20课时 雷电冲击电压
雷电冲击电压实验
实验五雷电冲击电压实验一、实验目的：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。
本实验通过实验装置及控制平台模拟产生相应的雷电冲击波，观察长气隙击穿放电现象以及通过控制台观察冲击波的波形。
进而了解冲击电压发生器的功能要求及技术要求，了解其工作原理、系统组成、具体结构、以及相关操作，明确冲击电压试验的有关注意事项，掌握完整的操作流程和操作技能，初步具备开展相关试验任务的能力。
二、实验项目：通过雷击冲击电压发生器产生高压冲击波击穿长气隙放电。
三、实验说明：1.冲击电压在系统中的存在形式和表现：因雷电影响会在电力系统中产生大气过电压，有2种基本形式，即直击雷过电压和感应雷过电压，它们都表现为一段作用很短的过电压脉冲。
这种过电压波一般会引起绝缘子闪络或避雷器动作，从而形成冲击截波。
如果过电压幅值很大，其波头上升很快，引发的绝缘子闪络或避雷器动作就可能发生在波头部分，将形成冲击陡波。
因系统的倒闸操作、元件动作或发生故障等原因，是系统状态改变，引发过渡过程，可能产生涌动的电压升高，形成操作冲击波。
它是一种作用时间较长的过电压波形。
2.冲击电压的特点：雷电冲击电压波是一种作用时间很短的过电压脉冲波，具有单极性，一般为负极性，如果引起放电，其产生的冲击电流很强。
冲击截波对电感线圈类设备可能造成更加严重的威胁，而冲击陡波对冲击陡波对绝缘子内绝缘子内绝缘的威胁更大。
操作冲击波的能量来自系统内部，其作用时间比雷电波长得多，持续的能量累积造成的损害可能比雷电波更为严重。
3.冲击电压的波形及其参数：大自然的雷电波或实际的操作波并不一致，但为了便于研究和工程应用，对统计结果进行优化和标准化，形成工程上应用的标准冲击波，主要包括以下4种：（1）雷电冲击电压全波参数：T1/T2=1.2/50μs 精确要求：峰值≤±3% ，T1≤±30% ， T2≤±20%（2）冲击电压截波头截波尾截波参数： Tc=2～5μs 截波过零洗漱U2/Uc=0.3±0.05 （3）冲击电压陡波参数：T1/T2=0.2/10μs T1=2～5μs 陡度25KV/ns或1000KV/μs（4）冲击电压操作波参数：Tcr/T2=250/2500μs精确要求：峰值≤±3% ，Tcr≤±30% ， T2≤±60%四、冲击电压的产生与测量1、冲击电压的产生试验所需冲击电压波由冲击电压发生器产生。
雷电冲击电压的产生和伏秒特性的测量实验体会
雷电冲击电压的产生和伏秒特性的测量实验体会小伙伴们！今天咱就来唠唠这个雷电冲击电压的产生和伏秒特性的测量实验，那可真是一场让人又爱又恨的体验啊！刚进实验室的时候，我瞅着那些仪器设备，心里就直犯嘀咕。
这一堆堆的线路和仪表，就像一群神秘的外星生物，对我这个新手来说充满了未知的挑战。
我当时就想，这哪是做实验，简直就是要去探索一个未知的小宇宙啊！那雷电冲击电压是咋产生的呢？其实就像是给一个超级电容器充电，然后突然释放能量，就像洪水决堤一样，瞬间产生一个高电压脉冲。
这个过程，说起来简单，做起来可不容易。
你得小心翼翼地调整各种参数，就像走钢丝一样，一个不小心，可能就得不到想要的结果了。
再说这伏秒特性的测量。
这就好比是给这个雷电冲击电压拍个小传记，记录它在不同时间下的电压表现。
我们用示波器来捕捉这些瞬间，示波器的屏幕就像一个舞台，电压的波形在上面跳着独特的舞蹈。
我还记得在实验过程中，有一次怎么调参数都得不到正确的波形，我那个着急啊，就像热锅上的蚂蚁。
当时我就在想，这实验是不是在故意跟我作对呢？后来经过老师的指点，才发现原来是一个小线路接错了。
哎真是个低级错误，感觉自己就像个迷糊的小菜鸟。
不过通过这个实验，我也学到了很多。
就像那句老话说的，失败是成功之母嘛。
这个实验让我明白，做任何事情都要有耐心，就像钓鱼一样，不能急功近利。
而且，那些看起来复杂的仪器设备，只要你用心去了解，就像和新朋友相处一样，慢慢就会熟悉起来。
