雷电冲击电压试验系统的组成及选型方法

雷电冲击试验是评估电气设备绝缘强度的一项关键高压试验，用于模拟设备在运行中遭受雷击过电压时的耐受能力。

一、 设备主要组成

一套完整的雷电冲击电压试验系统由以下几个核心部分协同工作：

1. 冲击电压发生器

这是系统的核心，其功能是产生符合标准要求的雷电冲击电压波形。它基于马克思电路原理建造，由多级储能电容器、充电电阻、波前电阻、波尾电阻、点火球隙等部件组成。通过将各级电容器并联充电后串联放电，从而获得极高的冲击电压输出。

2. 直流充电装置

它为冲击电压发生器的各级电容器提供可调、稳定的直流高压电源。通常包括调压器、高压变压器、高压整流硅堆和滤波元件。该装置的充电电压精度和稳定性直接影响最终冲击电压的峰值精度。

3. 测量与截断系统

此系统负责精确测量和记录冲击电压。

分压器：将高电压按比例降至测量仪器可安全处理的低电压。阻尼电容分压器因其性能优异，已成为主流选择。

数字记录仪：高速、高分辨率的数字示波器，用于采集、显示并分析由分压器传来的低压信号，计算波形的峰值、波前时间、半峰值时间等关键参数。

截断间隙：用于在标准规定的时刻（如2-6微秒）截断冲击波，产生“雷电冲击截波”，以模拟绝缘子在冲击下发生闪络的情况。

4. 自动控制系统

现代试验系统的指挥中枢。通常由工业计算机、专用控制软件和可编程控制器构成。它实现对整个试验流程的自动化控制，包括充电电压设定、自动点火、波形参数计算、试验序列管理、数据存储与报告生成，并集成安全联锁功能。

5. 试品与辅助设施

被试设备：本身是系统回路的一部分，其等效电容是影响波形和发生器选型的关键因素。

接地系统：要求低阻抗、大面积的良好接地，确保放电回路畅通和人员安全。

屏蔽试验大厅：防止高压放电产生的强烈电磁辐射干扰测量系统和周边电子设备。

二、 设备选型要点与步骤

选型的目标是确保设备能为特定试品产生符合标准的波形。选型应遵循以下逻辑：

第一步：明确试验需求

确定最高试验电压：查阅被试产品所遵循的国家或国际标准，确定所需的全波和截波试验电压峰值。

评估最大负载电容：确定待试产品中电容最大的一种（通常是大型电力变压器），估算或测量其等效对地电容。这是选型中最关键的技术参数。

第二步：计算冲击电压发生器关键参数

标称电压：发生器的最高输出空载电压。应比所需最高试验电压高出10%-20%，以补偿负载压降并为调节预留裕量。

标称能量：决定发生器驱动大电容负载能力的核心指标。发生器的储能必须足够大，才能在连接大电容试品时，仍能产生标准规定的1.2/50微秒波形。通常需要根据试品电容和输出电压，通过效率公式进行详细计算，确保负载电容在发生器的有效负载能力范围内。

波形调节能力：发生器的波前电阻和波尾电阻应具备足够的可调范围，以适应不同电容的试品，精确调出标准波形。

第三步：选择合适的测量与控制系统

测量系统：选择带宽足够（通常大于20MHz）、响应快速的阻尼电容分压器与高采样率数字记录仪组合。整个测量系统必须定期进行标准校准，确保测量不确定度符合要求。

控制系统：优先选择自动化程度高、软件功能成熟的系统，以提高测试效率、重复性和安全性。

选型概括：对于电容小的试品（如绝缘子），侧重电压等级和测量精度；对于电容大的试品（如变压器），发生器能量是选型的首要决定性因素，必须进行严谨的负载能力核算。