冲击电流波形的类型
操作冲击试验
概述:
电力系统中运行的变压器除长时间受到工频电压和短时大气过电压的作用外， 还经常受到操作过电压的作用。产生操作过电压的原因有多方面，主要是由于线 路操作引起的。如：线路合闸和重合闸、故障和故障切除、开断容性电流和开断 较小和中等验目的是用 来检验变压器线端对地及三相变压器线端之间的操作冲击耐受能力。
图中：1 —电压测量电路；2 —电流测量电路；3 —负载电阻。 ������1(������1)，������2(������2)分压器阻抗(电容)
注:三角形联结绕组的冲击施加方式如图中虚线所示。
操作冲击试验中的端子接线
对于三心柱式和五心柱式三相变压器，所选的电路应使相对地绝缘和相间绝缘 分别受到1.0p.u.(标幺值)和1.5p.u.(标幺值)的外施电压。这两种绝缘的试验是同 时进行的。
变压器操作冲击试验 试验接线 冲击波既可以由冲击电压发生器直接施加到被试最高电压绕组线路端子上，也可 以施加到较低电压的绕组上，通过感应将试验电压传递到最高电压绕组上。在最 高电压绕组线路端子和地之间出现的电压值应为规定的试验电压值。应在最高电 压绕组线路端子测量电压。 三相变压器应逐相地进行试验。 GB 1094.4规定：对三相变压器只允许采用一种试验接线，如图所示，其中性点总 是接地的且非试相端子最好连在一起。(对于具有三角形联结绕组的变压器，非被 试端子不必连在一起。)
利用变压器产生操作冲击电压原理图
利用变压器产生操作冲击的等值电路
在等值电路中， ������1 是等效的冲击电压发生器的主电容，为保证操作冲击电压有足够的波长， 要求������1应有一定的电容值（微法级)。 ������是波前电阻，它的作用是根据试品的实际情况来调 整波前长度和阻尼高频振荡。������1、������2分别是试品一次侧和二次侧的漏感。������0是变压器的励 磁电感。在变压器操作冲击试验中，因为铁心的饱和作用使得������0不为常数。 过程如下：先将电容������1充电到规定电压，然后点火使间隙������击穿，此时������1经������ 、������1、������2向������2 充电。������2上电压上升的过程即为操作波的波前，此时可认为������0为开路。当������2充电到一定幅 值后，������1 、������2共同对������0放电。由于此时铁心的饱和作用使������0减小，放电电流增大，电压迅 速下降，������2上电压������2下降到零的过程即为操作波的波尾。
dc上电抗冲击电流标准
dc上电抗冲击电流标准直流（DC）上电抗冲击电流是指在直流系统中，由于突发事件或故障引起的电压瞬变所产生的冲击电流。
为确保电力系统的安全和稳定运行，需要制定相应的标准来规范和管理DC上电抗冲击电流。
以下是关于DC上电抗冲击电流标准的参考内容，涵盖了测试方法、限值要求和设备保护等方面。
1.测试方法：-电流注入方式：采用适当的电流注入方式进行测试，如直接注入法或间接注入法等。
-注入电流波形：确定合适的注入电流波形，如脉冲波形、阶跃波形等，以模拟实际冲击情况。
-测试装置选择：选择适当的测试装置，包括电源、电流注入设备、测量仪器等，以确保测试的准确性和可靠性。
2.限值要求：-冲击电流幅值：确定DC上电抗冲击电流的最大幅值限值，以保证设备和系统的安全运行。
-冲击电流持续时间：确定冲击电流的持续时间限值，以避免对设备造成过度损坏或影响系统的正常运行。
-波形失真要求：规定冲击电流波形的失真程度，以保证冲击电流对设备和系统的影响在可接受范围内。
3.设备保护：-保护装置选择：选用适当的保护装置，如避雷器、熔断器、限流器等，以防止冲击电流对设备造成损坏。
-技术措施：采取技术措施，如使用合适的绝缘材料、设计合理的电气接线等，以提高设备的抗冲击电流能力。
-设备评估：对关键设备进行评估，分析其对DC上电抗冲击电流的承受能力，制定相应的保护策略和措施。
4.监测与记录：-监测装置安装：在重要节点安装适当的监测装置，用于实时监测DC上电抗冲击电流的波形和幅值。
-数据记录与分析：对监测数据进行记录和分析，识别潜在问题和异常情况，并及时采取相应的措施进行处理。
5.标准化管理：-标准制定：制定相应的标准和规范，明确DC上电抗冲击电流测试、限值要求和设备保护等方面的内容。
