陡波冲击电流试验装置及残压测量分析
2004年第1期(总第197期
)
电瓷避雷器
I N SULA TORS AND SU RGE A RRESTERS
2004N um ber1(Ser 1№197)
文章编号:100328337(2004) 0120039205
陡波冲击电流试验装置及残压测量分析
张益民
(西安电瓷研究所, 陕西西安 710077)
摘 要:简要介绍了建立陡波冲击电流发生器的重要性。阐述了该试验装置的技术要求及测量要求、设计方案、波形调试及调试结果。分别对不同厂家的D 3、D 4、D 5、D 7电阻片的波头1Λs 、
215Λs 和8Λs , 幅值分别为5kA 、10kA 、20kA 、40kA 冲击电流下的残压进行了测量, 并对测试结果进行了分析比较。
关键词:陡波冲击电流发生器; 波头; 波尾; 残压; 相对误差
中图分类号:TM 83514 文献标识码:B
1 引言
西安电瓷研究所原有的陡波冲击电流发生器, 在使用过程中发现, 测量单片氧化锌电阻片时, 电流幅值最大只能达到10kA ; 1Λs 幅值10kA 8值10kA ～4%。大, 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M Y 502016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20n s , 原分压器未经校验, 其响应时间可能远大于20n s , 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
收稿日期:2003208208
普遍注意, 。因此, 40kA 的陡波冲击电
。并且, 利, 1Λs 、215Λs 、和8Λs , 幅值5kA 、、40kA 冲击电流下, 对不同厂家的D 3、D 4、D 5、D 7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 陡波冲击电流发生器试验装置的调
试
211 参数要求
a , 陡波冲击电流具有视在波前1Λs 的冲击电
流, 实测波前时间为019Λs ～111Λs , 视在波尾半峰值时间不应大于20Λs 。
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≤150n s 冲击残压测量系统的响应特性≤20n s 212 设计方案的确定
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2ΛF , 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
作者简介:张益民(19682) , 男, 山西天镇人, 工程师, 现从事高电压技术研究。
・39・
2004年第1期 陡波冲击电流试验装置及残压测量分析 (总第197期)
计, 测量精度0102%, 分压比实测为22199。分压器
额定电压100kV , 电容量1ΛF , 可采用两台电容器并响应时间经西安高压电器研究所检定, 其响应时间为联方式作为主电容。充电回路与8 20Λs 残压试验回17n s , 满足了不大于20n s 的要求。路的充电部分共用。无经费问题, 确定采用方案c , 在波头1Λs 陡波冲击电流下的残压测量时, 1600kV 冲击电压发生器拆换下来的旧电容器, 单台
根据IEC 6009924的71311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213 波形调试
a , 试验装置整体布置的原则是, 放电路径应尽和相同尺寸的金属试品进行试验, 并校正了电阻片试
10kA 、20kA 、40kA 量短, 以减小回路总电感, 使冲击电流有尽可能大的品的电压, 电流幅值分别为5kA 、二。
陡度和幅值。尤其是产生波头1Λs 的冲击电流, 减小时
, 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。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18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d i d t 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。
图2 5kA 冲击电流示波图
实测波尾时间413Λs
3 残压测量分析
分别在波头为1Λs 、215Λs 和8Λs 冲击电流下, 对不同厂家的D 3电阻片(尺寸
图1 5kA 冲击电流示波图
注:图中CH 1为通道1冲击电流波形; CH 2为通道2残压波形; 实测波前时间1104Λs 。
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1Λs 、8Λs
a , 冲击电流测量时, 采用从美国进口的测量线测量残压是国标GB 1103222000的规定要求必做的圈CT , 电流比为0101V A , 因冲击电流测量系统的项目, 而波头215Λs 测量残压的要求主要考虑线路避响应特性要求不大于150n s , 响应时间要求不严, 测雷器在雷击杆塔时, 流过线路避雷器电流的波头长度量线圈CT 的响应时间可以满足要求。约为215Λs 。214 电流和电压的测量
b , 分压器, 此次重新制作的分压器为电阻型的,
311 D 3电阻片的试验结果
D 3电阻片的试验结果见表1。D 3电阻片不同波
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型微欧姆形及不同电流幅值下残压值的对比结果见表2。
・40・
2004年第1期 电 瓷 避 雷 器 (总第197期)
表1 D 3电阻片试验结果
试品编号
U 1mA U 5k A U 5k A U 10kA U 10kA U 20kA U 20kA
′′′
表4 表3中不同波形及不同电流幅值下残压值的对比
5#[***********][1**********]135
1#[***********][**************]
2#[***********][1**********]110
3#[***********][1**********]132
4#[***********][1**********]141
试品编号
a b c d e f g
