板极移动。
于是在棒极附近,积聚起正空间电荷,从而减少了紧贴棒极附近的电场,而略为加强了外部空间的电场。
这样,棒极附近的电场被削弱,难以造成流柱,这就使得自持放电也即电晕放电难以形成。
(2)当棒具有负极性时,阴极表面形成的电子立即进入强电场区,造成电子崩。
当电子崩中的电子离开强电场区后,电子就不再能引起电离,而以越来越慢的速度向阳极运动。
电力变压器雷电冲击试验故障分析

电力变压器雷电冲击试验故障分析作者:李媛张明兴来源:《电力与能源系统学报·中旬刊》2019年第02期摘要:随着国家经济发展水平的逐渐攀升,全国对电力能源提出了更高的需求,电力系统也拓宽了其原有的建设规模,其电压等级也明显上升。
在这种形势下,电力设备的价值、覆盖范围、故障出现率以及电容量等同样有所增加,怎样维护电力设备自身的安全性成为电力企业共同关注和急需解决的问题。
当面对雷电冲击,配电变压器具有强烈的电感或者是电容特性,而大容量的配电变压器,其电感值相对偏小,想要通过普通冲击试验,形成40~60μs波尾,其难度相对偏大。
关键词:电力变压器;雷电冲击;试验故障;分析1导言电力变压器是一种静止的电气设备,是用来将某一数值的交流电压(电流)变成频率相同的另一种或几种数值不同的电压设备。
变压器的作用是多方面的,不只升高电压,还能把电能送到用电地区以满足用电需要。
在电力系统传送电能的过程中,必然会产生电压和功率两部分损耗,利用变压器提高电压,可以减少送电损失。
工程上,为了考验电力设备耐受雷电过电压能力,使用冲击电压发生器进行模拟雷击试验,这就是雷电冲击电压试验。
雷电冲击电压波是单极性的(正或负)。
2雷电冲击波概述事实上,雷电冲击试验电压,大部分均是由变压器的保护决定,主要取决于避雷器保护水平的好坏,这些与雷电过电压没有什么关系。
如果避雷器放电以后,雷电流所形成的残压是变压器承受的雷击过电压,将避雷器残压作用在变压器上的波形标准化就是模拟雷电冲击试验波形,这个可以分为截波和全波两种。
由于大型电力变压器绕组的等值电容非常大,并且等值电感非常小,这样的波形就会有一些偏差。
由于试验品有电感存在,并且单极性波形不好,在波尾部分还有一定的过零振荡,因此对振荡反峰值有一定的要求,其幅值必须小于电压中幅值的50%。
这样大部分的变压器有不过零现象存在,在分析波形的时候一定要注意。
由于电压等级不相同,标准电压波形对雷电冲击试验的电压也有不同的要求,冲击试验的判断结果,必须结合一些可靠的方法进行鉴定,这样才可以知道是否合格。
雷云发电和雷电放电过程

雷云的产生和雷电放电过程1.1.1 雷电发生机理雷电是由雷云放电引起的,关于雷云的聚集和带电至今还没有令人满意的解释,目前比较普遍的看法是:热气流上升时冷凝产生冰晶,气流中的冰晶碰撞后分裂导致较轻的部分带负电荷并被风吹走形成大块的雷云;较重的部分带正电荷并可能凝聚成水滴下降,它们在重力作用下下落的速度大,并在下落过程中与其他水份粒子发生碰撞,结果一部分被另一水生成物捕获,增大水成物的体积,另一部分云粒子被反弹回去,这些反弹回去的云粒子通常带正电荷,悬浮在空中形成一些局部带正电的云区,而水生成物带上负电荷。
由于水成物下降的速度快,而云粒子的下降速度慢,因而正、负电荷的微粒逐惭分离,最后形成带正电的云粒在云的上部,而带负电的水成物在云的下部。
整块雷云里边可以有若干个电荷中心。
负电荷中心,离地大约500~10000m。
