最新雷电冲击电压波形

合集下载

雷电冲击过电压的理论与试验1

雷电冲击过电压的理论与试验一．引言电能与人类的生存、发展有密切关系，而高电压与绝缘技术是其中一个很重要的知识体系，它是支撑电能应用的一根有力的支柱。

高电压技术是以试验研究为基础的研究高电压及其相关问题的应用技术。

其内容主要涉及在高电压作用下各种绝缘介质的性能和不同类型的放电现象，高电压设备的绝缘结构设计，高电压试验和测量的设备及方法，电力系统的过电压与绝缘配合、高电压或大电流环境影响和防护措施，以及高电压、大电流的应用等。

目前，随着科技的发展、经济的需要，输电电压等级越来越高，输电距离越来越长，电网结构也越来越复杂。

而高电压技术对于进一步发展超高压、特高压输电继续起着重要的推动作用。

一些国家正在沿着传统的“外沿发展模式”，继续开展更高一级电压。

二．雷电冲击过电压理论雷电冲击电压是有雷电放电形成电流通过被击物体流入大地，电流脉冲在被击物体阻抗上的压降形成冲击电压。

雷电放电包括三个阶段：先导放电，主放电，余光放电。

主放电电流幅值较小，但电流波前时间比第一分量小得多，易造成过电压。

各分量中的最大电流和电流增长最大陡度是造成被击物体上过电压、电动力和爆破力的主要因素。

在余光阶段流过较长时间的电流则是造成雷电热效应的重要因素之一。

波形组成气隙的击穿有一个最低静态击穿电压Ｕｏ，但外加电压不小于Ｕｏ仅是气隙击穿的必要条件，欲使气隙击穿，还必须使该电压持续作用一定的时间。

静态击穿电压Ｕ0 是使气隙击穿的最小电压。

雷电冲击电压分为：全波，截波－－雷电冲击波被某处放电而截断的波形.(1) 全波：非周期性冲击电压，很快到峰值再逐渐下降 .如图1作图：取峰值＝1.０，０.９－－Ｂ点，０.３－－Ａ点，０.５－－Q点，连ＡＢ线，交１.０于C点，交横轴O1点。

O1C－－波前Ｔ＝(t1-t2)t f＝FO1－－视在波前时间t f／T＝（１.０－０.０）／（０.９－０.３）t f＝Ｔ／０.６＝１.６７Ｔt t－－视在半峰值时间波形有振荡时，取平均曲线。

雷电冲击试验标准

雷电冲击试验标准雷电冲击试验是指通过模拟雷电对设备、系统、结构等的影响，测试其对雷电冲击的抵抗能力。

雷电冲击试验标准是对这一测试过程进行规范的文件，其制定的目的是为了保证测试的准确性和可靠性，同时也为产品设计和制造提供了重要的参考依据。

本文将对雷电冲击试验标准进行详细介绍，以便对相关行业人士有所帮助。

首先，雷电冲击试验标准的制定是基于对雷电特性和设备性能的深入研究和分析。

在制定过程中，需要考虑雷电的特点，如电流、电压、波形等，以及设备的特性，如耐压能力、接地设计等。

通过对这些因素的综合考虑，制定出适用于不同设备和系统的测试标准，从而保证测试的全面性和可比性。

其次，雷电冲击试验标准的内容主要包括测试方法、试验设备、试验参数、试验过程、试验结果评定等方面。

在测试方法方面，标准会详细描述测试的步骤和要求，包括测试前的准备工作、测试过程中的操作规范、测试后的数据处理等。

试验设备部分会要求使用符合相关标准的设备，以保证测试的准确性和可靠性。

试验参数部分会规定测试中所需的电流、电压、波形等参数，以及对这些参数的要求。

试验过程部分会详细描述测试的具体步骤和注意事项，以确保测试的顺利进行。

试验结果评定部分会对测试结果进行分析和评定，从而得出对设备性能的评价。

最后，对于不同的设备和系统，雷电冲击试验标准会有所不同。

例如，对于电力设备来说，标准会要求测试其对雷电冲击的耐受能力，以保证其在雷电天气下的正常运行。

而对于电子设备来说，标准会要求测试其对雷电冲击的抵抗能力，以保证其在雷电天气下的安全可靠性。

因此，在实际应用中，需要根据具体的设备和系统选择相应的测试标准，以保证测试的准确性和有效性。

总之，雷电冲击试验标准是对雷电冲击试验过程进行规范的文件，其制定的目的是为了保证测试的准确性和可靠性，同时也为产品设计和制造提供了重要的参考依据。

通过对雷电冲击试验标准的详细介绍，相信能够对相关行业人士有所帮助，也能够推动相关领域的发展和进步。

雷电冲击电压波形K因子零相位数字滤波器设计

雷电冲击电压波形K因子零相位数字滤波器设计司文荣;傅晨钊;黄华;金珩;李彦明【摘要】According to the procedures for calculation of parameters of standard lightning impulses with superimposed overshoot or oscillations in IEC 60060-1 Ed. 3.0: High-voltage test techniques Part 1: General definitions and test requirements, and the introduced frequency dependent test voltage factor k(f), a way to design of zero-phase digital filter corresponding to the k{f) with IIR method is given in this paper. Principle of the zero-phase digital filter is shown with simulation test using signal processing to sine wave. The difference equation with the same frequency characteristic as k(f) defined in IEC 60060-1 Ed. 3.0, used to develop the software for measurement in impulse test is given. At last, the method is validated by processing several typical lightning impulses in TDC2. 04 of IEC 61083-2 Ed. 2. 0: Instruments and software used for measurement in high-voltage impulse tests Part 2: requirements for software, which shows its feasibility and veracity. This provides an effective digital filtering technology to develop impulse test system.%针对最新版IEC60060-1《高电压试验技术,第一部分:一般定义及试验要求》中叠加过冲和振荡的标准雷电冲击波形的数字处理程序,其引入与频率相关的试验电压因数k(f),介绍一种设计等价于k(f)对应转移函数的K因子零相位IIR数字滤波器的方法.对零相位数字滤波原理进行了分析与仿真实验.基于IEC60060-1中定义的试验电压因数k(f),给出了设计K因子零相位IIR数字滤波器的推导过程,以及可用于开发冲击电压测量软件的时域滤波差分方程.最后对最新版IEC61083-2《高压冲击试验测量用仪器和软件,第二部分:对软件的要求》附带的TDG 2.04中几种典型雷电冲击电压波形进行了滤波处理与参数提取,验证了该方法的可行性和准确性.为研制冲击电压测量系统提供了一种实用的数字滤波技术.【期刊名称】《电工电能新技术》【年(卷),期】2012(031)002【总页数】5页(P11-14,46)【关键词】试验电压因数k(f);零相位;数字滤波;雷电冲击;参数提取【作者】司文荣;傅晨钊;黄华;金珩;李彦明【作者单位】上海市电力公司电力科学研究院,上海200437;上海市电力公司电力科学研究院,上海200437;上海市电力公司电力科学研究院,上海200437;上海市电力公司电力科学研究院,上海200437;电力设备电气绝缘国家重点实验室(西安交通大学),陕西西安710049【正文语种】中文【中图分类】TM8351 引言电力系统在实际运行中不可避免地会遭受雷电冲击，为了研究电力设备在遭受雷电过电压时的绝缘性能，许多电气设备在型式试验、出厂试验或大修后利用冲击试验发生器进行雷电冲击电压试验。

