防雷保护装置的试验

关于防雷保护装置的试验防雷保护装置的试验大致可以分为以下四类：

1、设计性试验；

2、鉴定性试验；

3、产品试验；

4、诊断性试验。第2页,共56页，2024年2月25日，星期天主要内容：

人工模拟雷电暂态过电压和过电流；快速脉冲测量系统；合适的试验接线方式。第3页,共56页，2024年2月25日，星期天一、脉冲高电压的产生

第4页,共56页，2024年2月25日，星期天

充放电的过程可以概括为：主电容先并联充电，然后在串联放电，主电容由并联转变为串联是靠一组球隙实现的。

第5页,共56页，2024年2月25日，星期天放电后的等效电路

第6页,共56页，2024年2月25日，星期天波头上升快慢与电阻Rf有关，波尾下降快慢与电阻Rt有关。

Rf越小，波头上升越快；

Rt越大，波尾下降越慢。

第7页,共56页，2024年2月25日，星期天参数的确定：第8页,共56页，2024年2月25日，星期天提高输出电压

一、提高充电电压；二、增加级数。第9页,共56页，2024年2月25日，星期天第10页,共56页，2024年2月25日，星期天二、脉冲高电压的测量

在脉冲电压发生器和示波器之间需要设置一个中间环节，作用是将高电压脉冲按照原样降低到示波器可以接受的幅度，它就是脉冲分压器。

第11页,共56页，2024年2月25日，星期天1、电阻分压器

第12页,共56页，2024年2月25日，星期天

两端的匹配条件是：

R2+R3=R5=Z

式中，Z是电缆的波阻抗。

第13页,共56页，2024年2月25日，星期天

为了避免示波器现象板电容与输入引线的寄生电感L造成示波图上出现振荡，可以在示波器输入端的引线上加一个电阻r。第14页,共56页，2024年2月25日，星期天初始出现在示波器的电压为：

初始的电压比表示为：

第15页,共56页，2024年2月25日，星期天最终出现在示波器上的电压为：

最终的分压比可表示为：

第16页,共56页，2024年2月25日，星期天

要使初始分压比与最终分压比相等，必须有：

R5=Z第17页,共56页，2024年2月25日，星期天2、电容分压器

第18页,共56页，2024年2月25日，星期天电容分压器初始的分压比为：

到达稳态后的最终分压比为：

第19页,共56页，2024年2月25日，星期天

要使初始分压比与最终分压比相等，一般选择电容值，使之满足：

C1+C2=C3+C0第20页,共56页，2024年2月25日，星期天3、阻容混合分压器第21页,共56页，2024年2月25日，星期天初始分压比近似取决于电容，即：

分压器的最终分压比取决于电阻，即：

第22页,共56页，2024年2月25日，星期天

为了使分压比的初始值等于最终值，应该满足：

C2R=C1R1

为了在电缆的两端不能有反射发生，要求阻抗匹配：

R4=R2+R3=Z第23页,共56页，2024年2月25日，星期天对于整个测量系统而言，初始分压比表示为：

测量系统的最终分压比可表示为：第24页,共56页，2024年2月25日，星期天三、脉冲大电流的产生

第25页,共56页，2024年2月25日，星期天

根据R、L和C之间的关系，可以分三种情况来考察脉冲电流的波形。

脉冲电流的表达式为：

1、第26页,共56页，2024年2月25日，星期天脉冲电流的表达式为：

2、式中的δ为衰减因子，表达式为：

第27页,共56页，2024年2月25日，星期天脉冲电流的表达式为：

3、ω为振荡角频率，表达式为：第28页,共56页，2024年2月25日，星期天

从以上三种情况的电流表达式可以知道，放电回路中阻抗的大小直接决定着脉冲电流的波形。当阻抗比较小时，可以产生较大幅值的电流。因此，脉冲电流发生器要产生高幅值的电流，必须尽可能地减小电路中的电感。第29页,共56页，2024年2月25日，星期天四、脉冲大电流的测量

