CN105093107A

CN105093107A - 脉冲水开关的耐受电压和脉冲频率的测量仪器及其方法

Info

Publication number: CN105093107A
Application number: CN201510578688.6A
Authority: CN
Inventors: 杨智博
Original assignee: Northeast Dianli University
Current assignee: Northeast Electric Power University
Priority date: 2015-09-11
Filing date: 2015-09-11
Publication date: 2015-11-25

Abstract

本发明公开了一种脉冲水开关的耐受电压和脉冲频率的测量仪器及其方法，能够对脉冲功率系统中水开关性能进行测试，也可为以高绝缘性流体为介质的液体开关性能进行测试。通过测量放电电极之间水中相继两次放电时间间隔下的耐受电压，采用两个高压脉冲电源，其中一个高压脉冲电源将电压施加到放电反应器的电极上，使水产生放电等离子体通道，使之汽化。随着水中气泡的收缩，最终消失；在此过程中，时间延时触发器发出信号，通过第二个高压脉冲电源将脉冲电压施加到电极上，使放电等离子体通道再次贯穿电极。可对水开关的绝缘恢复率和脉冲频率特性测试，测试电路稳定性好，测量精度高。

Description

脉冲水开关的耐受电压和脉冲频率的测量仪器及其方法

技术领域

本发明涉及电测量技术领域，是一种脉冲水开关的耐受电压和脉冲频率的测量仪器及其方法。

背景技术

水作为脉冲开关的介质，具有良好的耐压性能和自愈性能。诸如，高绝缘强度,陡脉冲前沿,短暂恢复时间,稳定性好等。影响水开关电气性能一个重要因素是脉冲频率，也就说放电后水完全自愈所需要时间的长短。近年来，随着脉冲功率技术不断向高功率，高重复频率和高稳定性的方向发展，迫切需要一种有效测量脉冲水开关耐受电压和脉冲频率的试验方法。

当施加脉冲电压时，水开关由高阻绝缘状态转化为低阻导电状态。放电后，水汽化，残留细线状气态通道。这些气态通道汇聚形成气泡。水中气泡是影响脉冲开关耐受电压和脉冲频率的关键因素，气泡存在时间很短。所以，当气泡完全消失后，再次施加脉冲电压，即脉冲频率低时，水开关承受与前一次相同的耐受电压。但是，如果水中气泡尚未完全消失，这时，再次施加脉冲电压，即脉冲频率高时，水开关承受的耐受电压远远小于前一次放电的耐受电压，从而降低了开关的稳定性和输出功率。水开关的耐受电压与脉冲频率属于脉冲功率领域内的难题。目前国内尚未对水开关耐压性能和自愈性能测量提供依据的文献报导和实际应用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种结构简单、适用，能够测量水开关耐受电压和脉冲频率，且测量准确的脉冲水开关的耐受电压和脉冲频率的测量仪器，并提供其测量方法，同样适用于高绝缘性流体液体开关的测量。

解决其技术问题采用的技术方案是：一种脉冲水开关的耐受电压和脉冲频率的测量仪器,其特征是，它包括：时间延时触发器、第一控制器、第一高压脉冲电源、第一高压二极管，第二控制器、第二高压脉冲电源、第二高压二极管、阻尼电阻、电容、放电反应器、放电电极、高压探头、电流测量器和示波器，所述时间延时触发器的一输出端与第一控制器、第一高压脉冲电源、第一高压二极管顺序电连接，所述时间延时触发器的另一输出端与第二控制器、第二高压脉冲电源、第二高压二极管顺序电连接，第一高压二极管的正极和第二高压二极管的正极与阻尼电阻的输入端电连接，阻尼电阻的输出端串接电容与地连接，阻尼电阻的输出端与高压探头、电流测量器和示波器电连接，阻尼电阻的输出端与放电反应器的输入端电连接，放电反应器的输出端与地连接，在放电反应器内置有放电电极。

