陡波冲击电流发生器的调试

陡波冲击电流发生器的调试

1陡波冲击电流发生器西安电瓷研究所现有的陡峭波发生器在使用过程中发现，在测量单带氧化锌电阻片时，陡峭波的最大振幅仅为10ka。单带氧化锌电阻片的1s振幅为10ka，陡峭波的能量损失为8s，与10ka的雷声能量损失相比仅增加了2%4%。这一结果与美国、日本等国所测数据相比相差较大,国外所测数据其增高约为6%～11%。上述现象出现的原因大致为:①原陡波冲击电流发生器的设计是采用10台MY50-0.6型电容器圆形式布置,每台电容器到试品的距离相等,以使各台电容器送到试品的电流在同一时间达到,各并联回路的电流在试品处同时达到最大值,叠加起来可产生幅值20kA的最大电流。但是,经大量试验表明,各并支路的电流在试品处,并未同时达到最大值,电流幅值达不到20kA的要求,实际只能达到10kA。②主电容器由于使用过久,已出现漏油现象,绝缘性能下降,电容器充电电压达不到要求,这也是造成冲击电流幅值偏低的又一原因。③根据标准规定,冲击残压测量系统的响应特性时间要求应不大于20ns,原分压器未经校验,其响应时间可能远大于20ns,这是造成冲击残压测量幅值偏低的主要原因。随着高电压等级线路型金属氧化物避雷器的逐步使用,金属氧化物避雷器受到极短波头雷电流入侵的概率变大。因此,高幅值陡波冲击电流下的残压引起了普遍注意。为提高测试水平,应完善测试设备。因此,重新设计制作了一套幅值能达到40kA的陡波冲击电流发生器,其测量误差符合国家标准的规定。并且,利用该设备,分别在波头1μs、2.5μs、和8μs,幅值5kA、10kA、20kA、40kA冲击电流下,对不同厂家的D3、D4、D5、D7电阻片的残压进行了测量,并对试验结果进行了分析比较,供有关部门在制定避雷器技术条件时作为参考。2安装调试器考试装置的调试2.1陡波冲击试验测试a,陡波冲击电流具有视在波前1μs的冲击电流,实测波前时间为0.9μs～1.1μs,视在波尾半峰值时间不应大于20μs。b,试验装置应能产生陡波冲击电流幅值40kA。c,试验装置测量系统的响应特性应符合以下要求:冲击电流测量系统的响应特性≤150ns冲击残压测量系统的响应特性≤20ns2.2脉冲电容器把定方案一:经理论计算并结合实际工作经验,设计采用4台脉冲电容器作为主电容,单台额定电压50kV,电容量2μF,但由于经费问题,予以否定。方案二:在试验室中,有多台脉冲电容器为原收稿日期∶2003−08−08¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯收稿日期∶2003-08-08¯1600kV冲击电压发生器拆换下来的旧电容器,单台额定电压100kV,电容量1μF,可采用两台电容器并联方式作为主电容。充电回路与8/20μs残压试验回路的充电部分共用。无经费问题,确定采用方案二。2.3放电回路的测量a,试验装置整体布置的原则是,放电路径应尽量短,以减小回路总电感,使冲击电流有尽可能大的陡度和幅值。尤其是产生波头1μs的冲击电流,减小电感尤为重要,否则波头长度将会超过标准规定。b,回路中串联一个1Ω左右的线性电阻,一方面可以限制试品电阻片闪络时的电容器短路电流,另一方面还可以起缩短波头时间的作用。该串联电阻的热容量和内电感都比金属丝绕电阻好。c,测量残压时,从电阻分压器到试品引线尽量短且用截面较大的裸铜线,否则,由于di/dt的影响,冲击电流幅值越高,影响越大,残压测量误差将增加3%～5%。d,调试结果如图1、图2所示。2.4残压检测和补偿a,冲击电流测量时,采用从美国进口的测量线圈CT,电流比为0.01V/A,因冲击电流测量系统的响应特性要求不大于150ns,响应时间要求不严,测量线圈CT的响应时间可以满足要求。b,分压器,此次重新制作的分压器为电阻型的,高低压臂皆由特殊制造的电阻制成;分压比稳定,误差不超过1%。经使用从英国进口的2558型微欧姆计,测量精度0.02%,分压比实测为22.99。分压器响应时间经西安高压电器研究所检定,其响应时间为17ns,满足了不大于20ns的要求。c,在波头1μs陡波冲击电流下的残压测量时,根据IEC60099-4的7.3.1条规定,应校正测量回路电压的电感效应。本次在整个测量期间,都将电阻片和相同尺寸的金属试品进行试验,并校正了电阻片试品的电压,电流幅值分别为5kA、10kA、20kA、40kA时,金属试品上的峰值电压都未超过电阻片试品峰值电压的20%以上。3残压的测量实验分别在波头为1μs、2.5μs和8μs冲击电流下,对不同厂家的D3电阻片(尺寸ϕ35mm×24mm)、D4电阻片(尺寸ϕ42mm×24mm)、D5电阻片(尺寸ϕ53mm×25mm)、D7电阻片(尺寸ϕ70mm×20mm)的残压进行了测量。