雷电冲击电压试验系统的组成及选型方法

一、 系统主要组成

1. 冲击电压发生器
   作为系统核心，其功能是产生符合标准要求的雷电冲击电压波形。该设备基于马克思电路原理建造，由多级储能电容器、充电电阻、波前电阻、波尾电阻、点火球隙等部件组成。通过将各级电容器并联充电后串联放电，从而获得极高的冲击电压输出。
2. 直流充电装置
   为冲击电压发生器的各级电容器提供可调、稳定的直流高压电源。通常包含调压器、高压变压器、高压整流硅堆和滤波元件。该装置的充电电压精度和稳定性，直接影响最终冲击电压的峰值精度。
3. 测量与截断系统
   负责精确测量和记录冲击电压，主要包含以下组件：
   • 分压器：将高电压按比例降至测量仪器可安全处理的低电压，阻尼电容分压器因性能优异，已成为主流选择。
   • 数字记录仪：采用高速、高分辨率的数字示波器，用于采集、显示并分析由分压器传来的低压信号，计算波形的峰值、波前时间、半峰值时间等关键参数。
   • 截断间隙：用于在标准规定时刻（如 2-6 微秒）截断冲击波，产生 “雷电冲击截波”，以模拟绝缘子在冲击下发生闪络的情况。
4. 自动控制系统
   作为现代试验系统的指挥中枢，通常由工业计算机、专用控制软件和可编程控制器构成。该系统实现对整个试验流程的自动化控制，涵盖充电电压设定、自动点火、波形参数计算、试验序列管理、数据存储与报告生成等功能，同时集成安全联锁功能。
5. 试品与辅助设施
   • 被试设备：属于系统回路的一部分，其等效电容是影响波形和发生器选型的关键因素。
   • 接地系统：要求具备低阻抗、大面积的良好接地条件，确保放电回路畅通和人员安全。
   • 屏蔽试验大厅：用于防止高压放电产生的强烈电磁辐射，避免对测量系统和周边电子设备造成干扰。

二、 设备选型要点与步骤

1. 第一步：明确试验需求
   • 确定最高试验电压：查阅被试产品所遵循的国家或国际标准，明确所需的全波和截波试验电压峰值。
   • 评估最大负载电容：确定待试产品中电容最大的品类，估算或测量其等效对地电容，该参数是选型过程中最关键的技术指标。
2. 第二步：计算冲击电压发生器关键参数
   • 标称电压：即发生器的最高输出空载电压，应比所需最高试验电压高出 10%-20%，以此补偿负载压降并为调节预留裕量。
   • 标称能量：作为决定发生器驱动大电容负载能力的核心指标，发生器的储能必须足够大，才能在连接大电容试品时，仍能产生标准规定的 1.2/50 微秒波形。通常需要根据试品电容和输出电压，通过效率公式进行详细计算，确保负载电容处于发生器的有效负载能力范围内。
   • 波形调节能力：发生器的波前电阻和波尾电阻需具备足够的可调范围，以适应不同电容的试品，实现标准波形的精确调出。
3. 第三步：选择合适的测量与控制系统
   • 测量系统：选择带宽足够（通常大于 20MHz）、响应快速的阻尼电容分压器与高采样率数字记录仪组合。整个测量系统必须定期进行标准校准，确保测量不确定度符合要求。
   • 控制系统：优先选择自动化程度高、软件功能成熟的系统，以此提升测试效率、试验重复性和操作安全性。