CN109873572A

CN109873572A - 一种测试薄膜绝缘材料介电强度的冲击电压发生装置

Info

Publication number: CN109873572A
Application number: CN201910235055.3A
Authority: CN
Inventors: 姚远航; 聂洪岩
Original assignee: Harbin University of Science and Technology
Current assignee: Harbin University of Science and Technology
Priority date: 2019-03-27
Filing date: 2019-03-27
Publication date: 2019-06-11

Abstract

一种测试薄膜绝缘材料介电强度的冲击电压发生装置，属于高压设备领域。本发明包括变压器、整流电路、初级电路、若干次级电路、零级电路和电极装置，变压器经整流电路后具有初级高压输出端和初级低压输出端，初级电路包括第一电容和保护电阻组件，第一电容两端分别接初级高压输出端和初级低压输出端，保护电阻组件串接初级高压输出端和第一电容之间，保护电阻组件包括若干串联连接的电阻单元，电阻单元包括若干并联连接的保护电阻；本发明解决了现有技术中的冲击电压发生装置无法满足薄膜绝缘材料在冲击电压下的介电强度试验要求的问题，测量结果准确性高，占地面积小，测试方便。

Description

一种测试薄膜绝缘材料介电强度的冲击电压发生装置

技术领域

一种冲击电压发生装置，属于高压设备领域，具体涉及一种测试薄膜绝缘材料介电强度的冲击电压发生装置。

背景技术

冲击电压发生装置可以产生雷电冲击电压和操作冲击电压，可供电力设备的冲击介电强度试验用，检验电力设备或绝缘结构的绝缘性能。冲击电压发生装置的原理是多级电容并联充电，然后通过电容间各球隙击穿使并联的电容变成串联放电，来得到冲击电压。在试品上会形成陡峭的上升沿波形，持续时间一般是微秒等级，分为波头时间和波尾时间。

目前，在进行冲击电压下的介电强度试验时，采用的冲击电压发生装置的电压等级一般在1000kV以上，并且体积庞大。然而，在研究绝缘材料在冲击电压下的介电强度时，尤其是针对薄膜绝缘材料进行介电强度测试时，因薄膜材料的击穿电压较低，一般只有十几千伏，使用普通类型的冲击电压发生装置对薄膜试验样品进行介电强度试验，并不能达到良好的测试效果，会造成试验结果准确性偏低。此外，普通类型的冲击电压发生装置体积庞大，占地面积广，移动困难，安装过程复杂等都对薄膜绝缘材料的介电强度试验带来极不便的影响，严重影响试验的进度与效率。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本申请提出了一种测试薄膜绝缘材料介电强度的冲击电压发生装置，满足薄膜绝缘材料在冲击电压下的介电强度试验要求，且测量结果准确性高，占地面积小，测试方便。

本申请的一种测试薄膜绝缘材料介电强度的冲击电压发生装置，包括变压器、整流电路、初级电路、若干次级电路、零级电路和电极装置，变压器经整流电路后具有初级高压输出端和初级低压输出端，所述初级电路包括第一电容和保护电阻组件，第一电容两端分别接初级高压输出端和初级低压输出端，保护电阻组件串接初级高压输出端和第一电容之间，所述保护电阻组件包括若干串联连接的电阻单元，电阻单元包括若干并联连接的保护电阻。

进一步的，所述电阻单元中的保护电阻的个数相同。

进一步的，所述次级电路具有次级高压输出端和次级低压输出端，次级电路包括第二电容和充电电阻，第二电容两端连接次级高压输出端和次级电压输出端，充电电阻串接在次级高压输出端和第二电容之间。

进一步的，所述保护电阻组件的阻值与充电电阻的比值大于等于10。

进一步的，所述电极装置包括第一平板电极和第二平板电极。

进一步的，所述第一平板电极和第二平板电极的边缘均有45°倒角。

进一步的，所述初级电路包括点火球隙，点火球隙串接在初级高压输出端和初级低压输出端之间，点火球隙包括点火装置、半球形结构和内部中空的球形结构，球形结构内部安装有放电针，点火装置连接放电针，半球形结构通过伸缩结构调节半球形结构与球形结构之间的距离。

进一步的，所述次级电路包括中间球隙，中间球隙串接在次级高压输出端和次级低压输出端之间，所述中间球隙包括第一半球结构和第二半球结构，第一半球结构安装在第一伸缩结构上，第二半球结构安装在第二伸缩结构上。