雷电冲击试验

适用电力变压器操作波感应耐压试验。
第6页，共19页。
二、雷电冲击全波和截波的图示法及规定
我们公司的冲击电压发生器主要是用来产生标准雷电冲击全波截波。要进行冲击电压试验，就必须先知道冲击波形的规范性。 ❖ 全波标准规定：
（1）波前时间Tf为1.2uS，允许误差±30%；
（2）半峰值时间Tt为50 uS，允许误差±20%；（3）试验电压Um，允许偏差±3%，是指规定值和实测值之差，不
根据（1-3）式得：
-t1/τ1=-0.357
t1= 0.357τ1
根据（1-4）式得：
-t2/τ1=-2.3026
已知 Tf=1.67（t2-t1）即得：
t2= 2.3026 τ1
Tf= （2.3026 τ1- 0.357τ1）*1.67
=1.9456*1.67τ1
=3.249τ1
τ1=RC=R1*（（C1*C2）/ （C1+C2））
（2）求波尾Tt：
50%U0=U0*e（-Tt /τ2）
0.5= e（-Tt /τ2）
-Tt /τ2=-0.693
Tt=0.693 τ2
τ2=RC=R2*（C1+C2）
第12页，共19页。
3、雷电波效率计算
如上图：η=U2/U1
=（U2/UR2）*（UR2/U1） =（C1/（C1+C2））*（R2/（Rs+R2））当Rs=0时，回路为高效率
?gb311高压输变电设备的绝缘配合高电压试验技术规定了三种标准冲击波形11250微妙标准雷电冲击全波21225微妙标准雷电截波过零系数02503532502500微妙的标准操作冲击波tf为20250us90持续时间200us过零时间500us?iec517规定gis组合电器现场冲击试验的二种标准冲击波形4tf15微妙的振荡雷电冲击波5tcr100微妙的振荡操作冲击波文档仅供参考如有不当之处请联系本人改正

雷电冲击试验分析

Nhomakorabea

DL/T557《高压线路绝缘子陡波冲击耐受试验》规定了线路绝缘子陡波冲击耐受试验的标准冲击波形（6）Tf=100~200毫微妙的陡波冲击波。陡度2500KV/uS，最大输出电压幅值 500KV，适用于高压线路B型绝缘子陡波冲击耐受试验。 JB5892《高压线路用有机复合绝缘子技术条件》规定了有机复合绝缘子陡波冲击耐受试验的标准冲击波形（7）陡度大于1000KV/uS的陡波冲击波最大输出电压幅值600KV，适用于高压线路用有机复合绝缘子陡波冲击耐受试验。 DL474.6 《变压器操作波感应耐压试验》规定了变压器操作波感应耐压试验的标准冲击波形。（8） Tcr＞100微妙，Tz＞1000微妙，Td （90）＞200微妙的操作波冲击波适用电力变压器操作波感应耐压试验。
（1）
（2）
老试验站冲击等值电路
新试验站冲击等值电路
（3）
旧试验站球心放电原理：如图第一步：1点充电为+U0，当球隙击穿时，1点电位降到0，2 点电位由0变为-U0，那么第二个球隙两端的电位变成+UO-（U0） =2U0，肯定会导致第二个球隙击穿。第二步：同样第二个球隙击穿后，4点电位由0变为-2U0，那么第三个球隙两端的电位变成+UO-（-2U0）=3U0，肯定会导致第三个球隙击穿。所以有n个球隙击穿后，就有n个U0，它输出电压如8点就为-nU0，可见输出电压与充电电压极性相反。这一系列过程可被概括成为“多级电容器并联充电，而后串联放电，形成幅值很高的冲击电压波”。从发生器同步原理分析：（1）当C2（即球隙之间电容）为零时，Ug2=2UO，可见过电压倍数较高。（2）当C1、C3（即回路中对地杂散电容）为零时，Ug2≈UO，可见过电压倍数较低，g2就不可能击穿，所以杂散电容的存在加强了冲击发生器同步动作的有利条件。

变压器雷电冲击和操作冲击试验方法介绍

变压器雷电冲击和操作冲击试验方法介绍变压器作为电力系统中重要的设备之一，其安全性和稳定性至关重要。

为了确保变压器的质量和性能，需要进行一系列的试验，其中雷电冲击和操作冲击试验是必不可少的环节。

本文将向大家介绍变压器雷电冲击和操作冲击试验的方法。

一、雷电冲击试验雷电冲击试验是测试变压器耐受雷电过电压的能力。

在进行雷电冲击试验前，需要对试验设备和场地进行充分的准备。

具体步骤如下：1. 确定试验电压等级和波形：根据变压器的工作电压和用途，确定试验电压的等级和波形。

一般来说，对于110kV及以上的变压器，需要进行标准雷电冲击耐受试验。

2. 安装放电装置：在变压器顶部安装合适的放电装置，以保证在雷电冲击时能够顺利释放过电压。

3. 准备场地：试验场地应保持干燥、无尘，并设置警示标志，确保试验人员安全。

4. 试验操作：按照厂家提供的操作规范进行雷电冲击试验。

一般采用多级试验变压器分级加压，逐级升压至设计电压值，并记录变压器的电气性能和状态。

雷电冲击试验的主要目的是检测变压器的绝缘性能和耐受能力，包括绝缘材料的耐电强度、绕组的连续性、引线的机械强度等。

通过雷电冲击试验，可以评估变压器在遭受雷电过电压时的安全性能，为实际运行提供重要依据。

二、操作冲击试验操作冲击试验主要测试变压器在电力系统中的正常运行操作产生的电压、电流和电气性能。

操作冲击试验包括连续操作和间断操作两种形式。

具体步骤如下：1. 准备工作：根据变压器的规格和参数，准备相应的电源、测量仪表和工具。

2. 模拟操作：按照电力系统的运行方式，模拟各种操作过程，如投入、切除、重合等。

3. 测量记录：在操作过程中，对变压器的电压、电流、温度等参数进行实时监测和记录。

4. 分析评估：根据记录的数据进行分析，评估变压器的性能和稳定性。

必要时可进行重复操作试验，直到满足要求。

操作冲击试验旨在检测变压器在电力系统中的实际运行性能，包括变压器的绝缘性能、机械性能、散热能力等。

2023年电气试验备考押题2卷合壹(带答案)卷15

2023年电气试验备考押题2卷合壹（带答案）（图片大小可自由调整）全文为Word可编辑，若为PDF皆为盗版，请谨慎购买！第一卷一.全能考点(共100题)1.【判断题】绝缘电阻表的接线端子包括“A”端子、“B”端子及“N”端子。

参考答案：×2.【判断题】牌号为DB-10的变压器油可用于气温不低于-50C的地区作为户外断路器、油浸电容式套管和互感器用油。

参考答案：√3.【判断题】工频电压和谐振过电压的波形是周期性的,持续时间较长,其波形为正弦波,频率为工频或工频的倍数。

参考答案：√4.【单选题】绝缘电阻表的屏蔽端子为()。

A、B、.C、.LD、.G参考答案：A5.【单选题】工频耐压试验时,采用测量球隙的()可以直接测量高压交直流耐压时的试验电压峰值和冲击试验时的冲击电压峰值。

A、闪络电压B、电晕电压C、击穿电压参考答案：C6.【单选题】测量试品的绝缘电阻时,如空气湿度较大,应在出线瓷套上装设屏蔽环接到绝缘电阻表的()。

A、.“G”端子B、.“L”端子C、.“N”端子参考答案：A7.【单选题】两个电阻串联接入电路,当两个电阻阻值不相等时,则()。

A、.两电阻的电流相等B、.电阻大的电流小C、.电阻小的电流小参考答案：A8.【单选题】在电路中,负载消耗功率等于电源产生的功率与内阻损耗的功率()。

A、.之和B、.之差C、.之积参考答案：B9.【判断题】直流电阻测量的方法有直流压降法及平衡电桥法。

参考答案：√10.【判断题】光辐射引起的气体分子的电离称为光电离。

参考答案：√11.【单选题】气体热状态下引起的电离称为()。

A、.碰撞电离B、.热电离C、.光电离参考答案：B12.【单选题】光辐射引起的气体分子的电离称为()。

A、.光电离B、.碰撞电离C、.热电离参考答案：A13.【判断题】对于同一电容C如接在不同频率的交流电路中时,频率越高则容抗越大。

参考答案：×14.【单选题】以下开关设备的工作原理()为采用增大压力来提高击穿电压。

雷电冲击试验资料

截波标准规定：（1）波前时间Tf为1.2uS，允许误差 ±30%；（2）截波时间Td为2~5 uS （3）试验电压Um，允许偏差±3%，是指规定值和实测值之差，不是指测量误差。（4）当实际波形波前部分有振荡（过冲）规定振荡幅值不应超过0.05Um，反冲波幅值ur/ Um过零系数规定为 0.250.35 波形图画法：以D点与反波峰值的幅值的30%和90%的两点的联线与反波峰值的交点为N，与D点横向平行的交点为M，从M点所作的横轴垂线与O1之间的距离为截波时间Td。 T1=1.67T

