CN102998495B - 一种桁架式双脉冲雷电流发生器主回路拓扑电路 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及了一种桁架式双脉冲雷电流发生器主回路拓扑电路，它主要包括桁架式电容器拓扑结构布置，阵列式接地开关、直线电机驱动隔音放电间隙等组成，本拓扑电路采用特殊的电容器拓扑电路形式，能够运用同一组电容器分别产生8/20μs和10/350μs两种脉冲电流波形，用于模拟不同条件下雷电流效应。在一套设备中实现两种雷电流波形输出，节约了设备的重复投资，减少了设备占地面积。为雷电流效应模拟及试验提供了新的手段。

Description

一种桁架式双脉冲雷电流发生器主回路拓扑电路
技术领域
本发明涉及一种双脉冲雷电流发生器主回路拓扑电路，尤其是涉及一种桁架式双脉冲雷电流发生器主回路拓扑电路。
背景技术
自然界中的雷击对设备的损坏主要由两种情况构成，直接效应破坏和间接效应破坏。不同的试验试品以及模拟不同情况下的雷电流效应，需要的雷电流波形不同，例如电涌保护器的一级分类试验中需要模拟的雷电流波形为10/350μs，二级分类试验中需要模拟的雷电流波形为8/20μs，产生这两种雷电流的所需要的主电容器范围很大，涉及几十微法到几千微法之间，为了得到这两种雷电流波形，以往采用两套雷电流发生器分别产生这两种雷电流波形，设备投资大，占地面积广，操作复杂。
发明内容
本发明主要是解决现有技术所存在的技术问题；提供了一种能够同时实现8/20μs和10/350μs两种雷电流波形输出，节约了设备的重复投资，减少了设备占地面积的一种桁架式双脉冲雷电流发生器主回路拓扑电路。
本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：
一种桁架式双脉冲雷电流发生器主回路拓扑电路，其特征在于，包括由若干桁架电容器组成的桁架式电容器拓扑组件、与桁架式电容器拓扑组件连接的阵列式接地开关、以及与桁架式电容器拓扑组件连接的直线电机驱动隔音放电间隙。
在上述的一种桁架式双脉冲雷电流发生器主回路拓扑电路，所述的桁架电容器包括桁架以及设置在桁架上的电容器，所述桁架为上下两层，每层垂直设有两个电容器，且上层下端的电容器与下层上端的电容器的外壳通过空气间隙绝缘；上层的两个电容器的外壳连接在一起，下层的两个电容器的外壳是连接在一起，所述电容器为双套管高压脉冲电容器。
在上述的一种桁架式双脉冲雷电流发生器主回路拓扑电路，所述阵列式接地开关采用5组水平布置的接地放电电阻开关组件，所述接地放电电阻开关组件采用水电阻；所有桁架电容器的上层的上端电容器通过短接板串联，所有的桁架电容器的下层的下端电容器通过短接板串联，上层的上端电容器通过短接板串联后一端接上接地放电电阻开关组件，另一端与下层的通过短接板串联的下端电容器的一端串联，下层的通过短接板串联的下端电容器的另一端接上接地放电电阻开关组件。
在上述的一种桁架式双脉冲雷电流发生器主回路拓扑电路，每个桁架电容器的上层的下端电容器与该桁架电容器下层的上端电容器通过短接板串联，所有桁架电容器下层的上端电容器通过短接板串联后，一端同时与所有桁架电容器的上层的上端电容器和所有桁架电容器的下层的下端电容器连接，另一端连接上接地放电电阻开关组件。
在上述的一种桁架式双脉冲雷电流发生器主回路拓扑电路，所有桁架电容器上层两个电容器的外壳通过短接板串联后接上接地放电电阻开关组件；所有桁架电容器下层两个电容器的外壳通过短接板串联后接上接地放电电阻开关组件；所有桁架电容器上层两个电容器的外壳还与所有桁架电容器下层两个电容器的外壳通过短接板串联。
在上述的一种桁架式双脉冲雷电流发生器主回路拓扑电路，所述直线电机驱动隔音放电间隙采用直线电机驱动放电球隙，其高压端和低压端分别通过调波元件与桁架电容器的上层的上端电容器以及下层的下端电容器连接。