本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：

因此，需要设计一种符合薄膜绝缘材料测试要求，冲击电压等级低，占地面积小，移动方便，便于测试的冲击电压发生装置。

附图说明

图1为本发明实施例的整体结构示意图；

图2为本发明实施例的保护电阻的结构示意图；

图3为本发明实施例的点火球隙的结构示意图；

图4为本发明实施例的间球隙的结构示意图；

图5为通过分压器与示波器采集到本发明所产生的雷电全波的波形图；

图中：1、第一安装板；2、变压器；3、整流二极管；4-1、第一阻尼电阻；4-2、第二阻尼电阻；5-1、第一充电电阻；5-2、第二充电电阻；6、保护电阻组件；7、点火球隙；8-1、第一电容；8-2、第二电容；9、中间球隙；10、隔离球隙；11、波前电阻；12、波尾电阻；13、第一平板电极；14、第二平板电极；15、小功率电阻；16、第二安装板；7、直流电源；18、点火开关；19、脉冲变压器；20、放电针；21、球型结构；22、半球型结构；23、导电支撑杆；24、连接杆；25、支撑杆；26、半球结构；27、连接杆；28、支撑杆；A、初级电路；B、次级电路；C、零级电路；D、电极装置。

具体实施方式

由于现有技术中的冲击电压发生装置无法满足薄膜绝缘材料节点强度试验的需求，因此本实施例设计了一种针对薄膜绝缘材料介电强度的冲击电压发生装置，具体结合附图对本发明的实施例进行进一步描述。

如图1所示，本实施例的薄膜绝缘材料介电强度的冲击电压发生装置包括第一安装板，第一安装板上安装有变压器2、整流电路、初级电路A、若干次级电路B、零级电路C和电极装置D；

本实施例采用的整流电路由四个整流二极管构成的整流电路，变压器2经整流电路后具有初级高压输出端和初级低压输出端，所述初级电路A包括依次串联连接的保护电阻组件6、第一电容8和第一充电电阻5-1，保护电阻组件6的一端连接初级高压输出端，第一充电电阻5-1的一端连接初级低压输出端。

而由于保护电阻组件的特殊性，需要限制击穿时的短路电流，设计时要求保护电阻的额定功率较大，本实施例的保护电阻组件如图2所示，包括五个电阻单元，电阻单元由五个并联连接的小功率保护电阻15构成，电阻单元固定在第二安装板16上，用铜丝将每个电阻单元依次串联，这样将保护电阻组件的总功率提高5倍，并且没有改变保护电阻组件的阻值，增加保护电阻组件的可靠性，避免其工作时因过载而失灵，损坏其他器件。

如图1所示，初级电路A包括串联连接的点火球隙7和第一阻尼电阻4-1，点火球隙7和第一阻尼电阻4-1串联后，点火球隙7的一端接在保护电阻组件6与第一电容8之间，第一阻尼电阻6的一端接在初级低压输出端；

如图3所示，本实施例的点火球隙包括点火装置、铜制的半球形结构和内部中空的球形结构21，球形结构内径为20mm且其内部安装有放电针20，点火装置连接放电针20，球型结构与导电支撑杆23连接，点火装置包括直流电源17、点火开关18、脉冲变压器19，放电针20与点火装置连接，半球形结构通过伸缩结构调节半球形结构与球形结构之间的距离，伸缩结构包括直径为10mm、长度为30mm的铜制连接杆24和直径为15mm、长度为45mm的铜制圆柱作为支撑杆25，铜制连接杆24的表面加工有螺纹，相应的支撑杆25上开有螺孔，连接杆24通过螺纹与支撑杆25连接，使用过程中通过调节螺纹可以准确地按要求调整点火球隙的间距。为了使球隙触发击穿，施加在点火球隙的脉冲电压要稍高于球隙的击穿电压，从而触发球隙击穿放电，达到同步触发的首要条件。

如图1所示，本实施例的次级电路B具有次级高压输出端和次级低压输出端，次级电路B包括中间球隙9、第二阻尼电阻4-2、第二电容8-2和两个第二充电电阻5-2，两个第二充电电阻分别串接在第二电容两端后，两个第二充电电阻的一端分别连接次级高压输出端和次级电压输出端，中间球隙与第二阻尼电阻串联后，中间球隙一端接在第二充电电阻与第二电容之间，第二阻尼电阻的另一端接在次级高压输出端；

所述中间球隙9包括结构大小相同的半球结构26，其直径为15mm，第一半球结构安装在第一伸缩结构上，第二半球结构安装在第二伸缩结构上，第一伸缩结构和第二伸缩结构相同，包括直径为5mm、长度为20mm的铜制圆柱连接杆27和直径为10mm、长度为30mm的铜制圆柱作为支撑杆28，连接杆27的表面加工螺纹，支撑杆28上加工内径为5mm的螺孔，将连接杆27穿过支撑杆28的螺孔，通过螺纹与支撑杆28相连接。不仅可以减少开关体积，并且螺纹可以细化调节的精度。这样在调节中可以方便地调节球隙的距离，给试验带来便捷。通过调节螺纹可以准确地按要求调整中间球隙的间距。按照试验要求，球隙的击穿电压稍大于施加在球隙两端的电压，其目的是为了避免球隙的误触发，影响试验测量结果以及造成器件的损坏。这样，由点火球隙7引导首先触发放电，所有球隙再依次放电，达到各充电单元同步放电的效果。

