CN202221444U - 一种特高脉冲电压的检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种特高脉冲电压的检测装置，该装置包括外壳，其特征在于外壳内设有上下垂直设置的两个球电极，该两个球电极的垂直相对处分别为放电点区域，两个球电极的放电点区域之间设有球间隙，上球电极通过上球柄与外壳固定连接，下球电极与下球柄连接，该下球柄与外壳之间形成上下移动连接。本实用新型的优点在于能够形成用于照明电器测试的特高脉冲电压的检测装置，结构简单，安全可靠，且测试电压精度高。

Description

一种特高脉冲电压的检测装置

技术领域

本实用新型涉及照明电器检测领域，具体涉及一种特高脉冲电压的检测装置。

背景技术

随着照明电器功能的不断扩大，各种特殊场合的照明灯具也大量出现(例如大型运动场，广场用高强度气体放电灯热态瞬时启动的灯具)。

金属卤化物灯属于典型的高强度气体放电光源，采用密闭气体替换传统热辐射光源中的光辐射体灯丝。光从密封在筒形石英玻璃管里相隔的电极之间的放电弧光中发出。电弧管内充有汞、惰性气体和一种以上的金属卤化物。工作时，汞蒸发，电弧管内汞蒸气压达几个大气压(零点几个兆帕)；卤化物也从管壁上蒸发，扩散进入高温电弧柱内分解，金属原子被电离激发，辐射出特征光谱线。当金属离子扩散返回管壁时，在靠近管壁的较冷区域中与卤原子相遇，并且重新结合生成卤化物分子。这种循环过程不断地向电弧提供金属蒸气。电弧轴心处的金属蒸气分压与管壁处卤化物蒸气的分压相近，一般为1330～13300Pa。通常采用的金属平均激发电位为4eV左右，而汞的激发电位为7.8eV。金属光谱的总辐射功率可以大幅度超过汞的辐射功率。结果，典型的金属卤化物灯输出的谱线主要是充入金属的光谱。充填不同种金属卤化物可改善灯的显色性(平均显色指数Ra为70～95)。

由于金属卤化物灯的光辐射强度高、照明显色指数高的特点，特别适用于具有彩色电视转播的大型运动场及广场的照明，但是，当金属卤化物灯正常工作时突然断电熄弧后，里面的气压相当高，如果再马上给灯通电，在5～10分钟内这一状态的灯是不会再启动并形成气体放电的，但是在大型运动场、广场开展比赛和集会时，往往聚集了上万到几万的人群，在这一状态下如果因突发原因发生断电或瞬时断电都会造成金属卤化物灯的息弧，一般在5～10分钟内不能恢复照明，这必然引起人群的混乱并导致人身伤害事故。对于此类灯具，在断电后即使立刻接通备用电源，由于此时高强度气体放电灯电弧管内的气压很高而不能被触发，必须采用特高脉冲输出电压(50kV～100kV)，才能在1s～3s内使高强度气体放电灯瞬时触发启动并恢复照明。

由于上述特高脉冲电压的存在，在瞬时启动灯时，也会对灯具内的绝缘构成极大的威胁，所以对此类灯具的启发脉冲电压限值和作用时间都有很高的检测要求。这也是照明电器检测领域的新的检测课题。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种特高脉冲电压的检测装置，可用于对照明电器进行特高脉冲电压检测。

为了实现上述目的，本实用新型的技术方案如下：一种特高脉冲电压的检测装置，该装置包括外壳，其特征在于外壳内设有上下垂直设置的两个球电极，该两个球电极的垂直相对处分别为放电点区域，两个球电极的放电点区域之间设有球间隙，上球电极通过上球柄与外壳固定连接，下球电极与下球柄连接，该下球柄与外壳之间形成上下移动连接。该两个球电极采用紫铜或黄铜制成，上球电极为高压球电极，连接高电位，下球电极为接地球电极，连接地电位或者低电位。根据本实用新型的一个实施例，该下球柄通过蜗轮蜗杆传动机构与一电机连接，以实现上下移动的目的。该球电极的直径为10～15cm，上球柄为圆柱形，其直径不超过0.2D，球间隙不小于0.05D，D为球直径。

本实用新型的两个球电极采用垂直布置，由于球电极需要使用紫铜或黄铜制造，本身自重比较重，采用垂直布置时，可避免因重力作用易发生两球中点下垂。带高电位的上球电极固定，以方便采用高质量的绝缘。而采用电机及蜗轮蜗杆传动机构实现下球电极的上下移动来改变两个球电极之间的间隙，并且使之处于地电位，这就几乎不需要绝缘。本实用新型的优点在于能够形成用于照明电器测试的特高脉冲电压的检测装置，结构简单，安全可靠，且测试电压精度高。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作详细说明。

