CN110542844A - 一种光学和电流信号联合分析空气间隙放电过程的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种光学和电流信号联合分析空气间隙放电过程的方法，包括如下步骤：S1、光电联合检测系统的搭建，S2、研究光电倍增管判断放电过程，S3、研究高电位电流、光功率联合分析放电过程，所述步骤S1中由冲击电压发生器对棒‑板电极中棒电极施加波形为250/2500μs正极性标准操作冲击电压波形，操作输出电压的效率不小于70％，板电极接地，高压引线经过高电位电流采集装置接入棒电极，光电倍增管放置于距间隙轴线13cm处，利用冲击电压下放电发展各过程中会产生放电电流的物理特性，通过高电位电流采集装置和光电倍增管对放电电流变化、放电过程中发光强度进行联合观测，可以对电晕的起始时刻和发展的剧烈程度进行判断，以及放电过程进行分析。
Description
技术领域
本发明涉及光学研究技术领域，具体为一种光学和电流信号联合分析空气间隙放电过程的方法。
背景技术
以空气作为电介质的电极之间的间隙发生击穿时的电压，由于气体放电理论还不完善，空气间隙的击穿电压无法精确计算，实用上大多是通过试验来确定或用经验公式近似地估算，空气间隙的击穿电压与电场分布、间隙距离、电压种类及空气状态等有关；
目前的研究成果中，对于冲击电压下的电晕起始与剧烈程度的观测大多利用高速相机和光电倍增管等光学设备，然而由于高速相机具有间隔性，无法记录放电全过程，而光电倍增管仅能判断电晕起始的光学时刻，无法读取放电过程中更多的细节信息，因此，单纯使用光学设备对电晕起始及剧烈程度进行判断有一定的局限性。
发明内容
本发明提供一种光学和电流信号联合分析空气间隙放电过程的方法，可以有效解决上述背景技术中提出目前的研究成果中，对于冲击电压下的电晕起始与剧烈程度的观测大多利用高速相机和光电倍增管等光学设备，然而由于高速相机具有间隔性，无法记录放电全过程，而光电倍增管仅能判断电晕起始的光学时刻，无法读取放电过程中更多的细节信息，因此，单纯使用光学设备对电晕起始及剧烈程度进行判断有一定的局限性的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种光学和电流信号联合分析空气间隙放电过程的方法，包括如下步骤：
S1、光电联合检测系统的搭建；
S2、研究光电倍增管判断放电过程；
S3、研究高电位电流、光功率联合分析放电过程。
根据上述技术方案，所述步骤S1中由冲击电压发生器对棒-板电极中棒电极施加波形为250/2500μs正极性标准操作冲击电压波形，操作输出电压的效率不小于70％，板电极接地，高压引线经过高电位电流采集装置接入棒电极，光电倍增管放置于距间隙轴线13cm处。
根据上述技术方案，所述棒电极长为40cm，直径为3cm，板电极边长为30cm，棒-板电极间隙为5cm。
根据上述技术方案，所述光电倍增管朝向棒-板间隙，试验时间选在晚上无光条件下进行。
根据上述技术方案，所述试验数据采用示波器进行采集，电容分压器，高电位电流采集装置，光电倍增管和罗氏线圈测量得到的信号通过信号线引至测量台，便于示波器读取波形和幅值。
根据上述技术方案，所述步骤S2用光电倍增管对放电过程进行采集，对判断电晕起始时刻及剧烈程度、放电过程中的特殊时刻进行研究。
根据上述技术方案，所述步骤S3中电极上施加电压达到电晕起始电压，棒电极头部发生电离产生正电荷、电子和光子，电子快速进入棒电极从而使得棒电极产生一定的放电电流，此时，可以判断电晕起始，通过高电位电流的脉冲幅值，及光功率幅值可以判断电晕较剧烈；
随后，光电倍增管采集不到光信号，且高电位电流也采集不到电流信号，可以判断此时为“暗期”；
