高壓試驗(yàn)室課程設(shè)計

1、<p><b>　　1. 緒論</b></p><p>　　高電壓技術(shù)的發(fā)展始于上個世紀(jì)初，隨著電力工業(yè)的發(fā)展，高壓遠(yuǎn)距離輸電</p><p>　　的電壓等級在不斷提高，這對高電壓技術(shù)的發(fā)展有很大的促進(jìn)作用。</p><p>　　此外直流輸電的發(fā)展，也對高電壓技術(shù)提出了新的課題。盡管高電壓技術(shù)的早期發(fā)展是與電能的傳送密切關(guān)聯(lián)的，但目前

2、高電壓技術(shù)已超越電力電工部門而在很多領(lǐng)域得到應(yīng)用，例如大功率脈沖技術(shù)、靜電技術(shù)、等離子體放電和液體中放電的應(yīng)用等。從某種意義上來說，高電壓技術(shù)著重研究的是高電場強(qiáng)度下的介質(zhì)現(xiàn)象，因此高電壓技術(shù)所研究的內(nèi)容對微電子學(xué)也是很重要的。</p><p>　　研究高電壓技術(shù)的目的是為了實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行。在運(yùn)行條件下，電</p><p>　　氣設(shè)備和輸電線路的絕緣不但長期處于工作電壓之下，而且會

3、受到短時作用的過</p><p>　　電壓，如由雷電引起的雷電過電壓和由于電力系統(tǒng)中操作或事故引起的過電壓。所以絕緣必須耐受工作電壓的長期作用，并耐受可能出現(xiàn)的過電壓，才能保證設(shè)備的工作可靠性。要做到這一點(diǎn)，必須從兩個方面入手，一方面要保證和提高絕緣的耐受電壓，另一方面要設(shè)法降低和限制過電壓。為了檢驗(yàn)絕緣是否具有應(yīng)有的耐受電壓水平，必須按試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)對絕緣進(jìn)行試驗(yàn)。對高電壓技術(shù)而言，氣體等離子體和液體、固體絕緣的特性

4、具有根本意義。試驗(yàn)在這個領(lǐng)域內(nèi)的研究工作中具有重要的地位。為了解決高電壓技術(shù)教學(xué)和科研工作中的許多問題，試驗(yàn)技術(shù)是必不可少的。</p><p>　　高電壓技術(shù)課程設(shè)計是學(xué)習(xí)高電壓技術(shù)理論的重要環(huán)節(jié)，其目的在于通過設(shè)計高壓實(shí)驗(yàn)室，使同學(xué)們掌握高壓實(shí)驗(yàn)室的設(shè)計過程，熟悉高壓試驗(yàn)設(shè)備，了解高壓實(shí)驗(yàn)室的發(fā)展?fàn)顩r。設(shè)計內(nèi)容主要是闡述高壓實(shí)驗(yàn)室的設(shè)計的基本原則、要求、步驟和計算方法，并介紹了設(shè)計常用圖表、常用的試驗(yàn)設(shè)備的及經(jīng)

5、濟(jì)資料。同時，還結(jié)合書中各章節(jié)介紹了有關(guān)的設(shè)計技術(shù)規(guī)程、規(guī)定。</p><p>　　本設(shè)計是配合《高電壓絕緣》、《高電壓試驗(yàn)技術(shù)》、《電力系統(tǒng)過電壓》、《高壓電器》及《高電壓技術(shù)》等教材編寫的。并且參考了《高壓實(shí)驗(yàn)室設(shè)計參考資料》。本設(shè)計內(nèi)容共分四部分，分別是：實(shí)驗(yàn)設(shè)備選擇；高壓實(shí)驗(yàn)室設(shè)計；地網(wǎng)設(shè)計和屏蔽設(shè)計。</p><p>　　2. 實(shí)驗(yàn)設(shè)備的選擇設(shè)計</p><p

6、>　　2.1 確定高壓試驗(yàn)項(xiàng)目</p><p>　　高壓試驗(yàn)主要是對絕緣介質(zhì)進(jìn)行試驗(yàn)，絕緣介質(zhì)包括氣體、液體、固體或幾</p><p>　　種介質(zhì)組合的絕緣。對絕緣介質(zhì)，一般可看成一個等值的電容性試品。因此，其</p><p><b>　　試驗(yàn)項(xiàng)目可歸納為：</b></p><p>　?。?）無破壞型的檢查試驗(yàn)：絕

7、緣電阻的測量，泄漏電流的測量，吸收比試驗(yàn)，測介質(zhì)損耗因數(shù)（tanδ），測量絕緣內(nèi)部的局部放電，絕緣油試驗(yàn)； （2）耐壓試驗(yàn)：工頻耐壓試驗(yàn)、雷電沖擊耐壓試驗(yàn)和操作沖擊耐壓試驗(yàn)。</p><p>　?。?）在運(yùn)行電壓下的在線監(jiān)測：對電氣設(shè)備絕緣的溫度測量（如熱像儀），對絕緣油進(jìn)行溶解氣體的色譜分析，局部放電量及放電部位的測試和介質(zhì)損耗因數(shù)及泄

8、漏電流的測試等。</p><p><b>　　（4）研究性試驗(yàn)</b></p><p><b>　　額定電壓選擇</b></p><p>　　220KV產(chǎn)品的雷電沖擊試驗(yàn)電壓如下表所示</p><p>　　上表所示的都是耐受電壓。擊穿電壓和閃絡(luò)電壓都高于試驗(yàn)電壓，考慮為研究試驗(yàn)取裕度系數(shù)1.3，長期

