抗雷擊變壓器的研發(fā)

陳敏

摘 要：抗雷擊高絕緣變壓器采用耐10kV雷擊多槽骨架的設(shè)計(jì)，將初級(jí)的繞線槽平均分為多段，將雷擊電壓分?jǐn)傊粮鞫?，?dāng)每段承擔(dān)的電壓低于5kV的時(shí)候，由于漆包線本身的絕緣足夠承受，避免漆包線層與層之間的壓降產(chǎn)生電弧，消除火災(zāi)隱患。協(xié)同漆包線的供應(yīng)商的進(jìn)行深度探討，創(chuàng)新層間絕緣耐壓負(fù)載率的獨(dú)特設(shè)計(jì)方法，通過(guò)控制層間絕緣耐壓負(fù)載率的方法可有效控制初次級(jí)之間極高的絕緣強(qiáng)度，保證次級(jí)電路不受浪涌電壓的影響而破壞，滿(mǎn)足產(chǎn)品的高絕緣性的要求。產(chǎn)品獨(dú)特的結(jié)構(gòu)及材料設(shè)計(jì)，產(chǎn)品在極小體積下，也可以耐受10kV以上的浪涌電壓測(cè)試，內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，溫升低，可靠性比一般的電子元器件高，MTBF可達(dá)3，000，000以上，可耐受雙85測(cè)試1000小時(shí)以上。

關(guān)鍵詞：抗雷擊；爬電距離；灌封；漆包膜；骨架分槽

中圖分類(lèi)號(hào)：TM862 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1.產(chǎn)品市場(chǎng)分析

信息時(shí)代的到來(lái)，知識(shí)經(jīng)濟(jì)的出現(xiàn)， 電的使用越來(lái)越頻繁和廣泛，電的安全使用要求也越來(lái)越高，尤其在廣大的農(nóng)村地區(qū)，家用電器普及的同時(shí)，基本上沒(méi)有采取防雷措施，每當(dāng)下雨閃電時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)大面積的家庭電器被雷擊壞，有的甚至還產(chǎn)生火災(zāi)。

抗雷擊的性能主要是與電路上的阻抗和通流量有關(guān)，所以我們傳統(tǒng)的耐雷擊保護(hù)都是使用在電路上增加壓敏電阻，氣體放電管等各種方法來(lái)增加電路中的阻抗，以保證耐雷擊電壓的功能。

2.產(chǎn)品研發(fā)

2.1 產(chǎn)品的理論設(shè)計(jì)

以2.0VA變壓器為例，經(jīng)過(guò)理論計(jì)算發(fā)現(xiàn)，合理的設(shè)計(jì)電子變壓器的繞組，本身的阻抗設(shè)計(jì)足以承受10kV以上的高壓，以EI30x12.5的產(chǎn)品為例，初級(jí)繞組φ0.053mm 5600TS，電阻值為3067Ω，理論計(jì)算1.2/50us雷擊可以達(dá)到12kV，但事實(shí)使用中并非如此，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，如果產(chǎn)品不灌封，在3.5kV就開(kāi)始出現(xiàn)異常，灌封的變壓器在6kV出現(xiàn)異常，8kV時(shí)產(chǎn)品就出現(xiàn)巨大的破壞，產(chǎn)品出現(xiàn)強(qiáng)烈的爆炸聲，火花四濺。如果在使用過(guò)程遇到這么大的雷擊的話，在無(wú)人的狀態(tài)下，必然會(huì)產(chǎn)生火災(zāi)。但實(shí)驗(yàn)過(guò)程發(fā)現(xiàn)灌封對(duì)變壓器的耐雷性能有一定的作用。

2.2爬電距離的分析

對(duì)變壓器的灌封的作用可以增加變壓器的爬電距離，使變壓器的初級(jí)與次級(jí)，初、次級(jí)與鋼片達(dá)到完全隔離。如果沒(méi)有灌封，此款產(chǎn)品初級(jí)與次級(jí)間的爬電距離是3.1mm，而按實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)爬電距離1mm耐1kV雷擊，故不灌封最多只能承受3.1kV，灌封后的產(chǎn)品爬電距離達(dá)到20mm。所以灌封可以有效加強(qiáng)耐雷擊的性能。

