雷电冲击试验
雷电冲击过电压的理论与试验1
雷电冲击过电压的理论与试验一．引言电能与人类的生存、发展有密切关系，而高电压与绝缘技术是其中一个很重要的知识体系，它是支撑电能应用的一根有力的支柱。
高电压技术是以试验研究为基础的研究高电压及其相关问题的应用技术。
其内容主要涉及在高电压作用下各种绝缘介质的性能和不同类型的放电现象，高电压设备的绝缘结构设计，高电压试验和测量的设备及方法，电力系统的过电压与绝缘配合、高电压或大电流环境影响和防护措施，以及高电压、大电流的应用等。
目前，随着科技的发展、经济的需要，输电电压等级越来越高，输电距离越来越长，电网结构也越来越复杂。
而高电压技术对于进一步发展超高压、特高压输电继续起着重要的推动作用。
一些国家正在沿着传统的“外沿发展模式”，继续开展更高一级电压。
二．雷电冲击过电压理论雷电冲击电压是有雷电放电形成电流通过被击物体流入大地，电流脉冲在被击物体阻抗上的压降形成冲击电压。
雷电放电包括三个阶段：先导放电，主放电，余光放电。
主放电电流幅值较小，但电流波前时间比第一分量小得多，易造成过电压。
各分量中的最大电流和电流增长最大陡度是造成被击物体上过电压、电动力和爆破力的主要因素。
在余光阶段流过较长时间的电流则是造成雷电热效应的重要因素之一。
波形组成气隙的击穿有一个最低静态击穿电压Ｕｏ，但外加电压不小于Ｕｏ仅是气隙击穿的必要条件，欲使气隙击穿，还必须使该电压持续作用一定的时间。
静态击穿电压Ｕ0 是使气隙击穿的最小电压。
雷电冲击电压分为：全波，截波－－雷电冲击波被某处放电而截断的波形.(1) 全波：非周期性冲击电压，很快到峰值再逐渐下降 .如图1作图：取峰值＝1.０，０.９－－Ｂ点，０.３－－Ａ点，０.５－－Q点，连ＡＢ线，交１.０于C点，交横轴O1点。
O1C－－波前Ｔ＝(t1-t2)t f＝FO1－－视在波前时间t f／T＝（１.０－０.０）／（０.９－０.３）t f＝Ｔ／０.６＝１.６７Ｔt t－－视在半峰值时间波形有振荡时，取平均曲线。
雷电冲击试验标准
雷电冲击试验标准雷电冲击试验是指通过模拟雷电对设备、系统、结构等的影响，测试其对雷电冲击的抵抗能力。
雷电冲击试验标准是对这一测试过程进行规范的文件，其制定的目的是为了保证测试的准确性和可靠性，同时也为产品设计和制造提供了重要的参考依据。
本文将对雷电冲击试验标准进行详细介绍，以便对相关行业人士有所帮助。
首先，雷电冲击试验标准的制定是基于对雷电特性和设备性能的深入研究和分析。
在制定过程中，需要考虑雷电的特点，如电流、电压、波形等，以及设备的特性，如耐压能力、接地设计等。
通过对这些因素的综合考虑，制定出适用于不同设备和系统的测试标准，从而保证测试的全面性和可比性。
其次，雷电冲击试验标准的内容主要包括测试方法、试验设备、试验参数、试验过程、试验结果评定等方面。
在测试方法方面，标准会详细描述测试的步骤和要求，包括测试前的准备工作、测试过程中的操作规范、测试后的数据处理等。
试验设备部分会要求使用符合相关标准的设备，以保证测试的准确性和可靠性。
试验参数部分会规定测试中所需的电流、电压、波形等参数，以及对这些参数的要求。
试验过程部分会详细描述测试的具体步骤和注意事项，以确保测试的顺利进行。
试验结果评定部分会对测试结果进行分析和评定，从而得出对设备性能的评价。
最后，对于不同的设备和系统，雷电冲击试验标准会有所不同。
例如，对于电力设备来说，标准会要求测试其对雷电冲击的耐受能力，以保证其在雷电天气下的正常运行。
而对于电子设备来说，标准会要求测试其对雷电冲击的抵抗能力，以保证其在雷电天气下的安全可靠性。
因此，在实际应用中，需要根据具体的设备和系统选择相应的测试标准，以保证测试的准确性和有效性。
总之，雷电冲击试验标准是对雷电冲击试验过程进行规范的文件，其制定的目的是为了保证测试的准确性和可靠性，同时也为产品设计和制造提供了重要的参考依据。
通过对雷电冲击试验标准的详细介绍，相信能够对相关行业人士有所帮助，也能够推动相关领域的发展和进步。
雷电冲击试验分析
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。
（1）
（2）
老试验站冲击等值电路
新试验站冲击等值电路
（3）
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。
雷电冲击试验资料