9、工作時沖擊電壓發(fā)生器會發(fā)生絕緣老化，考慮老化系數(shù)1.1，假定沖擊電壓發(fā)生器的效率為85%，故沖擊電壓發(fā)生器的標(biāo)稱電壓應(yīng)不低于U1=950X1.3X1.1/0.85=1598.24</p><p><b>　　二、沖擊電容選擇</b></p><p>　　如不考慮大電力變壓器試驗(yàn)和整卷電纜試驗(yàn)，就數(shù)互感器的電容較大，約1000PF，沖擊電壓發(fā)生器的對地雜散電容和高壓引線

10、及球隙等的電容估計為500PF，電容分壓器的電容估計為600PF，則總的負(fù)荷電容為C2=1000+500+600=2100 PF,如按沖擊電容為負(fù)荷電容的10倍來估計，約需沖擊電容為 C1=10 C2≈21000 PF</p><p><b>　　三、電容器選擇</b></p><p>　　從國產(chǎn)脈沖電容器的產(chǎn)品規(guī)格中找到MY220-0.1瓷殼高壓脈沖電容器比較合適。

11、</p><p>　　用此種電容器6級串聯(lián)，標(biāo)稱電壓可達(dá)660KV，基本上滿足上述要求，每級由1個電容器并聯(lián)，使沖擊電容C1=0.2/6=0.0333μF，此值>10 C2，可使電壓效率不至很低，發(fā)生器的高度約為6m左右。</p><p><b>　　四、回路選擇</b></p><p>　　選用高效率回路和倍壓充電，如下圖所示。<

12、/p><p>　　五、沖擊電壓發(fā)生器主要參數(shù)</p><p>　　標(biāo)稱電壓 U1=110X6=660 KV 沖擊電容C1=0.0333μF</p><p>　　標(biāo)稱能量 Wn= C1 U12/2=0.0333X6602=7.26 KJ</p><p>　　六、波前電阻和波段電阻的計算</p><p>　　當(dāng)試

13、品電容約為1000 PF，負(fù)荷總電容為2100 PF，波前時間</p><p>　　Tf=1.2 μs=3.24 Rf X C1 C2/( C1+C2)=3.24 X Rf X 0.0333X0.0021/(0.0333+0.0021) 求出Rf=187.5Ω,每級rf=Rf/6=31.25Ω。</p><p>　　在考慮回路電感影響時，采用下式進(jìn)行計算，即Tf=2.33Rf X C1

14、C2/( C1+C2)則可得：Rf=260.71Ω rf=43.45Ω</p><p>　　半峰值時間與參數(shù)的關(guān)系，按下式計算。半峰值時間</p><p>　　Tt=50 μS=0.693Rt（0.0333μF + 0.0021μF） </p><p>　　Rt=2038Ω rt= Rt/6=340Ω</p><p>

15、;　　七、沖擊電壓發(fā)生器的效率</p><p>　　η= C1/( C1+C2)=0.0333/(0.0333+0.0021)=0.94</p><p>　　此值比原估計的效率0.85高，所以選擇的電容是合適的。</p><p>　　八、充電電阻和保護(hù)電阻的選擇</p><p>　　要求C（R+rf）≥（10-20）Crt得R≥20 rt-

16、rf=20X340-31.25≈6769Ω取R=10kΩ，每根充電電阻的結(jié)構(gòu)長度應(yīng)能耐受110KV，如取保護(hù)電阻r為充電電阻R的40倍，則保護(hù)電阻為400KΩ。</p><p><b>　　九、充電時間的估算</b></p><p>　　由于采用了倍壓充電回路，難以精確分析?，F(xiàn)仍按簡單整流充電的計算法，但仍考慮到電容C的另一側(cè)為rt及rf，它們遠(yuǎn)小于充電電阻R。此外還

17、應(yīng)考慮倍壓回路第一個回路中的保護(hù)電阻，r0的作用，充電至0.9倍壓時，</p><p>　　T充=15(r0+r+nR/2)XnC，設(shè)r0=r則T充=15X(400+400+6X10/2)X6X0.21=15 S,實(shí)際上還存在充電回路中C0的影響，它可使充電時間增加一些，可估計充電T充為20s。</p><p><b>　　十、變壓器選擇</b></p>

18、<p>　　根據(jù)P=2.5nCU02/t充并加大安全系數(shù)到3.0，以考慮倍壓充電回路所需容量。</p><p>　　變壓器容量=3.0X2Wn/T充=3.0X2X7.25/20=2.175</p><p>　　變壓器電壓=1.1X55/√2=42.78 KV</p><p>　　所以，選擇國產(chǎn)試驗(yàn)變壓器，型號為YD—3/50，額定容量3KVA，額定電壓輸

19、入220V，輸出50KV，額定電流輸入13.63A，輸出0.06。</p><p><b>　　十一、硅堆的選擇</b></p><p>　　考慮到縮應(yīng)充電時間，充電變壓器經(jīng)常提高10%的電壓，因此硅堆的反峰電=55（1+1.1）=116KV</p><p>　　硅堆的額定電流以平均電流計算，實(shí)際充電電流是脈沖的，充電之初平均電流較大，選則硅堆