進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，高壓時(shí)線包內(nèi)有電弧產(chǎn)生，導(dǎo)致抗雷擊失敗。這個(gè)電弧主要是由于在同一個(gè)槽內(nèi)出現(xiàn)過(guò)大的電壓差，而這個(gè)壓差的電弧距離不足導(dǎo)致在整個(gè)槽內(nèi)出現(xiàn)拉弧的狀態(tài)，EI30的繞線高度為3mm，僅僅能夠承受6kV的雷擊，以此類(lèi)推，發(fā)現(xiàn)爬電距離與耐雷擊的能力有一定的比例的關(guān)系，當(dāng)雷擊電壓低于5kV的時(shí)候，由于漆包線本身的絕緣足夠承受，就算距離再小也不會(huì)產(chǎn)生拉弧。

2.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

因此在設(shè)計(jì)時(shí)，需保證足夠爬電距離，從而避免出現(xiàn)拉弧的現(xiàn)象，自然也就能防雷擊。針對(duì)這一實(shí)驗(yàn)結(jié)果，擬定了兩個(gè)方案，方案一：將實(shí)線包平均分為多個(gè)段，每段之間使用膠帶隔離，這樣的就可以保證每段的壓差較小，如圖1（b）所示；方案二：將初級(jí)的繞線槽平均分為多段，這樣既可以將壓差降低，同時(shí)還可以加強(qiáng)各段之間的絕緣，如圖1（c）所示。（圖1（a）所示為舊產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，爬電距離不夠承受10kV高壓，易被雷擊破壞）

經(jīng)反復(fù)試驗(yàn)，方案二效果最好，所以將繞組按照一定的比例進(jìn)行分割，確保底層與頂層漆包線的電壓降與線間的距離達(dá)到合適的比例，可以增加產(chǎn)品的抗雷擊性能。

2.4 漆包線的分析及設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)的變壓器，正常使用的漆包線設(shè)計(jì)都可以滿(mǎn)足產(chǎn)品的需求，但對(duì)于抗雷擊的變壓器產(chǎn)品，對(duì)絕緣提出了更高的要求，需要根據(jù)分槽的結(jié)構(gòu)及雷擊的電壓需要進(jìn)行設(shè)計(jì)。

通過(guò)跟相關(guān)的漆包線的供應(yīng)商的進(jìn)行深入探討，反復(fù)推算及試驗(yàn)驗(yàn)證，設(shè)計(jì)出一套計(jì)算層間絕緣耐壓負(fù)載率的方法，通過(guò)控制層間絕緣耐壓負(fù)載率設(shè)計(jì)漆包線則可滿(mǎn)足產(chǎn)品的高絕緣要求。

根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，在層間絕緣耐壓負(fù)載率為11.6%時(shí)是可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)的，而層間絕緣耐壓負(fù)載率為15.2%時(shí)，處于臨界狀態(tài)，失效率大約為50%。因此我們?cè)谠O(shè)計(jì)漆包線時(shí)只要將層間絕緣耐壓負(fù)載率降低到10%左右即可滿(mǎn)足要求。

結(jié)語(yǔ)

設(shè)計(jì)耐高浪涌變壓器，主要從爬電距離、骨架的結(jié)構(gòu)、漆包膜的厚度這三方面進(jìn)行考量，第一：確保變壓器初級(jí)與次級(jí)，初、次級(jí)與鐵芯之間的爬電距離與浪涌電壓相匹配；第二：確保繞組的上下層不產(chǎn)生拉弧、電火花。第三：不能忽略漆包膜厚度的絕緣貢獻(xiàn)，在以上兩個(gè)方法都不能達(dá)到我們所需要的抗電涌的電壓值時(shí)，可以通過(guò)提高漆包膜的厚度，對(duì)抗浪涌的電性能進(jìn)行微調(diào)。

參考文獻(xiàn)

[1]余郁.配電變壓器常規(guī)防雷措施存在問(wèn)題的分析與對(duì)策[J].科技信息，2009（10）：15.endprint