选择变压器雷电冲击和操作冲击试验的冲击发生器和高压分压器

变压器雷电冲击波是非周期性的，可以用双指数函数表示为

式中 τ₁——半峰值时间常数；

τ₂——波前时间常数。

基于此可以利用两个储能元件的充放电来实现，图9-12所示为两种比较常见的试验电路。

图9-12 单级冲击电压产生电路

a）低效回路 b）高效回路

但在实际应用中，常需要几百至几兆千伏，利用单级冲击电压发生器很难达到要求，一般采用多级，其基本原理可以简单概括为多级电容器并联充电，然后自动串联放电，图9-13就是基于这种原理的多级冲击电压发生器的工作原理。

图9-13 多级冲击电压发生器的工作原理

在这种回路中，直流高电压通过高值充电电阻R′以及放电电阻R″（R″比R′小得多）向容量相等的各级电容C_N并联充电，经过一段时间后，A、B、C、D、E、F各点的电位将与直流电压源的电压相等，对地电位也为-V，因为充电时电阻R″上的电压降很小，可以忽略不计，因此G、H、I、J、K、L、M、N各点的电位仍可认为是地电位，发生器点火放电是由第一级间隙开始，随后各级间隙几乎同时击穿。当第一级间隙点火时，A点电位由-V变为零，H点电位提高到+V，如果B点电位仍保持-V，则第二级间隙上将出现2V的电压，导致第二级间隙击穿。同理，在第三级、第四级、第五级和第六级将分别出现3V、4V、5V、6V的电压。这就是多级冲击电压发生器的工作原理。

对于操作冲击试验，我们除了利用高压冲击电压发生器产生操作波外，还可以利用低压冲击电压发生器产生一个低压操作波作用在变压器低压侧，在高压侧通过电磁感应产生一个高电压的试验电压波形，如图9-14所示，其等效电路如图9-15所示。它的工作原理是：先将电容C₁充电到规定电压，然后点火间隙击穿，此时C₁经R、L₁、L₂向C₂充电，C₂上电压上升的过程即形成波头，此时可认为L₀为开路，当C₂充电到一定幅值后，C₁、C₂共同对L₀放电。由于此时铁心的饱和作用使L₀减小，放电电流增大，电压迅速下降，C₂上的电压下降到零的过程就形成了波尾。

图9-14 实际电路

对于变压器雷电冲击试验和操作冲击试验设备的选择，主要是要根据试验要求的电压幅值选择多级冲击电压放生器的级数。其中，需要使用的分压器主要有电阻分压器、电容分压器以及阻容分压器。对于具体试验时选择哪种分压器，主要根据测量要求以及每种分压器的特点来决定。下面我们简单介绍一下这三种分压器的工作原理和特点。

（1）电阻分压器 电阻分压器一般由无感电阻串联而成，如图9-16所示为由电阻分压器组成的测量电路。在这种电路中，分压比为K，即

电阻分压器在实际应用中，对地电容会对测量结果有影响并产生畸变。对于电阻分压器，其对地电容与分压器的高度成正比，但当分压器的工作电压确定后，其高度也就确定下来了，因此必须采用其他的方法来减小对地电容，通常是采用在其端部增加一个屏蔽电极的方法。

图9-15 等效电路

图9-16 电阻分压器测量电路

电阻分压器的稳定性较好，而且波形畸变较小，但其属于耗能元件，在电压幅值较高的情况下，自身发热较多，因此电阻分压器测量的冲击电压电压器的幅值不能太高，一般小于1000kV。

（2）电容分压器 电容分压器一般有两种构成方式：一种由高压电容与低压电容器串联；另一种利用多台电容器串联构成。对于前一种构成方式，由于没有对地杂散电容的影响，其电容值比较准确，如果配合合理的低压电容就能够组成一个相当准确的测量系统，但由于高压电容比较昂贵，而且低压电容器配接不容易，因此采用这种构成方式的分压器应用不多；在实际中，一般采用第二种构成方式的电容分压器。

图9-17所示为两种常见的高压臂为多台电容器串联而成的分压器组成的测量电路，在满足R₃=R₄=Z，C₁+C₂=C₃+C₄时，有

第一种分压比为(www.xing528.com)

第二种分压比为

图9-17 电容分压器测量电路

a）始端匹配 b）两端匹配

对于高压臂为多台电容器串联而成的分压器来说，其自身不可避免地存在杂散电感，而且在实际测量电路中，从试品到分压器总有一段引线，该引线电感和电容器的杂散电感与电容器构成串联谐振电路，这样电路中就会出现振荡，特别是在截波测量时振荡会更严重，因此现在在应用时，纯电容的分压器应用不多。

（3）阻容分压器 阻容分压器按照连接方式，可以分为并联方式和串联方式两种。图9-18所示为并联连接的阻容分压器测量电路，其高压臂一般由几级电阻和电容并联而成，每一级的电阻与其并联的电容的绝缘电阻相比，要小得多。

图9-18 并联阻容分压器测量电路

R₁、R2—高低压电阻 C₁、C₂—高低压电容 C₃—电缆电容 R₃、R₄—匹配电阻

图中，若电缆的阻抗为Z，当Z=R₄时，起始状态的分压比为

稳态时的分压比为

其中

当C₁R₁=C₂R时K₀=K∞

而对于串联电阻分压器，其也是由多级电容器串联而成，每级上也有与其串联的电阻，该电阻主要阻尼回路中的振荡，如图9-19所示。

图9-19 串联电阻分压器测量电路

R₁、R2—高低压电阻 C₁、C₂—高低压电容 C₃—电缆电容 R₃、R₄—匹配电阻

图中，如果满足匹配条件R₂+R₃=Z（Z为电缆阻抗），其分压比将与电阻无关，即

对于两种连接方式的阻容分压器，串联连接的阻容分压器应用较广。