20、用的平均電流難以計算，現(xiàn)只能根據(jù)充電變壓器輸出的電流（有效值）來選擇硅堆額定電流，電流的有效值是大于平均值的，In=2.175KVA/（55KV/√2）=0.0495,因此,選擇硅堆的額定電流為0.05A,選擇由2支2DL—150/0.05串聯(lián)組成 1個整流器。</p><p>　　十二、球隙直徑的選擇</p><p>　　查球隙放電標(biāo)準(zhǔn)表找到最接近并小于硅堆反應(yīng)電壓峰值的電壓值，得到Φ1

21、00mm，球隙在間隙距離為45mm時的放電電壓為115KV，故選Φ 100mm，銅球7對。</p><p>　　2.2直流高壓變壓器</p><p>　　一般用整流設(shè)備來產(chǎn)生直流高壓，常用的整流設(shè)備如圖所示，是半波整流電路，它基本上和電子技術(shù)中常用的低壓半波整流電路是一樣的，只是增加了一個保護(hù)電阻R，這是為了限制試品（或電容器C）發(fā)生擊穿或閃絡(luò)時以及當(dāng)電源的電容器C突然充電時通過高壓硅堆和

22、變壓器電流，以免損壞高壓硅堆和變壓器，當(dāng)然對于在試驗(yàn)中因瞬態(tài)過程引起的過電壓，R和C也起抑制作用，R的阻值選擇應(yīng)保證選擇流過硅堆的事故電流（峰值）不超過允許的瞬時過載電流（峰值）Ism</p><p>　　串級直流高電壓發(fā)生器主要用于檢測各種絕緣材料在直流高電壓作用下的性能，長空氣間隙的直流放電性能，大量容量試品（電力電纜，電力電容器，發(fā)電機(jī)組）的絕緣性能試驗(yàn)，測量絕緣材料，高壓電器產(chǎn)品的泄漏電流，也用于超高壓直

23、流輸電設(shè)備進(jìn)行直流高壓試驗(yàn)；直流高壓發(fā)生器也作為沖擊電壓發(fā)生器，沖擊電流發(fā)生器，振蕩回路等設(shè)備的直流充電電源，成套設(shè)備包括：直流發(fā)生器本體、充電裝置、直流電阻分壓器、調(diào)壓器、保護(hù)電阻和控制臺等。</p><p><b>　　高壓硅堆的選擇</b></p><p>　　額定反峰電壓值Ur，即二級管截止時在管子兩端允許出現(xiàn)的最高反向工作電壓峰值，在選擇整流元件時應(yīng)使Ur滿

24、足Ur＞√2Ut+（1+s）Ud=√2*10+（1+0.03）*220=531.72KV</p><p>　　其中Ut為工頻試驗(yàn)變壓器的輸出電壓（有效值）；S為電壓紋波因數(shù)，一般取3%；Ud為輸出的額定直流電壓。</p><p>　　選擇2支2DL—150/0.1的高壓硅堆串聯(lián)組成1個整流器，故平均整流電流If為0.1A，額定直流電流為Id=If/k=0.1/2=50 ma</p&g

25、t;<p><b>　　二、電容器的選擇</b></p><p>　　根據(jù)公式S=δu/Ud=Id/2fCUd 當(dāng)工頻電源f=50Hz時</p><p>　　C=Id/2fsUd=50X10-3/2X50X0.03X220X103=0.075μF</p><p>　　所以選擇MY220-0.2瓷殼高壓脈沖電容器比較合適.<

26、/p><p><b>　　三、保護(hù)電阻的選擇</b></p><p>　　根據(jù)R=2√UT/ISM式中ISM是根據(jù)硅堆的過載特性曲線所確定的短時允許的過電流峰值一般高壓硅堆0.5S過載電流值ISM為其額定電流平均值If的20-50倍左右，顯然If≥Id,則R/Rx≈0.02-0.05，故R=2X√220X103/20X0.1=0.47Ω,取R=1KΩ</p>

27、<p>　　在進(jìn)行直流高壓試驗(yàn)時常在C和Rx間再串一個電阻R,，這是為了防止Rx發(fā)生的閃絡(luò)或擊穿時，C被完全短路放電而破壞，且試驗(yàn)結(jié)束時可用接地桿通過R,將C上殘余電荷泄放掉，R,選數(shù)千歐即可，則可取R,=5KΩ</p><p>　　2.4工頻試驗(yàn)變壓器</p><p>　　高電壓試驗(yàn)變壓器的作用在于產(chǎn)生工頻高壓，使之作用于被試電氣設(shè)備的絕緣上，以考驗(yàn)其在長時的工作電壓及瞬時的

28、內(nèi)過電壓下是否能可靠工作。另外，它也是試驗(yàn)研究高壓輸電線路的氣體絕緣間隙、電暈損耗、靜電感應(yīng)、長串絕緣子的閃絡(luò)電壓以及帶電作業(yè)等項(xiàng)目的必須的高壓電源設(shè)備。利用高壓試驗(yàn)變壓器還可以產(chǎn)生“長波前”類型的操作波。因此工頻試驗(yàn)變壓器除了產(chǎn)生工頻試驗(yàn)電壓，以及作為直流高壓和沖擊高壓設(shè)備的電源變壓器的固有的功用外，還可以用來產(chǎn)生操作波試驗(yàn)電壓。試驗(yàn)變壓器在運(yùn)行條件方面比電力變壓器有利，而在重要性方面則不如電力變壓器，所以設(shè)計時采用較小的安全系數(shù)。其

