衝擊耐壓試驗

衝擊耐壓試驗用來檢驗各種高壓電氣設備在雷電過電壓、操作過電壓等衝擊電壓作用下的絕緣性能和保護性能，試驗電壓要比設備絕緣正常運行時承受的電壓高出很多。許多高壓電氣設備在出廠試驗、型式試驗時或大修後都必須進行衝擊耐壓試驗。衝擊電壓發生器也是高壓實驗室的基本設備之一，隨著輸電電壓等級的不斷提高和電纜等大電容量電氣設備的廣泛套用，衝擊電壓發生器的輸出電壓和能量也不斷提高。

基本介紹

• 中文名：衝擊耐壓試驗
• 外文名：Impact pressure test
• 目的：檢驗高壓設備絕緣性能和保護性能
• 類屬：電力設備高壓試驗的基本項目之一
• 特點：輸出幾十萬伏到幾百萬伏的電壓
• 危險程度：較為危險

衝擊高壓的產生

雷電衝擊電壓是利用衝擊電壓發生器產生的,操作衝擊電壓既可以利用衝擊電壓發生器產生，也可以利用衝擊電壓發生器與變壓器聯合產生。

1、雷電衝擊電壓的產生

基本原理：衝擊電壓發生器的原理電路如圖所示。主電容C₀在被間隙C隔離狀態下，由整流電源充到穩壓電壓U₀。間隙G被點火擊穿後，電容G₀上的電荷經電阻Rt放電，同時也經R_t對C充電(此處，被測試品的電容可視為等值地並人電容C_t中)，在被測試品上形成上升的電壓波前。C_t上的電壓被充到最大值後，反過來又與C₀一起對R_t放電，在被測試品上形成下降的電壓波尾。為了得到較高的效率，主電容C₀應比C_t大得多,以便形成快速上升的波前和緩慢下降的波尾。

衝擊電壓發生器原理電路圖

2、操作衝擊高壓的產生

獲得操作衝擊高壓的途徑通常有兩種：一種是利用雷電衝擊電壓發生器，適當改變其參數。這種方法適用於具有高阻抗的被測試品。另一種是利用雷電衝擊電壓發生器與變壓器聯合產生。後一種方法多數用於試驗變壓器自身。

(1)利用雷電衝擊電壓發生器產生操作衝擊高壓

利用雷電衝擊電壓發生器來產生操作衝擊電壓，在原理上與產生雷電衝擊電壓是一樣的，只是操作衝擊電壓的波前和半峰值時間均較雷電衝擊電壓長得多，這就要求大大地增加發生器放電的時間常數，需要調整放電迴路的參數，即增大各種電容(C₀和C_t)和各種電阻(如R₁和R_t)的值。為了減小在主迴路放電時通過充電電阻分流放電的影響(它會使發生器的效率降低)，必須將各級充電電阻的阻值加大，但是伴隨著充電時間的增加，充電的不均勻度大增。為此，在選擇衝擊電壓發生器的參數時。需要全面地考慮上述因素，才能達到良好的輸出波形。為了提高衝擊電壓發生器的效率，也可以用電感調整波前，即用電感代替波前電阻，能獲得較高的輸出電壓，波前電壓的線性也較好。但是波形中稍帶有振盪分量，不過這還是允許的。

(2)利用雷電衝擊電壓發生器與變壓器聯合產生操作衝擊高壓

利用一個小型雷電衝擊電壓發生器產生一個峰值較低的衝擊電壓，將它施加於變壓器低壓側，因為操作衝擊試驗電壓的等值頻率不高，所以在變壓器高壓側能感應出高幅值的操作衝擊電壓來。小型雷電衝擊電壓發生器可在現場組裝，因此，這種方法便於現場使用。

衝擊高電壓的測量

1、用球隙測量

由於球隙的伏秒特性在放電時間大於1μs時幾乎是一條直線，故用球隙可測量波前時間不小於1μs，半峰值時間不小於5μs的任意衝擊全波或波尾截斷的截波峰值。因在衝擊電壓作用下球隙放電具有分散性，球隙測量的電壓是球隙的50%放電電壓。確定50%放電電壓時，通常對球隙加10次同樣的衝擊電壓，如有4-6次發生了放電，就認為此電壓就是50%放電電壓，此時根據球隙放電電壓表進行大氣條件校正，就得到被測的衝擊電壓的峰值。

2、用分壓器測量系統測量

分壓器測量系統包括：①從被測試品接到分壓器高壓端的高壓引線；②分壓器；③連線分壓器輸出端與示波器的同軸電纜；④示波器，如果只要求測量峰值，則可用峰值電壓表代替示波器。

衡量分壓器波形誤差的標準，套用得最普遍的是方波回響時間。在分壓器高壓側施加一個單位階躍波，理想情況下，分壓器低壓側輸出的也應該是階躍波，只是幅值按分壓比減小。但實際上由於分壓器存在各種非理想的因素，輸出電壓並不是階躍波，而可能是近似按指數規律上升或衰減振盪的波形。將這個曲線乘以分壓比，歸算到輸入端，就得到歸算後的單位方波回響g(t)，再與輸入的單位方波比較，它們之間形成的面積稱為方波回響時間廠。廠的值越大，表示分壓器的失真越大。實際上，用部分回響時間以及過沖盧這兩個特性指標來衡量誤差，更為恰當，如圖所示：