1#[***********][1**********]8
2#[***********][1**********]86
3#[***********][1**********]9
4#[***********][1**********]8
5#[***********][1**********]9
注:8 20Λs 5kA 下残压为U 5kA , 10kA 下残压U 10kA , 20kA
′
下残压为U 20kA ; 1 5Λs 5kA 下残压为U ′, 5kA , 10kA 下残压U 10kA
313 D 5电阻片的试验结果
D 5电阻片的试验结果见表5, 不同波形及不同
20kA 下残压为U ′。20kA , 下同
电流幅值下残压值的对比结果见表6。
表5 D 5电阻片试验结果
试品编号
U 5k A U 10kA U 10kA U 20kA U 20kA U 20kA U 40kA U 40kA U 40kA
″′″′′表2 表1中不同波形及不同电流幅值下残压值的对比试品编号
a b c d e f g
1#[***********]112111125
2#[***********]11193
3#[***********]136
4#[***********]5112152
5#[***********]7612115
1#[***********][***********][1**********]
2#[***********][***********][1**********]8
[***********][***********][1**********]77
4#[***********][***********][**************]
5#[***********][***********][**************]
′
注:a =(U ′U 5k A , b =(U 10kA -U 10k A ) U 10kA , c =5kA -U 5k A ) ′
(U ′U 20kA , d =(U 10kA -U 5kA ) U 5k A , e =(U 10kA -20k A -U 20kA )
U 5kA ) U 5kA , f =(U 20k A -U 10kA ) U 10k A , g =(U 20kA -U 10k A ) U 10kA , 下同。
′′′′′
312 D 4电阻片的试验结果
D 4电阻片的试验结果见表3, 不同波形及不同
注:8 20Λs 5kA 下残压为U 5k A , 10kA 下残压U 10kA , 20kA 下残压为U 20kA ; 1 5Λs 5kA 下残压为U ′5k A , 10kA 下残压
′′
10Λs 20kA 下残压为U 10kA , 20kA 下残压为U 20k A , 215Λs ″″
U 20kA , 40kA 下残压为U 40k A , 下同。
电流幅值下残压值的对比结果见表4。
表3 D 4电阻片试验结果
试品编号
U 1mA U 5k A U 5k A U 10kA U 10kA U 20kA U 20kA
′′′
1
#
2
#
3
#
4
#
5
#
314 D 7电阻片的试验结果
D 7电阻片的试验结果见表7, 不同波形及不同
[***********][1**********]195
[***********][1**********]59
[***********][1**********]84
[***********][1**********]114
[***********][1**********]118
电流幅值下残压值对比结果见表8。315 试验结果分析
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1Λs 和8Λs 下残压变化与电阻片的压比没有明显关系; 波头215Λs 和8Λs 下残压变化与电阻片的压比没有明显关系。
・41・
2004年第1期 陡波冲击电流试验装置及残压测量分析 (总第197期) 表6 表5中不同波形及不同电流幅值下残压值的对比试品编号
a b c d e f g h i j k l m n o
7150%～8164%。直径小的电阻片残压变化小。直径
1#[***********][***********][***********]6101822103
″
2#[***********][***********][***********]1811842120
3#[***********][***********][***********]7811333148
4#[***********][***********][***********]132118125#[***********][***********][***********]931101大的电阻片残压变化明显增大。
表8 表7中不同波形及不同电流幅值下残压值的对比试品编号
a b c d e f g h i j k l
1#[***********][***********][***********]63129
2#[***********][***********][***********]117
3#[***********][***********][***********]5129
4#[***********][***********][***********]721735164
5#[***********][***********][***********]741504116
注:h =(U 20kA -U 20kA ) (U 40k 40kA ) U 40kA , j
′
=(U ″A =(U -20kA ) U 20kA , l =(U 40k A -40kA -U 40kA ) ′′″″′″U 20kA ) U 20kA , m =(U 20kA ) U 20kA , n =(U 20kA -U 20k A )
U 20kA , o =(U 40k A -U 40kA ) U 40k A , 下同。
″
′
″
″
m n o
表7 D 7电阻片试验结果
试品编号
1#4108
2#4119
3#4108
4#4124
5#4117
c , 在10kA 下, 波头1Λs 和8Λs 残压的变化, D 3
电阻片为6105%～9109%, D 4电阻片为6149%～U 1mA
10116%, D 5电阻片为6163%～8183%, D 7电阻片
