CN103235169A - Vfto下绝缘击穿前预放电电流的测量装置 - Google Patents

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陈维江
张乔根
颜湘莲
文韬
陈纲亮
戴敏
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Abstract

本发明公开一种VFTO下绝缘击穿前预放电电流的测量装置。其中测量装置包括圆环形骨架、绕制在骨架上的螺旋状线圈、在构成螺旋状线圈的导线两端并联的积分电阻和瞬态电压抑制二极管，积分电阻还具有线圈输出端口。螺旋状线圈用于将原边导体上流经的大电流经过电磁感应变换为小电流，积分电阻用于将流经螺旋状线圈上的电流信号转换为电压信号，瞬态电压抑制二极管用于将积分电阻上的电压钳制为预定的电压，线圈输出端口用于输出积分电阻得到的电压信号。通过多级过压保护，在保证在测量VFTO下绝缘击穿前预放电电流的同时，保护后级设备不受到损坏。

Description

VFTO下绝缘击穿前预放电电流的测量装置
技术领域
本发明涉及高电压领域，特别涉及一种VFTO（Very FastTransient Overvoltage，快速暂态过电压）下绝缘击穿前预放电电流的测量装置。
背景技术
罗哥夫斯基（Rogowski）线圈是一种空心或带磁芯的环形线圈，可直接套在被测导体上测量通过导体的脉冲电流。该线圈的电流测量范围从几mA到几十kA，可满足不同的测量要求。现有技术中，单独测量大电流和小电流的Rogowski线圈已经比较成熟。但这些电流传感器只能较好地测量单一幅值范围电流信号。若电流幅值范围变化较大，则很难在整个实验过程中进行完整测量；同时现有Rogowski线圈无过压保护措施，极有可能损坏后级测量仪器。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种VFTO下绝缘击穿前预放电电流的测量装置。通过多级过压保护，在测量VFTO下绝缘击穿前预放电电流的同时，保护后级设备不受到损坏。
根据本发明的一个方面，提供一种VFTO下绝缘击穿前预放电电流的测量装置，包括圆环形骨架、绕制在骨架上的螺旋状线圈、在构成螺旋状线圈的导线两端并联的积分电阻和瞬态电压抑制二极管，积分电阻还具有线圈输出端口，其中：
螺旋状线圈，用于将原边导体上流经的大电流经过电磁感应变换为小电流，以便减小瞬态电压抑制二极管的压力；
积分电阻，用于将流经螺旋状线圈上的电流信号转换为电压信号；
瞬态电压抑制二极管，用于将积分电阻上的电压钳制为预定的电压；
线圈输出端口，用于输出积分电阻得到的电压信号。
优选的，测量装置还包括环形的屏蔽结构，用于容纳圆环形骨架、螺旋状线圈、积分电阻和瞬态电压抑制二极管。
优选的，屏蔽结构上设有环形沟槽，其中环形沟槽的中轴线与螺旋状线圈的中轴线重合，一次侧电流在穿过螺旋状线圈的中轴线时，在垂直于电流方向的平面上产生磁场，环形沟槽用作所述磁场在螺旋状线圈上感应出电压的耦合通路。
优选的，骨架采用镍-锌铁氧体磁芯材料。
优选的，骨架为实心圆环形结构。
优选的，骨架的截面为正方形。
优选的，螺旋状线圈的匝数为30-50匝。
优选的，积分电阻为无感电阻。
优选的，瞬态电压抑制二极管具体在积分电阻的电压达到动作电压时，将积分电阻上的电压钳制为预设的电压。
本发明通过提供一种VFTO下绝缘击穿前预放电电流的测量装置，其中测量装置包括圆环形骨架、绕制在骨架上的螺旋状线圈、在构成螺旋状线圈的导线两端并联的积分电阻和瞬态电压抑制二极管，积分电阻还具有线圈输出端口。螺旋状线圈用于将原边导体上流经的大电流经过电磁感应变换为小电流，积分电阻用于将流经螺旋状线圈上的电流信号转换为电压信号，瞬态电压抑制二极管用于将积分电阻上的电压钳制为预定的电压，线圈输出端口用于输出积分电阻得到的电压信号。通过多级过压保护，在保证在测量VFTO下绝缘击穿前预放电电流的同时，保护后级设备不受到损坏。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明VFTO下绝缘击穿前预放电电流的测量装置一个实施例的俯视图。
图2为本发明屏蔽机构一个实施例的示意图。
图3为本发明的测试结果示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。
同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。
对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。
在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
图1为本发明VFTO下绝缘击穿前预放电电流的测量装置一个实施例的俯视图。如图1所示，测量装置包括圆环形骨架1、绕制在骨架1上的螺旋状线圈2、在构成螺旋状线圈2的导线两端并联的积分电阻3和瞬态电压抑制二极管4，积分电阻3还具有线圈输出端口6。其中：
螺旋状线圈2，用于将原边导体上流经的大电流经过电磁感应变换为小电流，以便减小瞬态电压抑制二极管4的压力。
积分电阻3，用于将流经螺旋状线圈2上的电流信号转换为电压信号。
瞬态电压抑制二极管4，用于将积分电阻3上的电压钳制为预定的电压；
线圈输出端口6，用于输出积分电阻3得到的电压信号。
基于本发明上述实施例提供的VFTO下绝缘击穿前预放电电流的测量装置，通过多级过压保护，能够在测量VFTO下绝缘击穿前预放电电流的同时，保护后级设备不受到损坏。
本发明为抑制试品击穿电流对后级设备的损坏，采用三级保护措施。
第一级保护：通过线圈，将原边导体上流经的大电流经电磁感应原理变换为小电流，减小后级瞬态电压抑制二极管的压力。
优选的，螺旋状线圈的匝数为30-50匝。
第二级保护：借助小体积铁氧体磁环在大电流下的自饱和作用，再次限制线圈上的感应电流。
当几毫安至几十安的小电流流经线圈原边时，线圈输出端口可感应出与其成正比的电压信号。当试品击穿时产生的kA级大电流流经线圈原边时，小体积铁氧体磁环的饱和作用限制了线圈2上的脉冲电流幅值和脉宽，实现了第二级过压保护功能。
优选的，骨架采用镍-锌铁氧体磁芯材料。
由于镍-锌铁氧体磁芯材料的磁导率较低，电阻较大，因此适合频率较高的场合。
优选的，骨架为实心圆环形结构。
优选的，骨架的截面为正方形。
通过将骨架的截面设为正方形，可便于制造和绕制线圈。
第三级保护：瞬态电压抑制二极管4具体在积分电阻3的电压达到动作电压时，将积分电阻3上的电压钳制为预设的电压，通常为几十伏。
由于通过三级保护，从而，在线圈通过kA级大电流时限制积分电阻两端的出口电压，以免因感应出高电压而威胁后级测量仪器的安全。
优选的，积分电阻3可采用无感电阻。由于测量快速变化的电流需要降低积分电阻的电感，普通电阻的杂散电感较大，积分时会发生较大振荡，不能较好还原原始电流信号，传感器的测量频带和精度均会受到影响，因此采用无感电阻则可以较好还原原始电流信号，保证传感器的测量频带和精度。如果主要测试低频电流，则也可采用普通电阻作为积分电阻。
优选的，线圈输出端口6可采用工程用标准接头，例如Q9接头等，可以通过电缆与示波器的输入通道很好匹配。
优选的，为了避免外部的电磁干扰，可在上述部件之外设置环形的屏蔽结构5。例如，环形的屏蔽结构用于容纳圆环形骨架1、螺旋状线圈2、积分电阻3和瞬态电压抑制二极管4。
优选的，屏蔽结构5上设有环形沟槽，其中环形沟槽的中轴线与螺旋状线圈的中轴线重合，一次侧电流在穿过螺旋状线圈的中轴线时，在垂直于电流方向的平面上产生磁场，环形沟槽用作所述磁场在螺旋状线圈上感应出电压的耦合通路。
图2为本发明屏蔽机构一个实施例的示意图。如图2所示，屏蔽机构5可选用环形结构的金属屏蔽盒21。其中，屏蔽盒可由上下两半部分组成。两半合并后，中间留有环形沟槽22。
图3为本发明的测试结果示意图。其中，A为试品击穿后的kA级大电流，B为本发明深度过流保护的小电流线圈测得的mA级纳秒预放电电流。测试表明：该线圈既能准确测量上升沿小于5ns的mA级小电流，又能在流过kA级大电流时限制线圈出口电压，保护后级设备。
本发明采用电磁感应变幅值，铁氧体磁环饱和限幅值，瞬态电压抑制二极管抑制幅值三级保护措施，实现VFTO下绝缘击穿前预放电电流的安全准确测量。
本发明的描述是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显然的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。