29、試驗(yàn)電壓較低，設(shè)計溫升較低，故在額定功率下只能短時運(yùn)行。成套設(shè)備包括：工頻試驗(yàn)變壓器本體，調(diào)壓器，保護(hù)電阻，分壓器，靜電電壓表，測量球隙等。下圖為用單級試驗(yàn)變壓器組成的工頻高壓試驗(yàn)的基本線路。</p><p>　　調(diào)壓器用來調(diào)節(jié)工頻試驗(yàn)電壓的大小和升降速度，試驗(yàn)變壓器用來升高電壓供給被試品所需的高電壓。球隙測壓器用來測量高電壓，R1用來限制被試品放電時試驗(yàn)變壓器的短路電流不超過允許值和高壓繞組的電壓梯度不超過危險

30、值，R2用來限制球隙放電時的電流不致灼傷銅球表面。</p><p><b>　　一、電壓的選擇</b></p><p>　　根據(jù)選擇設(shè)計的一般規(guī)定確定高壓試驗(yàn)變壓器的額定電壓，即不論是交流、直流還是沖擊發(fā)生器，其額定電壓與試驗(yàn)電壓之間都有用到下面關(guān)系式：UN=K1K2K3UW。式中UN為實(shí)驗(yàn)設(shè)備的額定電壓，UW為被試設(shè)備的實(shí)驗(yàn)電壓（耐受壓）K1為絕緣研究裕度系數(shù)，比系

31、數(shù)大于1，因?yàn)樵囼?yàn)設(shè)備應(yīng)具有比UW高的電壓，以便研究試品究竟放電電壓（或擊穿電壓）是多少，K2為試驗(yàn)設(shè)備本身絕緣的裕度系數(shù)，比系數(shù)也大于1，K3為考慮試驗(yàn)設(shè)備帶上試品負(fù)載后電壓會減低的大于1的系數(shù)，查表得K1，K2，K3，UM的值，則</p><p>　　UN=K1K2K3UW=1.4X1.3X1.0.X495=900.9KV</p><p><b>　　二、容量的選擇</

32、b></p><p>　　因?yàn)樵嚻反蠖酁殡娙菪缘?，?dāng)知道試品的電容量（查表）及所加的試驗(yàn)電壓值，以便計算出試驗(yàn)電流計所需的變壓器的容量：</p><p>　　試驗(yàn)電流：IS=WCUx10-9=100πX1500X495X10-9=2.333</p><p>　　所需變壓器容量PS=WCU2X10-9=100Πx15000X495X10-9=1154.65KVA

33、</p><p>　　式中U為所加的試驗(yàn)電壓，KV（有效值）；C為試品的電容量PFA;W為所加電壓的角頻率。</p><p>　　此外，所加試驗(yàn)變壓器的容量，還應(yīng)足以供給被試品擊穿或閃絡(luò)前的電容電流，漏導(dǎo)電流，局部放電和預(yù)放電電流，且仍能維持足夠穩(wěn)定的電壓。</p><p><b>　　三、保護(hù)電阻的選擇</b></p><

34、p>　　保護(hù)電阻的用來防止試品放電時所放生的電壓截波對變壓器繞組縱絕緣的損傷，同時它也起著抑制試品閃絡(luò)時造成的恢復(fù)過電壓的作用和限制過電壓的作用，保護(hù)電阻的阻值一般由實(shí)驗(yàn)變壓器T供給嗎，它的保守系數(shù)值可按0.1Ω/V選擇，但不超過100KΩ，它由金屬電阻絲繞成，在環(huán)境溫度可保持高于00C可在采用水電阻，其長度可按每米150KV—200KV(有效值)選取，取R=50KΩ.</p><p>　　3. 高壓試驗(yàn)室

35、的設(shè)計</p><p>　　3.1試驗(yàn)設(shè)備的絕緣距離及設(shè)備擺放</p><p>　　一、確定高壓試驗(yàn)設(shè)備與周圍物體的絕緣距離</p><p>　　根據(jù)高壓試驗(yàn)室中主要設(shè)備的絕緣距離，合理擺放試驗(yàn)設(shè)備以減少高壓試驗(yàn)</p><p>　　室的占地面積。首先就要確定高壓試驗(yàn)設(shè)備與周圍物體的絕緣距離。</p><p>　　高壓

36、試驗(yàn)設(shè)備及與它相連的高壓引線、測量裝置，不應(yīng)在工作時對周圍物體</p><p>　　如墻壁，天花板，觀察走廊的金屬圍欄，其他高壓設(shè)備等發(fā)生放電。為此，應(yīng)確</p><p>　　定試驗(yàn)設(shè)備與上述物體之間應(yīng)有的絕緣距離。我們知道，間隙的放電電壓與電極</p><p>　　的形狀有關(guān)。試驗(yàn)設(shè)備高壓端的電極形狀并不一致，但大都具有一定的改善電場</p><

37、;p>　　分布的屏蔽電極裝在高壓端。不過，為了可靠起見，通常還是按最嚴(yán)重的電極形</p><p>　　狀的放電電壓與間隙距離的數(shù)據(jù)來確定設(shè)備與周圍物體的距離，同時還要考慮一</p><p>　　定安全系數(shù)。對于不對稱的電極，例如棒板間隙，棒為正極性電壓時間間隙的放電電壓最低，故一般均以正極性放電電壓作為確定距離的依據(jù)。</p><p>　　工頻放電電壓曲線中，

38、以曲線不對稱間隙為最低。Umm與d的關(guān)系可以用下面的式子近似地表示（此式是歸納各種電極的放電數(shù)據(jù)得出的，d為1-2米時，放電電壓略偏高）。</p><p>　　Um=(0.16+0.411d-0.225d2)兆伏（峰值）（1m≤d≤9m）</p><p>　　Um=1274.06KV 解出d=1.43m</p><p>　　直流的正極性棒板間隙擊穿電壓U與

39、放電距離的關(guān)系為：</p><p>　　U=0.447d兆伏（d單位為米）</p><p>　　故d=U/0.447=220×10-3/0.447=0.492m</p><p>　　對于沖擊電流，當(dāng)電流100KA，電壓220KV，放電距離d=2.2m。</p><p>　　由以上諸式，可以求出對應(yīng)于設(shè)備最高電壓的放電距離。再乘以1.

