脈沖水開(kāi)關(guān)的耐受電壓和脈沖頻率的測(cè)量?jī)x器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及電測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，是一種脈沖水開(kāi)關(guān)的耐受電壓和脈沖頻率的測(cè)量?jī)x器。
【背景技術(shù)】
[0002]水作為脈沖開(kāi)關(guān)的介質(zhì)，具有良好的耐壓性能和自愈性能。諸如，高絕緣強(qiáng)度，陡脈沖前沿，短暫恢復(fù)時(shí)間，穩(wěn)定性好等。影響水開(kāi)關(guān)電氣性能一個(gè)重要因素是脈沖頻率，也就說(shuō)放電后水完全自愈所需要時(shí)間的長(zhǎng)短。近年來(lái)，隨著脈沖功率技術(shù)不斷向高功率，高重復(fù)頻率和高穩(wěn)定性的方向發(fā)展，迫切需要一種有效測(cè)量脈沖水開(kāi)關(guān)的耐受電壓和脈沖頻率的試驗(yàn)儀器。
[0003]當(dāng)施加脈沖電壓時(shí)，水開(kāi)關(guān)由高阻絕緣狀態(tài)轉(zhuǎn)化為低阻導(dǎo)電狀態(tài)。放電后，水汽化，殘留細(xì)線狀氣態(tài)通道。這些氣態(tài)通道匯聚形成氣泡。水中氣泡是影響脈沖開(kāi)關(guān)耐受電壓和脈沖頻率的關(guān)鍵因素，氣泡存在時(shí)間很短。所以，當(dāng)氣泡完全消失后，再次施加脈沖電壓，即脈沖頻率低時(shí)，水開(kāi)關(guān)承受與前一次相同的耐受電壓。但是，如果水中氣泡尚未完全消失，這時(shí)，再次施加脈沖電壓，即脈沖頻率高時(shí)，水開(kāi)關(guān)承受的耐受電壓遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于前一次放電的耐受電壓，從而降低了開(kāi)關(guān)的穩(wěn)定性和輸出功率。水開(kāi)關(guān)的耐受電壓與脈沖頻率屬于脈沖功率領(lǐng)域內(nèi)的難題。目前國(guó)內(nèi)尚未對(duì)水開(kāi)關(guān)耐壓性能和自愈性能測(cè)量提供依據(jù)的文獻(xiàn)報(bào)導(dǎo)和實(shí)際應(yīng)用。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004]本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是:提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、適用，能夠測(cè)量水開(kāi)關(guān)耐受電壓和脈沖頻率，且測(cè)量準(zhǔn)確的脈沖水開(kāi)關(guān)的耐受電壓和脈沖頻率的測(cè)量?jī)x器，同樣適用于高絕緣性流體液體開(kāi)關(guān)的測(cè)量。
[0005]解決其技術(shù)問(wèn)題采用的技術(shù)方案是:一種脈沖水開(kāi)關(guān)的耐受電壓和脈沖頻率的測(cè)量?jī)x器，其特征是，它包括:時(shí)間延時(shí)觸發(fā)器、第一控制器、第一高壓脈沖電源、第一高壓二極管，第二控制器、第二高壓脈沖電源、第二高壓二極管、阻尼電阻、電容、放電反應(yīng)器、放電電極、高壓探頭、電流測(cè)量器和示波器，所述時(shí)間延時(shí)觸發(fā)器的一輸出端與第一控制器、第一高壓脈沖電源、第一高壓二極管順序電連接，所述時(shí)間延時(shí)觸發(fā)器的另一輸出端與第二控制器、第二高壓脈沖電源、第二高壓二極管順序電連接，第一高壓二極管的正極和第二高壓二極管的正極與阻尼電阻的輸入端電連接，阻尼電阻的輸出端串接電容與地連接，阻尼電阻的輸出端與高壓探頭、電流測(cè)量器和示波器電連接，阻尼電阻的輸出端與放電反應(yīng)器的輸入端電連接，放電反應(yīng)器的輸出端與地連接，在放電反應(yīng)器內(nèi)置有放電電極。
[0006]本實(shí)用新型的有益效果是:
[0007]1.調(diào)節(jié)放電電極極間距離，可實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)水開(kāi)關(guān)的耐受電壓幅值；
[0008]2.調(diào)節(jié)時(shí)間延時(shí)觸發(fā)器兩次觸發(fā)時(shí)間間隔，可實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)水開(kāi)關(guān)的脈沖頻率；
