抗雷击变压器的研发

陈敏

摘 要：抗雷击高绝缘变压器采用耐10kV雷击多槽骨架的设计，将初级的绕线槽平均分为多段，将雷击电压分摊至各段，当每段承担的电压低于5kV的时候，由于漆包线本身的绝缘足够承受，避免漆包线层与层之间的压降产生电弧，消除火灾隐患。协同漆包线的供应商的进行深度探讨，创新层间绝缘耐压负载率的独特设计方法，通过控制层间绝缘耐压负载率的方法可有效控制初次级之间极高的绝缘强度，保证次级电路不受浪涌电压的影响而破坏，满足产品的高绝缘性的要求。產品独特的结构及材料设计，产品在极小体积下，也可以耐受10kV以上的浪涌电压测试，内部结构简单，温升低，可靠性比一般的电子元器件高，MTBF可达3，000，000以上，可耐受双85测试1000小时以上。

关键词：抗雷击；爬电距离；灌封；漆包膜；骨架分槽

中图分类号：TM862 文献标识码：A

1.产品市场分析

信息时代的到来，知识经济的出现， 电的使用越来越频繁和广泛，电的安全使用要求也越来越高，尤其在广大的农村地区，家用电器普及的同时，基本上没有采取防雷措施，每当下雨闪电时，就会出现大面积的家庭电器被雷击坏，有的甚至还产生火灾。

抗雷击的性能主要是与电路上的阻抗和通流量有关，所以我们传统的耐雷击保护都是使用在电路上增加压敏电阻，气体放电管等各种方法来增加电路中的阻抗，以保证耐雷击电压的功能。

2.产品研发

2.1 产品的理论设计

以2.0VA变压器为例，经过理论计算发现，合理的设计电子变压器的绕组，本身的阻抗设计足以承受10kV以上的高压，以EI30x12.5的产品为例，初级绕组φ0.053mm 5600TS，电阻值为3067Ω，理论计算1.2/50us雷击可以达到12kV，但事实使用中并非如此，在实验过程中发现，如果产品不灌封，在3.5kV就开始出现异常，灌封的变压器在6kV出现异常，8kV时产品就出现巨大的破坏，产品出现强烈的爆炸声，火花四溅。如果在使用过程遇到这么大的雷击的话，在无人的状态下，必然会产生火灾。但实验过程发现灌封对变压器的耐雷性能有一定的作用。

2.2爬电距离的分析

对变压器的灌封的作用可以增加变压器的爬电距离，使变压器的初级与次级，初、次级与钢片达到完全隔离。如果没有灌封，此款产品初级与次级间的爬电距离是3.1mm，而按实践经验爬电距离1mm耐1kV雷击，故不灌封最多只能承受3.1kV，灌封后的产品爬电距离达到20mm。所以灌封可以有效加强耐雷击的性能。

进一步研究发现，高压时线包内有电弧产生，导致抗雷击失败。这个电弧主要是由于在同一个槽内出现过大的电压差，而这个压差的电弧距离不足导致在整个槽内出现拉弧的状态，EI30的绕线高度为3mm，仅仅能够承受6kV的雷击，以此类推，发现爬电距离与耐雷击的能力有一定的比例的关系，当雷击电压低于5kV的时候，由于漆包线本身的绝缘足够承受，就算距离再小也不会产生拉弧。

2.3 结构设计及实验验证

因此在设计时，需保证足够爬电距离，从而避免出现拉弧的现象，自然也就能防雷击。针对这一实验结果，拟定了两个方案，方案一：将实线包平均分为多个段，每段之间使用胶带隔离，这样的就可以保证每段的压差较小，如图1（b）所示；方案二：将初级的绕线槽平均分为多段，这样既可以将压差降低，同时还可以加强各段之间的绝缘，如图1（c）所示。（图1（a）所示为旧产品结构，爬电距离不够承受10kV高压，易被雷击破坏）

经反复试验，方案二效果最好，所以将绕组按照一定的比例进行分割，确保底层与顶层漆包线的电压降与线间的距离达到合适的比例，可以增加产品的抗雷击性能。

2.4 漆包线的分析及设计

传统的变压器，正常使用的漆包线设计都可以满足产品的需求，但对于抗雷击的变压器产品，对绝缘提出了更高的要求，需要根据分槽的结构及雷击的电压需要进行设计。

通过跟相关的漆包线的供应商的进行深入探讨，反复推算及试验验证，设计出一套计算层间绝缘耐压负载率的方法，通过控制层间绝缘耐压负载率设计漆包线则可满足产品的高绝缘要求。

根据实验结果显示，在层间绝缘耐压负载率为11.6%时是可以通过实验的，而层间绝缘耐压负载率为15.2%时，处于临界状态，失效率大约为50%。因此我们在设计漆包线时只要将层间绝缘耐压负载率降低到10%左右即可满足要求。

结语

设计耐高浪涌变压器，主要从爬电距离、骨架的结构、漆包膜的厚度这三方面进行考量，第一：确保变压器初级与次级，初、次级与铁芯之间的爬电距离与浪涌电压相匹配；第二：确保绕组的上下层不产生拉弧、电火花。第三：不能忽略漆包膜厚度的绝缘贡献，在以上两个方法都不能达到我们所需要的抗电涌的电压值时，可以通过提高漆包膜的厚度，对抗浪涌的电性能进行微调。

参考文献

[1]余郁.配电变压器常规防雷措施存在问题的分析与对策[J].科技信息，2009（10）：15.endprint