DL/T557《高压线路绝缘子陡波冲击耐受试验》规定了线路绝缘子陡波冲击耐受试验的标准冲击波形（6）Tf=100~200毫微妙的陡波冲击波。陡度2500KV/uS，最大输出电压幅值 500KV，适用于高压线路B型绝缘子陡波冲击耐受试验。 JB5892《高压线路用有机复合绝缘子技术条件》规定了有机复合绝缘子陡波冲击耐受试验的标准冲击波形（7）陡度大于1000KV/uS的陡波冲击波最大输出电压幅值600KV，适用于高压线路用有机复合绝缘子陡波冲击耐受试验。 DL474.6 《变压器操作波感应耐压试验》规定了变压器操作波感应耐压试验的标准冲击波形。（8） Tcr＞100微妙，Tz＞1000微妙，Td （90）＞200微妙的操作波冲击波适用电力变压器操作波感应耐压试验。

三、雷电冲击发生器原理介绍
1、雷电波的基本形成
2、雷电波波头波尾时间计算
如图（3）是冲击电压发生器最基本的等值回路。试验前把C1充好电，当K（或点火球隙）动作后，由C1向C2充电，则试品两端电压： U1=U0*（1-e（-t /τ））（充电过程） C1、C2两端电压平衡后，一起又通过R2对地放电，则试品两端电压： U2=U0*e（-t /τ）（放电过程）根据雷电波形定义，来推导波头波尾时间公式：（1）求波头Tf： 30%U0= U0*（1-e（-t1/τ1））（1-1） 90%U0= U0*（1-e（-t2/τ1））（1-2）解方程组：0.3 = 1-e（-t1/τ1） 0.9 = 1-e（-t2/τ1） 0.7= e（-t1/τ1） 0.1= e（-t2/τ1）

雷电冲击电压试验

雷电冲击电压试验：为了考核变压器主、纵绝缘的冲击强度是否符合国家标准的规定和研究改进变压器的绝缘结构，要进行冲击电压试验。

所谓雷电冲击试验，就是在变压器绕组的端子上施加一种模拟真实的雷电波形的冲击波。

对变压器或其他电气设备，在此种冲击波的作用下进行考验，看其能否通过(或破坏)。

截波是相当于雷电波进入变电所时发生了保护间隙或空气绝缘的闪络而产生的波形，是雷电全波被突然截断的波形，电压急剧降落至零。

冲击电压发生器功能、波形介绍

电力系统中的高压电气设备在投入运行之前需要进行冲击电压试验来检验其在过电压作用下的绝缘性能。

随着电力科技的发展,需要进行冲击电压试验的试品种类日益增多。

冲击电压发生器是一种产生脉冲波的高电压发生装置。

原先它只被用于研究电力设备遭受大气过电压（雷击）时的绝缘性能，后来又被用于研究电力设备遭受操作过电压时的绝缘性能。

所以对于冲击电压发生器，要求不仅能产生出现在电力设备上的雷电波形，还能产生操作过电压波形。

冲击电压的破坏作用不仅决定于幅值，还与波前陡度有关。

对某些设备还要采用截断波来进行试验。

此外，冲击电压发生器还可用来作为纳秒脉冲功率装置的重要组成部分；在大功率电阻束和离子束发生器以及二氧化碳激光中，可作为电源装置。

根据实测，雷电波是一种非周期性脉冲，它的参数具有统计性。

他的波前时间（约从零上升到峰值所需时间）为0.5μs~10μs，半峰值时间（约从零上升到峰值后又降到1/2峰值所需时间）为20μs~90μs，累积频率为百分之50的波前和半峰值时间约为1.0μs~1.5μs和40μs~50μs。

操作冲击电压波的持续时间比雷电冲击电压波长得多，形状比较复杂，而且他的形状和持续时间，随线路的具体参数和长度的不同而有异，不过目前国际上趋向于用一种几百微秒波前和几千微秒波长的长脉冲来代表它。