本实施例的零级电路C包括隔离球隙、波前电阻和波尾电阻；所述保护电阻组件的阻值与充电电阻的比值大于等于10。

本实施例的电极装置D包括圆形的第一平板电极13和圆形的第二平板电极14，为了避免异常放电，影响实验结果的准确性，本实施例的第一平板电极和第二平板电极均采用铜制圆形平板结构，并且其边缘均有45°倒角，第一平板电极和第二平板电极的结构大小相同，呈上下位置结构，其直径为50mm，厚度为5mm。

本实施例的试验过程如下：

根据公知的冲击电压发生器的基本原理和器件参数计算公式，本发明设计一套测试薄膜绝缘材料介电强度的冲击电压发生装置，该装置的电压幅值为20kV，共有5级充电单元，每级充电电压为4kV。各元器件参数：试验变压器为220/4500-500VA，阻尼电阻为15Ω，充电电阻为20kΩ，保护电阻为200kΩ，主电容为4.5kV/0.1μF，波前电阻为10kΩ，波尾电阻为5kΩ。将薄膜绝缘材料放置于下圆形平板电极14上，把上圆形平板电极13紧密地压在薄膜材料上。在根据试验所需电压，调节点火球隙7、中间球隙9的距离，使各级放电单元达到同步放电的效果。试验变压器2将220V交流电升至4kV交流电，由整流二极管3将交流电变成直流电，对每级充电电容8进行充电，充满电以后，触发点火装置，使点火球隙7首先放电，各级中间球隙9再依次放电，使充电电容8从并联充电状态变为串联放电状态，在波前电阻11和波尾电阻12的作用下，在圆形平板电极上形成符合试验要求的雷电冲击电压或者操作冲击电压波形。

图5为通过分压器与示波器采集到本发明所产生的雷电全波的波形图。最高冲击电压为20.7kV(电压额定值为20kV)。根据标准雷电波全波要求，波前时间为1.2±30％μs，波尾时间为50±2％μs。从图中可以看出，从冲击电压峰值起始处到电压峰值的90％处所经历的时间约为1.4μs，达到了标准波前时间1.2±30％μs的要求；冲击电压下降到峰值的50％处所经历的时间约为49.6μs达到了标准波尾时间50±2％μs的要求。由此看见，本发明所设计的装置产生的波形准确，满足雷电冲击试验要求。

本发明的实施例的上述描述是为了示例和说明的目的而给出的。它们并不是穷举性，也不意于将本发明限制于这些精确描述的内容，在上述教导的指引下，还可以有许多改动和变化。这些实施例被选中和描述仅是为了最好解释本发明的原理以及它们的实际应用，从而使得本领域技术人员能够更好地在各种实施例中并且使用适合于预期的特定使用的各种改动来应用本发明。因此，应当理解的是，本发明意欲覆盖在下面权利要求范围内的所有改动和等同。

Claims

1.一种测试薄膜绝缘材料介电强度的冲击电压发生装置，包括变压器、整流电路、初级电路、若干次级电路、零级电路和电极装置，变压器经整流电路后具有初级高压输出端和初级低压输出端，所述初级电路包括第一电容和保护电阻组件，第一电容两端分别接初级高压输出端和初级低压输出端，其特征在于：保护电阻组件串接初级高压输出端和第一电容之间，所述保护电阻组件包括若干串联连接的电阻单元，电阻单元包括若干并联连接的保护电阻。

2.根据权利要求1所述一种测试薄膜绝缘材料介电强度的冲击电压发生装置，其特征在于：所述电阻单元中的保护电阻的个数相同。

3.根据权利要求1所述一种测试薄膜绝缘材料介电强度的冲击电压发生装置，其特征在于：所述次级电路具有次级高压输出端和次级低压输出端，次级电路包括第二电容和充电电阻，第二电容两端连接次级高压输出端和次级电压输出端，充电电阻串接在次级高压输出端和第二电容之间。

4.根据权利要求3所述一种测试薄膜绝缘材料介电强度的冲击电压发生装置，其特征在于：所述保护电阻组件的阻值与充电电阻的比值大于等于10。

5.根据权利要求1所述一种测试薄膜绝缘材料介电强度的冲击电压发生装置，其特征在于：所述电极装置包括第一平板电极和第二平板电极。

6.根据权利要求5所述一种测试薄膜绝缘材料介电强度的冲击电压发生装置，其特征在于：所述第一平板电极和第二平板电极的边缘均有45°倒角。

7.根据权利要求1所述一种测试薄膜绝缘材料介电强度的冲击电压发生装置，其特征在于：所述初级电路包括点火球隙，点火球隙串接在初级高压输出端和初级低压输出端之间，点火球隙包括点火装置、半球形结构和内部中空的球形结构，球形结构内部安装有放电针，点火装置连接放电针，半球形结构通过伸缩结构调节半球形结构与球形结构之间的距离。

8.根据权利要求3所述一种测试薄膜绝缘材料介电强度的冲击电压发生装置，其特征在于：所述次级电路包括中间球隙，中间球隙串接在次级高压输出端和次级低压输出端之间，所述中间球隙包括第一半球结构和第二半球结构，第一半球结构安装在第一伸缩结构上，第二半球结构安装在第二伸缩结构上。