在1030μs，电极间经过暗期能量的积累，棒电极头部场强又达到起晕场强，产生二次电晕，此时光电倍增管测量得到的瞬时光功率值快速增加，并超出了其测量范围，间隙电压陡降至零，电流则随着流注通道的形成，产生大幅值得电流，电流幅值最大达到近11A，持续到1850μs后回0A，此时可以判断间隙击穿。
根据上述技术方案，所述电极脉冲光脉冲信号在140μs。
与现有技术相比，本发明的有益效果：本发明结构科学合理，使用安全方便，利用冲击电压下放电发展各过程中会产生放电电流的物理特性，通过高电位电流采集装置和光电倍增管对放电电流变化、放电过程中发光强度进行联合观测，可以对电晕的起始时刻和发展的剧烈程度进行判断，以及放电过程进行分析。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。
在附图中：
图1是本发明的光电联合检测系统试验布置结构示意图；
图2是本发明的流注发展过程中的瞬时光功率变化示意图；
图3是本发明的棒-板电极击穿测量结果示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例：如图1所示，本发明提供技术方案，一种光学和电流信号联合分析空气间隙放电过程的方法，包括如下步骤：
S1、光电联合检测系统的搭建；
S2、研究光电倍增管判断放电过程；
S3、研究高电位电流、光功率联合分析放电过程。
根据上述技术方案，步骤S1中由冲击电压发生器对棒-板电极中棒电极施加波形为250/2500μs正极性标准操作冲击电压波形，操作输出电压的效率不小于70％，板电极接地，高压引线经过高电位电流采集装置接入棒电极，光电倍增管放置于距间隙轴线13cm处。
根据上述技术方案，棒电极长为40cm，直径为3cm，板电极边长为30cm，棒-板电极间隙为5cm。
根据上述技术方案，光电倍增管朝向棒-板间隙，试验时间选在晚上无光条件下进行。
根据上述技术方案，试验数据采用示波器进行采集，电容分压器，高电位电流采集装置，光电倍增管和罗氏线圈测量得到的信号通过信号线引至测量台，便于示波器读取波形和幅值。
如图2所示，根据上述技术方案，经多次试验确定，棒-板间隙的U50％为73.6kV，为了明确光电倍增管采集放电过程的局限性，首先用光电倍增管对放电过程进行采集，光电倍增管测量的脉冲变化可以大致有四个阶段；
步骤S2用光电倍增管对放电过程进行采集，对判断电晕起始时刻及剧烈程度、放电过程中的特殊时刻进行研究，光电倍增管仅能检测到放电过程中的发光时刻，并根据发光时间大致推断放电时刻，无法获知放电所处阶段，及其放电电流变化情况，从光电倍增管中无法读出放电过程中的细节信息，因此，将高电位电流采集装置加入，对判断电晕起始时刻及剧烈程度、放电过程中的特殊时刻具有重要的作用。
如图3所示，根据上述技术方案，步骤S3中电极上施加电压达到电晕起始电压，棒电极头部发生电离产生正电荷、电子和光子，电子快速进入棒电极从而使得棒电极产生一定的放电电流，此时，可以判断电晕起始，通过高电位电流的脉冲幅值，及光功率幅值可以判断电晕较剧烈；
随后，光电倍增管采集不到光信号，且高电位电流也采集不到电流信号，可以判断此时为“暗期”；
在1030μs，电极间经过暗期能量的积累，棒电极头部场强又达到起晕场强，产生二次电晕，此时光电倍增管测量得到的瞬时光功率值快速增加，并超出了其测量范围，间隙电压陡降至零，电流则随着流注通道的形成，产生大幅值得电流，电流幅值最大达到近11A，持续到1850μs后回0A，此时可以判断间隙击穿。
根据上述技术方案，电极脉冲光脉冲信号在140μs，而高电位电流在此时也产生一个1A左右的脉冲幅值。
目前的研究成果中，对于冲击电压下电晕剧烈程度的观测大多利用高速相机和光电倍增管等设备，由上述图2中可以看出，单纯的光电倍增管仅能对间隙发光时刻进行记录，无法判断精确的放电时刻，而放电电流是放电过程分析的重要参数，通过高电位电流采集装置和光电倍增管对放电电流变化、放电过程中发光强度进行联合观测，可以对电晕的起始时刻、发展的剧烈程度进行判断，以及放电过程进行分析；