雷电波又可分全波和截波两种。

截波是利用截断装置把冲击电压发生器产生的冲击波突然截断，电压急剧下降来获得。

截断的时间可以调节，或发生在波前或发生在波尾。

为了保证多次试验结果的重复性和各试验间试验结果的可比性，对波形及波形定义应有明确规定。

为此国际电工委员会和国家标准规定了标准雷电冲击全波及截波的波形和标准操作冲击电压波形，如图1至图4所示。

图1：雷电冲击电压全波图1中0为原点。

有时用示波器摄取到的波形，在0点附近往往模糊不清，或是有起始之振荡。

在产生冲击电压的发生器内电感大时，波形起始处也可能有一小段较为平坦。

此时波形的原点（起始点）在时间轴上不容易确定。

关于雷击试验模拟波形的一些资料

关于雷击试验模拟波形的一些资料铁道科学研究院通信信号研究所雷电防护研究室研究员邱传睿摘要IEC的81技术委员会提出的10/350模拟波形是根据国际大电网会议公布的雷电参数观测数据的极端值制定的主要用来测试直击雷防护系统如避雷针等装置的物理损害至今国际上发达国家并未认可必须用10/350波形来测试电源设备用SPD IEC 61643-12002-01和IEC 61643-122002-02都未将10/350波形用做IEC 61643-1规定的SPD类测试本文根据所收集的美国英国法国德国澳大利亚及IEC其它技术委员会标准说明在电源用SPD测试中使用8/20波形的有效性和普遍性关键词雷电波形雷电参数 10/350最近国内一些学者对国内外雷击试验模拟波形特别是对10/350波形发表了一些论文对相关问题进行了热烈的讨论笔者认为开展正常的学术讨论对提高我国防雷学术水平制定既和国际上大多数先进国家防雷标准接轨又符合我国国情的防雷标准无疑是大有裨益的广东省防雷中心杨少杰黄智慧等防雷专家最近编译了美国国家雷电安全防护学会主任兼首席执行官Richard Kithil的一篇文章美国雷电防护技术规范和标准动态变化评述 A Review of Dynamic Changes In USA Lightning Codes and Standards[1]文中有这样一段话说对于想要建立一个综合性的防雷标准库的人来说应该考虑收集以下一些技术标准或规范英国BS 66511999建筑物防雷实用规范Code of Practice for Protection of Structures against Lightning澳大利亚AS 1768雷电防护Lightning Protection新加坡 CP331999雷电防护实用规范Code of Practice forLightning Protection国际电信联盟标准局ITU-T第910章电信线路和设备雷击防护1995The Protection of Telecommunications Lines and Equipment Against Lightning Strikes (1995)南非SABS-03-19851985标准建筑物防雷The Protection of Structures Against Lightning德国DIN57185标准防雷系统1983翻译版Lightning Protection System (trans. 1983)波兰PN-861987标准建筑物防雷Lightning Protection of Structures这段话提出了应全面了解国际上各先进国家的防雷标准而不是片面追求某个标准的问题笔者供职的铁道部科学研究院通信信号研究所雷电及电化干扰防护研究室从1965年开始研究CCITT V组K 防护系列标准及日本英美澳大利亚等国相关的防护标准也研究了IEC SC 37IEC TC 64 IEC TC 77IEC TC 81 等与电磁兼容有关的标准现在想将我所了解的部分资料摘编给大家供大家研究1 关于对雷电参数1.1 国际公认的由雷电观测得出的雷电参数数据早在1897年意大利学者便利用铁磁物质记录雷电流幅值最近几十年世界许多国家都对雷电参数进行了观测著名的有美国纽约帝国大厦楼高380m 的雷电观测前苏联莫斯电视塔的测雷日本柏崎刈羽地方的测雷瑞士圣萨尔瓦托San Salvadore 山顶的测雷等世界各国测得的自然界的雷击波形基本是一致的大约有80-90%的雷电流是负极性重复脉冲一次放电过程常常包含多次先导至主放电的过程初次放电和后续放电放电脉冲数目平均为3-4个最多的记录到42个下面是国际大电网会议[2]根据各国学者在世界各地长期实测的雷电参数在国际大电网会议出版物Electra中公布的雷闪参数为国际公认国际大电网会议文献Electra 41(1975) 中Berger KAnderson R.B 的论文雷闪参数和Electra 65(1980) 中 Anderson R.B Eriksson A.J 的论文工程应用中的雷电参数见表1表6[3]波前最大上升速率kA/s率首次雷击电荷量C 率雷闪总电荷量C 累概峰值电流kA 最小2kA积累表6 雷电持续时间μs积累概率雷击类型95% 50% 5%首次负雷击 30 75 200 后续负雷击 6.5 32 140 正闪击25 230 2000表5 波前时间μs 积累概率雷击类型95% 50% 5%首次负雷击 1.8 5.5 18 后续负雷击 0.2 1.1 4.5 正闪击 3.5 22 200这一雷电参数观测数值是确定直击雷模拟波形的基础在 Berger K 和 Anderson R.B 的论文雷闪参数中公布了他们在圣萨尔瓦托San Salvadore 山两个通信塔观测到的雷电波形图图 1该图被公认的程度几乎可以在各国防雷基础理论书籍中找到[4]0 80 160 240 320 400 μsA图1 负闪击时雷电平均电流波形μsB图1中A 实线是对88次实测雷电流平均值处理后波形反映了一次雷击放电的全貌B 虚线是10次实测值取平均而得图中时间坐标A 在下B 在上1.2 国际组织和国家标准都采用了国际大电网会议公布的雷电参数美国IEEE 标准IEEE Std 998-1996 IEEE Guide for lightning stroke 的请参阅该标准第2章 lightning stroke phenomena 之 2.4stroke current magnitude英国标准BS 6651-1999 Code ofpractice for protection of structures against lightning 请参阅该标准BSI 09-2000版第118页参考文献之[1]ANDERSON R.B.and ERIKSSON,A.J.,CIGER, Lightning Parameters for EngineeringApplication.Electra,1980,69.65-102澳大利亚和新西兰标准AS 1768-1991/NZS 1768-1991 Lightningprotection 及2004年即将出的修正版DR 02359号文件请参阅该标准的资料性附录A The nature of lightning and the principles of lightning protection 等国家标准都采用了国际大电网会议公布的上述雷电参数IEC TC81技术委员会的标准如IEC 61024-1 Protection of structures against lightning Part1:General principles IEC61312-1 Protection against lightning electromagnetic impulse- Part 1:Generalprinciples 也引用了该系列参数请参阅该标准的资料性附录A Background of the fixed lightningcurrent parameters有趣的是由于出发点不一样同样引用的同一组参数而由此得出得模拟雷电波形却有很大的差异2 对雷电参数的处理及雷电模拟雷电波形的产生雷击试验必须有一个尽量模拟自然界的雷闪以及线路或设备上可能出现的浪涌的典型波形这就是我们通常说的模拟雷电冲击波形模拟雷电冲击电波形和自然界的雷击波形是有区别的实验室模拟的试验波形来自于对自然界雷电波形的概括但绝非自然界的雷击波形Berger 等在圣萨尔瓦托测得的90次雷电波形整理出直击雷负冲击波形前沿为多为2s -4s 最长未超过20s 半峰值时间大部分为在10s -100s 范围内50%的半峰值时间小于75s[5]在此以前IEC 于1960年7月14日在60-2文件中公布的电压冲击波波形为1.2/50s电流冲击波波形为8/20s[4][5]上述雷电参数正好证明IEC公布的模拟雷电冲击波波形是在对观测的雷电参数的基础上经数理统计处理后的平均值可以作为模拟雷电波形的代表应注意用1.2/50s的模拟电压波和8/20s的模拟电流波并不能完全表示自然界的雷击因此有的人提出了可以描述雷击的另外几种波形如CCITT在1975年的The protection oftelecommunication line and equipment against lightning discharges中认为室内研究和计算时用5/65s 的波形在计算机模拟仿真中有时用2.6/40s波形模拟建筑物遭直击雷后建筑物内电流分布在一些文献上还有1/4s1/10s等陡波前波形除了模拟直击雷的波形外在实验室还有一些模拟各种传输线上的雷电浪涌由于雷电电磁脉冲波是电磁波电磁波在传输线按传输线的规律传播以行波方式前进传输线在微观上是由一系列四端网络链接而成因此它有自己的特性阻抗如铜质架空通信线特性阻抗为600对称电缆特性阻抗为1505类高频电缆特性阻抗为120小同轴电缆特性阻抗为50等等由于不同的传输媒介有不同的特性阻抗各种传输媒介对雷电波的延时和衰耗也是不一样因此出现了用于低压数据通信和信号线的防雷设备试验波形的多样性如铜质架空明线和被复线用的4/300s波形对称电缆和同轴电缆用10/700s波形电话线10/700s波形或者10/1000s波形钢轨用10/200s波形及10/160s10/560s10/600s10/350s20/100s10/250s20/100s等波形这些波形在实验室都可以等同使用但必须清楚试验条件目的是尽量使其对试件有相同的效应3 在SPD的雷击试验中采用8/20s模拟雷电波形的国家在低压配电系统用SPD的雷击试验中以下国家标准中用8/20s冲击电流波形3.1 美国美国保险商试验所有限公司( Underwriters laboratories Inc.