测量过程中所使用的测量线圈CT、分压器、示波器等都为同一个设备,电流幅值分别为5kA、10kA、20kA、40kA,每次测量时的电流幅值控制在±3%内,测量结果如下。波头1μs、8μs测量残压是国标GB11032-2000的规定要求必做的项目,而波头2.5μs测量残压的要求主要考虑线路避雷器在雷击杆塔时,流过线路避雷器电流的波头长度约为2.5μs。3.1d阻滞剂的试验结果D3电阻片的试验结果见表1。D3电阻片不同波形及不同电流幅值下残压值的对比结果见表2。3.2d4阻滞带的试验结果D4电阻片的试验结果见表3,不同波形及不同电流幅值下残压值的对比结果见表4。3.3d-阻滞试验结果D5电阻片的试验结果见表5,不同波形及不同电流幅值下残压值的对比结果见表6。3.4d7阻滞带的试验结果D7电阻片的试验结果见表7,不同波形及不同电流幅值下残压值对比结果见表8。3.5基于不同电阻片残压的变化从表1～表8可以得出以下结果。a,不同厂家不同尺寸的电阻片,在冲击电流幅值相同时,波头1μs和8μs下残压变化与电阻片的压比没有明显关系;波头2.5μs和8μs下残压变化与电阻片的压比没有明显关系。b,在5kA下,波头1μs与8μs残压的变化,D3电阻片为3.41%～4.95%,D4电阻片为4.06%～5.82%,D5电阻片为4.23%～6.48%,D7电阻片为7.50%～8.64%。直径小的电阻片残压变化小。直径大的电阻片残压变化明显增大。c,在10kA下,波头1μs和8μs残压的变化,D3电阻片为6.05%～9.09%,D4电阻片为6.49%～10.16%,D5电阻片为6.63%～8.83%,D7电阻片为7.81%～10.18%。随电阻片直径变大,电阻片的残压变化有增大趋势。d,在20kA下,波头1μs和8μs残压的变化,D3电阻片为6.19%～9.32%,D4电阻片为6.00%～9.07%,D5电阻片为7.21%～8.43%,D7电阻片为7.91%～9.23%。随电阻片直径变大,电阻片的残压变化有增大趋势。波头2.5μs和8μs残压的变化,D5电阻片为5.43%～7.15%,D7电阻片为4.31%～8.13%。残压变化基本相同。e,在40kA下,波头1μs和8μs残压的变化,D5电阻片为2.53%～5.02%,D7电阻片为5.98%～8.44%,随电阻片直径变大,电阻片的残压变化明显增大。波头2.5μs和8μs残压的变化,D5电阻片0.77%～2.76%,D7电阻片为1.74%～4.11%,残压变化略有增加。f,对D3、D4、D5电阻片,波形8/20μs下,10kA与5kA下残压的变化基本相同,对D7电阻片,10kA与5kA下残压变化略有下降。波形8/20μs下,20kA与10kA下残压的变化,D3电阻片为11.25%～12.52%,D4电阻片为9.86%～12.49%,D5电阻片为7.56%～8.93%,D7电阻片为5.10%～8.98%,随电阻片直径变大,电阻片的残压变化明显下降。波形8/20μs下,40kA与20kA下残压的变化,D5电阻片为16.81%～19.44%,D7电阻片为13.94%～17.35%。随电阻片直径变大,电阻片的残压变化有所下降。g,对D3、D4、D5电阻片,波形1/5μs下,10kA与5kA下残压的变化基本相同,对D7电阻片,10kA与5kA下残压变化有下降趋势。波形1/5μs下,20kA与10kA下残压的变化,D3电阻片为11.32%～12.66%,D4电阻片为6.92%～12.00%,D5电阻片为7.32%～9.44%,D7电阻片为5.62%～8.80%,随电阻片直径变大,电阻片的残压变化明显下降。波形1/5μs下,40kA与20kA下残压的变化,D5电阻片为11.89%～14.50%,D7电阻片为13.60%～15.25%,残压变化基本相同。h,对D5、D7电阻片、波形2.5/10μs下,40kA与20kA下残压的变化基本相同。i,在20kA下,波头1μs和2.5μs残压的变化,D5电阻片为0.82%～1.84%,D7电阻片为0.36%～4.50%,随电阻片直径变大,电阻片的残压变化有增大趋势。40kA下,波头1μs和2.5μs残压的变化,D5电阻片为0.75%～3.48%,D7电阻片为3.29%～5.64%。随电阻片直径变大,电阻片的残压变化明显增大。4残压波形平滑,无振荡,混合器、带皮、反应时间等电波特性能(1)新组装的陡波冲击电流发生器参数选择合理,结线布置恰当,操作简便,输出电流波形及幅值能够满足GB11032-2000及IEC60099-4标准的规定。(2)冲击电流及残压波形平滑,无振荡,波形误差满足GB/T16927.1-1997标准要求。(3)测量线圈、分压器