[0009]3.高壓二極管可以防止放電電極的脈沖電壓反向作用于控制器，以免對(duì)下一次放電造成干擾；
[0010]4.電容可以陡化脈沖上升，減少第一次脈沖電壓擊穿時(shí)間對(duì)兩次放電時(shí)間間隔的影響；
[0011]5.適用于高絕緣性流體液體開(kāi)關(guān)的測(cè)量；
[0012]6.具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、適用，能夠測(cè)量水開(kāi)關(guān)耐受電壓和脈沖頻率，且測(cè)量準(zhǔn)確、精度尚O
【附圖說(shuō)明】
[0013]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步說(shuō)明
[0014]圖1為脈沖水開(kāi)關(guān)的耐受電壓和脈沖頻率的測(cè)量?jī)x器原理示意圖。
[0015]圖2為測(cè)量絕緣恢復(fù)率示意圖。
[0016]圖中，I第一高壓二極管，2阻尼電阻，3電容，4放電反應(yīng)器，5放電電極，6高壓探頭，7電流測(cè)量器，8耐受電壓，9外施加電壓，10第二高壓二極管，11時(shí)間延時(shí)觸發(fā)器，12第一高壓脈沖電源，13第一控制器，14第二控制器，15第二高壓脈沖電源，16示波器。
【具體實(shí)施方式】
[0017]參照?qǐng)D1，本實(shí)用新型的脈沖水開(kāi)關(guān)的耐受電壓和脈沖頻率的測(cè)量?jī)x器包括:時(shí)間延時(shí)觸發(fā)器11、第一控制器13、第一高壓脈沖電源12、第一高壓二極管1，第二控制器14、第二高壓脈沖電源15、第二高壓二極管10、阻尼電阻2、電容3、放電反應(yīng)器4、放電電極5、高壓探頭6、電流測(cè)量器7和示波器16，所述時(shí)間延時(shí)觸發(fā)器11的一輸出端與第一控制器13、第一高壓脈沖電源12、第一高壓二極管I順序電連接，所述時(shí)間延時(shí)觸發(fā)器11的另一輸出端與第二控制器14、第二高壓脈沖電源15、第二高壓二極管10順序電連接，第一高壓二極管I的正極和第二高壓二極管10的正極與阻尼電阻2的輸入端電連接，阻尼電阻2的輸出端串接電容3與地連接，阻尼電阻2的輸出端與高壓探頭6、電流測(cè)量器7和示波器16電連接，阻尼電阻2的輸出端與放電反應(yīng)器4的輸入端電連接，放電反應(yīng)器4的輸出端與地連接，在放電反應(yīng)器4內(nèi)置有放電電極5。第一高壓脈沖電源12和第二高壓脈沖電源15均由充電部分，IGBT驅(qū)動(dòng)電路和磁脈沖壓縮電路組成。脈沖電源將交流220 V升壓至I kV左右，經(jīng)整流成直流后壓縮為脈沖寬度毫秒級(jí)至納秒級(jí)的高壓脈沖，輸出正極性脈沖電壓給傳輸回路，電壓幅值10 kV左右，脈沖寬度為600ns-800ns。第一控制器13和第二控制器14均通過(guò)IGBT驅(qū)動(dòng)電路控制輸出電壓開(kāi)啟時(shí)間。兩次脈沖放電分別由兩組脈沖電源提供，時(shí)間延時(shí)觸發(fā)器11通過(guò)控制器觸發(fā)脈沖電源，按照設(shè)定的相繼兩次放電時(shí)間間隔t，分別觸發(fā)脈沖電壓，如圖2所示。放電時(shí)間間隔的范圍為0.5ms-10so絕緣恢復(fù)率=第二次耐受電壓/第一次耐受電壓；脈沖頻率=I/相繼兩次放電時(shí)間間隔。傳輸回路的一路由第一高壓二極管1，阻尼電阻2，電容3組成；傳輸回路的第二路由第二高壓二極管10，阻尼電阻2，電容3組成。脈沖波形從高壓二極管單向流過(guò)，經(jīng)過(guò)阻尼電阻2，電容3，到達(dá)放電電極5。阻尼電阻2可減弱水開(kāi)關(guān)放電引起的振蕩。電容3可陡化脈沖電壓的脈沖寬度至350 ns左右。當(dāng)開(kāi)關(guān)在外施加電壓9作用下?lián)舸┖螅邏禾筋^6，電流測(cè)量器7分別檢測(cè)電壓電流，示波器16記錄其波形。最后等離子體入地。水開(kāi)關(guān)的放電電極5為球?qū)η螂姌O。電極材料為不銹鋼，球半徑為50 mm,電極極間距離為10 μπι。
