雷电冲击试验

雷电冲击试验电气设备在电力系统运行中除承受正常运行的工频电压外，还可能受到暂时过电压及雷电过电压的袭击。雷电在输电线路或电力设备上，有可能造成幅值和陡度都很高的过电压，对设备的绝缘破坏较大。工程上，为了考验电力设备耐受雷电过电压的能力，使用冲击电压发生器进行模拟雷击的试验，这就是雷电冲击电压试验。人为施加在输电线路或电力设备上的这个雷电过电压波就叫雷电冲击电压波。雷电冲击电压波是单极性的（正或负）。为了模拟雷电过电压的作用，保证电力系统安全可靠的运行，要求变压器有足够的冲击绝缘强度，国家标准对变压器的不同的电压等级作了明确规定。见GB311.1-6-83和GB1094.3-85。概述一、冲击电压发生器多种波形介绍冲击电压发生器就是一种产生脉冲波的高电压发生装置。它被用于研究电力设备遭受大气过电压（雷电）时的绝缘性能。冲击电压的破坏作用不仅决定于波形、幅值、还与波形陡度有关。目前国内冲击电压发生器能产生8种冲击波形。下面简单介绍一下：GB311《高压输变电设备的绝缘配合-高电压试验技术》规定了三种标准冲击波形（1）1.2/50微妙标准雷电冲击全波（2）1.2/2~5微妙标准雷电截波过零系数0.25-0.35（3）250/2500微妙的标准操作冲击波Tf为20~250us90%持续时间≥200us过零时间≥500usIEC517规定GIS组合电器现场冲击试验的二种标准冲击波形（4）Tf＜15微妙的振荡雷电冲击波（5）Tcr＞100微妙的振荡操作冲击波DL/T557《高压线路绝缘子陡波冲击耐受试验》规定了线路绝缘子陡波冲击耐受试验的标准冲击波形（6）Tf=100~200毫微妙的陡波冲击波。陡度2500KV/uS，最大输出电压幅值500KV，适用于高压线路B型绝缘子陡波冲击耐受试验。JB5892《高压线路用有机复合绝缘子技术条件》规定了有机复合绝缘子陡波冲击耐受试验的标准冲击波形（7）陡度大于1000KV/uS的陡波冲击波最大输出电压幅值600KV，适用于高压线路用有机复合绝缘子陡波冲击耐受试验。DL474.6《变压器操作波感应耐压试验》规定了变压器操作波感应耐压试验的标准冲击波形。（8）Tcr＞100微妙，Tz＞1000微妙，Td（90）＞200微妙的操作波冲击波适用电力变压器操作波感应耐压试验。二、雷电冲击全波和截波的图示法及规定我们公司的冲击电压发生器主要是用来产生标准雷电冲击全波截波。要进行冲击电压试验，就必须先知道冲击波形的规范性。全波标准规定：（1）波前时间Tf为1.2uS，允许误差±30%；（2）半峰值时间Tt为50uS，允许误差±20%；（3）试验电压Um，允许偏差±3%，是指规定值和实测值之差，不是指测量误差。（4）当实际波形波前部分有振荡（过冲）及波尾过零呈衰减振荡波时，规定振荡幅值不应超过0.05Um，衰减振荡波反冲波幅值ur/Um＜0.5波形图画法：以波峰值的30%和90%的两点的联线与横轴的交点为视在原点01，从这点到上述联线与由平行线的交点C所作的横轴垂线之间的距离为波前时间Tf，以及把O1与在波尾的1/2波峰值点所作横轴垂线之间的距离为波尾时间Tt。T1=1.67T截波标准规定：（1）波前时间Tf为1.2uS，允许误差±30%；（2）截波时间Td为2~5uS（3）试验电压Um，允许偏差±3%，是指规定值和实测值之差，不是指测量误差。（4）当实际波形波前部分有振荡（过冲）规定振荡幅值不应超过0.05Um，反冲波幅值ur/Um过零系数规定为0.25-0.35波形图画法：以D点与反波峰值的幅值的30%和90%的两点的联线与反波峰值的交点为N，与D点横向平行的交点为M，从M点所作的横轴垂线与O1之间的距离为截波时间Td。T1=1.67T三、雷电冲击发生器原理介绍1、雷电波的基本形成2、雷电波波头波尾时间计算如图（3）是冲击电压发生器最基本的等值回路。试验前把C1充好电，当K（或点火球隙）动作后，由C1向C2充电，则试品两端电压：U1=U0*（1-e（-t/τ））（充电过程）C1、C2两端电压平衡后，一起又通过R2对地放电，则试品两端电压：U2=U0*e（-t/τ）（放电过程）根据雷电波形定义，来推导波头波尾时间公式：（1）求波头Tf：30%U0=U0*（1-e（-t1/τ1））（1-1）90%U0=U0*（1-e（-t2/τ1））（1-2）解方程组：0.3=1-e（-t1/τ1）0.9=1-e（-t2/τ1）0.7=e（-t1/τ1）（1-3）0.1=e（-t2/τ1）（1-4）根据（1-3）式得：-t1/τ1=-0.357t1=0.357τ1根据（1-4）式得：-t2/τ1=-2.3026t2=2.3026τ1已知Tf=1.67（t2-t1）即得：Tf=（2.3026τ1-0.357τ1）*1.67=1.9456*1.67τ1=3.249τ1τ1=RC=R1*（（C1*C2）/（C1+C2））（2）求波尾Tt：50%U0=U0*e（-Tt/τ2）0.5=e（-Tt/τ2）-Tt/τ2=-0.693Tt=0.693τ2τ2=RC=R2*（C1+C2）3、雷电波效率计算如上图：η=U2/U1=（U2/UR2）*（UR2/U1）=（C1/（C1+C2））*（R2/（Rs+R2））当Rs=0时，回路为高效率4、试验站冲击发生器（1）冲击发生器线路图比较（充电方式、极性）（2）等值电路（3）旧冲击球隙放电（同步）（4）新冲击球隙放电（同步）（1）老试验站冲击等值电路（2）新试验站冲击等值电路旧试验站球心放电原理：如图第一步：1点充电为+U0，当球隙击穿时，1点电位降到0，2点电位由0变为-U0，那么第二个球隙两端的电位变成+UO-（-U0）=2U0，肯定会导致第二个球隙击穿。第二步：同样第二个球隙击穿后，4点电位由0变为-2U0，那么第三个球隙两端的电位变成+UO-（-2U0）=3U0，肯定会导致第三个球隙击穿。所以有n个球隙击穿后，就有n个U0，它输出电压如8点就为-nU0，可见输出电压与充电电压极性相反。这一系列过程可被概括成为“多级电容器并联充电，而后串联放电，形成幅值很高的冲击电压波”。从发生器同步原理分析：（1）当C2（即球隙之间电容）为零时，Ug2=2UO，可见过电压倍数较高。（2）当C1、C3（即回路中对地杂散电容）为零时，Ug2≈UO，可见过电压倍数较低，g2就不可能击穿，所以杂散电容的存在加强了冲击发生器同步动作的有利条件。（3）（4）