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2~5 uS （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 0.250.35 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
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。
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） 0.1= e（-t2/τ1）
雷电冲击电压试验
雷电冲击电压试验：为了考核变压器主、纵绝缘的冲击强度是否符合国家标准的规定和研究改进变压器的绝缘结构，要进行冲击电压试验。
所谓雷电冲击试验，就是在变压器绕组的端子上施加一种模拟真实的雷电波形的冲击波。
对变压器或其他电气设备，在此种冲击波的作用下进行考验，看其能否通过(或破坏)。
截波是相当于雷电波进入变电所时发生了保护间隙或空气绝缘的闪络而产生的波形，是雷电全波被突然截断的波形，电压急剧降落至零。
雷电冲击试验标准
雷电冲击试验标准雷电冲击试验是指在模拟雷电环境下对设备或系统进行的一种电磁兼容性试验，其目的是验证设备或系统在雷电环境下的抗干扰能力和抗损坏能力。
雷电冲击试验标准是对进行雷电冲击试验的设备或系统所需符合的规范和要求的总称，其制定的目的是为了保证试验的科学性、准确性和可靠性，同时也为了保障设备或系统在雷电环境下的正常运行和安全性。
首先，雷电冲击试验标准应包括试验的基本原理和方法，以及试验过程中所需遵循的步骤和要求。
在进行雷电冲击试验时，应首先明确试验的目的和范围，确定试验的参数和条件，包括雷电波形、脉冲电流、脉冲持续时间等。
其次，应明确试验设备和试验系统的配置和连接方式，以及试验过程中的监测和记录要求。
同时，还应包括对试验结果的评定标准和分析方法，以及对试验设备或系统所需采取的防护措施和改进措施。
其次，雷电冲击试验标准应考虑设备或系统的特性和应用环境的实际情况，制定相应的试验等级和试验要求。
不同的设备或系统在雷电环境下所需承受的冲击程度和要求是不同的，因此，雷电冲击试验标准应根据设备或系统的不同特性和应用环境的不同特点，制定相应的试验等级和试验要求，以保证试验的科学性和实用性。
另外，雷电冲击试验标准还应包括试验设备和试验系统的要求和规范，包括试验设备和试验系统的选型和配置要求，试验设备和试验系统的校准和验证要求，以及试验设备和试验系统的维护和管理要求。
试验设备和试验系统的质量和性能直接影响着试验的可靠性和准确性，因此，对试验设备和试验系统的要求和规范应作为雷电冲击试验标准的重要内容之一。
最后，雷电冲击试验标准还应包括试验过程中的安全和保护要求，包括试验人员的安全操作规程和防护措施，试验场地和试验设备的安全要求，以及试验过程中可能产生的危险和风险的预防和控制措施。
雷电冲击试验是一项高压、高能的试验，试验过程中存在一定的安全风险，因此，试验过程中的安全和保护要求是不可忽视的重要内容。
综上所述，雷电冲击试验标准是对进行雷电冲击试验的设备或系统所需符合的规范和要求的总称，其制定的目的是为了保证试验的科学性、准确性和可靠性，同时也为了保障设备或系统在雷电环境下的正常运行和安全性。
变压器雷电冲击试验波形调节方法
变压器雷电冲击试验波形调节方法
变压器雷电冲击试验是评估变压器绝缘系统在雷电冲击作用下的耐受能力的重要测试。
在该测试中，需要产生符合标准要求的理想雷电冲击试验波形，并将其施加到变压器上。
为了确保测试的准确性和可靠性，波形调节是非常重要的一个环节。
波形调节的主要目的是使产生的雷电冲击波形尽量接近标准要求，并且尽量保持稳定。
下面介绍几种常用的波形调节方法：
1. 负载调整法
该方法是通过调整测试设备的输出电路负载来达到调节波形的目的。
首先，根据要求
产生一个初步的试验波形，然后通过改变负载阻抗，使得试验波形逐渐接近标准要求。
该
方法简单易行，但需要有较强的经验和技能。
此方法是通过在输出电路上加入合适的补偿电路来调节波形。
通过补偿电路消除输出
电路和负载阻抗之间的反射影响，从而达到调节波形的目的。
缺点是需要精确计算和测量
电路参数，并可能会引入额外的噪声。
3. 阻抗匹配法
该方法是将输出电路的阻抗匹配到负载的阻抗，以减少反射和阻抗失配造成的波形变形。
要求输出电路和负载阻抗具有相同的阻抗值和波形反射系数。