-培训与培养：对相关人员进行培训和培养，提高他们对DC上电抗冲击电流的认识和理解。
-定期检查与维护：定期进行设备检查和维护，以确保设备的正常运行和抗冲击能力。
综上所述，DC上电抗冲击电流标准涵盖了测试方法、限值要求、设备保护、监测与记录以及标准化管理等多个方面。
电容冲击电流
电容冲击电流电容冲击电流是一种在电路中由电容器充电或放电时引起的瞬时电流。
这种电流波形通常是突然变化的，具有高频成分，可能对电路元件和系统产生一定的影响。
以下是关于电容冲击电流的详细讨论：1. 电容器充电和放电过程：充电过程：当一个电容器与电压源连接时，电流开始流入电容器，导致电容器的电压逐渐上升。
放电过程：当电容器与负载电阻相连时，电容器开始放电，导致电流从电容器中流出，电压逐渐下降。
2. 电容冲击电流的特征：瞬时性：电容冲击电流是瞬时性的，其波形在起始瞬间可能会经历急剧的变化。
高频成分：由于电容器的充放电过程是非常迅速的，因此产生的电流中可能包含高频成分。
电流幅值：电容冲击电流的幅值取决于电容器的电容值以及充电或放电的速率。
3. 影响因素：电容值：更大的电容值通常意味着更大的冲击电流。
电压变化率：电容冲击电流的幅值受电压变化率的影响，变化率越大，冲击电流越大。
负载电阻：放电时的负载电阻会影响电容冲击电流的大小和波形。
初始电压：充电或放电开始时的初始电压也会影响电容冲击电流。
4. 应用领域：电源系统：在电源系统中，电容冲击电流可能对稳压器、滤波电容器和其他电源元件产生影响。
电机驱动：在电机控制系统中，电容冲击电流可能会影响电机驱动器和相关电路。
电子设备：在电子设备中，对于需要高频响应的电路，电容冲击电流也是一个重要考虑因素。
5. 减小电容冲击电流的方法：软启动电路：使用软启动电路可以逐渐增加电容器充电速率，减小冲击电流的幅值。
限流电阻：在充电或放电路径中添加限流电阻，限制电流的瞬时变化。
滤波电感：在电容器电路中添加滤波电感，减缓电流变化速率，抑制高频成分。
6. 模拟与数值模拟：电路仿真：使用电路仿真工具模拟电容冲击电流的波形，分析其在不同条件下的特性。
数值模拟：运用数值模拟方法，如有限元分析，研究电容冲击电流对电路元件的影响。
7. 标准和规范：EMI标准：符合电磁干扰（EMI）标准，确保电容冲击电流不会引起不必要的电磁辐射。
避雷器试验用冲击电流波形及发生器回路参数简捷计算
避雷器试验用冲击电流波形及发生器回路参数简捷计算谭幼谦摘 要：从L-C-R 回路放电过程的经典描述出发，详细讨论了回路阻尼系数α与放电电流及元件电压变化规律，确定按减幅振荡条件才能得到符合避雷器标准要求的冲击电流波形的回路参数计算公式。
以简化的折线代替MOV 的伏安特性，简化了充电电压与放电电流幅值的计算。
最后还给出了α=0.33（即Tf/Tt=1/2.5）条件下回路参数R 、L 、C 及Tf 相互关系的诺模图，供直接选用，免去计算工作。
关键词：避雷器试验、标准冲击电流、减幅振荡、阻尼系数、MOV 伏安特性、诺模图中国分类号：TM 文章标识码：0 前言金属氧化物电阻MOV 以其臻于理想的伏安特性，已经全面代替了以前的碳化硅SiC 非线性电阻而广泛应用于过电压保护工程、成为现代避雷器的核心元件。
它的冲击电流试验设备参数选择也随之趋于简化。
本文拟以讲义方式详细推演R-L-C 放电回路的元件参数与波形的关系。
证实应以减幅振荡条件选择回路参数，才能得出符合标准的冲击电流波形，用折线式简化伏安特性代替MOV 的非线性伏安特性，可大大简化冲击电流发生器回路元件参数计算。
1 冲击电流波形标准国家标准GB 与国际IEC 标准对试验用冲击电流的波形规定相同，其定义参数见图1.。
图中是一条记录到的示波图迹线，放在线性刻度的坐标系中，将迹线上对应于幅值100%、90%、50%、10% 的各点，作垂线交于时间轴各相应点。
再将经90%及10%两点的直线延长，向下交时间轴于O ’，向上与100%水平线相交，此点的垂线横坐标即T 1.0。
以此垂线为底边，以O ’为顶点组成的直角三角形，另一腰即线段O ’- T 1.0的时长就定义为波前时间即T f 。
同时O ’-T 0.5线段的时长定义为半峰值时间即Tt 。
按标准定义此波形记为T f/Tt （单位是微秒），斜杠‘/’并无数学意义。
如此看来实际波形的起点O 并不参与波形定义时间计算，实际上这个起点时常也是模糊不清或有振荡，难以确定，所以需要定义一个O ’点，标准中称之为定义的‘视在原点’。