脉冲大电流的测量是通过一个电流测量元件来实施的，电流测量元件能够将脉冲大电流转换成一个低电压信号，再将这个低电压信号引入示波器的现象板上，就可以记录脉冲电流的波形。第30页,共56页，2024年2月25日，星期天第31页,共56页，2024年2月25日，星期天1、分流器

示波器记录的信号是脉冲大电流流过分流器电阻Rs产生的压降，即：第32页,共56页，2024年2月25日，星期天

当电阻器Rs是一个纯电阻时，示波器记录的电压u（t）与脉冲大电流i（t）成正比，u（t）的波形能反映i（t）的波形。由于脉冲大电流流过分流器时产生集肤效应和热效应，使分流器的阻值Rs不能维持恒定，同时分流器自身也存在着电感，使得分流器不能成为一个纯电阻。第33页,共56页，2024年2月25日，星期天2、Rogowski线圈

该线圈利用被测电流所产生的磁场在线圈中感应出的电压来测量电流，被测试的电流不流过线圈本身，线圈与放电回路在电气上是绝缘的，这样就可以克服分流器测量的缺点。

第34页,共56页，2024年2月25日，星期天第35页,共56页，2024年2月25日，星期天M表示线圈与主放电载流导线回路之间的互感系数

第36页,共56页，2024年2月25日，星期天如果被测电流i（t）的频谱上限频率ω1（在几到几十MHz之间），有：

Z》ω1L可以忽略线圈的内部压降，认为u（t）全加在Z上。如果在下限频率ω2（几到几百赫兹）以上，有：第37页,共56页，2024年2月25日，星期天

可认为电容上的电流i0（t）主要由电阻R来确定，即：

在以上两个条件都满足的情况下，示波器测得的电压可由下式来确定：第38页,共56页，2024年2月25日，星期天第39页,共56页，2024年2月25日，星期天五、脉冲高电压与脉冲大电流的试验施加方式1、引线连接

脉冲电压或电流通过共模和差模两种引线连接形式施加于被测保护装置上。第40页,共56页，2024年2月25日，星期天第41页,共56页，2024年2月25日，星期天第42页,共56页，2024年2月25日，星期天第43页,共56页，2024年2月25日，星期天第44页,共56页，2024年2月25日，星期天第45页,共56页，2024年2月25日，星期天2、耦合方式

对于不带电的保护装置进行脉冲冲击试验时，将脉冲电压或电流按照共模或差模的引线连接形式加到保护装置上。第46页,共56页，2024年2月25日，星期天第47页,共56页，2024年2月25日，星期天向带电试验系统耦合脉冲电压的方式有两种：串联和并联。1）、串联耦合第48页,共56页，2024年2月25日，星期天2）、并联耦合

第49页,共56页，2024年2月25日，星期天后置滤波器，有两个作用：

一是保护电源或信号源在冲击试验时不会被损坏；二是提供高阻抗迫使绝大部分脉冲电流进入被试保护装置。第50页,共56页，2024年2月25日，星期天3、检验判据1）、被试保护装置输出端的暂态电压幅值（即残压值）低于一个给定的可以接受的值；

2）、输出端输出的剩余能量应低于一定的可接受的值；第51页,共56页，2024年2月25日，星期天3）、经过规定的脉冲冲击试验后，被试保护装置中各元件必须完好无损，性能不变。

4）、脉冲冲击试验后，保护装置中保护元件上的泄漏电流不能超过规定的范围，检测泄漏电流的变化是为了考察保护元件的老化程度。第52页,共56页，2024年2月25日，星期天六、保护盲区问题

对于多级保护电路来说，可能存在一定的保护“盲区”，所谓“盲区”是指在持续时间长且幅值较低的暂态过电压作用下，前级保护元件未动作，后级保护元件已经在过电压作用下损坏的工作区。第53页,共56页，2024年2月25日，星期天