一种特高脉冲电压的检测装置，该装置包括外壳，其特征在于外壳内设有上下垂直设置的两个球电极，该两个球电极的垂直相对处分别为放电点区域，两个球电极的放电点区域之间设有球间隙，上球电极通过上球柄与外壳固定连接，下球电极与下球柄连接，该下球柄与外壳之间形成上下移动连接。该两个球电极采用紫铜或黄铜制成，上球电极为高压球电极，连接高电位，下球电极为接地球电极，连接地电位或者低电位。根据本实用新型的一个实施例，该下球柄通过蜗轮蜗杆传动机构与一电机连接，以实现上下移动的目的。该球电极的直径为10～15cm，球间隙不小于0.05D，D为球直径。上球柄为圆柱形，其直径不超过0.2D。在球电极任意部位的直径误差都不大于2％，放电点区域的表面粗糙度小于10μm，球面光滑，曲率均匀。以下根据本实用新型的一个实施例，来解释一下本实用新型的测量原理。在该实施例中，球电极的直径为12.5cm。

测量的原理主要是通过两个球电极上放电点之间的放电距离来计算得出峰值电压。具体球间隙的布置主要有垂直布置和水平布置2种方式。由于球电极需要使用紫铜或黄铜制造，本身自重比较重，采用水平布置时，因重力作用易发生两球中点下垂，所以本方案用垂直布置比较合适。在实际测量过程中，在标准大气条件下不同球间隙距离的放电电压值由表1和表2给出。标准大气条件为：

气温t0＝20℃

气压b0＝101.3kPa

表1和表2中的放电电压值是在绝对湿度为5g/m3-12g/m3(平均8.5g/m3)的条件下获得的。

表1给出了下列电压的放电电压峰值(冲击电压为U50)，单位为kV：

-工频交流电压；

-负极性雷电冲击全波和操作冲击电压；

-正负极性的直流电压。

表2给出了下列电压的放电电压峰值(冲击电压为U50)，单位为kV：

正极性雷电冲击全波和操作冲击电压

表1放电电压峰值(对冲击电压为U50值)，适用于工频交流电压、负极性雷电冲击全波和操作冲击电压、正负极性直流电压

(D＝12.5cm)

球间隙距离/cm	放电电压峰值kV
		0.50	16.8
0.60	19.9
		0.70	23.0
0.80	26.0
		0.90	28.9
1.0	31.7
		1.2	37.4
1.4	42.9
		1.5	45.5
1.6	48.1
		1.8	53.5
2.0	59.0
		2.2	64.5
2.4	70.0
		2.6	75.0
2.8	80.0
		3.0	85.0
3.5	97.0
		4.0	108
4.5	119
		5.0	129
5.5	138
		6.0	146
6.5	(154)
		7.0	(161)

7.5	(168)
		8.0	(174)
9.0	(185)
		10	(195)

表2放电电压峰值(对冲击电压为U50值)，适用于正极性雷电冲击全波和操作冲击电压

(D＝12.5cm)

球间隙距离/cm	放电电压峰值kV
		0.50	16.8
0.60	19.9
		0.70	23.0
0.80	26.0
		0.90	28.9
1.0	31.7
		1.2	37.4
1.4	42.9
		1.5	45.5
1.6	48.1
		1.8	53.5
2.0	59.0
		2.2	64.5
2.4	70.0
		2.6	75.5
2.8	80.5

3.0	85.5
		3.5	98.0
4.0	110
		4.5	122
5.0	134
		5.5	145
6.0	155
		6.5	(164)
7.0	(173)
		7.5	(181)
8.0	(189)
		9.0	(203)
10	(215)

表1和表2中的放电电压值，在不低于95％置信度的水平下其不确定度为3％，表1和表2中给出了间隙在0.5D和0.75D之间的间隙距离对应的一些放电电压值(括号中的数值)，这些值的置信度水平未确定。

如果间隙与球径之比非常小，则很难对球间隙进行准确的测量和调整，所以测量的球间隙不小于0.05D。

大气密度和湿度的不同，对测量结果也存在影响，在标准气温和气压，以及标准湿度下，即t＝20℃，b＝101.3kPa，h在5g/m3～12g/m3时，相关电压可直接查表获得。

当这些参数发生偏差的时候，就需要校正测量的值。

1)在大气条件与前述规定不同时，与给定间隙距离对应的放电电压值可由表1、表2中的电压值乘以校正因数后求得。相对大气密度校正因数即相对大气密度δ由式(1)计算：

δ＝(b/b0(273+t0)/(273+t)..................(1)

式中：

δ-大气密度校正因数；

b-测量时的大气压力，kPa(mbar)；

bo-参考标准大气压力，101.3kPa(1013mbar)；

t-测量时的大气温度，℃；

t0-参考标准大气温度，20℃。

2)球间隙的放电电压随绝对湿度的增加以0.20％/(g/m3)的比率增加。

表1和表2中的放电电压值是在平均绝对湿度为8.5g/m3下获得的，在进行测量时表1和表2中的放电电压值必须进行湿度校正，即表1和表2中的放电电压值乘以湿度校正因数k。湿度校正因数k由式(2)计算：

k＝1+0.002(h/δ一8.5).....................(2)