在测量伏秒特性的时候，看着那一条条歪歪扭扭的曲线，我突然觉得它们好像在讲述着雷电冲击电压的秘密故事。
也许这些曲线看起来不怎么规则，但正是这种不规则才反映出了雷电冲击电压的复杂性和独特性。
我就在想，这实验和我们的生活是不是也有点像呢？充满了各种意想不到的情况，有时候你觉得一切都在掌控之中，可下一秒就可能出现问题。
但只要我们不放弃，像个勇敢的探险家一样不断探索，总能找到解决问题的办法。
你们说是不是呢？今天来和大家分享一下雷电冲击电压的产生和伏秒特性的测量实验的那些事儿。
第7章 冲击电压发生器
图2 记录电压波形和试验电压波形 (a)记录和试验电压波形；(b)基本波形叠加滤波后残余波形成
为试验电压波形
图3 雷电冲击电压截波 (a)在波尾截断的雷电冲击；(b)在波前截断的雷
电冲击
图4 冲击电压发生器基本回路
T—试验变压器；D—高压硅堆；r—保护电阻；R—充电电阻；
C1～C4—主电容器；rd—阻尼电阻；C′—对地杂散电容； g1—点火球隙；g2～g4—中间球隙；g0—隔离球隙；Rt—放电电阻；
第七章 冲击电压发生器 的原理
图1 雷电冲击电压全波
图1中0为原点。有时用示波器摄取到的波形，在0点 附近往往模糊不清，或是有起始之振荡。在产生冲
击电压的发生器的内电感大时，波形起始处也可能 有一小段较为平坦。此时波形的原点(真正的起始点) 在时间轴上不容易确定。电压波的峰值点，由于比 较平坦，在时间上也不易确定。IEC和国家标准采用 了如图1所示的办法来求得视在原点O1，再从O1算起 求出波前时间Tf和半峰值时间Tt。规定是视在波前时 间Tf为T/0.6。规定的标准雷电冲击试验电压波的波前 时间Tf为 ，半峰值时间Tt为 。
Rf—波前电阻；C0—试品及测量设备等电容
图5 冲击电压发生器串联放电时的等效回路
图6 双边充电的冲击电压发生器回路
图7 冲击电压发生器高效率回路
雷电的产生及参数;雷电冲击击穿培训资料
1 ，击穿电压分散性也较大。
思考作业
6-3、2-10
5、地面落雷密度和输电线路落雷次数
地面落雷密度γ指每个雷电日每平方公里的地面上 的平均落雷次数（单位：次/平方公里•雷电日）
我国标准对Td=40的地区，取
输电线路年平均遭受雷击的次数
N10 h100T 单位：次/100公里•年
1000
运行经验表明：土壤电阻率 较周围土地小得多
的场地、山谷间的小河旁、迎风的山坡等，地面 落雷密度远大于平均值，称为易击区。变电站或 线路选址时应考虑避开这些地区。
定义： 在多次施加某一波形和峰值一定的冲击电压时， 间隙被击穿概率为50％时的击穿电压。
实际中，施加10次电压中有4-6次击穿了，这一电压即可 认为是50％冲击击穿电压。
特点： 与电场均匀度有关
(1)在均匀和稍不均匀场中，击穿电压分散 性小。冲击系数
U 50 1
U0
(2)在极不均匀电场中，由于放电时延较长，其冲击系数
➢ 短气隙中（1cm以下），特别是电场均匀时，tf<<ts，放 电时延主要取决于ts。为减小ts： ❖ 可提高外施电场使气隙中出现有效电子的概率增加 ❖ 可采用人工光源照射，使阴极释放出更多的电子
➢ 较长气隙时，放电时延主要决定于tf，且电场越不均匀， tf越大。
冲击放电特点： 具有放电时延；Ub>U0
1、完成气隙击穿的三个必备条件：
➢ 足够大的电场强度或足够高的电压。 ➢ 在气隙中存在能引起电子崩并导致流注和主放电的有效 电子。 ➢ 需要有一定的时间，让放电得以逐步发展并完成击穿。
完成击穿所需放电时间很短（微秒级）：
➢直流电压、工频交流等持续作用的电压，满足上述三个条 件不成问题； ➢ 当所加电压为变化速度很快、作用时间很短的冲击电压时， 因有效作用时间短，放电时间就变成一个重要因素。
雷电冲击电压发生器的特点有哪些 发生器如何操作
雷电冲击电压发生器的特点有哪些发生器如何操作雷电冲击电压发生器紧要用于电力设备等试品进行雷电冲击电压全波、雷电冲击电压截波和操作冲击电压波的冲击电压试验，检验绝缘性能。