因此，本发明具有如下优点：能够同时实现8/20μs和10/350μs两种雷电流波形输出，节约了设备的重复投资，减少了设备占地面积。
附图说明
图1是装置的主回路结构图（图中虚线部分均为短接板）。
图2a是主电容器串联工作的拓扑电路。
图2b是主电容器并联工作的拓扑电路。
图3是直线电机驱动隔音放电间隙。
图4a是8/20μs雷电流的实验波形示意图。
图4b是10/350μs雷电流的实验波形示意图。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
实施例：
桁架式双脉冲雷电流发生器主回路拓扑电路，包括由若干桁架电容器组成的桁架式电容器拓扑组件1、与桁架式电容器拓扑组件1连接的阵列式接地开关2、以及与桁架式电容器拓扑组件1通过调波元件4连接的直线电机驱动隔音放电间隙3。在一套设备中分别产生8/20μs和10/350μs两种脉冲电流波形，用于模拟不同条件下雷电流效应。
桁架式电容器拓扑结构1的电容器选择双套管高压脉冲电容器，每个桁架电容器的上层的下端电容器与该桁架电容器下层的上端电容器通过短接板串联，所有桁架电容器下层的上端电容器通过短接板串联后，一端同时与所有桁架电容器的上层的上端电容器和所有桁架电容器的下层的下端电容器连接，另一端连接上接地放电电阻开关组件；所有桁架电容器上层两个电容器的外壳通过短接板串联后接上接地放电电阻开关组件；所有桁架电容器下层两个电容器的外壳通过短接板串联后接上接地放电电阻开关组件；所有桁架电容器上层两个电容器的外壳与所有桁架电容器下层两个电容器的外壳通过空气间隙绝缘。
电容器架侧面采用斜拉式结构，增加结构强度，电容器布置采用上下两层桁架式布置形式，便于电容器组不同连接形式下的变换，实现电容器在几十微法至数千百微法之间转变，满足了不同雷电流调波需求。当所用电容器串联是，电容量为C微法，电压为UkV,可产生数十到数百千安的8/20μs脉冲电流波形。当所有电容器并联操作时，电容量为16C微法，电压为U/4kV，可产生数十到数百千安的10/350μs脉冲电流波形，主电容器拓扑电路变换形式可以通过手动方式来转变，也可通过由PLC控制的电动开关来转换，转换方便快捷。调波元件4采用直插式板式调波电阻和调波电感，可以方便的实现两种脉冲电流波形回路之间的变换。可实现调波电阻和调波电感方便快速的投切到雷电流调波元件中。
阵列式接地开关2采用5组水平布置的接地电阻，实现不同电压极电容器组的安全接地，接地放电电阻开关组件采用水电阻；所有桁架电容器的上层的上端电容器通过短接板串联，所有的桁架电容器的下层的下端电容器通过短接板串联，上层的上端电容器通过短接板串联后一端接上接地放电电阻开关组件，另一端与下层的通过短接板串联的下端电容器的一端串联，下层的通过短接板串联的下端电容器的另一端接上接地放电电阻开关组件当电容器组串联工作时，每层电容器组套管上的电压等级不一样，采用阵列式接地开关2，可以有效的确保试验过程中安全性。同时接地放电电阻采用水电阻，具有比热容高，同等温升条件下吸收热量大，水电阻外壳采用透明的有机玻璃罩，电阻有效状态直观可见，结构长度为60-100cm,最高可耐受250kV的直流高压。
直线电机驱动隔音放电间隙3采用直线电机驱动放电球隙，动作稳定可靠，最小步进距离可达0.5mm,可移动距离范围为0-80mm,可以满足在放电球隙在0-200kV电压等级下的精确调节，点火回路采用光电隔离的高压脉冲形式对主回路进行点火放电，实现雷电流波形的产生。点火开关采用光电隔离的高压脉冲触发的隔离球隙来实现，能够对200kV以内的电压等级进行快速准确的点火放电。同时采用有机玻璃隔音罩，可以有效的降低试验过程中的噪声。放电球隙采用镀钨铜球，直径为120-200mm,具有耐温高，可用于上万次脉冲放电试验。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