衝擊測量系統的方波回響(a)指數性；(b)振盪型

衝擊電壓分壓器按其結構可分為四種類型：電阻型；電容型；並聯阻容型；串聯阻容型。電阻分壓器高、低壓臂均為電阻，但由於衝擊電壓的變化速度快，因而對地雜散電容的影響大，形成不可忽略的電納分支。而且，其電納值不是恆定的，與被測電壓中各諧波頻率成比例。這將使輸出波形失真，分壓幅值也有誤差。對電阻分壓器採取一定的改善措施，可套用於1000kV及以下衝擊電壓測量領域。

電容分壓器高壓臂電容器C，電容量較小，但要耐受絕大部分電壓，它是電容分壓器的主要部件。高壓臂電容可以是集中式電容，也可以是分散式電容。低壓臂電容器C：的電容量較大，而耐受電壓不高，通常選用穩定性好、低損耗、寄生電感小、電容量大的電容器，如雲母、空氣或聚苯乙烯電容器。電容分壓器也存在對地雜散電容，但由於分壓器本身也是電容構成的，所以雜散電容只會引起幅值誤差，而不會引起波形畸變。然而，如果考慮分壓器各單元的寄生電感和各段連線的固有電感，電容分壓器在衝擊電壓的作用下存在著一系列高頻振盪迴路，其中的電磁振盪將使分壓器輸出電壓的波形發生畸變。為了阻尼各處的振盪，可對電容分壓器進行改進，製造出新的阻容分壓器。

並聯阻容分壓器在測量快速變化過程時，沿分壓器各點的電壓分布同電容分壓器，這樣就可以克服對地雜散電容對電阻分壓器產生的波形畸變。在測量慢速變化過程時，沿分壓器各點的電壓分布同電阻分壓器，避免了電容器的泄漏電阻對分壓比的影響。串聯阻容分壓器在各級電容器旁串聯電阻，可以阻尼對地電容和寄生電感引起的振盪。但串聯電阻後將使分壓器的回響時間增大，如果在低壓臂中也按比例地串人電阻，則可以保持回響時間不變。它可以用來測量雷電衝擊、操作衝擊和交流電壓，電壓可達到兆伏級。

衝擊耐壓試驗的意義

衝擊電壓發生器是產生脈衝波的高電壓發生裝置。衝擊電壓試驗是電力設備高壓試驗的基本項目之一。衝擊電壓試驗既可用於研究電力設備遭受大氣過電壓(雷擊)時的絕緣性能，又可用於研究電力設備遭受操作過電壓時的絕緣性能。同時，在進行電磁兼容研究及放電機理研究等許多方面也都需要進行衝擊電壓試驗。

衝擊耐壓試驗的特點

一般衝擊電壓發生器要滿足兩個要求：首先要能輸出幾十萬伏到幾百萬伏的電壓，同時該電壓要有一一定的波形。為了產生幅值很高的脈衝電壓，仍採用1923年發明的Marx多級迴路，如圖所示。該迴路中3級電容器以並聯的方式經過高阻RL“被直流電壓源充電到U₀，然後經過3級球間隙f的同步放電被串聯起來，從而在試品上獲得將近3U₀的脈衝電壓。雖然在實際使用中的Marx迴路有多種不同的迴路接線，但基本原理相同。

Mrax三級迴路示意圖

根據實測，雷電波是一種非周期性脈衝，它的參數具有統計性。它的波前時間(約從零上升到峰值所需時間)為0.5~10μs，半峰值時間(約從零上升到峰值後又降到峰值一半時所需時間)為20~90μs,累積頻率為50%的波前和半峰值時間約為1.0~1.5μs和40~ 50μs。操作衝擊電壓波的持續時間比雷電衝擊電壓波長得多，形狀比較複雜， 而且它的形狀和持續時間隨線路的具體參數和長度的不同而有異，不過國際上趨向於用一種兒百微秒波前和幾千微秒波長的長脈衝來代表它。為了保證多次試驗結果的重複性和各實驗室間試驗結果的可比性，對波形及波形定義應有明確規定。為此國際電工委員會和國家標準規定了標準雷電衝擊全波及截波的波形和標準操作衝擊電壓波形。標準雷電衝擊是指波前時間T為1.2μs，半波峰值時間T為50μs的雷電衝擊全波，標準雷電衝擊截波是指經過2~5μs被外部間隙截斷的標準衝擊。，有關設備標準可以規定不同的截斷時間。由於測量上的實際困難，電壓跌落的持續時間沒有標準化。標準雷電衝擊電壓的容許偏差，除有關設備標準另有規定外，實際記錄的衝擊和1.2/50μs標準雷電衝擊的規定值之間的容許偏差。