第7章冲击电流发生器
3、非振荡波 1(R 2 L )
C
电流波形： i(t)
u
2 1
C e (t / LC ) sinh( L
2 1
t) LC
峰值时间： tm
LC
2 1
arctan h(
)
2 1
电流峰值： Im U
C e( / 2 1) arctan h( 2 1 / )
L
2 冲击电流发生器的基本原理
2 高压实验室的净空距离
净空距离是指高电压试验设备，测量装置和被试物相互之间及它们 对墙、天花板地和周围带电或不带电物体之间应有间隔距离。 净空距离的要求决定于以下三方面的原因：
安全距离:即设备或试品不应对周围物体放电（应留有裕度）； 测量准确度：即周围物体与测量装置间的距离大到足以略去它们对
坏作用和承受能力。 指数波（模拟雷电流）
标准冲击电流波形
方波（模拟操作冲击电流）
1 概述
标准冲击电流（指数）波形
Tf/Tt（波前/半峰时间） ① ±1/20μs ② ±4/10μs ③ ±8/20μs ④ ±30/80μs 波形要求： ①峰值、 Tf、Tt容许偏差＜10% ②冲击波峰值附近的过冲和振荡不应超过峰值的5%；反极性振荡＜20%
3.1 冲击电流发生器结构的基本考虑因素
回路电感组成及减小电感量措施： 电容器残余电感（选择小电感电容；多级并联） 连线电感 （连线短，减小互感） 球隙电感（缩小尺寸和火花长度） 试品电感 分流器电感
3.2 冲击电流发生器回路
(a)并联放电
(b)串联放电
3.3 冲击电流发生器主回路结构
(a)圆环式
(b)方框式
(c)母线式
环形排列（圆环式、方框式）：电容电流同时到达试品，电流大；但 不利于试品放置。
2.雷电流参数
的本质部分包括在首次雷击中， 1） 因为全部电荷量 Qs 的本质部分包括在首次雷击中，故所规定的值考虑 ） 合并了所有短时间雷击的电荷量。 合并了所有短时间雷击的电荷量。
2） 由于单位能量 W/R 的本质部份包括在首次雷击中，故所规定的值考虑 的本质部份包括在首次雷击中，
合并了所有短时间雷击的单位能量。 合并了所有短时间雷击的单位能量。
10/350 100 50 2.5·106 IEC 61024-1-1 61024-
i
60 kA 50 kA 40 kA
W/R J/Ω J/Ω 相关标准
1 2
20 kA
3
80 µs 200 µs 350 µs 600 µs 800 µs
5-20(11-2-21)
S916e
1000 µs
t
(µs)
916e.ppt / 09.09.97
-20
后续雷击
0 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 t (µs) 1100
在一个放电通道内的首次雷击和后续雷击的能量效应与模拟雷电波形10/350 µs相似， 在一个放电通道内的首次雷击和后续雷击的能量效应与模拟雷电波形 相似， 相似 建筑物防雷保护” 以及IEC 61312-1“雷电电磁脉冲防护”中提出和确认。 雷电电磁脉冲防护” 在 IEC 61024-1“建筑物防雷保护”，以及 建筑物防雷保护 雷电电磁脉冲防护 中提出和确认。
Chapter 2.1.9 感应雷 感应雷50KA波形 波形
50kA 8/20µs current impulse
60
50
40
current [kA]
30
20
10
0 0 -10 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
最新雷电冲击电压波形
雷电冲击电压波形(1) 1.2/50us冲击电压：雷击时户内走在线产生的感应过电压模拟波形，用于设备过电压耐受水平测试，主要测试范围：通信设备的电源端和建筑物内走线的信号线测试。
(2) 1.2/50us(8/20us)混合波：浪涌发生器输出的一种具有特定开路/短路特性的波形。
发生器输出开路时，输出波形是1.2/50us的开路电压波；发生器输出短路时，输出波形是8/20us 的短路电流波。
具有这种特性的浪涌发生器主要用于设备端过电压耐受水平测试，主要测试范围：通信设备的电源端和建筑物内走线的信号线测试。
(3) 10/700us冲击电压：雷击时户外走在线产生的感应雷过电压的模拟波形。
用于设备过电压耐受水平测试时用的波形，主要测试范围：建筑物外走线的信号线测试。