多种波形冲击电压发生器可雷电冲击电压发生器紧要用于电力设备等试品进行雷电冲击电压全波、雷电冲击电压截波和操作冲击电压波的冲击电压试验，检验绝缘性能。
多种波形冲击电压发生器可产生标准雷电波、操作波、雷电截波、振荡雷电波、振荡操作波、线路绝缘子陡波、合成绝缘子陡波和变压器感应操作波共八种冲击电压波形，技术指标符合国家标准和IEC标准的规定。
产品特点：回路电感小，并实行带阻滤波措施，在大电容量负载下能产生标准冲击波，负载本领大；电压利用系数高，雷电波和操作波分别不低于85％和80％；调波便利，操作简单，同步性能好，动作牢靠；接受恒流充电自动掌控技术，自动化程度高，抗干扰本领强；成套装置：冲击电压发生器本体、充电装置、弱阻尼电容分压器、多球截波或单球截波装置、陡波装置、陡波分压器、掌控台和测量装置。
能产生：标准雷电波、操作波、雷电截波、振荡雷电波、振荡操作波、线路绝缘子陡波、合成绝缘子陡波、变压器感应操作波等八种冲击电压波形雷电冲击电压发生器额定参数值标称电压：±900kV级电压：±150kV额定能量：21.9kJ每级主电容：0.325μF150kV（单台脉冲电容器0.65μF/75kV）冲击总电容：0.05417μF总级数：6级负荷电容：300—2000PF以下能产生以下几种波形1、标准雷电冲击电压全波，±1.2/50μs电压利用系数＞90%（空载）；波头时间1.2±30%微秒，波尾时间50±20%微秒。
2、1000～1500V/nS合成绝缘子陡波冲击电压，最大幅值600kV。
3、盘形悬式绝缘子2.8p.u.4、针式绝缘子2.0p.u.5、柱式绝缘子2.3p.u.这几种冲击电压波形参数及其偏差均符合有关国家GB311及GB16927标准的要求。
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）
武汉国电西高冲击电压培训课件
一、概述： 雷电冲击试验的目的和意义：
电力系统中的高压电器设备除承受长期工作电压作用及谐振过电压和操作
过电压外，还受到大气过电压。电力变压器是电力系统中的重要设备，为了保 证电力系统能够安全运行。要求变压器有足够冲击绝缘强度，对不同电压等级
的变压器，按照国家标准进行雷电冲击试验。
R的作用：C充电时连接电路 间隙放电能隔离电位
C
Rf
rd：阻尼放电回路中高频振荡 放电回路：
C
U0
_ +
rdRfRt 源自0 u2CRtC0
C/4
C
三、波形的形成
• 波头形成电路
Rf
U0
rd
C1
C0
• 波尾形成电路
rd
0
C1
Rt
四、发生器其他电路
D T
r
R
R
R
单边高效
D
r
R
R
R
T
rR
R
R
截断雷电冲击 耐受电压（峰 值） 并联电抗器 耦合电容器、 高压电力电 高压电器类 母线支柱绝缘 变压器类设备 电压互感器 缆 子、穿墙套管 的内绝缘 40 40 --40 40 45 60 60 ---60 60 65 75 75 ----75 75 85 105 105 105 105 105 115 125 125 125 125 125 140 185/200 185/200 200 185 185 220 325 325 325 325 325 360 额定雷电冲击耐受电压（峰值）
在雷电冲击电压作用下，绕组的电感能量和电容能量发生交换而形成震荡过 程。这个过程使绕组的匝间和饼间及绕组各饼对地的电位已不在是按匝数分布。
雷电冲击试验电压标准
雷电冲击试验电压标准
雷电冲击试验电压标准因设备和应用领域而异。
以下是一些常见的标准：
1. 电力系统：在电力系统中，雷电冲击试验电压通常为几千伏特至几百万伏特。
例如，根据IEC 62（国际电工委员会）的标准，电力系统的冲击电压试验通常在几千伏特至几十万伏特之间。
2. 电子设备：在电子设备中，雷电冲击试验电压通常为几百伏特至几千伏特。
例如，根据IEC 61000-6-2（国际电工委员会）的标准，电子设备的雷电冲击试验通常在几百伏特至几千伏特之间。
3. 通信设备：在通信设备中，雷电冲击试验电压通常为几百伏特至几千伏特。