式中：

h-测量时的绝对湿度，g/m3；

δ-测量时的相对大气密度。

在本实用新型中，为了能满足球电极直径与所规定的标准之间的偏差，在球电极任何地方偏差都不大于2％，即在球电极任意部位的直径误差都不大于2％，放电点区域的表面粗糙度小于10μm，球面要光滑，曲率要均匀。当球间隙垂直布置时，高压球电极的上球柄无锐边和尖角，在离高压球电极D(球电极直径)距离内，球柄的直径不超过0.2D(球电极直径)。接地球电极的下球柄和传动机构的影响较小，其尺寸大小不太重要。整个特高脉冲电压测量装置的布置中，各个点之间的距离有着非常严格的要求，高压球电极的放电点到任何周围物体(如天花板、墙以及任何带电或接地的设备)和由导体材料制成的支持构架的距离应不小于12S(S为球间隙)，高压引线(包括串联电阻)应该连接到距离高压球电极放电点不小于2D(球电极直径)的球杆上。

该检测装置还可设置以下辅助器具：

1、用于测量交流电压的保护电阻。为了尽量减小球电极表面的烧伤和防止电压振荡使放电不稳定，在被测量的高电压源端与高压球电极之间串联一个0.1MΩ-1MΩ的保护电阻。由于所测量的电压非常高，在这个阻值范围内，其测量时的电压降可以忽略不计。

保护电阻必须尽可能靠近球电极并直接与球电极相连，如果试验回路出现刷状放电时，串联电阻对阻尼振荡和抑制过电压的作用就显得特别重要。

但是，如果在实际测试的过程中，不仅试验回路而且连试品都未出现这类放电，那么，我们可以把该电阻值减小到不使球电极过度烧蚀的值。

2、用于测量冲击电压的保护电阻。试验时有时需要用串联电阻以降低球间隙放电电压截断时的下降陡度。当大直径的球电极放电时，为了阻尼测量回路的振荡也需要在回路中串联电阻。对于较小球电极，除非有较长的引线，否则不需要串联电阻。电阻器应采用无感结构的电阻，电感不超过30μH，阻值不大于500Ω。

3、由于每一档的放电距离都是毫米级计算的，所以对球距的测量要求非常高，一般直尺测量无法满足要求，这里我们采用了千分卡尺，通过操作台直接操作千分卡尺的转动，再由传感器返回具体的参数，使实际适用时，球间距精确到0.01mm。同时还能设定电机转动速度，每次递进距离，根据实际情况设定，使得测量更为精确。

本实用新型的检测装置实现了全电子操作，通过人机互动界面，可以设定电机转动速度，当球间隙比我们预计距离比较远的时候，我们可以调快电机转速，从而减少进给时间，当球间隙靠近预计距离的时候，我们调低电机转速，从而更加精确的控制和得到实际放电距离。

同时，我们还可以设定每次进给的距离，最低可以达到0.001mm每次，精度远远大于表中要求的值，使得特高脉冲电压的测量更加准确。

为了方便操作，加入了原点的概念，即每次测量过后，回到最大距离的时候，不必重复设定进给距离，直接按下找原点按钮，球间隙会直接回到设定好的原点位置。

精确的电子操作，提高了试验数据的重复性，也降低了人员的操作误差。

即实现了全电子操作，通过人机互动界面，可以设定电机转动速度以实现在较快的测量速度的前提下，实现更加精确的控制和测量。

在实际测量过程中，我们把操控台与实际放电区域分离成两部分，摒弃了传统的直接通过人工机械操作的模式，即使测量区域出现了安全状况，也不会危害到试验人员的人生安全。

Claims (6)

1.一种特高脉冲电压的检测装置，该装置包括外壳，其特征在于外壳内设有上下垂直设置的两个球电极，该两个球电极的垂直相对处分别为放电点区域，两个球电极的放电点区域之间设有球间隙，上球电极通过上球柄与外壳固定连接，下球电极与下球柄连接，该下球柄与外壳之间为上下移动连接。

2.如权利要求1所述的特高脉冲电压的检测装置，其特征在于该球电极采用紫铜或黄铜制成，上球电极为连接高电位的高压球电极，下球电极为连接地电位或者低电位的接地球电极。

3.如权利要求2所述的特高脉冲电压的检测装置，其特征在于该下球柄通过蜗轮蜗杆传动机构与一电机连接。

4.如权利要求3所述的特高脉冲电压的检测装置，其特征在于该球电极的直径为10~15cm，上球柄为圆柱形，其直径不超过0.2D，球间隙不小于0.05D，D为球直径。

5.如权利要求4所述的特高脉冲电压的检测装置，其特征在于该球电极的直径为12.5cm。

6.如权利要求4所述的特高脉冲电压的检测装置，其特征在于在球电极任意部位的直径误差都不大于2%，放电点区域的表面粗糙度小于10μm，球面光滑，曲率均匀。

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