绕组浪涌测试

这类测试在50年代的美国首次提出，当时是作为一项产品测试；然后在1958年由Risatti首次引入欧洲。这项用高电压脉冲（浪涌测试）的测试，在对任何种类电力绕组的缺陷检测中，是最严格、快速、安全的，包括在测试进行时已经展示出来的缺陷，或者是未来会造成被测绕组异常的潜伏缺陷。

导线绝缘缺陷（断口、表面破损、开裂），起初不会导致任何问题，但是经过一段时间，热循环，机械和电磁压力，就会造成短路，从而烧毁绕组。

使用如下的工作原理：一个高电压电源，对一个用来储能的电容充电。

然后电容通过SCR系统，以50次每秒的线频率对被测绕组放电。这给绕组造成极大的压力，因为输入高电压的陡沿激发的情况，与电力设备在正常工作环境中时，由于大气放电、操作脉冲，特殊设备（如焊机）产生的噪声等瞬态现象，产生的绕组匝间绝缘的情况相似。

被测绕组电感之间的谐振，和仪器上安装的电容，导致放电电压的振动不断衰减。

该振动频率取决于被测绕组的电感L（匝数、铁芯类型和质量、绕组位置、不同线圈间的连接方式），而衰减则取决于质量因素Q（短路缺失、对地泄漏等。）

将此曲线与样本曲线或内存中存储的曲线对比，就有可能检测出各种缺陷引起的差别，甚至包括物理缺陷，例如匝间或铁芯间短路，连接错误，匝数差别，绝缘损伤等。

考虑到我们丰富的经验，我们与业界最知名最主流企业的长期合作（这些企业都经过了极为严格的实验室测试），这里给出应用本系统时最有效和方便的信息。

A – 注释A-脉冲生成

我们设备的一个主要品质特性是高电压脉冲发生系统，该脉冲施加于绕组，决定了测试的严格程度。

在所有可能的系统中，最重要也是最安全的，就是电容放电系统。

该系统可以保证长期安全可靠，因为其电路简单，意味着相对于其他系统更高的可靠性。

决定脉冲发生器品质的因素如下:

• 电压上升速度
• 脉冲能量
• 脉冲重复频率

电压上升速度主要取决于闭合被试绕组电路的元件种类。

电路原理图如下:

T1 = 调压器

T2 = 变压器系统（提升电压）

D = 整流二极管（1个半波）

C = 放电电容机电开关

Z = 保护电阻

I = 电子开关。由一个包含SCR和模拟机电开关的快速二极管的系统组成

L = 被测绕组

E = 检测和考察特征曲线电路

用T1设置需要的电压。此电压值是一个峰值，而像AC放电强度这样的值则是真实值。

当开关I打开时，二极管D为电容C充电。在接下来的半周期，二极管D不激活，开关I闭合，电容C向L放电。

a = 变压器高压次级绕组上的电压

b = 加粗曲线：电容充电曲线

c = 电子开关闭合点

d = 放电衰减波形

我们测试结果中，标记为-d-的地方是最显著的部分。现在，当开关I闭合时，被测绕组的电压振动会被考虑在内。

V = 由于损耗导致的振荡衰减曲线（因素Q）

Vo = 施加电压

t1 = 电压上升时间（电子开关闭合时间）

f= 振动电路谐振频率（得到电感L值，单位为亨利）

P1-P2 = 峰值

振动频率是由内部放电电容产生的谐振造成的，与被测绕组电感，有如下关系式:

这是理论计算。实际上其他因素会产生干扰，使每一个绕组的曲线都不尽相同。这些因素有:

• 绕组匝间和对地的寄生电容
• 安装在仪器内的保护电感Z，用来限定被测绕组发生短路时的峰值电流，从而保护电子开关不被烧毁。
• 泄漏电感。
• 铁芯的质量和数量。
• 绕组的欧姆电阻。

所有以上特点使每一个绕组都独一无二，因此他们的曲线也互不相同。这解释了为什么两个相同的绕组，在用不同设备生产，或者其线圈支撑方式不同的时候，会有不同的曲线，有时这种差异还非常明显。

电压V振荡的衰减，是由于电阻R（绕组欧姆电阻）和电感L共同影响的，电压随时间的变化如公式所示。

即使在这种情况下，仍然有其他因素在影响该值，尤其是当被测绕组的匝间绝缘有损伤（部分或全部短路），或者有对地泄漏的时候。

当一组或一组以上的线匝短路时，相当于一个次级绕组短路的变压器：初级绕组的电感被大幅削弱，并且出现了异常的能量损耗。有一个事实必须引起注意：绕组匝数翻倍时，电感会增加4倍。

在我们的情况中，要考虑的是在电容中（在充电阶段积聚）的能量，可以观察到一个更快的振荡衰减。

同样应该注意的是，电压上升时间t1，是个非常重要的值；事实上就像在注释A中已经阐述过的，时间t1越短，则试验越严格。

在我们的仪器中，该时间介于0.2和0.4毫秒 (CEI EN 60034-15).