简称UL)标准UL 1449 Transient V oltage Surge Suppressors之2.4 Transient V oltage Suppressors Test表24.1列出的冲击电流波形为8/20s美国IEEE有关雷电防护设备的标准都用的是8/20s 波形进行冲击电流试验由于标准太多下面只将部分标准号列出以便各位核实IEEE C62.1-1989 IEEE Standard Gapped Silicon Surge Arresters for AC Power Circuit第6章Performance Characteristics and tests规定的冲击电流波形为8/20sIEEE Std C62.11-1999 IEEE Standard for Metal-Oxide Surge Arresters for AC Power Circuit1kV第8章Design test规定的冲击电流波形为8/20sIEEE Std C62.22-1997 IEEE Guide for Application of Metal-Oxide Surge Arresters for Alternating-current System第6章Protection of distribution systems规定的冲击电流波形为8/20s 大电流短波形4/10s和小电流2000s方波IEEE Std C62.34-1996 IEEE Standard Performance of Low-voltage Surge Protective Devices (Secondary Arresters)第7章Design test规定的冲击电流波形为8/20sIEEE C62.41-1991 IEEE Recommended Practice on Surge Voltages in Low-voltage AC Power Circuits第9章Definition of Standard Surge-Testing Waveforms规定的冲击电流波形为8/20s IEEE Std C62.42-1992 IEEE Guide for Application of Gas tube and Air Gap Arrester Low-voltageor 1200V dc ) Surge Protective Devices第5.3.6Impulse life test规定( Equal to or Less than 1000V的冲击电流波形为8/20sIEEE Std C62.62-2000 IEEE Standard Test Specifications for Surge Protective Devices forLow-voltage AC Power Circuits第7章Performance Characteristics and tests descriptions规定的冲击电流波形为8/20s3.2 英国英国国家标准BS 66511999 Code of practice for protection of structures against lightning 的资料性附录C General advice on protection against lightning of electronic equipment within or onstructures的C.13 “Surge protective devices, location categories and test” 规定冲击电流波形为8/20s BS EN 60099-11994该标准是欧洲电气技术标准化委员会CENELEC标准标志EN等同采用IEC IEC 60099-11991Surge Arresters-Part 1: Non-linear resistors type gapped surge arresters fora.c systems第8章Type tests冲击电流波形为8/20s大电流短波形4/10s3.3 澳大利亚和新西兰澳大利亚和新西兰国家标准AS 1768-1991/NZS 1768-1991 Lightning protection的第5节protection of persons and equipment within buildings 规定的冲击电流波形为8/20s并在资料性附录D Waveshapes for assessing the susceptibility of equipment to transient overvoltage duo to lightning 第87页Figure D4 “Location categories ”中有详细的说明AS1768-1992/NZS1768-1991将于2004年修订其修订稿 DR 02359号文对此未做任何修改3.4 法国法国国家标准NFC 61 -740-1995 Equipment for installations that are directly supplied by a low-voltage public distribution network-Lightning arresters for low voltage installations在第2章定义的2.6Courant nominal de décharge d’un parafoudre (I n) 2.7 Courant maximal de décharge d’un parafoudre (I max)中就将冲击电流波形规定为8/20s法国电气协会标准UTE C15-443-1996 Selection/Application Guide for Surge Protective Devices也规定冲击电流波形为8/20s3.5 德国德国DIN VDE 0675 系列标准DIN VDE 0675 Part 1 (1994) Over voltage arresters with non-linear resistors and series gaps for a.c network DIN VDE 0675 Part 2 (1975) Over voltage ProtectiveDevices Application of valve arresters for a.c network DIN VDE 0675 Part 3 (1982) Over voltageProtective Devices Protective series gaps for a.c network 规定冲击电流波形为8/20s3.6 日本日本电力标准JEC 203 電力用避雷器第2章术语规定标准冲击电流为8/20s和4/10s[6]日本铁路标准JRS 37104-1-14R7C 保安器電力用第6条試驗方法规定冲击电流波形为8/20s[6]4 在SPD的雷击试验中采用8/20s模拟雷电波形的国际组织4.1 ITU国际电信联盟建议ITU-T K.12 1989 CHARACTERISTICS OF GAS DISCHARGE TUBES FOR THE PROTECTION OF TELECOMMUNICATIONS INSTALLATIONS之4.6.1Test currents规定对气体放电管的冲击电流波形为8/20s4.2 IEC国际电工委员会的除TC 81以外的其它技术委员会IEC除TC 81以外的其它技术委员会规定在SPD的雷击试验中采用8/20s模拟雷电波形的很多以下只引其中的一部分读者还可在IEC的SC 37TC64TC 77等的标准或文件中查找 1960年7月14日IEC 以IEC 60-2文件的方式公布了模拟雷电波形的参数冲击电压波形为1.2/50s允许裕度峰值3%T 130%T220%冲击电流波形为8/20s和4/10s允许裕度峰值10%T110%T210%[4][5]用于碳化硅空气间隙气体放电管的冲击特性试验IEC 61643-1 2002-01Surge protective devices connected to low-voltage power distribution system part 1Performance requirement and testing methods在3.8 “标称放电电流” 3.10类测试的最大放电电流中确切的规定采用8/20s波形该标准中3.9冲击电流规定了用于类测试的I在7.1.1 类测试电流中对获取I imp的方法但不是用10/350s波形笔者将在下文引用imp资料说明IEC 61643-12 2002-02 Low-voltage Surge protective devices - part 12Surge protective devices connected to low-voltage power distribution system- Selection and application principles在3.9 “标称放电电流 (I n)” 3.12 8/20s电流冲击中确切的规定试验低压配电系统用SPD采用8/20s中规定用与IEC 61643-1同样的方法获取I imp该标准明确了获取波形在3.12 冲击电流II imp不是用10/350s波形IEC 61000-4-52001-04Electromagnetic compatility(EMC)-Part 4-5:Testing and measurement techniques-Surge immunity test在第4章Definitions定义了8/20s电流冲击波用于电子设备的雷击试验5 在IEC 61643-1和IEC 61643-12中到底用的什么波形5.1 IEC 61643-12002-01中规定如何获取I imp和进行SPD的类测试的笔者从英文稿和等同采标后的我国国家标准GB 18802.1-2002 低压配电系统的电涌保护器SPD第1部分性能要求和试验方法中看到的是下述说法5.1.1 GB 18802.1-2002的 3.9 冲击电流impulse current I imp说它由电流峰值I pek和电荷量Q确定其试验应根据动作负载试验程序进行这是用于类测试的SPD分类试验[7]如何由电流峰和电荷量Q来得到I imp该标准的7.1.1 类测试电流说冲击电流I imp由电流峰值I pek值I和电荷量Q的参数来确定冲击试验电流应在10ms 内获得I pek和Q值能达到表3参数的典型波形是单向冲击电流至于表3类测试参数内容是什么查GB 18802.1-2002第15页便知这里关键的数是10ms只要在在10ms 内获得I pek和Q值的单向冲击电流都是合格的就其波形的持续时间而言350s不具有唯一性5.1.2 EC 61643-12 2002-02中的5.5.2.2 I imp and I max for SPDs according to class and class tests 有如下的论述I imp and I max and their submultiples are test parameters use in the operating duty test for class and class tests respectively. They are related to the maximum values of discharge current, which are expectedto occur only very rarely at the location of the SPD in the system.. I max is associated with class tests and I imp is associated with class tests中文可以表达为I imp和I max及其约数分别用做动态类测试和类测试它们都和放电电流的最大值相关联而系统中安装SPD的位置上发生放电电流的最大值的情况却极少I max用做类测试I imp用做类测试该标准65页表2提供了I imp的优选值复制为本文表7表 7 I imp的优选值I pek kA 1 2 5 10 20Q AS 0.5 1 2.5 5 10 注一般与I imp有关的波形持续时间长比I n 有关的波形持续时间长并且I n I imp按表中数据I pek最大是20 