120kA 雷擊電流下的性能驗(yàn)證：PK-CWT/300 在 SPD 測試中的實(shí)戰(zhàn)應(yīng)用?

一、項(xiàng)目背景與測試需求

2025 年 7 月，華東某電力設(shè)備檢測實(shí)驗(yàn)室承接了一批用于高鐵牽引變電站的 20kV 級電涌保護(hù)器（SPD）型式試驗(yàn)項(xiàng)目。該 SPD 作為雷電防護(hù)核心器件，需通過 GB/T 18802.11 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的 I 類 10/350μs 沖擊電流試驗(yàn)，關(guān)鍵測試指標(biāo)包括：

耐受峰值 120kA 的雷擊沖擊電流，記錄實(shí)際通流波形；

捕捉電流上升沿（350μs 內(nèi)從 0 升至 120kA）的瞬態(tài)變化率；

同步監(jiān)測沖擊過程中的殘壓與電流響應(yīng)的時間差，誤差需≤±1%；

試驗(yàn)環(huán)境存在 50Hz 工頻電場與 kV 級瞬變尖峰干擾，需確保測量穩(wěn)定性。

實(shí)驗(yàn)室前期使用的傳統(tǒng)分流器存在接線繁瑣、高頻響應(yīng)滯后問題，且在 100kA 以上大電流下發(fā)熱嚴(yán)重，無法滿足連續(xù) 3 次沖擊的測試需求。經(jīng)調(diào)研對比，最終選用西安普科電子 PK-CWT/300 柔性電流探頭作為核心測量工具。

二、測試方案與設(shè)備配置

（一）核心設(shè)備選型依據(jù)

PK-CWT/300 的技術(shù)參數(shù)與測試需求形成精準(zhǔn)匹配：

峰值電流 120kA 完全覆蓋試驗(yàn)所需的 120kA 沖擊量程，且預(yù)留安全裕量；

40kA/μs 的電流變化率耐受能力，遠(yuǎn)超 10/350μs 波形對應(yīng)的 0.34kA/μs 實(shí)際變化率，可無失真捕捉上升沿；

0.1Hz-16MHz 寬頻帶兼顧低頻緩變與高頻瞬態(tài)，適配沖擊電流的復(fù)雜頻譜；

10kVpk 線圈絕緣與工頻抗擾特性，適配 SPD 測試中的高壓環(huán)境。

（二）系統(tǒng)搭建方案

測量鏈路組成：10/350μs 沖擊電流發(fā)生器→被測 SPD→PK-CWT/300 探頭→RIGOL HD4184 示波器（1GHz 帶寬、5GS/s 采樣率）→數(shù)據(jù)記錄儀；

探頭配置細(xì)節(jié)：選用 700mm 周長線圈（適配 SPD 的 50mm 直徑輸出引線）、2.5m 標(biāo)準(zhǔn)同軸電纜，供電采用外部 12V 適配器以保障長時間測試?yán)m(xù)航；

同步校準(zhǔn)措施：使用實(shí)驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)脈沖電流源（精度 ±0.1%）對探頭進(jìn)行預(yù)校準(zhǔn)，示波器衰減比設(shè)為 1000X（匹配 0.1mV/A 靈敏度）。

三、測試實(shí)施與關(guān)鍵操作要點(diǎn)

（一）探頭部署與抗干擾處理

按照操作規(guī)范先切斷沖擊發(fā)生器電源，將 PK-CWT/300 柔性線圈環(huán)繞于 SPD 的接地引線中部，確保導(dǎo)線位于線圈正中心（偏離中心≤5mm），避免感應(yīng)環(huán)交界處的誤差區(qū)域；

將探頭與示波器的連接線纜遠(yuǎn)離沖擊發(fā)生器的高壓輸出端（間距≥1.5m），并采用單端接地方式消除地環(huán)流干擾；

測試前執(zhí)行干擾排查：將探頭空載環(huán)繞被測導(dǎo)線，示波器顯示噪聲僅 3mVp-p，遠(yuǎn)低于 120kA 對應(yīng) 12V 輸出信號的測量閾值。

（二）沖擊測試執(zhí)行流程

接通探頭電源，待綠色指示燈穩(wěn)定亮起后預(yù)熱 5 分鐘，示波器調(diào)至單次觸發(fā)模式；

啟動沖擊發(fā)生器，施加 120kA 峰值的 10/350μs 電流脈沖，PK-CWT/300 實(shí)時感應(yīng)磁場變化并轉(zhuǎn)換為電壓信號；

連續(xù)完成 3 次沖擊測試，每次間隔 5 分鐘，探頭全程無發(fā)熱現(xiàn)象，線圈溫度維持在 38℃（環(huán)境溫度 25℃）；

測試結(jié)束后先關(guān)閉發(fā)生器，待回路無殘余電荷后再取下探頭線圈，避免電流沖擊損壞設(shè)備。

四、測試結(jié)果與數(shù)據(jù)驗(yàn)證

（一）核心測量數(shù)據(jù)

（二）探頭性能優(yōu)勢體現(xiàn)

瞬態(tài)捕捉能力：示波器顯示的電流波形上升沿陡峭無畸變，與標(biāo)準(zhǔn)波形的擬合度達(dá) 99.2%，證明其高頻響應(yīng)性能優(yōu)于傳統(tǒng)分流器（擬合度僅 92%）；

抗干擾表現(xiàn)：在發(fā)生器產(chǎn)生的 10kV 殘壓干擾下，測量數(shù)據(jù)波動幅度≤0.3%，遠(yuǎn)低于說明書標(biāo)注的 ±0.5% 典型精度；

穩(wěn)定性驗(yàn)證：3 次連續(xù)沖擊的電流峰值偏差≤0.8kA，衰減率僅 0.1%/ms，滿足長時間多輪測試需求。

五、項(xiàng)目總結(jié)與應(yīng)用價值

測試效率提升：PK-CWT/300 的柔性開環(huán)結(jié)構(gòu)使接線時間從傳統(tǒng)分流器的 40 分鐘縮短至 5 分鐘，且支持帶電更換測試樣品（需符合安全規(guī)范）；

數(shù)據(jù)可靠性保障：0.67% 的測量誤差遠(yuǎn)優(yōu)于實(shí)驗(yàn)室要求的 ±1% 標(biāo)準(zhǔn)，為 SPD 的性能評級提供了精準(zhǔn)數(shù)據(jù)支撐；

場景適配擴(kuò)展：后續(xù)該探頭還被用于光伏逆變器的浪涌電流測試與斷路器短路分?jǐn)嘣囼?yàn)，憑借可定制線圈長度特性（已定制 1000mm 線圈適配大截面母線），實(shí)現(xiàn)了多場景復(fù)用。

實(shí)驗(yàn)室測試工程師李工評價：“PK-CWT/300 在 120kA 大電流下的穩(wěn)定性超出預(yù)期，尤其是其抗工頻干擾能力，解決了我們長期面臨的沖擊測試數(shù)據(jù)漂移問題。”

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