它在地面上感应出大量的正电荷。
随着雷云的发展和运动,一旦空间电场强度超过大气游离放电的临界电场强度(大气中约为30kV/cm,有水滴存在时约为10kV/cm)时,就会发生云间或对大地的火花放电。
雷电放电包括雷云对大地,雷云对雷云和雷云内部的放电现象。
大多数雷云放电都是在雷点与雷云之间进行的,只有少数是对地进行的。
在防雷工程中,主要关心的是雷云对大地的放电,如图1-1所示。
图1-1云对地放电(用彩色)雷云对大地放电通常分为先导放电、主放电和辉光放电三个阶段。
云一地之间的线状雷电在开始时往往从雷云边缘向地面发展,以逐级推进方式向下发展。
每级长度约10~200m,每级的伸展速度约107m/s,各级之间有10~100µs的停歇,所以平均发展速度只有(1~8)×105m/s,这种放电称为先导放电,如图1-3所示。
当先导接近地面时,地面上一些高耸的物体(如塔尖或山顶)因周围电场强度达到了能使空气电离的程度,会发出向上的迎面先导。
当它与下行先导相遇时,就出现了强烈的电荷中和过程,出现极大的电流(数十到数百千安),伴随着雷鸣和闪光,这就是雷电的主放电阶段。
雷电冲击实验

雷电冲击实验一、实验目的:1.熟悉冲击电压发生器的结构与操作方法。
2.学会冲击电压的测量方法。
3.学会冲击电压全波、截波波形的调节方法。
4.冲击电压发生器使用效率的测量。
二、 实验内容:1. 按照接线图进行接线,并检查接线是否正确。
2. 分别改变r f 、r t ,观察雷电冲击电压全波波形的变化。
3. 学会调节雷电冲击电压截波波形 4. 测量冲击电压。
5. 测量冲击电压发生器的使用效率。
三、实验原理、实验方法及手段:1.实验方法: a) 根据产品的电压等级,确定实验电压;b) 分别改变r f 、r t ,观察雷电冲击电压全波波形的变化,即可调出标准雷电冲击电压全波(1.2±30%/50±20%);改变r f ,雷电冲击电压截波波形的变化。
c) 分别测量出雷电冲击电压发生器的充电电压(U i )和雷电冲击电压发生器的放电电压(U 0),即可算出雷电冲击电压发生器的使用效率η。
2.实验步骤:a) 按实验原理图进行接线,并由指导教师检查接线是否正确; b) 确定实验区域无人,方可关闭实验区大门;c) 接通冲击电压发生器实验控制台电源,同时将调压器调到初始位,准备工作结束; d)启动冲击电压发生器的高压合闸开关; %1000⨯=iU U ηe) 开始升压到实验电压使发生器的各主电容上充电,启动放电球隙开关使各主电容上的充电电压串联叠加,从而产生雷电冲击电压,同时记录这个波形; f) 分别改变r f 、r t 、c 1(级数),重复以上实验,观察雷电冲击电压全波波形的变化,即可调出标准雷电冲击电压全波;g) 改变r f ,观察雷电冲击电压全波波形的变化,即可调出标准雷电冲击电压截波; h)用电压表测量出雷电冲击电压发生器的充电电压,确定雷电冲击电压发生器的放电电压,即可算出雷电冲击电压发生器的使用效率η。
四、 实验用设备仪器及材料:本实验所用设备为:冲击电压发生器一套;G :测量球隙一个; C X :被试品一个;电容式分压器一台; CRO :示波器一个。
全国2011年4月高电压技术自学考试及答案

全国2011年4月高等教育自学考试高电压技术试题课程代码:02653一、单项选择题(本大题共10小题,每小题2分,共20分)在每小题列出的四个备选项中只有一个是符合题目要求的,请将其代码填写在题后的括号内。