[***********]74U 5k A
为7181%～10118%。随电阻片直径变大, 电阻片的
′
[***********]26U 5k A
残压变化有增大趋势。
[***********]24U 10kA d , 在20kA 下, 波头1Λs 和8Λs 残压的变化, D 3
′
[***********]95U 10kA 电阻片为6119%～9132%, D 4电阻片为6100%～
9107%, D 5电阻片为7121%～8143%, D 7电阻片为[***********]89U 20kA
′7191%～9123%。随电阻片直径变大, 电阻片的残压[***********]60U 20kA ″变化有增大趋势。波头215Λs 和8Λs 残压的变化, D [***********]123U 20kA
电阻片为5143%～7115%, D 7电阻片为4131%～[***********]01U 40kA
8113%。残压变化基本相同。′
[***********]77U 40kA
e , 在40kA 下, 波头1Λs 和8Λs 残压的变化, D 5″
[***********]38U 40kA
电阻片为2153%～5102%, D 7电阻片为5198%～
b , 在5kA 下, 波头1Λs 与8Λs 残压的变化, D 38144%, 随电阻片直径变大, 电阻片的残压变化明显电阻片为3141%～4195%, D 4电阻片为4106%～增大。波头215Λs 和8Λs 残压的变化, D 5电阻片5182%, D 5电阻片为4123%～6148%, D 7电阻片为0177%～2176%, D 7电阻片为1174%～4111%, 残
・42・
2004年第1期 电 瓷 避 雷 器 (总第197期)
压变化略有增加。
20Λs 下, 10kA f , 对D 3、D 4、D 5电阻片, 波形8
与5kA 下残压的变化基本相同, 对D 7电阻片, 10kA 与5kA 下残压变化略有下降。波形8 20Λs 下, 20kA 与10kA 下残压的变化, D 3电阻片为11125%～12152%, D 4电阻片为9186%～12149%, D 5电阻片为7156%～8193%, D 7电阻片为5110%～8198%, 随电阻片直径变大, 电阻片的残压变化明显下降。波形8 20Λs 下, 40kA 与20kA 下残压的变化, D 5电阻
D 5电阻片为0175%～3148%, D 7电阻片为3129%
～5164%。随电阻片直径变大, 电阻片的残压变化明
显增大。
4 结论
(1) 新组装的陡波冲击电流发生器参数选择合
片为16181%～19144%, D 7电阻片为13194%～
17135%。随电阻片直径变大, 电阻片的残压变化有差满足GB T [1**********]7标准要求。
(3) 测量线圈、分压器、示波器等测量误差和时所下降。
5Λs 下, 10kA 间响应特性都符合GB g , 对D 3、D 4、D 5电阻片, 波形1 T [1**********]7标准的有关
与5kA 下残压的变化基本相同, 对D 7电阻片, 10kA 规定。
(4) 从D 3、D 4、D 5、D , 与5kA 下残压变化有下降趋势。波形1 5Λs 下, 20kA
理, 结线布置恰当, 操作简便, 输出电流波形及幅值能够满足GB 1103222000及IEC 6009924标准的规定。
(2) 冲击电流及残压波形平滑, 无振荡, 波形误
与10kA 下残压的变化, D 3电阻片为11132%～波头1Λs 8Λs 、日本等的测量12166%, D 4电阻片为6192%～12100%, D 5电阻片。
对35、D 7不同直径的电阻片, 在为7132%～9144%, D 7电阻片为5162%～8180%,
随电阻片直径变大, 520kA 、40kA 不同电流幅值下, 波头1Λs 形1 5Λs 下, 40kA 与20kA , D 8Λs 下残压的变化最大为10118%, 最小为片为11189%～1411360%～3141%。均小于GB 1103222000中12%的规定。15125%, 参考文献:
10Λs 下, 40kA h , 对D 5、D 、波形215 [1] GB 1103222000交流无间隙金属氧化物避雷器[S ]1
与20kA 下残压的变化基本相同。[2] IEC 6009924交流系统用无间隙金属氧化物避雷器[S ]1
i , 在20kA 下, 波头1Λs 和215Λs 残压的变化, D 5电阻片为0182%～1184%, D 7电阻片为0136%
[3] GB T [1**********]7高电压试验技术第一部分:一般
试验要求[S ]1
[4] GB T [1**********]7高电压试验技术第二部分:测量
～4150%, 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1Λs 和215Λs 残压的变化, (上接第38页)
(3) 对地下钢铁设施实施阴极保护是一项成熟、安全的技术, 国内许多接地网的阴极保护技术的成功运用说明了这一点。
参考文献:
[1] 李景禄1变电站接地网存在的问题及改进措施[J ]1
系统[S ]1
[5] 卢刚, 耿风慧, 丁锐, 等1变电站接地网的“阴极保
护”防腐技术[J ]1供用电, 2001(10) :34～361
[6] 许卫东, 郭燕容1莱城电厂两台300MW 机组接地网
的阴极保护防腐设计[J ]1山东电力技术, 2001(6) :
48～501
[7] 火时中1电化学保护[M ]1北京:化学工业出版社,
1988, 20～211
[8] 米琪, 李庆林1管道防腐蚀手册[M ]1北京:中国
高电压技术, 1995(4) :70～711
[2] 李景禄1实用电力接地技术[M ]1北京:中国电力
建筑工业出版社, 1994, 176～1901
[9] 王光雍, 王海江, 李兴濂1自然环境的腐蚀与防护
(大气1海水1土壤) [M ]1北京:化学工业出版社, 224～3071
[10]
出版社, 2002, 187～2031
[3] 胡士信1阴极保护工程手册[M ]1北京:化学工业
出版社, 1999, 63～1211
[4] H 1H 1尤里克, R 1W 1瑞维亚1腐蚀科学与腐蚀工程
朱志平1锌基牺牲阳极特性探讨[J ]1腐蚀与防护,
1995(1) 31～331
导论[M ]1北京:石油工业出版社, 1994, 220～2221
・43・