对值Q和L的阐述详见注释D。

B – 注释B-脉冲能量

第二个影响试验质量的考察点是脉冲能量。

在浪涌测试中，脉冲能量主要是储能元件电容C提供的，在放电阶段施加在被测绕组上。

存储在电容中、放电过程中施加于绕组的能量是:

W = ½ C V2

W=能量，单位为焦耳               C =电容，单位为法拉          V =测试电压

我们的标准版设备中，电容为0.05µF，最大电压为5000V，能够提供的脉冲能量为

W = 0,625 J

能量的大小应该经过妥善的优化，首先应该足够高使绕组尖锐点之间最终能够放电，同时又不能太高以免造成不必要甚至危险的起火。

进一步说，由于电容和绕组电感形成了一个振荡回路，当出现低电感时，电容值也应该同样的降低，来使获得的振荡易于在显示器上读取。

另一个应该重点指出的是，我们的测试系统和竞争对手的测试系统有一个本质的区别。

我们的系统中，电子开关是一个提供完全短路的元件；这就允许电容C和电感L永远保持连接。由此得到的衰减振荡有一个恒定频率，这样，能够更好的利用能量从而保证测试更加严格。

换句话说，Risatti的两极开关允许加载与放电电容谐振。这对被测绕组在两个方向上都产生刺激，在每次振荡中，电压都以正、负值来加载。

在一些竞争者的系统中，开关I是单向的（成本原因），因此，电容中存储的能量可以释放到电感中。用单向开关，电感到电容方向无法闭合，因此绕组只能在其固有频率（寄生电容）内谐振，这就造成了脉冲能量的散失。

这可以在与衰减振荡相关的波形上看到，由此得出：在最初阶段频率很低，在最后阶段却变得很高（峰值电压随之变低）。这是由相对放电电容低得多的寄生电容导致的。

这种测试方法，与我们采用的方法相比，在同等电压水平下，其测试严格程度要低得多。这种方法要完成较好的测试，需要高的多的初始能量。这个能量放电时会在尖锐点造成损害（如起火）

同样应该指出给定时间（分钟）内脉冲重复速度的重要性。该速度应足够模拟能检出绕组中所有可能缺陷的测试。

C – 注释C-测试电压

有一些法则（特别是针对大型电力设备绕组的）就如何选择测试电压参数给出了建议（IEC 34-15，IEEE 522等）。选择该值采用的方法与介电强度测试中采用的方法一致。唯一的区别是此处电压值是一个峰值。用如下公式:

Vp = (2 V + 1000) x K

其中:

Vp =    测试电压

V   =    被测绕组工作电压

K  =     Constant value variable between 1,2 and 1,6 chosen by the user

一个介于1.2~1.6之间的常量，由用户选定。该值基于电压脉冲是一个峰值电压（有效电压的1.41倍）。该范围覆盖了考虑被测绕组的性质和需要满足的质量要求。

需要特别指出，设定的测试电压和实际施加于被测绕组上的电压可能有相当大的差别。

注意，阻抗Z用来在短路时保护电子开关。该阻抗，连同连接线缆的阻抗和开关电路阻抗，造成了与负载阻抗成比例的压降。（极限状态：负载短路，电压=0）

因此，电压压降对试验严格度的影响非常重要，特别是在出现了非常低的电感值的时候（绕组匝数有限且铁芯很少）。

确认绕组上施加电压的正确性非常重要，尤其是阻抗较低的时候。

这可以通过以下方式获得：读取测得曲线第一个波峰的峰值，单位是厘米，这个值会出现在显示屏的左边。读取电压分压器的值，出现在显示屏的左边底部。然后两值相乘。（例如：4*200V/cm=800V，即为被测绕组上应施加的脉冲电压）

D – 注释D- 特征曲线考察

绕组线匝的浪涌测试结果，要考虑以下两个参数：L和Q。

L = 表示绕组电感值。通过如图示的谐振频率计算。该值根据匝数，绕组间的连接方式，铁芯的不同而不同。如果测量值与存储值不同，原因不外乎以上几点。

Q = 该值与绝缘损失引起的振荡的衰减时间有关，如图所示（及相关阐述）。该值由第一次振荡的峰值比产生

Q值越大，衰减越低，被测设备的质量就越好（线匝间无短路，绕组间无短路，无泄漏）。在测试中，在使用预设的样本曲线的情况下，为了得到对被测设备的正确评估，应该采用如下公式:

Qs = 样品质量系数                                  Ls = 样品电感

测试结果越接近100，表明被测设备的质量越好。

所有值都显示在显示屏上；通过可自由设定的阀值，就可以自动判断测试结果通过或不通过，并以绿色或红色LED指示灯分别表示。.

所有数据可以打印（当安装了可选打印机时）。

在评估绕组质量时，第三个应该考虑的参数为：电晕效应，又称为局部放电。

当绕组上有两处绝缘不好时，会造成少量的电子损失，就产生了这一效应。由于数量很少，它不会产生真正的放电。

这个现象在黑暗环境中观察时，像是光晕围绕在电线四周（皇冠效应）。这一效应也会产生噼啪的噪声，其强度根据电子损失的强度可大可小。

这一效应，尽管不是特别重要，却会使绝缘体上那些位置短期内迅速退化，然后，甚至可能使绕组起火。

我们设备的显示屏上，这一现象会显示为一个附加振荡，振荡频率通常为2~4和10MHz，出现在Sin曲线的顶点，如下图所示。其强度随着振荡的衰减而降低。

在电脑化产品测试仪器（H4/C- H5/C- H14/C）中，这一现象能可视化显示，并可以自动检测、定量，这样就可以实现对产品的完整分析。

有必要做如下重要考虑。

“电晕效应”是电阻较弱的信号，因此，尽管不算真正的异常，却也可能意味着被测绕组寿命会较短。

无论如何，为了避免过度警惕，应牢记对于这种两点之间在空气中的局部放电，房间湿度和温度能显著影响其强度。

这一点在自动探测系统中尤其应被重视。

事实上要定义一个所有环境条件下都有效、保持常量的可接受临界值相当困难。

通常较好的做法是增高测试电压（很小的百分比），从而形成放电，忽略此因素。

无论如何，浪涌测试通常在绕组还没有被浸渍时进行（因为此时条件更极端，也因为此时更方便进行彻底维修），因此，在瓷漆出现小擦伤或小孔的位置，经过浸漆后，这些问题通常就会消失。