本发明基于光电倍增管与高电位电流采集装置对空气间隙放电各关键时刻及发展剧烈程度进行判断，弥补了光学仪器仅能通过发光判断发光情况的缺陷，不仅可以准确判断电晕起始时刻和发展的剧烈程度，还能对放电过程进行分析。
本发明首次将高电位电流采集装置引入对电晕起始及剧烈程度的判断，在对棒-板5cm间隙放电过程观测的过程中，光电倍增管、高电位电流采集装置对放电电流变化、放电过程中发光强度进行联合观测，可以对电晕的起始时刻和发展的剧烈程度进行判断，以及放电过程进行分析，因此，将高电位电流采集装置与光电倍增管进行联合，从而可以提高对冲击电压下电晕起始时刻及剧烈程度的判断的精准性。
与现有技术相比，本发明的有益效果：本发明结构科学合理，使用安全方便，利用冲击电压下放电发展各过程中会产生放电电流的物理特性，通过高电位电流采集装置和光电倍增管对放电电流变化、放电过程中发光强度进行联合观测，可以对电晕的起始时刻和发展的剧烈程度进行判断，以及放电过程进行分析。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种光学和电流信号联合分析空气间隙放电过程的方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1、光电联合检测系统的搭建；
S2、研究光电倍增管判断放电过程；
S3、研究高电位电流、光功率联合分析放电过程。
2.根据权利要求1所述的一种光学和电流信号联合分析空气间隙放电过程的方法，其特征在于，所述步骤S1中由冲击电压发生器对棒-板电极中棒电极施加波形为250/2500μs正极性标准操作冲击电压波形，板电极接地，高压引线经过高电位电流采集装置接入棒电极，光电倍增管放置于距间隙轴线13cm处。
3.根据权利要求2所述的一种光学和电流信号联合分析空气间隙放电过程的方法，其特征在于，所述棒电极长为40cm，直径为3cm，板电极边长为30cm，棒-板电极间隙为5cm。
4.根据权利要求2所述的一种光学和电流信号联合分析空气间隙放电过程的方法，其特征在于，所述光电倍增管朝向棒-板间隙，试验时间选在晚上无光条件下进行。
5.根据权利要求4所述的一种光学和电流信号联合分析空气间隙放电过程的方法，其特征在于，所述试验数据采用示波器进行采集，电容分压器，高电位电流采集装置，光电倍增管和罗氏线圈测量得到的信号通过信号线引至测量台，便于示波器读取波形和幅值。
6.根据权利要求1所述的一种光学和电流信号联合分析空气间隙放电过程的方法，其特征在于，所述步骤S2用光电倍增管对放电过程进行采集，对判断电晕起始时刻及剧烈程度、放电过程中的特殊时刻进行研究。
7.根据权利要求1所述的一种光学和电流信号联合分析空气间隙放电过程的方法，其特征在于，所述步骤S3中电极上施加电压达到电晕起始电压，棒电极头部发生电离产生正电荷、电子和光子，电子快速进入棒电极从而使得棒电极产生一定的放电电流，此时，可以判断电晕起始，通过高电位电流的脉冲幅值，及光功率幅值可以判断电晕较剧烈；
随后，光电倍增管采集不到光信号，且高电位电流也采集不到电流信号，可以判断此时为“暗期”；
在1030μs，电极间经过暗期能量的积累，棒电极头部场强又达到起晕场强，产生二次电晕，此时光电倍增管测量得到的瞬时光功率值快速增加，并超出了其测量范围，间隙电压陡降至零，电流则随着流注通道的形成，产生大幅值得电流，电流幅值最大达到近11A，持续到1850μs后回0A，此时可以判断间隙击穿。
8.根据权利要求7所述的一种光学和电流信号联合分析空气间隙放电过程的方法，其特征在于，所述电极脉冲光脉冲信号在140μs。
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