40、1-1.3的裕度系數(shù)，即可確定必要的絕緣距離。如下：</p><p>　　工頻試驗(yàn)變壓器 d0=1.5×1.37=2.145m</p><p>　　直流高壓發(fā)生器 d0=1.5×0.492=0.738m</p><p>　　沖擊電流發(fā)生器 d0=1.5×2.2=3.3m</p><p>　　確定沖擊電壓發(fā)生器本體

41、所需絕緣凈空間距離的方法：沖擊電壓發(fā)生器沿高度各點(diǎn)的電壓是不同的，應(yīng)查出各電壓對立的距離。再以該點(diǎn)為圓心作圓弧，各圓弧的包絡(luò)線就設(shè)備絕緣距離的邊沿線。有時，為了降低試驗(yàn)室的高度，可將發(fā)生器安裝在深為h的地坑內(nèi)，實(shí)驗(yàn)室的高度可減少h，用類似的方法可以確定其它設(shè)備的絕緣距離。</p><p>　　二、布置高壓試驗(yàn)設(shè)備</p><p>　　確定了試驗(yàn)設(shè)備對周圍物體應(yīng)有的絕緣距離之后，還應(yīng)考慮設(shè)備

42、的合理布置，以便在滿足絕緣距離的前提下，設(shè)備所占的面積最小。以串級試驗(yàn)變壓器為例，如果作斜向布置，整套設(shè)備及其應(yīng)有的絕緣空間所占的總面積將比直線排列方式占用的面積小，幾套設(shè)備之間的配合和總的布置，也應(yīng)如此考慮。</p><p>　　為了防止無意識地進(jìn)入危險區(qū)域，所有高壓試驗(yàn)設(shè)備必須用遮欄圍起來。</p><p>　　3.2確定高壓試驗(yàn)室的占地面積與高度</p><p&g

43、t;　　根據(jù)高壓試驗(yàn)設(shè)備與周圍物體的絕緣距離及其本體的尺寸，可以確定高壓試驗(yàn)室的高度和占地面積。</p><p>　　實(shí)驗(yàn)室的主要設(shè)備布置除了要滿足絕緣距離外，還要考慮某些試驗(yàn)時輔助設(shè)</p><p>　　備的位置，走線是否合理，操作和運(yùn)輸是否方便。除了辦公室、試區(qū)、電源室</p><p>　　等之外，還要考慮庫房、準(zhǔn)備間等。在滿足技術(shù)要求的前提下，還應(yīng)作經(jīng)濟(jì)上的核

44、算，應(yīng)使試驗(yàn)室的高度不要過高，跨度不要過大，面積不要過大，應(yīng)盡可能節(jié)約投資。</p><p>　　查表，可知各高壓試驗(yàn)設(shè)備的規(guī)格及尺寸參數(shù)，計算其面積及高度如下：</p><p>　　工頻試驗(yàn)變壓器 S=2.65X2.65 m2 H=4.98m</p><p>　　直流高壓發(fā)生器 S=(0.635+0.378X2)2m2 H=0.5m</p>

45、<p>　　沖擊電流發(fā)生器 S=(0.635+3.3X2)2 H=6.8m</p><p>　　綜合以上數(shù)據(jù)，確定高壓試驗(yàn)室的尺寸為 26X19X10 m3</p><p><b>　　4.地網(wǎng)設(shè)計</b></p><p><b>　　4.1 接地的作用</b></p><p&

46、gt;　　高壓實(shí)驗(yàn)室中的高壓試驗(yàn)大廳以及它的輔助設(shè)備的房間都應(yīng)有良好的接地裝置，以保證工作接地和保護(hù)接地的需要。工作接地是指為了保證試驗(yàn)設(shè)備及試驗(yàn)系統(tǒng)的正常工作和為了保持系統(tǒng)電位的穩(wěn)定性而設(shè)置的接地，如屏蔽室的接地、分壓器的接地等。保護(hù)接地是指設(shè)備金屬外殼的接地，懸浮金屬物體的接地，閑置的暫時不用的電容器兩極的短路接地等。它的作用是設(shè)備由于絕緣不良而使其金屬外殼意外帶電時，可將其對地電壓限制在規(guī)定的安全范圍以內(nèi)，消除或減小電擊的危險性；

47、另一個作用是消除感應(yīng)電產(chǎn)生的觸電危險性。接地是指通過可靠的金屬引線，接到接地裝置上去，該接地裝置應(yīng)有足夠小的接地電阻值。</p><p>　　高電壓試驗(yàn)大廳大多在建筑時已裝有屏蔽層，屏蔽層必須良好接地，接地</p><p>　　是為了固定電位，接地電阻不必要追求太小。對于沒有裝設(shè)屏蔽層的高壓試驗(yàn)大</p><p>　　廳，由于雜散回路的電流會流經(jīng)接地裝置而造成接地點(diǎn)