需要注意的是，由于变
压器自身阻抗可能变化，因此要对输出电路进行调整。
总的来说，不同的波形调节方法有各自的优缺点，需要根据实际情况选择。
可以结合
多种方法使用，以达到最优的效果。
波形调节的成功与否取决于测试设备和操作人员的技
术水平，因此需要进行认真的培训和实践。
变压器雷电冲击试验波形调节方法
变压器雷电冲击试验波形调节方法变压器雷电冲击试验是用来检测变压器绝缘系统在雷电冲击下的耐受能力。
在实际使用环境中，雷电冲击可能会对变压器的绝缘系统造成严重的损坏，因此进行雷电冲击试验是非常重要的。
在进行变压器雷电冲击试验时，波形调节是非常重要的一环。
波形调节的目的是通过合理的控制和调节，使得试验波形符合标准规定的要求，从而保证试验结果的准确性和可靠性。
波形调节方法主要涉及到以下几个方面：波形发生器的选择和调节、试验电路的设计和调整、波形参数的监测和实时调整等。
下面将详细介绍一下这些方面的内容。
1. 波形发生器的选择和调节波形发生器是变压器雷电冲击试验中用于产生雷电冲击波形的关键设备。
通常情况下，我们会选择符合标准要求的脉冲发生器或者采用脉冲放大器来产生试验波形。
在选择波形发生器时，需要注意其输出脉冲的幅值、上升时间、下降时间等参数是否符合要求，以及是否具备稳定可靠的性能。
在使用波形发生器时，需要根据具体的试验要求对其进行调节。
首先需要根据标准要求确定脉冲的幅值、上升时间、下降时间等参数，然后通过波形发生器的调节装置对其进行调整，使得输出的脉冲波形符合标准规定的要求。
在调节过程中，需要利用示波器等仪器对输出波形进行实时监测和调整，确保波形的稳定性和可靠性。
2. 试验电路的设计和调整试验电路是连接波形发生器和被试变压器之间的关键环节。
在进行雷电冲击试验时，试验电路的设计和调整对于波形的准确性和稳定性有着至关重要的影响。
需要根据被试变压器的额定电压和电流等参数，设计合理的试验电路。
在设计试验电路时，需要考虑到电压和电流的分布性、传输线的阻抗匹配、绕组的耦合等因素，以保证试验波形的传输和传播的稳定性和可靠性。
在试验电路的调整过程中，需要针对特定的被试变压器进行合理的调整。
首先需要对传输线和绕组等部分进行匹配调节，确保试验波形的稳定传播。
需要对试验电路中的滤波器、隔离器等辅助装置进行调节，以保证试验信号的干净和纯净。
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截波电压的产生
产生截波的方法从原理上讲是很简单的，在试 验回路中与被试品并联一个放电间隙(如图所示)。 在冲击电压下使该间隙击穿放电就可形成截波。 通常间隙的放电分散性是相当大的，要产生满 足国家标准要求的截波波形，且使得截断分散 性在±0.1µs是比较困难的。冲击电压试验中的 截波的产生根据具体试验的条件多用以下三种 方法取得： (1)将全波试验波形的波前拉长，然后用球间隙 来截断，截断的电压幅值由球隙来控制。此时
当变压器内部安装了用来限制内部部件上的冲击过电压的非线性元件(如:避雷 器)时。设备在运行中带的任何内部非线性元件要随设备一 起进行试验。外部非 线性元件和其他外部电压控制元件(如:电容器)在试验期间应断开。
应保持校准时与全电压试验时的冲击线路及测量接线不变。
中性点雷电冲击试验接线： 所有其他端子接地，雷电冲击直接施加在中性点端子上。
GB/T 1094.3－2017 国家标准规定对于Um≤72.5kV变压器的线端雷电冲击全波 试验为型式试验，大于72.5kV的为例行试验，而线端雷电截波冲击试验和中性 点端子雷电全波冲击试验均为型式试验。雷电冲击试验的目的是用来检验变压 器每一线端对地，对其他绕组以及被试绕组本身的冲击电压耐受强度。 1 雷电冲击电压波形 在运行的电力系统中，出现的大气过电压会有各种各样的波形，但不能用多种 波形进行试验。根据系统的运行情况，世界各国都把全波和截波作为模拟雷电 冲击的标准波形。当雷电波进入变电站而没有外绝缘放电时，电压即为全波， 而当变电站空气绝缘间隙或设备的外绝缘等发生放电时，即为截波。
设备最高电压范围
绝缘类型
全绝缘
全绝缘
分级绝缘 全绝缘和分级绝缘
线端雷电全波冲击试验 (LI)
线端雷电截波冲击试验 (LIC)
中性点端子雷电全波冲 击试验(LIN)
型式(包括在 LIC中) 型式
型式a
例行 型式 型式a
例行 型式 型式
例行 型式 型式