所述的脉冲水开关的耐受电压和脉冲频率的测量方法，其特征是：使用所述的脉冲水开关的耐受电压和脉冲频率的测量仪器，使第一个脉冲电源输出正极性脉冲，施加的脉冲电压通过第一高压二极管单向输出，通过阻尼电阻，再通过电容进一步陡化脉冲宽度，到达反应器的放电电极上，并贯通两放电电极之间水，最后入地，示波器记录此时开关的第一次耐受电压，在时间延时触发器触发下，第二次脉冲电压通过高压二极管、阻尼电阻，电容，贯通两电极，示波器再次记录开关的第二次耐受电压，实现测量水开关的绝缘恢复率，绝缘恢复率为第二次耐受电压与第一次耐受电压之比，设定放电电极间距为要求值，减少相继两次开关放电时间间隔，测量脉冲频率，同时测量开关耐受电压，计算绝缘恢复率；同样方法，设定放电电极水中深度为要求值，减少相继两次开关放电时间间隔，测量脉冲频率，同时测量开关耐受电压，计算绝缘恢复率。

本发明的有益效果是：

1.调节放电电极极间距离，可实现调节水开关的耐受电压幅值；

2.调节时间延时触发器两次触发时间间隔，可实现调节水开关的脉冲频率；

3.高压二极管可以防止放电电极的脉冲电压反向作用于控制器，以免对下一次放电造成干扰；

4.电容可以陡化脉冲上升，减少第一次脉冲电压击穿时间对两次放电时间间隔的影响；

5.适用于高绝缘性流体液体开关的测量；

6.具有结构简单、适用，能够测量水开关耐受电压和脉冲频率，且测量准确、精度高。

附图说明

下面结合附图和具体实施对本发明做进一步说明

图1为脉冲水开关的耐受电压和脉冲频率的测量仪器原理示意图。

图2为测量绝缘恢复率示意图。

图中，1第一高压二极管，2阻尼电阻，3电容，4放电反应器，5放电电极，6高压探头，7电流测量器，8耐受电压，9外施加电压，10第二高压二极管，11时间延时触发器，12第一高压脉冲电源，13第一控制器，14第二控制器，15第二高压脉冲电源，16示波器。

具体实施方式

参照图1，本发明的脉冲水开关的耐受电压和脉冲频率的测量仪器包括：时间延时触发器11、第一控制器13、第一高压脉冲电源12、第一高压二极管1，第二控制器14、第二高压脉冲电源15、第二高压二极管10、阻尼电阻2、电容3、放电反应器4、放电电极5、高压探头6、电流测量器7和示波器16，所述时间延时触发器11的一输出端与第一控制器13、第一高压脉冲电源12、第一高压二极管1顺序电连接，所述时间延时触发器11的另一输出端与第二控制器14、第二高压脉冲电源15、第二高压二极管10顺序电连接，第一高压二极管1的正极和第二高压二极管10的正极与阻尼电阻2的输入端电连接，阻尼电阻2的输出端串接电容3与地连接，阻尼电阻2的输出端与高压探头6、电流测量器7和示波器16电连接，阻尼电阻2的输出端与放电反应器4的输入端电连接，放电反应器4的输出端与地连接，在放电反应器4内置有放电电极5。第一高压脉冲电源12和第二高压脉冲电源15均由充电部分，IGBT驱动电路和磁脉冲压缩电路组成。脉冲电源将交流220V升压至1kV左右，经整流成直流后压缩为脉冲宽度毫秒级至纳秒级的高压脉冲，输出正极性脉冲电压给传输回路，电压幅值10kV左右，脉冲宽度为600ns-800ns。第一控制器13和第二控制器14均通过IGBT驱动电路控制输出电压开启时间。两次脉冲放电分别由两组脉冲电源提供，时间延时触发器11通过控制器触发脉冲电源，按照设定的相继两次放电时间间隔t,分别触发脉冲电压，如图2所示。放电时间间隔的范围为0.5ms-10s。绝缘恢复率=第二次耐受电压/第一次耐受电压；脉冲频率=1/相继两次放电时间间隔。传输回路的一路由第一高压二极管1，阻尼电阻2，电容3组成；传输回路的第二路由第二高压二极管10，阻尼电阻2，电容3组成。脉冲波形从高压二极管单向流过，经过阻尼电阻2，电容3，到达放电电极5。阻尼电阻2可减弱水开关放电引起的振荡。电容3可陡化脉冲电压的脉冲宽度至350ns左右。当开关在外施加电压9作用下击穿后，高压探头6，电流测量器7分别检测电压电流，示波器16记录其波形。最后等离子体入地。水开关的放电电极5为球对球电极。电极材料为不锈钢，球半径为50mm，电极极间距离为10μm。