(4) 8/20us冲击电流：雷击时线缆上产生的感应过电流模拟波形，设备的雷击过电流耐受水平测试用标准波形，主要用于通信设备的电源口、信号口、天线口。
冲击波形表示（expression of impulse waveform）：冲击波用两数值的组合T1/T2来表示，T1表示波头时间（从10%峰值上升到90%峰值的时间），T2表示半峰值时间（从波头始点到波尾降至50%峰值的时间），时间单位均为us，记作T1/T2，符号“/”无数学意义。
其中如：1.2/50us冲击电压，其波头时间为1.2us，半峰值时间为50us；8/20us冲击电流，其波头时间为8us，半峰值时间为20us；10/350us最大冲击电流，其波头时间为10us，半峰值时间为350us。
冲击电流实验的模拟脉冲波形需要尽量接近自然环境中雷击时通信设备电缆上产生的感应雷过电流的波形。
因此冲击电流测试一般采用国际上防雷学科给出的一些标准波形。
根据国家、地区、研究机构的不同，目前各国在冲击电流测试中对脉冲波形的要求有一定差异。
在IEC标准、国标中规定的雷击测试波形主要有：8/20us、10/350us（电流波）、10/700us 以及 1.2/50us（电压波）等。
操作冲击电压的标准波形
操作冲击电压的标准波形操作冲击电压的标准波形是一个用于测试电气设备的波形信号。
这个标准波形可以模拟设备在操作或启动时所受到的电压冲击，以评估设备的稳定性和耐受性。
在电气设备的正常操作和启动过程中，可能会出现瞬态电压冲击。
这些冲击可能来自于电力系统本身的突发事件，比如雷击或电压突变，也可能来自于设备内部的操作或故障。
这些电压冲击可能会对设备的功能和性能产生严重影响，甚至导致设备损坏或事故发生。
为了评估设备对电压冲击的抗性，国际电工委员会（IEC）制定了一系列标准，其中包括操作冲击电压的标准波形。
这些标准波形定义了不同类型的电压冲击波形，以及它们的幅值、持续时间和频率等参数。
通过在设备上施加这些标准波形并测量设备的响应，可以评估设备的抗冲击能力并判断其是否满足相关的安全标准和要求。
操作冲击电压的标准波形通常由脉冲发生器生成，可以模拟各种电压冲击情况。
这些标准波形一般包括正半周期和负半周期，以便模拟电压的上升和下降过程。
标准波形的振幅和持续时间根据具体的测试要求而定，可能会有不同的等级和限制。
操作冲击电压的标准波形一般包括以下几种常见类型：1. 瞬态电压冲击：这种类型的冲击波形通常用于测试设备对来自电力系统的瞬态电压冲击的响应。
这些冲击波形具有较高的振幅和较短的持续时间，以模拟雷电等外部冲击的影响。
2. 开关过程电压冲击：这种类型的冲击波形通常用于测试设备在开关过程中所受到的电压冲击。
在开关设备时，电流和电压可能会发生突变，从而产生电压冲击波形。
这些冲击波形具有较低的振幅和较长的持续时间，（可达几十毫秒至几百毫秒），以模拟设备内部操作过程中的冲击。
3. 电力系统故障电压冲击：这种类型的冲击波形用于测试设备在电力系统故障情况下的响应。
在电力系统发生故障时，如短路或地线故障，可能会出现电压剧烈变化的冲击波形。
这些冲击波形具有较高的振幅和较长的持续时间，（可达数百毫秒至数秒），以模拟电力系统故障对设备的影响。
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电力设备的冲击电流试验：几kA－几十kA
6.5.1 冲击电流波形
非振荡冲击电流波
振荡冲击电流波
tf－视在波头时间，tt－视在半峰值时间，IM－电流峰值，I΄M－反极性电流峰值
冲击电流波的波形参数
电力系统对避雷器进行冲击电流实验时，用以下参 数的波形： 1 雷电冲击电流波形：8/20 s； 2 波形为4/10 s的冲击电流波形； 3 波形为18/20 s的冲击电流波； 4 视在波头时间为30－100 s的冲击电流波，其视在半 峰时间为视在波头时间的2倍以上； 5 陡波：视在波头时间为1 s； 6 方波冲击电流：持续时间2000 s；
2 Rs
Rs＋R1≈Z，Rs＋RK远小于R1＋R2，R1≈R2
被测冲击电流
I U mi
分流器是将被测电流转换为适当幅值电 压的一种装置，
分流器 1) 它具有很大的电流容量， 2) 能够耐受大电流产生的电动力， 3) 分流器的电阻应该很小，其电阻温度系 数也要非常小，电阻材料采用锰铜、镍 铜等非磁性材料。 4) 分流器的电感值要远小于电阻值 .