例如，根据IEC 61000-6-2（国际电工委员会）的标准，通信设备的雷电冲击试验通常在几百伏特至几千伏特之间。
请注意，这些只是一般的参考值，具体的雷电冲击试验电压标准应根据设备的类型、用途和制造商的要求来确定。
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第20课时
学习任务：雷电冲击电压
任务目标：1 了解雷电冲击电压标准波形
2了解雷电放电时延
3了解雷电雷电冲击50%击穿电压
4了解雷电伏秒特性
任务重点：雷电伏秒特性
任务难点：操作冲击电压下空气间隙的击穿电压任务实施：
一相关知识学习
（一）雷电冲击电压标准波形
雷电冲击电压标准波形如图2-48所示
（视在）波前时间T1：1.2us，偏差±30% （视在）半峰值时间T2：50us，偏差±20%
（二）放电时延
如图所示，当时间经过 t 0，电压升高到持续作用电压下的击穿电压U 0时，间隙并不立刻击穿，而需经过t d 后，才能完成击穿。
统计时延t s ：从t 0开始，到
间隙中出现一个有效电子所需
的时间称为统计时延。
放电形成时延t f ：从出现有
效电子引起强烈的电离过程，
到间隙完全击穿需要的时间，
称为放电形成时延。
全部放电时间t d由三部分组成：
放电时延t1：
（1）短间隙中，放电形成时延小，统计时延成为主要因素。
（2）长间隙中，放电时延主要决定于放电形成时延。
（三）雷电冲击50%击穿电压
多次施加电压时，其中半数导致击穿的电压，称为50%冲击击穿电压（U50），以此来反映间隙的耐受冲击电压的特性。
冲击系数：50%冲击击穿电压和持续作用电压下击穿电压之比（均取峰值）称为冲击系数。
1、均匀电场和稍不均匀电场中的击穿电压
（1）击穿电压分散性小；
（2）50%击穿电压和静态击穿电压（即持续作用电压下的击穿电压）相差很小，冲击系数近似等于1；
（3）放电时延中，统计时延成主要因素；
（4）击穿通常发生在波头峰值附近。
2、极不均匀电场中的击穿电压
（1）击穿电压分散性大；
（2）由于放电时延较长，通常冲击系数大于1；
（3）击穿通常发生在波尾。
（四）伏秒特性
1 制订伏秒特性的必要性
由于雷电冲击电压持续时间短，放电时延不能忽略不计，所以仅取上述50%冲击击穿电压不能完全说明间隙的冲击击穿特性。
例如两个间隙并联，在不同峰值的冲击电压作用下，就不一定是50%冲击击穿电压低的那个间隙击穿了。
现以斜角波电压为例来说明考虑放电时延的必要性。
2 伏秒特性的制订方法
伏秒特性：用间隙上出现的电压最大值和放电时间的关系表征间隙在冲击电压下的击穿特性，称为伏秒特性。
伏秒特性的求取方法：
（1）保持标准波形不变，逐级升高电压；
（2）电压较低时，击穿发生在波尾，以冲击电压峰值作为纵坐标，而以放电时间作为横坐标；
（3）电压较高时，放电延时很小，击穿发生在波头，以放电时间作为横坐标，以击穿时的电压作为纵坐标。
（4）如每级电压下只有一个放电时间，则可绘得伏-秒特性如图所示。
（5）由于放电时间具有分散性，所以每级电压下可得一系列放电时间，如图a、b所示，所以实际上伏秒特性是以上下包线为界的一个带状区域，如图2-54c所示。
3 伏秒特性的用途
间隙伏秒特性的形状决定于电极间的电场分布：（1）极不均匀电场伏秒特性随时间减少而明显上翘；（2）均匀及稍不均匀电场伏秒特性比较平坦。
伏秒特性对于比较不同设备绝缘的冲击击穿特性具有重要意义，例如：
（1）如图所示，则在任一电压作用下，S2都将先于S1而击穿
（2）如图所示，伏秒特性相交
伏秒特性的实际意义
A
B
（1）
A
B
（2）
A
B
C
（3）
操作冲击电压下空气间隙的击穿电压
操作过电压：由于电力系统中存在电感和电容，所以在进行操作或发生事故时会引起振荡过程，造成很高的电压，称为操作过电压。
操作过电压的类型：
（1）频率：约几十赫到几千赫；
（2）峰值：最高可达3-4倍最大相电压。
标准操作冲击电压波形：250/2500us冲击电压。