雷電沖擊電壓是一種持續(xù)時間極短（微秒級）、幅值高的瞬態(tài)過電壓。為了在實(shí)驗(yàn)室重現(xiàn)這種嚴(yán)苛的電氣應(yīng)力，國際電工委員會（IEC）和國家標(biāo)準(zhǔn)定義了標(biāo)準(zhǔn)雷電沖擊電壓波形，其中最典型的是?1.2/50μs波?：其波頭時間（電壓從峰值10%升至90%所需時間）為1.2μs，波尾時間（峰值下降到50%的時間）為50μs。該波形模擬了架空線路遭受直接雷擊時傳入變電站的雷電波。此外，還有?載波、陡波前沖擊波?等，用于考核設(shè)備不同方面的絕緣性能，如縱絕緣或匝間絕緣。

一、雷電沖擊高壓發(fā)生器的系統(tǒng)構(gòu)成與工作原理

一套典型的沖擊電壓發(fā)生系統(tǒng)主要由以下幾部分組成：

1. ?直流高壓充電單元?：為整個系統(tǒng)提供初始能量。它通常由調(diào)壓器、工頻試驗(yàn)變壓器、高壓硅堆整流器及充電電阻構(gòu)成，能將交流市電轉(zhuǎn)化為數(shù)十千伏至數(shù)百千伏的直流高壓，對后續(xù)的脈沖形成電容進(jìn)行充電。

2. ?沖擊電壓發(fā)生器本體（Marx發(fā)生器）?：這是系統(tǒng)的核心。它基于?Marx回路原理?，將多級電容器并聯(lián)充電、串聯(lián)放電。每級包含充電電阻、放電球隙、波頭電阻、波尾電阻和主電容器。當(dāng)所有級電容器被充至設(shè)定電壓后，觸發(fā)系統(tǒng)使第一級球隙擊穿，引起各級球隙依次過電壓擊穿，從而實(shí)現(xiàn)所有電容器的串聯(lián)，瞬間將電壓倍數(shù)級（級數(shù)倍）放大，產(chǎn)生所需的沖擊高壓。通過調(diào)節(jié)級數(shù)和充電電壓，可以靈活設(shè)定輸出幅值。

3. ?脈沖形成與調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)?：主要由?波頭電阻（Rf）? 和?波尾電阻（Rt）? 以及雜散電容構(gòu)成。這些元件與發(fā)生器的總電容共同決定了放電回路的參數(shù)，從而精確控制輸出波形的波頭時間和波尾時間，使其滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

4. ?測量與控制系統(tǒng)?：

• ?控制臺?：用于設(shè)定充電電壓、控制充電與放電過程，并監(jiān)控系統(tǒng)狀態(tài)。

• ?分壓器?：通常采用阻容分壓器，將數(shù)百萬伏的高壓按比例降至千伏或百伏級，供示波器或數(shù)字記錄儀進(jìn)行波形采集。

• ?數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)?：捕獲并分析沖擊電壓波形，自動計算并顯示峰值電壓、波頭時間、波尾時間等關(guān)鍵參數(shù)。

二、設(shè)備的關(guān)鍵技術(shù)特性

• ?額定輸出電壓與能量?：最大輸出沖擊電壓峰值是核心指標(biāo)，決定了能測試設(shè)備的最高電壓等級。單次沖擊所釋放的能量也是一個重要參數(shù)，影響對負(fù)載的驅(qū)動能力。

• ?波形調(diào)節(jié)能力?：設(shè)備應(yīng)能通過更換或調(diào)節(jié)Rf、Rt電阻，方便地產(chǎn)生1.2/50μs標(biāo)準(zhǔn)雷電全波、載波（通常在波尾截斷）及不同要求的操作沖擊波。

• ?同步觸發(fā)與可靠性?：各級球隙或開關(guān)的同步觸發(fā)必須可靠、時延小，以確保波形的一致性和可重復(fù)性。

• ?安全防護(hù)與接地?：設(shè)備必須配備完善的接地系統(tǒng)、放電棒及安全連鎖裝置，確保在數(shù)兆伏高壓下操作人員和設(shè)備的安全。

三、主要應(yīng)用場景與試驗(yàn)類型

雷電沖擊發(fā)生器廣泛應(yīng)用于：

• ?電力設(shè)備制造廠?：對變壓器、電抗器、GIS、絕緣子、避雷器、電纜附件等進(jìn)行出廠型式試驗(yàn)和研發(fā)測試。

• ?電力科學(xué)研究院、第三方檢測機(jī)構(gòu)?：進(jìn)行產(chǎn)品的認(rèn)證試驗(yàn)、質(zhì)量抽查及對比分析。

• ?高校與科研院所?：用于高電壓與絕緣技術(shù)領(lǐng)域的教學(xué)實(shí)驗(yàn)和科學(xué)研究。

典型的試驗(yàn)包括：

• ?標(biāo)準(zhǔn)雷電沖擊耐壓試驗(yàn)?：對被試品施加規(guī)定次數(shù)和極性的標(biāo)準(zhǔn)雷電沖擊波，檢驗(yàn)其是否發(fā)生絕緣擊穿。

• ?雷電沖擊截波試驗(yàn)?：模擬雷電波在傳播過程中因閃絡(luò)而被截斷的情形，考核設(shè)備絕緣，特別是變壓器繞組的縱絕緣。

• ?陡波前沖擊試驗(yàn)?：產(chǎn)生波頭時間更短的沖擊波，用于研究絕緣材料的伏秒特性。

四、設(shè)備選型的主要考量維度

選擇雷電沖擊高壓發(fā)生器時，可以重點(diǎn)評估以下幾個方面：

• ?電壓等級與能量需求?：根據(jù)日常測試被試品的最高電壓等級和等效電容（能量需求），選擇有足夠輸出電壓和儲能容量的設(shè)備。

• ?波形參數(shù)符合度?：設(shè)備產(chǎn)生的波形，其波頭時間、波尾時間、過沖和振蕩等參數(shù)應(yīng)能較好地符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)（如GB/T 16927.1, IEC 60060-1）的要求。

• ?系統(tǒng)的可擴(kuò)展性與靈活性?：是否便于通過增加級數(shù)來擴(kuò)展電壓，是否容易更換電阻來改變波形。

• ?自動化與控制水平?：控制系統(tǒng)的自動化程度，如自動充電、穩(wěn)壓、觸發(fā)、數(shù)據(jù)采集與波形分析的一體化集成程度。

• ?結(jié)構(gòu)設(shè)計與工程實(shí)施?：設(shè)備是模塊化還是整體式，是否便于運(yùn)輸、安裝和現(xiàn)場調(diào)試，制造商是否能提供完整的工程解決方案和技術(shù)支持。

武漢特高壓電力科技有限公司致力于為高電壓試驗(yàn)領(lǐng)域提供堅(jiān)實(shí)的設(shè)備基礎(chǔ)。雷電沖擊高壓發(fā)生器作為絕緣強(qiáng)度考核的測試手段之一，其設(shè)計與制造水平體現(xiàn)了對瞬態(tài)高電壓物理過程的深刻理解和精密控制能力。一套性能良好的沖擊發(fā)生系統(tǒng)，是確保電力設(shè)備能夠經(jīng)受住自然界嚴(yán)酷考驗(yàn)、保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要基石。