氧化鋅非線性電阻測(cè)試電源系統(tǒng)

氧化鋅非線性電阻廣泛用于電力系統(tǒng)過(guò)壓保護(hù)和浪涌能量吸收。研究了一種對(duì)其進(jìn)行測(cè)試的電源。測(cè)試電源用容量電抗器來(lái)提供非線性電阻測(cè)試所需要的浪涌能量。試驗(yàn)結(jié)果表明，測(cè)試電源工作可靠，能完成對(duì)氧化鋅非線性電阻的有效測(cè)試。

關(guān)鍵詞：非線性電阻；測(cè)試電源；能容量

0 引言

氧化鋅非線性電阻是一種壓敏電阻器，用于電力系統(tǒng)保護(hù)已有30多年的歷史了，它具有保護(hù)效果好，節(jié)能、價(jià)廉等一系列優(yōu)點(diǎn)，因此，在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子過(guò)電壓保護(hù)，剩磁吸收，及避雷器中有著不可替代的保護(hù)作用[1][2]。由于電力系統(tǒng)中感性元件的存在，電力設(shè)備中故障電流出現(xiàn)時(shí)將導(dǎo)致嚴(yán)重的過(guò)電壓現(xiàn)象，因此，抑制過(guò)電壓對(duì)設(shè)備和操作人員的安全都是極為重要的[3]。隨著我國(guó)電力事業(yè)的迅猛發(fā)展，電網(wǎng)容量不斷擴(kuò)大，發(fā)電機(jī)的單機(jī)容量也越來(lái)越大，為保證電網(wǎng)的安全運(yùn)行，對(duì)發(fā)電機(jī)的快速滅磁，過(guò)壓保護(hù)越來(lái)越重要。

ZnO電阻的能容量大，通流性能好，可以起到快速滅磁的作用。而ZnO電阻結(jié)構(gòu)的均勻程度對(duì)其能容量有直接影響，均勻度差會(huì)降低其對(duì)能量的吸收能力。測(cè)試電源系統(tǒng)就是要模擬ZnO快速滅磁時(shí)所吸收的瞬間能量，并監(jiān)控ZnO電阻的工作情況，得出測(cè)試結(jié)果和參數(shù)。

1 電路基本原理

測(cè)試電源由整流、換向、放電三部分組成，如圖1所示。三相交流電通過(guò)整流橋?qū)﹄娍蛊鱈進(jìn)行充電，L充電完成后換向電路（圖1中K）動(dòng)作，使L與整流橋斷開(kāi)并對(duì)ZnO非線性電阻放電，完成測(cè)試。電抗器L是整個(gè)電源的核心，其合理設(shè)計(jì)對(duì)測(cè)試電源的性能有決定性作用。因此，電抗器設(shè)計(jì)是測(cè)試電源設(shè)計(jì)的核心。

圖1 原理圖

2 電抗器L優(yōu)化設(shè)計(jì)

原理圖中的直流電源由380V三相電整流得到，即

Ud=1.35U2Lcosα（1）

電抗器中存儲(chǔ)的能量（即被測(cè)電阻閥片的能容量）為

W=(1/2)LI2（2）

式中：I為被測(cè)電阻閥片的短時(shí)間可以承受的電流。

電抗器的電阻為

RL=Ud/I（3）

由式（1）～式（3）可得出設(shè)計(jì)電抗器所需參數(shù)L和RL。

如果以W=20kJ，I=200A，設(shè)計(jì)電抗器，則由式（1）～式（3）可得L=1H，RL=2.55Ω。

在設(shè)計(jì)電抗器的過(guò)程中要考慮很多方面的因素，為保證電源滿足測(cè)試要求，取L>1H，RL2.4Ω。我們首先采用矩形截面的設(shè)計(jì)，經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)，很難滿足要求，于是就改用了正方形截面的設(shè)計(jì)，最終設(shè)計(jì)出了滿足要求的電抗器。電抗器線圈截面圖如圖2所示。

圖2 電抗器線圈截面圖

2.1 導(dǎo)線型號(hào)的選取

采用BVR型導(dǎo)線，參數(shù)如下：

橫截面積S=35mm2；

導(dǎo)線最大外徑dm=12.5mm；

導(dǎo)線電阻率ρ=0.0217×10－6Ω·m；

線圈繞制系數(shù)K=1.05；

取線圈的軸向?qū)訑?shù)和徑向匝數(shù)相等，徑向匝數(shù)取32匝，故

線圈匝數(shù)N=32×32=1024；

軸向高度a=12.5×32×1.05=420mm=0.42m；

徑向?qū)挾萣=12.5×32×1.05=420mm=0.42m；

線圈內(nèi)徑d1=0.76m；