120kA 雷击电流下的性能验证：PK-CWT/300 在 SPD 测试中的实战应用​

一、项目背景与测试需求

2025 年 7 月，华东某电力设备检测实验室承接了一批用于高铁牵引变电站的 20kV 级电涌保护器（SPD）型式试验项目。该 SPD 作为雷电防护核心器件，需通过 GB/T 18802.11 标准规定的 I 类 10/350μs 冲击电流试验，关键测试指标包括：

耐受峰值 120kA 的雷击冲击电流，记录实际通流波形；

捕捉电流上升沿（350μs 内从 0 升至 120kA）的瞬态变化率；

同步监测冲击过程中的残压与电流响应的时间差，误差需≤±1%；

试验环境存在 50Hz 工频电场与 kV 级瞬变尖峰干扰，需确保测量稳定性。

实验室前期使用的传统分流器存在接线繁琐、高频响应滞后问题，且在 100kA 以上大电流下发热严重，无法满足连续 3 次冲击的测试需求。经调研对比，最终选用西安普科电子 PK-CWT/300 柔性电流探头作为核心测量工具。

二、测试方案与设备配置

（一）核心设备选型依据

PK-CWT/300 的技术参数与测试需求形成精准匹配：

峰值电流 120kA 完全覆盖试验所需的 120kA 冲击量程，且预留安全裕量；

40kA/μs 的电流变化率耐受能力，远超 10/350μs 波形对应的 0.34kA/μs 实际变化率，可无失真捕捉上升沿；

0.1Hz-16MHz 宽频带兼顾低频缓变与高频瞬态，适配冲击电流的复杂频谱；

10kVpk 线圈绝缘与工频抗扰特性，适配 SPD 测试中的高压环境。

（二）系统搭建方案

测量链路组成：10/350μs 冲击电流发生器→被测 SPD→PK-CWT/300 探头→RIGOL HD4184 示波器（1GHz 带宽、5GS/s 采样率）→数据记录仪；

探头配置细节：选用 700mm 周长线圈（适配 SPD 的 50mm 直径输出引线）、2.5m 标准同轴电缆，供电采用外部 12V 适配器以保障长时间测试续航；

同步校准措施：使用实验室标准脉冲电流源（精度 ±0.1%）对探头进行预校准，示波器衰减比设为 1000X（匹配 0.1mV/A 灵敏度）。

三、测试实施与关键操作要点

（一）探头部署与抗干扰处理

按照操作规范先切断冲击发生器电源，将 PK-CWT/300 柔性线圈环绕于 SPD 的接地引线中部，确保导线位于线圈正中心（偏离中心≤5mm），避免感应环交界处的误差区域；

将探头与示波器的连接线缆远离冲击发生器的高压输出端（间距≥1.5m），并采用单端接地方式消除地环流干扰；

测试前执行干扰排查：将探头空载环绕被测导线，示波器显示噪声仅 3mVp-p，远低于 120kA 对应 12V 输出信号的测量阈值。

（二）冲击测试执行流程

接通探头电源，待绿色指示灯稳定亮起后预热 5 分钟，示波器调至单次触发模式；

启动冲击发生器，施加 120kA 峰值的 10/350μs 电流脉冲，PK-CWT/300 实时感应磁场变化并转换为电压信号；

连续完成 3 次冲击测试，每次间隔 5 分钟，探头全程无发热现象，线圈温度维持在 38℃（环境温度 25℃）；

测试结束后先关闭发生器，待回路无残余电荷后再取下探头线圈，避免电流冲击损坏设备。

四、测试结果与数据验证

（一）核心测量数据

（二）探头性能优势体现

瞬态捕捉能力：示波器显示的电流波形上升沿陡峭无畸变，与标准波形的拟合度达 99.2%，证明其高频响应性能优于传统分流器（拟合度仅 92%）；

抗干扰表现：在发生器产生的 10kV 残压干扰下，测量数据波动幅度≤0.3%，远低于说明书标注的 ±0.5% 典型精度；

稳定性验证：3 次连续冲击的电流峰值偏差≤0.8kA，衰减率仅 0.1%/ms，满足长时间多轮测试需求。

五、项目总结与应用价值

测试效率提升：PK-CWT/300 的柔性开环结构使接线时间从传统分流器的 40 分钟缩短至 5 分钟，且支持带电更换测试样品（需符合安全规范）；

数据可靠性保障：0.67% 的测量误差远优于实验室要求的 ±1% 标准，为 SPD 的性能评级提供了精准数据支撑；

场景适配扩展：后续该探头还被用于光伏逆变器的浪涌电流测试与断路器短路分断试验，凭借可定制线圈长度特性（已定制 1000mm 线圈适配大截面母线），实现了多场景复用。

实验室测试工程师李工评价：“PK-CWT/300 在 120kA 大电流下的稳定性超出预期，尤其是其抗工频干扰能力，解决了我们长期面临的冲击测试数据漂移问题。”

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