48、的瞬間電位浮動，所以其</p><p>　　接地電阻最好小于0.5?。</p><p>　　4.2 接地裝置的實(shí)施</p><p>　　有屏蔽的試驗(yàn)室，屏蔽的接地電阻值不必做得太小。CNACL201—7—99文件要求屏蔽室的接地電阻不高于4?。采用一層鋼板拉網(wǎng)做成的屏蔽體，其接地裝置在條件允許的前提下，接地電阻最好是不高于1?。</p><p&g

49、t;　　接地裝置有多根垂直接地體（大多用鋼管或角鋼）與水平的扁鋼焊成。它是一個接地網(wǎng)。鋼管、角鋼、扁鋼要有一定的厚度，以免年久腐蝕及在施工中的損壞。有關(guān)的尺寸可查閱電工手冊及電機(jī)工程手冊。垂直接地體的長度宜取為2m～2.5m，接地體的距離之間的距離可取其長度的2倍左右。接地體上端離地面的距離不應(yīng)小于0.6m，并應(yīng)處在冰凍層以下。</p><p>　　依據(jù)實(shí)驗(yàn)室面積，水平接地體長、寬方向各鋪。</p>

50、<p><b>　　一、垂直接地體</b></p><p>　　R=ρ/2πιln4l/d 式中l(wèi)為接地體長度，d=b/2為接地體直徑，b為扁鋼寬度。</p><p>　　R1=R/ηn 式中η為利用系數(shù)，表示由于電流互相屏蔽而使接地體不能充分利用的程度，一般取0.65-0.8. n為垂直接地體總根數(shù)。</p><p>　　R=1

51、00/2Πx2.64㏑4X2.64/0.042=33.32Ω</p><p>　　R1=33.32/0.8X72=0.58Ω</p><p><b>　　二、水平接地體</b></p><p>　　R2=ρ2πl(wèi)（㏑l2/dh+A）式中l(wèi)為接地體總長度，h為接地體埋設(shè)深度，A表示因受屏蔽影響而使接地體電阻增加的系數(shù)。</p>&l

52、t;p>　　l=26X6+19X6=270m</p><p>　　R2=100/2Πx270㏑（2702/0.042X2+0.89）=0.81Ω</p><p>　　則總接地電阻R= R1 R2/ R1+ R2=0.34﹤0.4滿足要求。</p><p><b>　　5.屏蔽設(shè)計</b></p><p>　　5.1

53、 一、屏蔽的作用和原理</p><p>　　屏蔽是解決電磁兼容問題的重大措施之一。屏蔽的目的或是要把電磁場的影響限定在某一范圍之內(nèi)不使外溢，或者是反過來要保護(hù)某個給定空間內(nèi)不受外界電磁場的影響。高電壓試驗(yàn)室的屏蔽目的是既要把高壓放電時產(chǎn)生的電磁波的影響限制在試驗(yàn)室范圍以內(nèi)不對外界產(chǎn)生干擾，同時又防止附近電臺、高壓變電所等干擾源發(fā)出的電磁干擾竄入試驗(yàn)室內(nèi)，以便進(jìn)行局部放電測量時有較低的背景噪音水平。</p&

54、gt;<p>　　空氣的波阻抗Z0=120π≈377π</p><p>　　近區(qū)場的反射損耗R=(Z0+ZS)2/（4 Z0 ZS）式中ZS是金屬的波阻抗</p><p>　　遠(yuǎn)區(qū)場的反射損耗R=（68-10㏒10（fur/δr）dB</p><p>　　式中Ur是金屬的相對磁導(dǎo)率；δr是金屬的相對導(dǎo)電率</p><p>　　進(jìn)

55、入金屬表面的電磁波，從屏蔽體的外側(cè)界面?zhèn)鞯嚼飩?cè)界面的過程中，將會產(chǎn)生吸收損耗A，即A=0.131t√（fur/δr）dB</p><p>　　屏蔽體的屏蔽性能以屏蔽效能S來考量，S的定義為：沒有屏蔽體時空間某點(diǎn)的電場強(qiáng)度E0（或磁場強(qiáng)度H0）與有屏蔽體時被屏蔽空間在該點(diǎn)的電場強(qiáng)度E1（或磁場強(qiáng)度H1）之比值。SE=20㏒10（E0/E1）；SH=20㏒10（H0/H1）</p><p>　

56、　在遠(yuǎn)區(qū)電磁場下可認(rèn)為S=SE=SH</p><p>　　屏蔽效能S的理論值，在當(dāng)吸收損耗A大于10dB時，可認(rèn)為S≈R+A，根據(jù)《實(shí)驗(yàn)室認(rèn)可準(zhǔn)則》對電磁兼容檢測領(lǐng)域認(rèn)可的補(bǔ)充要求（CNACL201－7－99）屏蔽室的屏蔽效能應(yīng)達(dá)到如下要求：f=0.014MHZ—1MHZ時，屏蔽效能S﹥60dB；f=1MHZ—1000MHZ時，S﹥90Db。</p><p>　　二、高壓試驗(yàn)室的屏蔽結(jié)構(gòu)&