尽管本文较多地使用了桁架式电容器拓扑组件1、阵列式接地开关2、直线电机驱动隔音放电间隙3、调波元件4等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

Claims (1)

1.一种桁架式双脉冲雷电流发生器主回路拓扑电路，其特征在于，包括由若干桁架电容器组成的桁架式电容器拓扑组件(1)、与桁架式电容器拓扑组件(1)连接的阵列式接地开关(2)、以及与桁架式电容器拓扑组件(1)通过调波元件(4)连接的直线电机驱动隔音放电间隙(3)；
桁架式电容器拓扑组件(1)的电容器选择双套管高压脉冲电容器，每个桁架电容器的上层的下端电容器与该桁架电容器下层的上端电容器通过短接板串联，所有桁架电容器下层的上端电容器通过短接板串联后，一端同时与所有桁架电容器的上层的上端电容器和所有桁架电容器的下层的下端电容器连接，另一端连接上接地放电电阻开关组件；所有桁架电容器上层两个电容器的外壳通过短接板串联后接上接地放电电阻开关组件；所有桁架电容器下层两个电容器的外壳通过短接板串联后接上接地放电电阻开关组件；所有桁架电容器上层两个电容器的外壳与所有桁架电容器下层两个电容器的外壳通过空气间隙绝缘；
电容器架侧面采用斜拉式结构，增加结构强度，电容器布置采用上下两层桁架式布置形式，便于电容器组不同连接形式下的变换，实现电容器在几十微法至数千百微法之间转变，满足了不同雷电流调波需求；当电容器串联时，电容量为C微法，电压为UkV,可产生数十到数百千安的8/20μs脉冲电流波形；当所有电容器并联操作时，电容量为16C微法，电压为U/4kV，可产生数十到数百千安的10/350μs脉冲电流波形，主电容器拓扑电路变换形式可以通过手动方式来转变，也可通过由PLC控制的电动开关来转换，转换方便快捷；调波元件(4)采用直插式板式调波电阻和调波电感，可以方便的实现两种脉冲电流波形回路之间的变换；可实现调波电阻和调波电感方便快速的投切到雷电流调波元件中；
阵列式接地开关(2)采用5组水平布置的接地电阻，实现不同电压极电容器组的安全接地，接地放电电阻开关组件采用水电阻；所有桁架电容器的上层的上端电容器通过短接板串联，所有的桁架电容器的下层的下端电容器通过短接板串联，上层的上端电容器通过短接板串联后一端接上接地放电电阻开关组件，另一端与下层的通过短接板串联的下端电容器的一端串联，下层的通过短接板串联的下端电容器的另一端接上接地放电电阻开关组件，当电容器组串联工作时，每层电容器组套管上的电压等级不一样，采用阵列式接地开(2)，可以有效的确保试验过程中安全性；同时接地放电电阻采用水电阻，具有比热容高，同等温升条件下吸收热量大，水电阻外壳采用透明的有机玻璃罩，电阻有效状态直观可见，结构长度为60-100cm,最高可耐受250kV的直流高压；
直线电机驱动隔音放电间隙(3)采用直线电机驱动放电球隙，动作稳定可靠，最小步进距离可达0.5mm,可移动距离范围为0-80mm,可以满足在放电球隙在0-200kV电压等级下的精确调节，点火回路采用光电隔离的高压脉冲形式对主回路进行点火放电，实现雷电流波形的产生；点火开关采用光电隔离的高压脉冲触发的隔离球隙来实现，能够对200kV以内的电压等级进行快速准确的点火放电；同时采用有机玻璃隔音罩，可以有效的降低试验过程中的噪声；放电球隙采用镀钨铜球，直径为120-200mm,具有耐温高，可用于上万次脉冲放电试验。
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