错选、多选或未选均无分。
1.标准雷电冲击电压波的波形是( )A.1/10sμB.1.2/50sμC.100/1000sμD.250/2500sμ2.下列因素中,明显影响离子式极化的是( )A.频率B.气压C.湿度D.温度3.非破坏性试验是( )A.直流耐压试验B.工频耐压试验C.电压分布试验D.冲击高压试验4.线路冲击电晕的特点是( )A.正极性冲击电晕对波的衰减和变形比较小B.负极性冲击电晕对波的衰减和变形比较大C.过电压计算中应以正冲击电晕的作用为依据D.过电压计算中应以负冲击电晕的作用为依据5.雷电流被定义为流经( )A.被击物体的波阻抗为零时的电流B.被击物体的波阻抗为无穷大时的电流C.Z=300Ω时的电流D.Z=400Ω时的电流6.雷击线路附近大地时,当线路高10m,雷击点距线路100m,雷电流幅值40kA,线路上感应雷过电压最大值U g约等于( )A.25kVB.50kVC.100kVD.200kV7.变压器到避雷器的最大允许距离与( )A.侵入波陡度成正比B.雷电波波速成正比C.变压器多次截波冲击耐压值成正比D.避雷器5kA下残压成正比8.普通阀型避雷器主要用于限制( )A.传递过电压B.谐振过电压高电压技术试题第1 页(共6 页)C.大气过电压D.工频过电压9.开关触头电弧重燃,对最有利抑制的过电压形式是( )A.电弧接地过电压B.空载线路分闸过电压C.空载线路合闸过电压D.切除空载变压器过电压10.谐振过电压( )A.是一种暂态现象B.是一种稳态现象C.不会产生于操作的过渡过程中D.不会长时间地稳定存在二、填空题(本大题共10小题,每小题1分,共10分)请在每小题的空格中填上正确答案。
(完整版)高电压课后吴广宇习题答案

(完整版)⾼电压课后吴⼴宇习题答案第1章⽓体的绝缘特性与介质的电⽓强度1-1⽓体放电过程中产⽣带电质点最重要的⽅式是什么,为什么?答: 碰撞电离是⽓体放电过程中产⽣带电质点最重要的⽅式。
这是因为电⼦体积⼩,其⾃由⾏程(两次碰撞间质点经过的距离)⽐离⼦⼤得多,所以在电场中获得的动能⽐离⼦⼤得多。
其次.由于电⼦的质量远⼩于原⼦或分⼦,因此当电⼦的动能不⾜以使中性质点电离时,电⼦会遭到弹射⽽⼏乎不损失其动能;⽽离⼦因其质量与被碰撞的中性质点相近,每次碰撞都会使其速度减⼩,影响其动能的积累。
1-2简要论述汤逊放电理论。
答: 设外界光电离因素在阴极表⾯产⽣了⼀个⾃由电⼦,此电⼦到达阳极表⾯时由于α过程,电⼦总数增⾄d e α个。
假设每次电离撞出⼀个正离⼦,故电极空间共有(d e α-1)个正离⼦。
这些正离⼦在电场作⽤下向阴极运动,并撞击阴极.按照系数γ的定义,此(d e α-1)个正离⼦在到达阴极表⾯时可撞出γ(d e α-1)个新电⼦,则(d e α-1)个正离⼦撞击阴极表⾯时,⾄少能从阴极表⾯释放出⼀个有效电⼦,以弥补原来那个产⽣电⼦崩并进⼊阳极的电⼦,则放电达到⾃持放电。
即汤逊理论的⾃持放电条件可表达为r(d e α-1)=1或γd e α=1。
1-3为什么棒-板间隙中棒为正极性时电晕起始电压⽐负极性时略⾼?答:(1)当棒具有正极性时,间隙中出现的电⼦向棒运动,进⼊强电场区,开始引起电离现象⽽形成电⼦崩。
随着电压的逐渐上升,到放电达到⾃持、爆发电晕之前,在间隙中形成相当多的电⼦崩。
当电⼦崩达到棒极后,其中的电⼦就进⼊棒极,⽽正离⼦仍留在空间,相对来说缓慢地向板极移动。