所述的脉冲水开关的耐受电压和脉冲频率的测量方法使用所述的脉冲水开关的耐受电压和脉冲频率的测量仪器，使第一个脉冲电源输出正极性脉冲，施加的脉冲电压通过第一高压二极管单向输出，通过阻尼电阻，再通过电容进一步陡化脉冲宽度，到达反应器的放电电极上，并贯通两放电电极之间水，最后入地，示波器记录此时开关的第一次耐受电压，在时间延时触发器触发下，第二次脉冲电压通过高压二极管、阻尼电阻，电容，贯通两电极，示波器再次记录开关的第二次耐受电压，实现测量水开关的绝缘恢复率，绝缘恢复率为第二次耐受电压与第一次耐受电压之比；设定放电电极间距为要求值，减少相继两次开关放电时间间隔，测量脉冲频率，同时测量开关耐受电压，计算绝缘恢复率；同样方法，设定放电电极水中深度为要求值，减少相继两次开关放电时间间隔，测量脉冲频率，同时测量开关耐受电压，计算绝缘恢复率。

测量水开关电气性能的步骤

1调节第一控制器13和第二控制器14，使脉冲电压达到要求值；

2调节时间延时触发器11，使相继两次放电的时间间隔t达到要求值；

3调节放电电极5极间距离及放电电极5在水中深度，使之达到要求值；

4时间延时触发器11在t1时刻启动第一控制器13，触发第一个高压脉冲电源12，在经过t时间后,t2时刻启动第二控制器14，触发第二高压脉冲电源15放电；

5高电压探头6，电流测量器7分别记录两次放电的耐受电压8和电流波形；

6计算两次放电电压峰值的比值，即绝缘恢复率。相继两次放电的时间间隔t的倒数，即脉冲频率；

7对于类似液态CO2高压流体作为液体开关，放电反应器能够承受一定压力和温度,并可设定压力温度值。

Claims

1.一种脉冲水开关的耐受电压和脉冲频率的测量仪器，其特征是，它包括：时间延时触发器、第一控制器、第一高压脉冲电源、第一高压二极管，第二控制器、第二高压脉冲电源、第二高压二极管、阻尼电阻、电容、放电反应器、放电电极、高压探头、电流测量器和示波器，所述时间延时触发器的一输出端与第一控制器、第一高压脉冲电源、第一高压二极管顺序电连接，所述时间延时触发器的另一输出端与第二控制器、第二高压脉冲电源、第二高压二极管顺序电连接，第一高压二极管的正极和第二高压二极管的正极与阻尼电阻的输入端电连接，阻尼电阻的输出端串接电容与地连接，阻尼电阻的输出端与高压探头、电流测量器和示波器电连接，阻尼电阻的输出端与放电反应器的输入端电连接，放电反应器的输出端与地连接，在放电反应器内置有放电电极。

2.根据权利要求1所述的脉冲水开关的耐受电压和脉冲频率的测量方法，其特征是：使用所述的脉冲水开关耐受电压和脉冲频率测量仪器，使第一个脉冲电源输出正极性脉冲，施加的脉冲电压通过第一高压二极管单向输出，通过阻尼电阻，再通过电容进一步陡化脉冲宽度，到达反应器的放电电极上，并贯通两放电电极之间水，最后入地，示波器记录此时开关的第一次耐受电压，在时间延时触发器触发下，第二次脉冲电压通过高压二极管、阻尼电阻，电容，贯通两电极，示波器再次记录开关的第二次耐受电压，实现测量水开关的绝缘恢复率，绝缘恢复率为第二次耐受电压与第一次耐受电压之比；设定放电电极间距为要求值，减少相继两次开关放电时间间隔，测量脉冲频率，同时测量开关耐受电压，计算绝缘恢复率；同样方法，设定放电电极水中深度为要求值，减少相继两次开关放电时间间隔，测量脉冲频率，同时测量开关耐受电压，计算绝缘恢复率。