kA与之对应的电荷量是10库仑一次雷击放电的电量为几库仑因此对于SPD来说10库仑的电荷量已经比较严酷了笔者下文引用的材料IEC TC 81文件说明即使架空电源线引入建筑物时对安装在LPZ0A和LPZ1界面的SPD要求的类测试的I imp最大值也小于20 kA而为I imp12.5 kA5.2 IEC 61643-12 2002-02中对SPD类测试的论述IEC 61643-12 2002-02附录A IEC 61643-1中试验程序的解释中对SPD类测试采用的波形作了规定英文原文第105页The waveshape is always 8/20 whether it is a class test or a class test because it is used as acomparative value. It is used to select an SPD when comparing its protective characteristics to the impulse withstand voltage of the equipment to be protected. The typical waveshape for class tests is I imp defined by I pek and Q, but this waveshape is not so different from an 8/20 waveshape in terms of rate of rise of current. Therefore, the 8/20 waveshape is used to obtain a common basis for comparison of SPD protective characteristics.其译文无论是类或类测试波形总是8/20因为类或类测试其值都是用作比较的它以比较被保护设备的冲击耐压和SPD的防护特性以便选择使用SPD类测试的典型波形是用I pek和Q定义的I imp但该波形与8/20波形用电流上升速率来表示并没有什么差别因此对于SPD都用8/20波形便可获得比较SPD防护特性的共同基准这里并规定SPD的类测试必须用10/350s波形SC 37 的标准也用过10/350s波形I EC 61643-3112001-10Components for low-voltage surge protective devices-part 311Specification for gas discharge tubes(GDT)中21页的6.1.6 耐电流能力的要求表4耐电流能力中列出的冲击放电电流试验用的是8/20波形或10/350s波形相关部分复制为表8表8GDT耐电流能力的要求8/20波形冲击电流10次kA 0.5 1.0 2.5 5 10 2010/350波形冲击电流1次kA 1 2.5 4 4 比如说用5 kA 8/20波形冲击电流冲击10次的效果等于用2.5kA 1/350波形冲击电流冲击1次的效果而大家注意8/20波形冲击电流10 kA和20 kA这两项都表的是与4kA 1/350波形冲击电流冲击1次的等效因此表4的注a)说这时可酌情增加8/20波形冲击的次数如20次也可以说8/20波形冲击电流10 kA冲击10次与1/350波形冲击电流4kA冲击1次可以认为等效6 IEC TC 81技术委员会所编写的防雷标准引用10/350s波形的原因和应用范围最早10/350s冲击波形是实验室用来模拟通信线和数据线上的波形的并且用得不多所以许多人不太熟悉其实美国IEEE标准IEEE Std C.62.36-1991该标准在1991年后有两次修订即1994年版和2000年版就用了10/350波形以后该标准在1991年后有两次修订即1994年版和2000年版都用了10/350波形但都不是将其作为直击雷模拟波形来用的IEEE Std C.62.36标准的英文名字是IEEE Standard Test Methods for Surge Protectors Used in Low-V oltage Date, Communications,and Signaling Circuits说的是低压通信线数据线信号线上的模拟雷电试验在IEEE StdC.62.36-2000的8. Impulse-limiting-voltage test冲击限制电压试验一节说的特别清楚与该标准表2中引用的其它波形如10/1000s10/250s一样该波形是Suggested waveforms for the impulse-limiting-voltage test(建议用于冲击限制电压试验的波形)不是模拟直击雷的波形IEC SC37编制的标准IEC 61643-212000Surge Protective Devices Connected to Telecommunications andSignaling Networks-Performance Requirements and Testing Methods(电信和信号网络用浪涌保护器-性能要求和试验方法)也用了10/350s冲击波形但都是用于通信和数据线的模拟雷电试验和直击雷模拟试验无关本文在2中谈到由于不同的传输媒介的特性阻抗因此对雷电波的延时和衰耗也是不一样的因此在低压数据通信和信号线的防雷设备试验波形有多种多样如4/300s波 10/700s波10/1000s波10/200s 10/160s10/560s10/600s10/350s20/100s10/250s20/100s等波形在传输线上的雷电浪涌波形都有较长的持续时间和直击雷的波形有相当大的区别IEC TC 81 的标准IEC 61024 -1建筑物防雷第一部分通则于1988年6月在东京会议上提出1990年公布该标准制定的直击雷模拟波形10/350的波形的根据也是国际大电网会议公布的雷闪参数但在TC 81 技术委员会采用了上述参数的极端值即采用最长的半峰值时间350s该数据在雷击中出现的概率为不管是首次负雷击还是后续负雷击都只有1%正闪击小于50%峰值电流采用最高的200 kA该幅值在雷击中出现的概率为不管是首次负雷击还是后续负雷击都只有1%正闪击小于5%电荷量采用最高的100库仑该幅值在雷击中出现的概率为不管是首次负雷击还是后续负雷击都几乎为0正闪击小于1%其数值参看表9-表11表9 首次雷击雷电流参数取自IEC 61312-1表1保护级别电流参数峰值电流I kA200 150 100 波前时间Ts10 10 10半峰值时间Ts350 350 350短时雷击电荷量Q S C100 75 50 比能量W/R MJ/10 5.6 2.5IEC 61024 –1为什么这样做是有其合理的原因因为IEC 61024 –1是建筑物防雷标准该标准中所取的雷电参数应该能够防护各种类型的建筑物例如对于含易燃易爆物质的建筑物就应当在雷击时得到100%的防护这时必须用最严酷的雷电参数来测试防雷设备采用10/350的波形去检测LPS雷电防护系统保证建筑不受雷电的物理损害是完全正确的表10 后续雷击雷电流参数取自IEC 61312-1表2保护级别电流参数峰值电流 I kA 50 37.5 25 波前时间 T1s0.25 0.25 0.25 半峰值时间 T2s 100 100 100 平均陡度 I/T kA/s200 150 100表11 长时间雷击雷电流参数取自IEC 61312-1表3保护级别电流参数短时雷击电荷量 Q l C 200 150 100 持续时间 Ts0.5 0.5 0.5是否一定要用10/350的波形去检验低压电力配电系统SPD IEC TC81的文件有以下说法IEC 61312-32000雷电电磁脉冲LEMP 的防护第3部分对浪涌保护器SPD的要求第17页3.2 SPD类测试在IEC 61643-1中所定义的对安装与LPZ0A /1界面上的电流型避雷器的测试程序其它SPD 按顺序安装按类测试的SPD 应做冲击电流为I imp 的工作负载试验IEC 61312-32000第25页第4章有关威胁值雷电流参数从首次雷击的初始相关威胁参数出发规定10/350 为模拟直接雷电闪击的浪涌电流波形这是用以验证SPD 能量配合的合适波形IEC 81/191/NP 文件IEC 62305-4 雷电防护第4部分建筑物内的电气和电子设备的防护第13页 3.3SPD 的类测试用IEC 61643-1的测试程序对电流型避雷器用10/350或类似冲击电流波形进行的测试IEC 81/212/ CD 文件IEC 62305-4 雷电防护第4部分建筑物内的电气和电子设备的防护第11页 3.15对SPD 进行的类测试程序IEC 61643-1在该文件的第19-19页7.1.2 译文如下7.1.2 SPD 选择时考虑设备位置和放电电流SPD 应当能够承受它们安装点可能出现的放电电流SPD 系统的有下列安装点MB 主配电板该位置在线路进入LPZ1区或LPZ0A /LPZ1或 LPZ0B /LPZ1 的边界SB 副配电板或第二电板该位置在LPZ1/LPZ2 或更高的边界SA 插座该位置在电子电气设备或电子电气设备终端SPD安装点放电电流的期望值可以根据LPL雷电防护水平通过计算传导和感应的浪涌电流来确定若计算有困难或不确定可采用以下条款给定的近似值使用SPD取决于它们的耐雷能力IEC 61643-1 作了分类当预期有全部或部分雷电流通过SPD放电时选择经类测试的SPD因此在安装点MB处的SPD应当通过类测试当仅需SPD限制感应浪涌时和只需SPD泄放部分雷电流时选择经II类试验的SPD因此通过II类测试的SPD可以用在SB或SA并处于经类试验的SPD的下方经III类试验的SPD用作设备的细防护因此经III类试验的SPD安装在SA位置在MB和SB的下方7.1.2.1 类试验的SPD-冲击电流IimpSPD 的冲击电流I imp应当根据下列两个条件选择* I imp I imp 在雷电直接闪击建筑物时* I imp10kA 在雷电直接闪击输入线路时注在雷电直接闪击输入线路时应当考虑沿导体向两方向流动的部分雷电流可能击穿线路对地的绝缘该标准描述的SPD的安装位置MB 主配电板SB 副配电板或第二电板SA 插座这三个部位.