于是在棒极附近,积聚起正空间电荷,从⽽减少了紧贴棒极附近的电场,⽽略为加强了外部空间的电场。
这样,棒极附近的电场被削弱,难以造成流柱,这就使得⾃持放电也即电晕放电难以形成。
(2)当棒具有负极性时,阴极表⾯形成的电⼦⽴即进⼊强电场区,造成电⼦崩。
雷电(1.2/50μs、8/20μs)组合波冲击设备的开发与应用
雷电(1.2/50μs、8/20μs)组合波冲击设备的开发与应用组合波信号发生器(CWG)主要应用于浪涌保护器或电子设备电磁兼容试验,要求在虚拟阻抗Z为2Ω的情况下,输出1.2/50μs开路电压波和8/20μs短路电流波。
目前,市场上的雷电组合波冲击设备的参数一般为6000V、3000A,而本次设计的雷电组合冲击波设备的参数被提高到10000V、5000A,提高了其冲击性能,能更好地进行冲击试验。
标签:1.2/50μs、8/20μs;组合波;SPD引言雷电灾害是自然界发生频率最高的自然灾害之一,对人类的生命财产构成了巨大的威胁。
在低压系统中,应该在不同防雷分区的分界处安装电涌保护器,从而降低各种方式入侵的雷电过电压的危害,逐步减少雷电产生的电磁脉冲,不再引起电子设备的工作错误和系统误操作等。
电涌保护器在电路系统中起到了重要的作用,而雷电(1.2/50μs、8/20μs)组合波冲击设备则用来对电涌保护器进行测试。
1 电涌保护器的基本原理电涌保护器是用于限制瞬态过电压和泄放电涌电流的装置,它至少应包含一个非线性元件。
在被保护电路正常工作,瞬态电涌未到来以前,此元件呈现高阻状态,对被保护电路没有影响;而当瞬态电涌到来时,此元件迅速转变为低阻状态,将电涌电流泄放,并将被保护设备两端的电压限制在较低的水平。
当电涌能量释放后,该非线性元件又迅速、自动地恢复为高阻状态。
如果这个动作与恢复的过程能迅速而顺利地完成,则被保护设备和电路就不会遭受雷电或操作电涌的危害,将可保障其电路的正常工作。
2 雷电(1.2/50μs、8/20μs)组合波冲击设备原理(图1)组合波CW(Combination Waveform)对电涌保护器的试验有两种模式—共模试验和差模试验。
共模试验指的是冲击信号施加在电源的各相线对地线的冲击试验,差模试验指的是冲击信号施加在电源的各相线之间的试验。
3 雷电(1.2/50μs、8/20μs)组合波冲击设备的设计3.1 组合波冲击设备的组成组合冲击波设备的组成如图2所示。
冲击高压发生器
式中:b=1/[C1C2(RdRt+RdRf+RfRt)] a=[C1(Rd+Rt)+C2(Rt+Rf)]· b d=C1Rt· b
u2(t)=U1ε[exp(s1t)-exp(s2t)] s1、s2为方程s2+as+b=0的两个根 从根和系数的关系可知 s1· 2=b ; s s1 + s2= -a
发生器电压效率
发生器电压效率的近似计算式为
ŋ=[C1/(C1+C2)][Rt/(Rd+Rt)]
这意味着输出电压u2的 峰值U2m低于电容C1上 的初始充电压U1。它是 由于C1与C2之间的分压 和Rt与Rd之间的分压造 成的
放电时基本回路的等值回路
考虑回路电感后的近似计算
在计算波前时间时,仍采用简化条件, 认为Rt→∞,把回路电感L考虑进去, 则放电回路将变为R-L-C串联回路 如图所示。 其中R应为阻尼电阻Rd与波前电阻Rf 之和。为获得非振荡冲击波,应使
单级冲击电压发生器回路
回路1
正极性冲击电压
