抗雷擊變壓器的研發

陳敏

摘 要：抗雷擊高絕緣變壓器采用耐10kV雷擊多槽骨架的設計，將初級的繞線槽平均分為多段，將雷擊電壓分攤至各段，當每段承擔的電壓低于5kV的時候，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生電弧，消除火災隱患。協同漆包線的供應商的進行深度探討，創新層間絕緣耐壓負載率的獨特設計方法，通過控制層間絕緣耐壓負載率的方法可有效控制初次級之間極高的絕緣強度，保證次級電路不受浪涌電壓的影響而破壞，滿足產品的高絕緣性的要求。產品獨特的結構及材料設計，產品在極小體積下，也可以耐受10kV以上的浪涌電壓測試，內部結構簡單，溫升低，可靠性比一般的電子元器件高，MTBF可達3，000，000以上，可耐受雙85測試1000小時以上。

關鍵詞：抗雷擊；爬電距離；灌封；漆包膜；骨架分槽

中圖分類號：TM862 文獻標識碼：A

1.產品市場分析

信息時代的到來，知識經濟的出現， 電的使用越來越頻繁和廣泛，電的安全使用要求也越來越高，尤其在廣大的農村地區，家用電器普及的同時，基本上沒有采取防雷措施，每當下雨閃電時，就會出現大面積的家庭電器被雷擊壞，有的甚至還產生火災。

抗雷擊的性能主要是與電路上的阻抗和通流量有關，所以我們傳統的耐雷擊保護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增加電路中的阻抗，以保證耐雷擊電壓的功能。

2.產品研發

2.1 產品的理論設計

以2.0VA變壓器為例，經過理論計算發現，合理的設計電子變壓器的繞組，本身的阻抗設計足以承受10kV以上的高壓，以EI30x12.5的產品為例，初級繞組φ0.053mm 5600TS，電阻值為3067Ω，理論計算1.2/50us雷擊可以達到12kV，但事實使用中并非如此，在實驗過程中發現，如果產品不灌封，在3.5kV就開始出現異常，灌封的變壓器在6kV出現異常，8kV時產品就出現巨大的破壞，產品出現強烈的爆炸聲，火花四濺。如果在使用過程遇到這么大的雷擊的話，在無人的狀態下，必然會產生火災。但實驗過程發現灌封對變壓器的耐雷性能有一定的作用。

2.2爬電距離的分析

對變壓器的灌封的作用可以增加變壓器的爬電距離，使變壓器的初級與次級，初、次級與鋼片達到完全隔離。如果沒有灌封，此款產品初級與次級間的爬電距離是3.1mm，而按實踐經驗爬電距離1mm耐1kV雷擊，故不灌封最多只能承受3.1kV，灌封后的產品爬電距離達到20mm。所以灌封可以有效加強耐雷擊的性能。

進一步研究發現，高壓時線包內有電弧產生，導致抗雷擊失敗。這個電弧主要是由于在同一個槽內出現過大的電壓差，而這個壓差的電弧距離不足導致在整個槽內出現拉弧的狀態，EI30的繞線高度為3mm，僅僅能夠承受6kV的雷擊，以此類推，發現爬電距離與耐雷擊的能力有一定的比例的關系，當雷擊電壓低于5kV的時候，由于漆包線本身的絕緣足夠承受，就算距離再小也不會產生拉弧。

2.3 結構設計及實驗驗證

因此在設計時，需保證足夠爬電距離，從而避免出現拉弧的現象，自然也就能防雷擊。針對這一實驗結果，擬定了兩個方案，方案一：將實線包平均分為多個段，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：將初級的繞線槽平均分為多段，這樣既可以將壓差降低，同時還可以加強各段之間的絕緣，如圖1（c）所示。（圖1（a）所示為舊產品結構，爬電距離不夠承受10kV高壓，易被雷擊破壞）

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

2.4 漆包線的分析及設計

傳統的變壓器，正常使用的漆包線設計都可以滿足產品的需求，但對于抗雷擊的變壓器產品，對絕緣提出了更高的要求，需要根據分槽的結構及雷擊的電壓需要進行設計。

通過跟相關的漆包線的供應商的進行深入探討，反復推算及試驗驗證，設計出一套計算層間絕緣耐壓負載率的方法，通過控制層間絕緣耐壓負載率設計漆包線則可滿足產品的高絕緣要求。

根據實驗結果顯示，在層間絕緣耐壓負載率為11.6%時是可以通過實驗的，而層間絕緣耐壓負載率為15.2%時，處于臨界狀態，失效率大約為50%。因此我們在設計漆包線時只要將層間絕緣耐壓負載率降低到10%左右即可滿足要求。

結語

設計耐高浪涌變壓器，主要從爬電距離、骨架的結構、漆包膜的厚度這三方面進行考量，第一：確保變壓器初級與次級，初、次級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生拉弧、電火花。第三：不能忽略漆包膜厚度的絕緣貢獻，在以上兩個方法都不能達到我們所需要的抗電涌的電壓值時，可以通過提高漆包膜的厚度，對抗浪涌的電性能進行微調。

參考文獻

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