即IEEE标准IEEE C62.41-1991 IEEE建议低压交流电路上的浪涌电压所说的A B C三个部位Location category A Location category B Location category C请参阅该标准第40页的Fig 9 Location category英国标准BS 6651-1999 建筑物防雷实用规范的附录C 含电子设备的建筑物防雷建议之C.13 浪涌保护器SPD安装类别和测试中的A B C三个部位请参阅该标准的C.13.1.3.1安装类别C C.13.1.3.2 安装类别B C.13.1.3.3安装类别A其中有极其详细的规定澳大利亚和新西兰标准AS 17681992/NZS1768-1991中规定也与IEEE完全一致该标准在资料性附录D Waveshapes for assessing the susceptibility of equipment to transient overvoltage duo to lightning 第87页Figure D4 “Location categories ”中有详细说明IEC 81/238/ CDV 文件IEC 62305-4 雷电防护第4部分建筑物内的电气和电子设备的防护第11页 3.15 对SPD进行的类测试程序该标准的附录D 第90页SPD的选择和安装对SPD的类测试冲击电流I说该类型SPD通常安装在MB位置要求SPD的最小冲击电流I能够包含在MB点可能出现的部分雷电流典型为10/350浪涌IEC 81/239/ CD 文件IEC 62305-1 雷电防护第1部分总则附录E第2页对建议采用10/350浪涌类测试通过电流峰值和规定的电荷定义了试验电流I从IEC 81的文件看几乎没有一个强制要求使用10/350s波形IEC 61643-122002-02在第107页附录A 5.3.4 根据类测试和类测试程序对SPD进行的工作负载试验说工作负载试验用15个8/20波形的标称放电电流冲击代替通常在高压试验中用的20个冲击理由是工作负载试验比用IEC 60099-4的试验更加严酷例如浪涌数量和波形由此可以看出IEC 81的文件和IEC SC37TC64等有些不同据笔者所知SC37TC64也发文给TC 81要求各技术委员会之间协调IEC 81在出IEC 81/238/ CDV时也采纳了一些SC37TC64的意见IEC 81也向与ITU IEEE等作些协调工作笔者相信随着大家对雷害机理的深入了解各国的防雷标准一定会协调一致注[1] 美国雷电防护技术规范和标准动态变化评述杨少杰黄智慧余乃枞雷电防护与标准化2003年第1期[2] 国际大电网会议法文为Conference International des Grand Reseaux Electriques缩写CIGRE英文为International Conference on Large High V oltage Electric System[3] 本文表1 表6引自据澳大利亚 DR02359文件表1[4] 该图引自雷电对铁路信号设备的危险影响极其防护铁道科学院通信信号研究编著北京大学出版社1991年2月出版[5] 引自CCITT Publication 1975 The protection of telecommunication line and equipment against lightningdischarges国际电信联盟出版物防雷手册[6] 引自信号保安体系-雷害对策鴫原和田等编著株式会社ー平成4年2月第二版[7] 动作负载试验的原文为operating duty test 似应译为工作负载试验或动态试验参考文献1Anderson R.B, and Eriksson A.J ,(CIGRE),Lightning Parameters for Engineering Application. Electra, 1980,69,65-102.2 AS 1768-1991 Lightning Protection 2003年修订稿草稿澳大利亚 DR02359文件3雷电对铁路信号设备的危险影响极其防护铁道科学院通信信号研究编著北京大学出版社1991年2月出版4IEEE Std 998-1996 IEEE Guide for lightning stroke shielding of substations 美国国家标准出版局1996年11月5BS 6651-1999 Code of practice for protection of structures against lightning 英国标准出版局 2000年9月6AS 1768-1991/NZS 1768-1991 Lightning protection 澳大利亚和新西兰标准澳大利亚标准服务中心1991年9月7IEC 61024-11991 Protection of structures against lightning Part 1:General principles8IEC61312-1 1995 Protection against lightning electromagnetic impulse- Part 1:General principles9UL 14491985 Transient V oltage Surge Suppressors美国保险商试验所有限公司标准 1992年4月版10IEEE C62.1-1989 IEEE Standard Gapped Silicon Surge Arresters for AC Power Circuit 美国国家标准出版局1989年9月11IEEE Std C62.11-1999 IEEE Standard for Metal-Oxide Surge Arresters for AC Power Circuit1kV美国国家标准出版局1999年3月12IEEE Std C62.22-1997 IEEE Guide for Application of Metal-Oxide Surge Arresters for Alternating-current System 美国国家标准出版局1997年9月13IEEE Std C62.34-1996 IEEE Standard Performance of Low-voltage Surge Protective Devices (Secondary Arresters) 美国国家标准出版局1996年9月14IEEE C62.41-1991 IEEE Recommended Practice on Surge Voltages in Low-voltage AC Power Circuits美国国家标准出版局1991 年 10月15IEEE Std C62.42-1992 IEEE Guide for Application of Gas tube and Air Gap Arrester Low-voltage ( Equal to or Less than 1000V rms or 1200V dc ) Surge Protective Devices美国国家标准出版局1993年5月16IEEE Std C62.62-2000 IEEE Standard Test Specifications for Surge Protective Devices for Low-voltage AC Power Circuits 美国国家标准出版局2000年2月17BS EN 60099-11994 Surge Arresters-Part 1: Non-linear resistors type gapped surge arresters for a.c systems 欧洲电气技术标准化委员会CENELEC标准英国标准出版局2001年10月版18NFC 61 -740-1995 Equipment for installations that are directly supplied by a low-voltage public distribution network-Lightning arresters for low voltage installations 法国标准 1995年7月19UTE C15-443-1996 Selection/Application Guide for Surge Protective Devices 法国电气协会标准20DIN VDE 0675 Part 1 (1994) Over voltage arresters with non-linear resistors and series gaps for a.c network 德国标准21DIN VDE 0675 Part 2 (1975) Over voltage Protective Devices Application of valve arresters for a.c network德国标准22DIN VDE 0675 Part 3 (1982) Over voltage Protective Devices Protective series gaps for a.c network德国标准23ITU-T K12 1995 CHARACTERISTICS OF GAS DISCHARGE TUBES FOR THE PROTECTION OF TELECOMMUNICATIONS INSTALLATIONS1 国际电信联盟标准24ITU-T K17 1993 Test on power-fed repeaters using solid-state devices in order to check the arrangements for protection from external interference 国际电信联盟标准25The protection of telecommunication line and equipment against lightning discharges1978国际电信联盟出版26 IEEE C62.33-1982 Standard Test Specification for Varistor Surge- Protective Devices 1988年3月修订稿27ANSI/IEEE Std C62. 64 –1997 IEEE Standard specifications for surge protectors used in low-voltage data, communications, and signaling circuits 美国国家标准出版局1997 年5月28IEC 60099-11991 Surge Arresters-Part 1: Non-linear resistors type gapped surge arresters for a.c systems 29IEC 61643-1 2002-01Surge protective devices connected to low-voltage power distribution system part 1Performance requirement and testing methods30IEC 61643-12 2002-02Low-voltage Surge protective devices - part 12Surge protective devices connectedto low-voltage power distribution system- Selection and application principles31IEC 61643-21 Low voltage surge protective device-Part 21: Surge protective devices connected to telecommunications and signaling networks-Performance requirements and testing methods31IEC 61000-4-52001-04 Electromagnetic compatibility (EMC)-Part 4-5:Testing and measurement techniques-Section 5:Surge immunity test32 IEC 81/191/NP IEC 62305-4 Protection against lightning Part 4:Electrical and electronic systems withinstructures。