57、lt;/p><p>　　高電壓試驗(yàn)室的尺寸都很大。要求對它的六個面都屏蔽起來，形成一個大的</p><p>　　法拉第籠。目前采用的屏蔽方法有兩種：用金屬網(wǎng)或金屬嵌板。如是混凝土建筑，可用金屬網(wǎng)做屏蔽。最好是銅網(wǎng)，為節(jié)約起見也可采用鍍鋅鐵絲網(wǎng)，網(wǎng)眼越密越好，一般采用的網(wǎng)眼為30mm左右。把金屬網(wǎng)固定在四周墻上，然后再抹灰粉刷，天花板的屏蔽和墻壁一樣，整個地面下也要有屏蔽網(wǎng)，要和接地網(wǎng)連接起來。

58、上下左右的屏蔽都必須保證焊接起來，如不能連接焊，至少每隔一定距離有一個焊點(diǎn)。金屬網(wǎng)的連接點(diǎn)也必須焊接，必須保證屏蔽內(nèi)渦流路徑暢通無阻，否則會降低屏蔽的效能。如果用金屬板墻壁，金屬嵌板便可兼作屏蔽，但要保證金屬嵌板之間在電氣上良好導(dǎo)通。板的屏蔽效能當(dāng)然比網(wǎng)好，但為了減少試驗(yàn)室的回聲，金屬板應(yīng)有吸音孔，這些孔對屏蔽效果是有損害的。試驗(yàn)室的門窗應(yīng)有屏蔽。窗上應(yīng)掛屏蔽網(wǎng)，這個屏蔽網(wǎng)應(yīng)和墻的屏蔽網(wǎng)在電氣上連成一體。門應(yīng)是金屬的，但門要開閉且門上金

59、屬板和墻的屏蔽能很好接觸，一般采用磷青銅來達(dá)到此目的，并采用一定的結(jié)構(gòu)方式，以保證門、窗的活動部分與墻的屏蔽層的良好連接。</p><p>　　為了能獲得低噪音水平，除了把試驗(yàn)室屏蔽起來，還有防止外部干擾可能通過管道、線路等竄入室內(nèi)。凡是金屬管道和欄桿等穿過試驗(yàn)室時都必須與屏蔽連接好，否則它們會像天線一樣把干擾引入。凡是進(jìn)入試驗(yàn)室的配電線要先通過隔離變壓器和濾波器。電源濾波的好壞，關(guān)系到屏蔽室的屏蔽效能。<

60、/p><p>　　6.高壓實(shí)驗(yàn)室的建筑</p><p>　　高壓實(shí)驗(yàn)室的尺寸決定于實(shí)驗(yàn)設(shè)備和被試設(shè)備的尺寸及凈空距離的要求。只有在已知設(shè)備參數(shù)、尺寸大小、凈空距離要求，并作出合理布置后，才能確定實(shí)驗(yàn)室的長、寬、高。實(shí)驗(yàn)室的長、寬、高與實(shí)驗(yàn)室的電壓等級有直接聯(lián)系，它反映實(shí)驗(yàn)室的水平，通常在介紹實(shí)驗(yàn)室時也列舉它的尺寸（見附圖）。</p><p>　　高電壓實(shí)驗(yàn)室的位置必須坐

61、落在運(yùn)輸方便的地方，在工廠內(nèi)的高電壓實(shí)驗(yàn)室位置必須符合工藝流程，不要造成往返運(yùn)輸。笨重而龐大的試驗(yàn)設(shè)備應(yīng)能方便地運(yùn)進(jìn)室內(nèi)。實(shí)驗(yàn)室內(nèi)應(yīng)有起重設(shè)備便于裝卸，這點(diǎn)對開展工作有重要影響，但高電壓實(shí)驗(yàn)室屋頂要懸掛許多絕緣子串，不便行車開動，所以常常采用單軌吊車和S形軌道，使吊車能到達(dá)實(shí)驗(yàn)室的大部分地點(diǎn)。</p><p>　　高電壓實(shí)驗(yàn)室的六面應(yīng)有金屬網(wǎng)或金屬板的屏蔽，尤其要注意門、窗活動部分的屏蔽連接。為了提高屏蔽效能，可

62、以考慮不裝設(shè)窗戶。在沒有窗戶的條件下，還有利于在黑暗的狀態(tài)下觀察局部放電及擊穿現(xiàn)象。有些大實(shí)驗(yàn)室是不設(shè)窗戶的，完全靠人工照明。裝設(shè)窗戶者，窗戶也宜尺寸小一點(diǎn)，裝設(shè)得低一點(diǎn)并應(yīng)有很好的窗簾以便必要時可以方便地遮光。</p><p>　　實(shí)驗(yàn)室比較高大，要注意保溫，工作時室內(nèi)溫度不應(yīng)低于16℃，不工作時室內(nèi)最低溫度不應(yīng)低于0℃。</p><p>　　實(shí)驗(yàn)室四周應(yīng)設(shè)觀察走廊?？刂剖业奈恢脩?yīng)使操作

63、者便于觀察全室，尤其是試品區(qū)。</p><p>　　7.高電壓實(shí)驗(yàn)室的基本安全規(guī)則</p><p><b>　　7.1 實(shí)驗(yàn)前：</b></p><p>　　7.1.1預(yù)習(xí)與組織：</p><p>　　A、同學(xué)必須認(rèn)真預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，教師要提問檢查，不預(yù)習(xí)者不得參加實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)前應(yīng)交前次實(shí)驗(yàn)報告。</p>&l

64、t;p>　　B、每實(shí)驗(yàn)組推選組長一人，組內(nèi)可輪流擔(dān)任，并兼安全監(jiān)護(hù)人。</p><p>　　7.1.2實(shí)驗(yàn)前的檢查：</p><p>　　A、檢查設(shè)備、儀表有無損壞。如有損壞，應(yīng)立即向教師報告。</p><p>　　B、檢查接線是否正確。</p><p>　　C、安全距離是否符合規(guī)定，帶電部分與周圍物體的距離必須符合表1規(guī)定。</

