不同阻值衝擊電阻分壓器對MOV殘壓的影響

本文轉載自優測實驗室研究報告，原標題為：

-孫湧的優測實驗室

SPD的殘壓測試是IEC國際電工委員會最為關注的6大問題之一，本文運用三組不同高壓臂阻抗的衝擊電阻分壓器，分別在源阻抗為0.45Ω和1.1Ω的8/20μs波形衝擊電壓發生器源阻抗下進行不同衝擊電流下MOV殘壓試驗，試驗結果表明：

（1）衝擊電壓發生器源阻抗為0.45Ω時，A、B、C三組分壓器在20kA下測得殘壓會發生分壓比線性偏離，20kA以上高壓臂阻值越高，分壓器越穩定。

（2）衝擊電壓發生器源阻抗上升1.1Ω時，A、C分壓器在不同衝擊電流下測得殘壓均分壓比穩定，高壓臂阻值對測量MOV殘壓影響很小。

1.分壓器試驗模型設計

 

本文選用三組衝擊電阻分壓器，分別標記為A,B,C，具體參數見表1，衝擊電阻分壓器在衝擊電流測試系統中的連接見圖1，R1和R2分別代表衝擊電阻分壓器的高壓臂和低壓臂。

 表1：A、B、C三組電阻分壓器的參數對比

組別

A

B

C

高壓臂（Ω）

1340

4113

19300

低壓臂（Ω）

150

49

106

分壓比（V/v）

9.93:1

83.1:1

183:1

圖1 衝擊電阻分壓器在衝擊電流測試系統中的連接

 

本文按照圖1的連接方式首先用8/20μs波形衝擊電流源阻抗為0.45Ω的衝擊電壓發生器進行A、B、C三組衝擊電阻分壓器對In=60kA，Imax=100kA，Up≦3.5kV的MOV進行不同衝擊電流下的殘壓測試，得出各分壓器測試下MOV殘壓，並進行伏安特性研究。其次更改衝擊電壓發生器源阻抗為1.1Ω，運用A、C兩組分壓器進行重複試驗，再次研究分析對負載殘壓的影響。

2.不同高壓臂阻值的分壓器對阻性負載殘壓測量的影響

 

試驗條件：

試品選用的電湧保護器為3片34S621的MOV並聯設計，預期通流能力In=60kA。8/20μs波形衝擊電壓發生器的輸出源阻抗調整為0.45Ω【參考文獻1】。對同一試驗樣品進行10 kA、20 kA、30 kA、40 kA、60 kA幅值衝擊，每次試驗後試品冷卻到室溫。在保證測試迴路中通過電流值一致的前提下，分別使用三組電阻分壓器進行單獨殘壓採樣試驗，得到的測驗數據結果如表2所示。 

表2：三組不同高壓臂阻值的分壓器測量殘壓結果 

I （kA）

殘壓（V）

A

B

C

9.9

1220.8

1219.92

1219.8

20.6

1478.4

1450

1476.6

30

1648.8

1654

1712

40

1792

1840

1913.2

59.2

1971.2

2152.8

2289.8

從表格的數據分析看，高壓臂阻值越高在不同量程下測得的殘壓越高，按照分壓器設計規定，電阻式分壓器的高壓臂應保持在10kΩ-20kΩ，最低不得低於2kΩ【參考文獻2】，在此條件下，以C組分壓器為基準，可以得到A組與C組殘壓數據之間的偏離率。如下表。從30kA下的殘壓開始已經超出了2%的人員讀數與示波器誤差範圍。 

表3：A組相對C組分壓器的殘壓偏離率 

I （kA）

A組的偏離率（相對C）

9.9

0.0%

20.6

0.12%

30

-3.69%

40

-6.33%

59.2

-13.9%

利用三組分壓器採集的殘壓值與通過電流值繪製出三條伏安特性曲線，研究分壓比的線性偏離。伏安特性曲線如圖1所示。

圖2：A、B、C三組分壓器測量殘壓的伏安特性曲線

 由伏安特性曲線圖可以看出：

（1）在20kA以下衝擊電流幅值測量電湧保護器殘壓時，三組不同的分壓器均能保持分壓比的線性度。

（2）在20kA以上衝擊電流幅值測量電湧保護器殘壓時，開始出現分壓比的線性偏離，A組低阻值分壓器偏離嚴重，B組偏離居中。

（3）C組高阻值分壓器能夠保持分壓比線性穩定。

3.衝擊電流輸出源阻抗對阻性負載殘壓測量的影響

 

當提高衝擊電流的源阻抗時，發生器的帶測試負載能力將會有很大提升，按照迴路原理，成倍提高充電電壓，可以是輸出功率也成倍增加。提高源阻抗可以消除試品的動態阻抗與迴路中的其他阻抗對測試的影響。

將發生器的迴路電容進行更改，使源阻抗增加到1.1Ω，充電電壓上升一倍，對新更換的同一樣品進行10 kA、30 kA、50 kA。在保證測試迴路中通過電流值一致的前提下，分別使用三組電阻分壓器進行單獨殘壓採樣試驗，得到的測驗數據結果如下。 

表4：在源阻抗為1.1Ω發生器下殘壓對比 

I （kA）

殘壓（V）

A

C

9.6

1120

1119.96

29.4

1600

1581.12

*53.6

2100

2108.16

*註：受電容器耐壓限制，本次試驗最高為50kA。

圖3：表4：在源阻抗為1.1Ω發生器下伏安特性曲線

通過表格與伏安特性曲線可以得到：

（1）當衝擊電流發生器的源阻抗提高到1.1Ω時，A組與C組分壓器測得的殘壓趨勢一致。

（2）兩組分壓器的分壓比沒有出現偏離的現象。

（3）在驗證了40Ω電流發生器的前提下，可得出當衝擊電流發生器源阻抗高於1.1Ω時，可以認為分壓器的高壓臂阻值高低不會帶來分壓比的偏離。

 

4.小結

本文通過三組不同高壓臂阻值分壓器對In=60kA，Imax=100kA的MOV進行衝擊電流為10kA、20kA、30kA、40kA、60kA下殘壓測試，並更改衝擊電流源阻抗測試A、C兩組衝擊電阻分壓器對MOV殘壓影響，得出如下結論：

（1）衝擊電流源阻抗為0.45Ω，衝擊電流在20kA以下三組衝擊電阻分壓器測得MOV的殘壓仍保持分壓比線性，20kA以上A組分壓器線性偏離嚴重，B組次之，C組穩定性良好，高壓臂阻值越高越能保持分壓比線性穩定。

（2）衝擊電流源阻抗為1.1Ω，A、C兩組衝擊電阻分壓器均未出現偏離現象，高壓臂阻值高低對MOV殘壓不會帶來分壓比線性偏離。

參考文獻：

[1]姚學玲,杜志航, 陳景亮,孫湧, 李祥超.不同源阻抗8/20μs衝擊電流下MOV動態性能的仿真研究[J]。高電壓技術2010, 36(9)。Yao Xue-ling, Du Zhi-hang, ChenJing-liang, Sun Yong, Li Xiang-chaoSimulation Research on DynamicCharacteristics of MOV under 8/20μs Impulse Current Generators withDifferent Source Impedances[J].HIGH VOLTAGE ENGINEERING.2010, 36(9)。

[2] 陳景亮,姚學玲,孫偉.脈衝電流技術[M]. 西安：西安交通大學出版社,2008