回路2
负极性冲击电压
由于受到硅堆和电容 器额定电压的限制,单级 冲击电压发生器的最高电 压不超过200~300kV。
多级冲击电压发生器回路
T:供电高压变压器; D:整流用高压硅堆; r:保护电阻,一般为几 百千欧; R:充电电阻,一般为几 十千欧; rd:每级的阻尼电阻; C:每级的主电容,一般 为零点几个微法; Cs:每级相应点的对地 杂散电容,一般仅为 几个皮法; g1:点火球隙; g2~g4:中间球隙; g0:隔离球隙;
雷电原理
2、雷电冲击波的破坏作用
•
闪电时,由于空气受热急剧膨胀,产生一种叫“激
波波前”的冲击波。又由于庞大体积的雷云迅速放 电而突然收缩,电应力突然解除,会产生一种次声 波。这两种冲击波都会引起附近的建筑物、人、畜 受到破坏和伤亡。就仿佛炸弹在附近爆炸一样。
大电流 平均 2.5 至 4.5 万安培,最高达 20 万安培
产生瞬时巨热 6000 度~10000 度超高温,瞬间高温超过 太阳表面
3、雷电流电动力的破坏作用
如果雷击的瞬间两根平行架设的导线的电流I1 和
I2 都等于100KA。两导线的间距为50cm,计算结果表 明,这两根导线每米要受到408kg的电动力。408kg/m 的力完全有可能将导线折断。 折成锐角的导体间也受电动力作用。
三、电子时代的防雷问题
1、电子时代雷击事故增多
三、电子时代的防雷问题
1、电子时代雷击事故增多
• 感应雷使电子时代的雷击事故的发生机会大大增加, 它能引起一万伏左右的雷电电磁脉冲,这种脉冲的 波型为突峰型,持续时间在50纳秒之间。时间短而 电压高,从而形成危害性很大的浪涌过电压。 • 因为随着现代电子技术的不断发展,人们运用计算 机系统、自控设备和通讯网络的数量和规模都在不 断扩大,这些敏感的电子设备的内部结构高度集成 化。目前普遍使用的微机的CPU芯片最多集成有 750万个晶体管,每两个晶体管之间的距离(这个 距离称为线宽),目前在0.18微米至0.25微米之间, 其耐流程度在毫安级。这就使得设备的耐过压/过 流水平很低,而雷电电磁脉冲引起的浪涌电压,一 般都在万伏左右,最小的雷电脉冲引起的电压级别 也在千伏左右。此种过压会沿各种不同的线路通道 引入电子设备,它可能引起整个系统运行中断,造 成难以估算的巨额经济损失。雷电电磁脉冲引起的 浪涌过电压已成为电子时代的一大公害。 • 据德国Wurttembergische保险公司统计,1994 年间,在全部各种灾害造成的损害中,感应雷击造 成的损害占全部灾害损失的33.8%。我国也有许多 这方面的统计资料,从各种资料中可以看出,计算 机网络系统的网卡、调制解调器、集线器最容易遇 到感应雷伤害。
高电压技术课后习题答案详解
⾼电压技术课后习题答案详解1-1⽓体放电过程中产⽣带电质点最重要的⽅式是什么,为什么?答: 碰撞电离是⽓体放电过程中产⽣带电质点最重要的⽅式。
这是因为电⼦体积⼩,其⾃由⾏程(两次碰撞间质点经过的距离)⽐离⼦⼤得多,所以在电场中获得的动能⽐离⼦⼤得多。
其次.由于电⼦的质量远⼩于原⼦或分⼦,因此当电⼦的动能不⾜以使中性质点电离时,电⼦会遭到弹射⽽⼏乎不损失其动能;⽽离⼦因其质量与被碰撞的中性质点相近,每次碰撞都会使其速度减⼩,影响其动能的积累。
1-2简要论述汤逊放电理论。
答: 设外界光电离因素在阴极表⾯产⽣了⼀个⾃由电⼦,此电⼦到达阳极表⾯时由于过程,电⼦总数增⾄deα个。