65、p><p>　　D、接地和接地桿：接地必須可靠。固定設(shè)備的地線可用扁鋼、銅條或鋁條；接地桿的接地線須用多股裸線牢固地接在地線帶上。實(shí)驗(yàn)前，應(yīng)將接地桿從高壓端取下。凡不參與實(shí)驗(yàn)的設(shè)備，外殼均需接地，尤其是電容器，應(yīng)短路接地。</p><p>　　E、遮攔與連鎖：做高壓試驗(yàn)，必須要有遮攔，我們實(shí)驗(yàn)室均設(shè)有接地的鐵絲網(wǎng)做成的永久性遮攔（特殊情況可設(shè)臨時性遮攔），實(shí)驗(yàn)者必須在遮攔外，不得向試區(qū)探頭，伸

66、手。每個實(shí)驗(yàn)室應(yīng)有必要的連鎖裝置，如門連鎖、零位連鎖等。調(diào)壓設(shè)備應(yīng)處于零位。</p><p>　　F、防止反擊的保護(hù)：做沖擊試驗(yàn)時，與沖擊試驗(yàn)接地體相連的設(shè)備應(yīng)有電容保護(hù)。</p><p><b>　　7.1.3復(fù)查</b></p><p>　　所有接線經(jīng)兩個檢查確實(shí)無誤后，再請教師檢查。未經(jīng)教師允許，同學(xué)不得擅自合閘。</p>

67、<p><b>　　7.2 實(shí)驗(yàn)</b></p><p>　　1.做高壓實(shí)驗(yàn)必須嚴(yán)肅、認(rèn)真、精力集中。高壓操作者，手不得離開跳閘按鈕，注意監(jiān)視電表及現(xiàn)場，不得擅離職守。實(shí)驗(yàn)時，不得談笑或進(jìn)行其它工作。若要討論問題時，應(yīng)先跳閘，暫停實(shí)驗(yàn)后進(jìn)行。</p><p>　　2.呼叫口令：實(shí)驗(yàn)中的幾項(xiàng)重要操作，操作者要分別呼叫“高壓合閘”、“放電氣和”和“去掉接地桿”的

68、口令，當(dāng)監(jiān)護(hù)人同意并重復(fù)上述操作口令后方能進(jìn)行具體操作。</p><p>　　3.調(diào)壓、升壓時，必須從零均勻緩慢的升壓，做完試驗(yàn)，應(yīng)使調(diào)壓器退回零位。</p><p>　　4.當(dāng)試品放電、擊穿或加壓過程中出現(xiàn)異?，F(xiàn)象時，應(yīng)立即跳閘，隨即將調(diào)壓器退回零位。（當(dāng)對電氣設(shè)備進(jìn)行耐壓試驗(yàn)時，試驗(yàn)完畢先將調(diào)壓器退至零位后再跳閘）。</p><p>　　5.故障處理：當(dāng)實(shí)驗(yàn)中發(fā)

69、生故障時，應(yīng)立即跳閘，調(diào)壓器退回零位，并報告教師處理。若為人身事故，應(yīng)立即進(jìn)行搶救。重大事故還要報告上級領(lǐng)導(dǎo)。</p><p>　　6.記錄：必須有一人記錄，記錄要整齊、清楚，實(shí)驗(yàn)結(jié)束請教師簽字后方能拆線。必要放電：試驗(yàn)完畢或更換試件時，應(yīng)切斷電源將調(diào)壓器退回零位，并用接地桿對高壓放電。當(dāng)對電容器放電時，為保護(hù)電容器，應(yīng)使電容器先將電阻（如水阻）放電，然后再短路放電。</p><p>&l

70、t;b>　　7.3實(shí)驗(yàn)后的整理</b></p><p>　　1.實(shí)驗(yàn)后，一點(diǎn)要用接地桿對電容器以及電容性設(shè)備進(jìn)行充分放電，并將接地桿放在該設(shè)備的高壓端上，否則人不得觸及。</p><p>　　2.將實(shí)驗(yàn)場所恢復(fù)整劑，儀器、儀表及拆除的導(dǎo)線應(yīng)整齊地放回原處，切除電源、關(guān)燈關(guān)窗后方離開實(shí)驗(yàn)室。</p><p><b>　　7.4其它</

71、b></p><p>　　1.實(shí)驗(yàn)室內(nèi)不準(zhǔn)吸煙、點(diǎn)火。</p><p>　　2.發(fā)燒、頭暈、失眠、精神不佳或精神失常者，不得進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)室閉館后也不得進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。</p><p>　　3.為保持實(shí)驗(yàn)室內(nèi)整潔，衣帽、書包不得放在實(shí)驗(yàn)桌上，可放在掛衣處。</p><p>　　4.凡不遵守本規(guī)則，不服從教師指導(dǎo)者，停止實(shí)驗(yàn)。</p>

72、;<p><b>　　8.參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　1、《高壓技術(shù)》周澤存、沈其工、方瑜、王大忠、中國電力出版社。</p><p>　　2、《高壓絕緣技術(shù)》嚴(yán)璋、朱德恒、中國電力出版社。</p><p>　　3、《高電壓試驗(yàn)技術(shù)》華中工學(xué)院、上海交通大學(xué)、水利電力出版社。</p><p>　　4