氧化鋅非線性電阻測試電源系統

氧化鋅非線性電阻廣泛用于電力系統過壓保護和浪涌能量吸收。研究了一種對其進行測試的電源。測試電源用容量電抗器來提供非線性電阻測試所需要的浪涌能量。試驗結果表明，測試電源工作可靠，能完成對氧化鋅非線性電阻的有效測試。

關鍵詞：非線性電阻；測試電源；能容量

0 引言

氧化鋅非線性電阻是一種壓敏電阻器，用于電力系統保護已有30多年的歷史了，它具有保護效果好，節(jié)能、價廉等一系列優(yōu)點，因此，在發(fā)電機轉子過電壓保護，剩磁吸收，及避雷器中有著不可替代的保護作用[1][2]。由于電力系統中感性元件的存在，電力設備中故障電流出現時將導致嚴重的過電壓現象，因此，抑制過電壓對設備和操作人員的安全都是極為重要的[3]。隨著我國電力事業(yè)的迅猛發(fā)展，電網容量不斷擴大，發(fā)電機的單機容量也越來越大，為保證電網的安全運行，對發(fā)電機的快速滅磁，過壓保護越來越重要。

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電阻結構的均勻程度對其能容量有直接影響，均勻度差會降低其對能量的吸收能力。測試電源系統就是要模擬ZnO快速滅磁時所吸收的瞬間能量，并監(jiān)控ZnO電阻的工作情況，得出測試結果和參數。

1 電路基本原理

測試電源由整流、換向、放電三部分組成，如圖1所示。三相交流電通過整流橋對電抗器L進行充電，L充電完成后換向電路（圖1中K）動作，使L與整流橋斷開并對ZnO非線性電阻放電，完成測試。電抗器L是整個電源的核心，其合理設計對測試電源的性能有決定性作用。因此，電抗器設計是測試電源設計的核心。

圖1 原理圖

2 電抗器L優(yōu)化設計

原理圖中的直流電源由380V三相電整流得到，即

Ud=1.35U2Lcosα（1）

電抗器中存儲的能量（即被測電阻閥片的能容量）為

W=(1/2)LI2（2）

式中：I為被測電阻閥片的短時間可以承受的電流。

電抗器的電阻為

RL=Ud/I（3）

由式（1）～式（3）可得出設計電抗器所需參數L和RL。

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

在設計電抗器的過程中要考慮很多方面的因素，為保證電源滿足測試要求，取L>1H，RL2.4Ω。我們首先采用矩形截面的設計，經過多次試驗后發(fā)現，很難滿足要求，于是就改用了正方形截面的設計，最終設計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 導線型號的選取

采用BVR型導線，參數如下：

橫截面積S=35mm2；

導線最大外徑dm=12.5mm；

導線電阻率ρ=0.0217×10－6Ω·m；

線圈繞制系數K=1.05；

取線圈的軸向層數和徑向匝數相等，徑向匝數取32匝，故

線圈匝數N=32×32=1024；

軸向高度a=12.5×32×1.05=420mm=0.42m；

徑向寬度b=12.5×32×1.05=420mm=0.42m；

線圈內徑d1=0.76m；