假设每次电离撞出⼀个正离⼦,故电极空间共有(deα-1)个正离⼦。
这些正离⼦在电场作⽤下向阴极运动,并撞击阴极.按照系数γ的定义,此(deα-1)eα-1)个正离⼦在到达阴极表⾯时可撞出γ(d个新电⼦,则(deα-1)个正离⼦撞击阴极表⾯时,⾄少能从阴极表⾯释放出⼀个有效电⼦,以弥补原来那个产⽣电⼦崩并进⼊阳极的电⼦,则放电达到⾃持放电。
即汤逊理论的⾃持放电条件可表达为r(deα=1。
eα-1)=1或γd1-3为什么棒-板间隙中棒为正极性时电晕起始电压⽐负极性时略⾼?答:(1)当棒具有正极性时,间隙中出现的电⼦向棒运动,进⼊强电场区,开始引起电离现象⽽形成电⼦崩。
随着电压的逐渐上升,到放电达到⾃持、爆发电晕之前,在间隙中形成相当多的电⼦崩。
当电⼦崩达到棒极后,其中的电⼦就进⼊棒极,⽽正离⼦仍留在空间,相对来说缓慢地向板极移动。
于是在棒极附近,积聚起正空间电荷,从⽽减少了紧贴棒极附近的电场,⽽略为加强了外部空间的电场。
这样,棒极附近的电场被削弱,难以造成流柱,这就使得⾃持放电也即电晕放电难以形成。
(2)当棒具有负极性时,阴极表⾯形成的电⼦⽴即进⼊强电场区,造成电⼦崩。
当电⼦崩中的电⼦离开强电场区后,电⼦就不再能引起电离,⽽以越来越慢的速度向阳极运动。
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雷电冲击电压波形
(1) 1.2/50us冲击电压:雷击时户内走在线产生的感应过电压模拟波形,用于设备过电压耐受水平测试,主要测试范围:通信设备的电源端和建筑物内走线的信号线测试。
(2) 1.2/50us(8/20us)混合波:浪涌发生器输出的一种具有特定开路/短路特性的波形。
发生器输出开路时,输出波形是1.2/50us的开路电压波;发生器输出短路时,输出波形是8/20us 的短路电流波。
具有这种特性的浪涌发生器主要用于设备端过电压耐受水平测试,主要测试范围:通信设备的电源端和建筑物内走线的信号线测试。
(3) 10/700us冲击电压:雷击时户外走在线产生的感应雷过电压的模拟波形。
用于设备过电压耐受水平测试时用的波形,主要测试范围:建筑物外走线的信号线测试。
(4) 8/20us冲击电流:雷击时线缆上产生的感应过电流模拟波形,设备的雷击过电流耐受水平测试用标准波形,主要用于通信设备的电源口、信号口、天线口。
冲击波形表示(expression of impulse waveform):冲击波用两数值的组合T1/T2来表示,T1表示波头时间(从10%峰值上升到90%峰值的时间),T2表示半峰值时间(从波头始点到波尾降至50%峰值的时间),时间单位均为us,记作T1/T2,符号“/”无数学意义。
其中如:1.2/50us冲击电压,其波头时间为1.2us,半峰值时间为50us;8/20us冲击电流,其波头时间为8us,半峰值时间为20us;10/350us最大冲击电流,其波头时间为10us,半峰值时间为350us。
冲击电流实验的模拟脉冲波形需要尽量接近自然环境中雷击时通信设备电缆上产生的感应雷过电流的波形。
因此冲击电流测试一般采用国际上防雷学科给出的一些标准波形。
根据国家、地区、研究机构的不同,目前各国在冲击电流测试中对脉冲波形的要求有一定差异。
在IEC标准、国标中规定的雷击测试波形主要有:8/20us、10/350us(电流波)、10/700us 以及 1.2/50us(电压波)等。