冲击高压发生器

11回路中的故有电感减小回路尺寸可减小回路电感回路中的故有电感减小回路尺寸可减小回路电感22回路中的故有电容回路中的故有电容33放电间隙的导通过程放电间隙的导通过程模拟器产生的瞬态电场的波形模拟器产生的瞬态电场的波形empemp传输线模拟系统传输线模拟系统负载水电阻脉冲源传输线传输线型emp模拟器有效空间长60m宽46m高46m抗干扰措施的研究
式中：b=1/［C1C2(RdRt+RdRf+RfRt)］ a=［C1(Rd+Rt)+C2（Rt+Rf)］· b d=C1Rt· b
u2(t)=U1ε[exp（s1t）－exp（s2t）] s1、s2为方程s2+as+b=0的两个根从根和系数的关系可知 s1· 2=b ； s s1 + s2= －a
发生器电压效率
发生器电压效率的近似计算式为
ŋ＝[C1/（C1＋C2）][Rt/（Rd＋Rt）]
这意味着输出电压u2的峰值U2m低于电容C1上的初始充电压U1。它是由于C1与C2之间的分压和Rt与Rd之间的分压造成的
放电时基本回路的等值回路
考虑回路电感后的近似计算
在计算波前时间时，仍采用简化条件，认为Rt→∞，把回路电感L考虑进去，则放电回路将变为R－L－C串联回路如图所示。其中R应为阻尼电阻Rd与波前电阻Rf 之和。为获得非振荡冲击波，应使
单级冲击电压发生器回路
回路1
正极性冲击电压
回路2
负极性冲击电压
由于受到硅堆和电容器额定电压的限制，单级冲击电压发生器的最高电压不超过200~300kV。
多级冲击电压发生器回路
T：供电高压变压器； D：整流用高压硅堆； r：保护电阻，一般为几百千欧； R：充电电阻，一般为几十千欧； rd:每级的阻尼电阻； C：每级的主电容，一般为零点几个微法； Cs：每级相应点的对地杂散电容，一般仅为几个皮法； g1：点火球隙； g2～g4：中间球隙； g0：隔离球隙；

高电压大电容负载下雷电冲击电压波形的调试_张建新

存在固有电感，而电感对输出的波形又有着影响，
轻微时可能只是改变波形参数，严重时可能引起振
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
荡，因此在分析冲击电压发生器容性负载放电回路
时，一定要考虑到回路电感对输出波形的影响。由
于最大的振荡过冲出现在雷电冲击的峰值附近，波
尾电阻较大，对波形振荡影响不大，则波头阶段的
放电等效回路如图 2 所示。
L
Rf
+ U1 - C1
+ C2 - U2
图2 冲击电压发生器的放电等效回路
为了获得非振荡波，要求：
Rf ≥ 2[L/(
C 1C 2 C 1+C 2
)]1/2
(1)
图 2 中整个回路的运算阻抗为：
1
Z(s)=Rf+sL+ sC
(2)
其中：
C= C1C2
(3)
C 1+C 2
所以：
U
2(s
)=
1 sC
·
2
U·1 s
1 Z (s )
0 引言
雷电冲击电压试验是高压电器设备型式试验、出厂试验甚至现场试验都必须进行的试验项目，而且 GB/T 16927.1—2011 和 IEC 60060-1 标准对雷电冲击电压波形有着严格的要求，即，波前时间为 1.2μs ±30%、半峰值时间为 50μs ±20% 的雷电全波，且波头振荡过冲不得超过 10%。对于电容量较小或电压等级较低的电气设备雷电冲击电压试验不存在问题，但随着高电压等级的 GIS 设备和电缆的逐步应用，雷电冲击电压试验的波形调试成了一个突出的问题。
-4.2 11.6 27.4 43.2 59.0 t/μs
b)串联RC低通滤波电路时

雷电的产生及参数;雷电冲击击穿

2、雷电流的波前时间、陡度及波长
雷电流的波前时间T1处于1～4μs的范围内，平均为2.6μs。波长T2处于20～100μs的范围内，多数为40μs左右。我国防雷设计采用2.6/40μs的波形；在绝缘的冲击高压试验中，标准雷电冲击电压的波形定为 1.2/50μs。雷电流波前的平均陡度为
3、雷电流的计算波形
6、雷电通道的波阻抗
雷电通道长度数千米，半径仅为数厘米，类似于一条分布参数线路，具有某一等值波阻抗，称为雷道波阻抗。主放电过程可看作是一个电流波沿着波阻抗为Z0 的雷道投射到雷击点的波过程。我国有关规程建议取
7、雷电的极性
负极性雷击均占75～90%，对设备绝缘危害较大，防雷计算中一般均按负极性考虑。
在绝缘的冲击高压试验中标准雷电冲击电压的波形定为1250雷电流波前的平均陡度为3雷电流的计算波形在防雷计算中按不同要求采用不同的计算波形4雷暴日及雷暴小时为评价某地区雷电活动的强度常用该地区多年统计所得到的平均出现雷暴日或雷暴小时来估计
单元一雷过电压及防雷设备认知
情境一雷过电压的产生和雷电参数雷电冲击下气体的击穿
实测表明：5～10km高度主要是正电荷云层，1～5km高度主要是负电荷云层。雷云中电荷分布一般不均匀，有多个电荷密积区。随着电荷积累，雷云电位升高，对地电位差可达数兆至数十兆伏。当不同电荷雷云间或雷云与大地凸出物接近到一定程度，其间电场强度达到该空间的击穿强度时，就会发生雷云间或对地的火花放电，即通常所说的雷击。一般把对地面凸出物直接的雷击叫直击雷。
实际的伏秒特性曲线如下图所示，是以上、下包络线为界的带状区域。
3、伏秒特性与电场的关系
随着时间的延伸，一切气隙的伏秒特性都趋于平坦，但特性曲线变平的时间却与气隙的电场形式有较大关系：电场越均匀，“V-S”越平。

雷电直接效应试验波形

图8 2.5 分量 C* —变化的分量 C
电流分量 C 的示例
此分量代表分量 C 中的一部分，在 1A 或 2A 区内，若附着点的驻留时间超

过 5ms，则有分量 C 的部分电流流入附着点。分量 C* 主要用来评估金属蒙皮的熔蚀，其平均值不超过 400A，持续时间等于驻留时间减去 5ms 的分量 B 持续时间。图 9 为分量 C* 的示例。
图9
分量 C* 的应用
DO-160G 对 C* 的说明：分量 C* 在 45ms 20% 的时间里传递 18 20% 库仑的电荷。波形是无方向性的，也可能是矩形的、指数形的或者线性衰减的，并且具有不小于 400A 的平均电流幅值。 2.6 分量 D—后续回击进行直接效应试验时，分量 D 的波形可以是单向的或振荡的，但必须满足以下条件：最大幅度 100kA( 10%)；上升时间（幅度从 10%到 90%所需的时间）小于 25 s ；作用积分 0.25 10 6 A 2 s(20%) ；幅度降至峰值 1%的总持续时间不超过 500 s 。 2.7 电流波形 E 该波形是 GJB3567 中规定的，用于全尺寸部件的快上升率冲击试验，该标准的方法 T05 试验就使用的这种波形。电流波形 E 在不小于 0.5 s 的时间内具有不
1
电压波形
自然雷电可能有各种电场波形，简化的雷电环境中有两种电压波形（波形 A
和波形 D），分别代表快速上升和缓慢上升的电场。还有另外两种高电压波形 B 和 C，B 表示一个未实现击穿的全电压波形，C 用来进行波前很陡或波前缓慢上升的模型试验。 1.1 波形 A 电压波形 A 为一个上升率为 1000 500kV / s 的波形，其幅值的增加直到试验件被击穿或闪络滑过试验件而终止，并迅速跌落到零。当没有发生击穿或闪络时，电压的跌落速率不作规定。电压波形 A 见图 1 。