一
分流器测量系统 电阻R2上的电流为
iR2
i
Rs
Rs R1 Rk
R2
电阻R2上的电压为
U R2 iR2 R2
测量系统的响应时间主要 取决于分流器，分流器的 响应时间为
T 0 d 2 10 6 6
d-圆筒形电极的厚度 -电阻率
因此分流比为
mi
i
UR2
Rs R1 R2 RK Rs R2
6.5.1 冲击电流波形－方波
方波冲击电流波形 T0.9－波长持续时间，T0.1－波的总持续时间，IM－电流峰值 IM΄－反极性电流峰值，I΄΄－峰值附近叠加的高频叠加峰值
6.5.2 冲击电流波的产生 U st
T
D RD
U0 G
C
L
iR S
PD OSC
OSC
冲击电流发生器的工作原理
回路方程为：U 0
2 1 L
LC
增加电流的方法：
1 增加电容量 2 减小回路电感，减小回路电阻
6.5.3 冲击电流的测量
特点：持续时间短、变化快。
用相应时间来表示其特性。
幅度
1 T
A(t) ： 直角波
t
1 e T
U (t )
0
t
目前常用两类测量系统： ❖ 分流器测量系统； ❖ 电流互感器（CT）测量系统
T 0 [1- U(t)]dt
i1
i1 um n / R kum
L
RL
R
u2
外积分法
C
um
u2
M
di1 dt
i2 (RL
R)
L
di2 dt
um
外积分法等效电路图
如果R很大，且有
即 1L R 且
L
di2 dt
i2RL
um
i2R
1 R 2C
上下限频率
则 i2 M (di1 / dt) / R
um
1 C
t 0
（3）波头相位法
可测量具有电感效应的分流器的响应时间，并可在高压下进行。 将分流器接入冲击电流发生器回路，使回路产生衰减振荡波。由于 电感的作用，示波器图形的起始部分有一个突然跃变。根据跃变的 参数，即可求出响应时间。
（4）比对法 是和“标准”测量系统的测量结果进行比对校正。
i2dt
M CR
t 0
di1 dt
dt
M CR
i1
i1
um CR M
i1
CR 2 nS
rum
k um
（冲1）方击波电电流试流验法 测量系统的校正方法
给测量系统注入方波电流，测量输出端的方波响应。
（2）电流试验法
给测量系统注入高频电流，测量输出端电流的大小，可求得该频 率下的系ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ阻抗。改变注入电流的频率，可得到阻抗与频率的关系 曲线。
1 C
idt
L
di dt
iR
分三种情况：冲击电流波形的类型
1） 欠阻尼
R2 L C
2） 临界阻尼
i(t) U0
C e (t / LC ) sin( 1 2 t )
12 L
LC
R C
2L
R2 L C
3） 过阻尼
i(t) U 0 tet / LC L
R2 L C
i(t) U0
C e (t / LC ) sh( 2 1 t )
u2
M
di1 dt
互感系数M可以实测，但一般 需要事先计算。
M nS 2r
(1) 自积分法
L
RL
u2
R
um
u2
M
di1 dt
i2 (RL
R)
L
di2 dt
如果 (RL R) 很小，且
i2
(RL
R)
L
di2 dt
即 (RL R) L,高频信号
则 M di1 L di2 dt dt
i2
M L
电阻管式
绞线式
折带式 同轴园管式
电流互感器 对于特大幅值冲击电流，分流器制造困难。需采用电流互感器
一般用空心互感器，而不用铁心。因为冲击电
流中包含丰富的高频成分，铁心在高频下产生
i
的损耗带来测量误差；同时，因为di/dt足够大
了，即使不用铁心，也能感应出足够高的电压
线圈截面积S，总匝数n
线圈输出端的感应电势为：