a： 对全绝缘的三相变压器，当中性点端子不引出时，中性点端子雷电全波冲 击试验(LIN)为特殊试验。
(2)试品及试验设备要正确接线，要保证引线对各接地部分的绝缘距离，以免在试 验过程中出现不应有的绝缘放电。
中性点套管带电部分对地的最小空气间隙
(3)升高座、连管、充油套管及有单独油室的分接开关等可能储存气体的部位， 均应充分放气。 (4)检查套管及产品的油位，确认产品油位正常。 (5)选择分接开关位置，并用万用表检查分接开关的导通状态，保证接触良好。 分接位置：
士20%
2 冲击电压发生器 变压器的雷电冲击试验必须按规定的电压波形进行，要产生这种波形就需有冲击电 压发生器，通常发生器的雷电冲击试验系统有五部分构成。
整流、充电电源
冲击电压发生器
试品
控制系统
测量系统
冲击电压发生器的工作原理：
雷电冲击试验电压可用多级冲击电压发生器产生。冲击发生器的工作原理是多级电容 器并联充电，然后串联放电，形成幅值很高的冲击电压，原理线路图见图：
线端雷电冲击试验接线：
冲击试验是将冲击波按试验顺序连续施加到被试绕组的每一个线端上。变压 器的其他线端应直接接地，或为了获得所需要的波形通过一个阻抗接地。该阻抗 不应超过线路波阻抗(如果该值由用户提供) 或400 Ω两者中的一个较低者。任何 情况下，在其他端子上产生)或50%(对角结绕组)。每个端子均应采用尽可能小的附加阻抗值来获得所 需的波形。
对于绕组中性点端子附近带分接绕组的变压器，如果用户无特殊要求，则进行冲击 试验时，分接绕组应在最大分接位置。
波前时间允许最大达到13µs
下图是几种典型的变压器试验接线。
试验准备、调波及产品试验
产品施加冲击电压试验前，要做如下的准备工作：
(1)做好技术准备，查清产品技术条件、试验鉴定大纲、有效的试验标准，重大产 品要编制试验大纲。
如果分接范围不超过士5%且变压器的额定容量不大于2500kVA，则雷电冲击 试验应在变压器的主分接进行。
如果分接范围超过士5%或变压器的额定容量大于2500kVA，则除非经过同意， 否则雷电冲击试验应在变压器的两个极限分接和主分接进行，在三相变压器的每相 或三相组变压器的每台单相变压器上各使用其中的一个分接进行试验。 (6)检查套管是否装有电流互感器，最好将互感器接线盒端子全部短接接地。 (7)若套管有测量屏时，应将测量屏接地。 (8)要做好试验的安全措施，要有信号灯、指示牌、围栏等。必要时，要指定专 人观察产品、设备。
电力系统中的高压电气设备除承受长期工作电压(交流或直流）作用外，还受到 大气感应造成的过电压的作用。变压器是电力系统中一种应用非常广泛的电气设 备，为保证电力系统的安全运行，要求它有足够的冲击绝缘强度，能够承受冲击 过电压的作用。对于不同电压等级的输变电系统，国家标准中均明确规定了不同 电压等级的变压器产品的冲击绝缘水平。
实际施加的全波电压应在预期的截波试验电压的1.2倍左右。 (2)将冲击电压发生器的波前电阻用电感绕组代替，此时冲击电压发生器输出的 电压波形就由指数波变成了振荡波，该振荡波的波前基本上是一种斜角波，利用 球隙就可以得到截波。
目前广泛采用的是可控截断装置
3 冲击电压测量系统 高压试验中测量冲击电压的主要装置是分压器、示波器测量系统。系统组成见 图，主要由高压引线、分压器、同轴电缆和测量仪器组成。
全波是具有一定极性的非周期性脉冲电压波，其波前部分的电压上升很快， 到达峰值后再缓慢地降到零。
截波是指雷电冲击电压全波在经过一段时延(几微秒)后被外间隙截断的波形，根据 截断时延的长短，截波分为波前截断和波尾截断。
特征参数
技术要求
容许偏差 士3%
全波
1.2µs
士30%
截波
50µs 3～6µs
0.3
4 试验线路及产品接线 一般冲击试验线路见图
按试验设备、试品及测量装置的实际布置，可分为主电路、测量电路及截断电路 三个基本电路，三个电 路的接点在试品端， 测量电路应用尽可能短的引线，直 接接到试品端，引线仅通过测量电流，可较真实地测量试品的电压，而不包括其 他的引线压降，这种接线使截断回路最短，可取得较陡的截波电压。
如果绕组有中性点端子，则该中性点端子应直接接地或通过一个低阻抗(如 测量电流用的分流器)接地。油箱也应接地。如果只有在中性点与地之间连接电阻 才能获得所需要的波形，则需要施加额外的完整的冲击试验顺序。在这种情况下， 先进行一次不加电阻的全电压冲击试验。可能达不到需要的波形，要再进行一次 增加电阻后的试验以获得所需要的波形。截波(如有要求)可不重复第二次。