Claims (9)

1.一种VFTO下绝缘击穿前预放电电流的测量装置，其特征在于，包括圆环形骨架、绕制在骨架上的螺旋状线圈、在构成螺旋状线圈的导线两端并联的积分电阻和瞬态电压抑制二极管，积分电阻还具有线圈输出端口，其中：
螺旋状线圈，用于将原边导体上流经的大电流经过电磁感应变换为小电流，以便减小瞬态电压抑制二极管的压力；
积分电阻，用于将流经螺旋状线圈上的电流信号转换为电压信号；
瞬态电压抑制二极管，用于将积分电阻上的电压钳制为预定的电压；
线圈输出端口，用于输出积分电阻得到的电压信号。
2.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，
测量装置还包括环形的屏蔽结构，用于容纳圆环形骨架、螺旋状线圈、积分电阻和瞬态电压抑制二极管。
3.根据权利要求2所述的测量装置，其特征在于，
屏蔽结构上设有环形沟槽，其中环形沟槽的中轴线与螺旋状线圈的中轴线重合，一次侧电流在穿过螺旋状线圈的中轴线时，在垂直于电流方向的平面上产生磁场，环形沟槽用作所述磁场在螺旋状线圈上感应出电压的耦合通路。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的测量装置，其特征在于，
骨架采用镍-锌铁氧体磁芯材料。
5.根据权利要求4所述的测量装置，其特征在于，
骨架为实心圆环形结构。
6.根据权利要求1-3中任一项所述的测量装置，其特征在于，
骨架的截面为正方形。
7.根据权利要求1-3中任一项所述的测量装置，其特征在于，
螺旋状线圈的匝数为30-50匝。
8.根据权利要求1-3中任一项所述的测量装置，其特征在于，
积分电阻为无感电阻。
9.根据权利要求1-3中任一项所述的测量装置，其特征在于，
瞬态电压抑制二极管具体在积分电阻的电压达到动作电压时，将积分电阻上的电压钳制为预设的电压。
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