[0018]使用所述的脈沖水開(kāi)關(guān)的耐受電壓和脈沖頻率的測(cè)量?jī)x器時(shí)，使第一個(gè)脈沖電源輸出正極性脈沖，施加的脈沖電壓通過(guò)第一高壓二極管單向輸出，通過(guò)阻尼電阻，再通過(guò)電容進(jìn)一步陡化脈沖寬度，到達(dá)反應(yīng)器的放電電極上，并貫通兩放電電極之間水，最后入地，示波器記錄此時(shí)開(kāi)關(guān)的第一次耐受電壓，在時(shí)間延時(shí)觸發(fā)器觸發(fā)下，第二次脈沖電壓通過(guò)高壓二極管、阻尼電阻，電容，貫通兩電極，示波器再次記錄開(kāi)關(guān)的第二次耐受電壓，實(shí)現(xiàn)測(cè)量水開(kāi)關(guān)的絕緣恢復(fù)率，絕緣恢復(fù)率為第二次耐受電壓與第一次耐受電壓之比；設(shè)定放電電極間距為要求值，減少相繼兩次開(kāi)關(guān)放電時(shí)間間隔，測(cè)量脈沖頻率，同時(shí)測(cè)量開(kāi)關(guān)耐受電壓，計(jì)算絕緣恢復(fù)率；同樣方法，設(shè)定放電電極水中深度為要求值，減少相繼兩次開(kāi)關(guān)放電時(shí)間間隔，測(cè)量脈沖頻率，同時(shí)測(cè)量開(kāi)關(guān)耐受電壓，計(jì)算絕緣恢復(fù)率。
[0019]測(cè)量水開(kāi)關(guān)電氣性能的步驟
[0020]I調(diào)節(jié)第一控制器13和第二控制器14，使脈沖電壓達(dá)到要求值；
[0021]2調(diào)節(jié)時(shí)間延時(shí)觸發(fā)器11，使相繼兩次放電的時(shí)間間隔t達(dá)到要求值；
[0022]3調(diào)節(jié)放電電極5極間距離及放電電極5在水中深度，使之達(dá)到要求值；
[0023]4時(shí)間延時(shí)觸發(fā)器11在tl時(shí)刻啟動(dòng)第一控制器13，觸發(fā)第一個(gè)高壓脈沖電源12，在經(jīng)過(guò)t時(shí)間后，t2時(shí)刻啟動(dòng)第二控制器14，觸發(fā)第二高壓脈沖電源15放電；
[0024]5高電壓探頭6，電流測(cè)量器7分別記錄兩次放電的耐受電壓8和電流波形；
[0025]6計(jì)算兩次放電電壓峰值的比值，即絕緣恢復(fù)率。相繼兩次放電的時(shí)間間隔t的倒數(shù)，即脈沖頻率；
[0026]7對(duì)于類似液態(tài)C02高壓流體作為液體開(kāi)關(guān)，放電反應(yīng)器能夠承受一定壓力和溫度，并可設(shè)定壓力溫度值。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種脈沖水開(kāi)關(guān)的耐受電壓和脈沖頻率的測(cè)量?jī)x器，其特征是，它包括:時(shí)間延時(shí)觸發(fā)器、第一控制器、第一高壓脈沖電源、第一高壓二極管，第二控制器、第二高壓脈沖電源、第二高壓二極管、阻尼電阻、電容、放電反應(yīng)器、放電電極、高壓探頭、電流測(cè)量器和示波器，所述時(shí)間延時(shí)觸發(fā)器的一輸出端與第一控制器、第一高壓脈沖電源、第一高壓二極管順序電連接，所述時(shí)間延時(shí)觸發(fā)器的另一輸出端與第二控制器、第二高壓脈沖電源、第二高壓二極管順序電連接，第一高壓二極管的正極和第二高壓二極管的正極與阻尼電阻的輸入端電連接，阻尼電阻的輸出端串接電容與地連接，阻尼電阻的輸出端與高壓探頭、電流測(cè)量器和示波器電連接，阻尼電阻的輸出端與放電反應(yīng)器的輸入端電連接，放電反應(yīng)器的輸出端與地連接，在放電反應(yīng)器內(nèi)置有放電電極。
【專利摘要】一種脈沖水開(kāi)關(guān)的耐受電壓和脈沖頻率的測(cè)量?jī)x器，能夠?qū)γ}沖功率系統(tǒng)中水開(kāi)關(guān)性能進(jìn)行測(cè)試，也可為以高絕緣性流體為介質(zhì)的液體開(kāi)關(guān)性能進(jìn)行測(cè)試。通過(guò)測(cè)量放電電極之間水中相繼兩次放電時(shí)間間隔下的耐受電壓，采用兩個(gè)高壓脈沖電源，其中一個(gè)高壓脈沖電源將電壓施加到放電反應(yīng)器的電極上，使水產(chǎn)生放電等離子體通道，使之汽化。隨著水中氣泡的收縮，最終消失；在此過(guò)程中，時(shí)間延時(shí)觸發(fā)器發(fā)出信號(hào)，通過(guò)第二個(gè)高壓脈沖電源將脈沖電壓施加到電極上，使放電等離子體通道再次貫穿電極?？蓪?duì)水開(kāi)關(guān)的絕緣恢復(fù)率和脈沖頻率特性測(cè)試，測(cè)試電路穩(wěn)定性好，測(cè)量精度高。
【IPC分類】G01R31/327, G01R31/12
【公開(kāi)號(hào)】CN204925348
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520704915
【發(fā)明人】楊智博
【申請(qǐng)人】東北電力大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年12月30日
【申請(qǐng)日】2015年9月11日