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大電流發生器原理

作者:嘉阜電氣    來源:www.682767.cn    發布時間:2018-08-01 12:08:01    

大電流發生器原理

在電力設備電氣絕緣高電壓試驗技術中,人們關注的焦點主要集中在交、直流及沖擊電壓等試驗上。為了檢驗電氣設備在大氣過電壓及操作過電壓下的絕緣性能,需要產生雷電和操作沖擊波的設備——沖擊電壓發生器。但是,大氣過電壓及操作過電壓下設備絕緣的破壞不僅僅因為高場強引起絕緣材料的擊穿,還和此時流過的大電流所伴隨而來的熱和力的破壞作用有關,因此,同樣需要產生模擬這些大電流的設備——大電流發生器。此外,為限制電力系統過電壓而設計的金屬氧化物避雷器MOA(Metal Oxide Arresters)用非線性電阻片和用于低壓配電系統的浪涌保護器SPD(Surge Protective Devices)的試驗及通信設備、電子設備的雷擊試驗,均需要能產生各種波形的大電流發生器。

目前,大電流發生器的應用已超出電力運行部門和電工制造部門,在核物理、激光、脈沖功率技術、電磁兼容、電子設備雷擊試驗、氣象防雷及SPD的研究和應用領域,對大電流發生器的需求呈增加趨勢,且對沖擊電流幅值及波形種類的要求大大超過了電工部門,沖擊電流幅值可高達數百千安以上。沖擊電流的波形除由文獻口-習規定的標準波形1/20us、4/10ps、8/20us、30/80μs、2ms外,根據IEC1051-14]和IEC61643-15]等標準,尚有10/350μs、10/1000us等波形。根據IEC及GB相關標準規定,被試品在沖擊試驗中,除了對大電流發生器的開路電壓波形有要求外,對短路電流也有相應要求,這部分內容將放到第三章中詳細敘述。

標準的沖擊電流波分兩類:第一類為指數波,包括1/20us、4/10μs、8/20μs、

30/80us、10/350us、10/1000u5等,它的波形由峰值Ia、波前時間T1、半峰值時間T2及半峰值時間T:和波前時間T,之比T2/Ti。如圖1-11-],圖中,T表示電流從10%上升到90%的時間。第二類為標準沖擊方波,它的波形由Im、峰值持續時間T:及峰值總持續時間T,表示,如圖1-21],沖擊方波的峰值持續時間等于500us、1000us、2000us或在2000~3200us之間。

對于標準的沖擊電流波形,IEC及GB中均規定了容許偏差和對過沖或震蕩及反極性振蕩的要求。

沖擊電流發生裝置是由沖擊電流發生系統、控制系統、測量系統所組成。沖擊電流發生系統由充電回路及放電回路構成。

充電回路是數臺或數組電容器C經由調壓器T1、高壓變壓器T。、整流硅堆D及保護電阻R。對其充電,而充電的方式多種多樣,可根據不同要求及具體條件而定。

放電回路是整個裝置的核心部分,放電回路由儲能電容器、放電間隙、調波電阻R、調波電感L和負載組成,由觸發回路送出觸發沖擊接通放電回路,使已充電的電容器C通過放電間隙G放電,使負載F上流過沖擊電流。

測量系統由轉換單元(包括分壓器R;和R:、分流器或測量線圈)、傳輸單元和測量裝置(包括示波器或峰值電壓測試儀表)組成,分壓器是由高壓臂R:和低壓臂R:組成的轉換裝置。在沖擊電流測量系統中,分壓器的作用是轉換被試品上的殘余電壓信號,分流器R。是能夠產生與施加電流成比例的電壓信號,它其實是一個無感小電阻,用來轉換流經被試品的電流,也可用Rogowski線圈來進行轉換;峰值電壓測試儀表用來測量被試品的沖擊電流和殘余電壓的峰值;示波器可以測量沖擊信號和顯示試驗波形。

沖擊電流裝置的工作流程是:儲能電容器由直流充電裝置開始充電,其他儀器設備加上電源,處于準備狀態,當電容器充電電壓達到一定值時,輸出觸發脈沖控制信號,放電間隙擊穿而接通放電回路,通過示波器或沖擊峰值測試儀表,測量或顯示被測信號。

在沖擊電流裝置中,為了獲得最大的沖擊電流,要求放電回路的電感盡可能小,除了減小傳輸線的電感和采用低感沖擊電容器之外,常采用多個電容器并聯運行,以減小電感;或采用多個間隙并聯運行,但隔離間隙的同步運行是設計沖擊電流裝置的關鍵問題。隔離間隙的擊穿是靠觸發系統發出高壓觸發脈沖,這個高壓觸發脈沖的幅值越高、電壓的上升陡度越大,越有利于并聯間隙的同步運行。隔離間隙的好壞,除了取決于觸發系統外,最終將取決于隔離間隙本身的好壞,所以隔離間隙是沖擊電流裝置中關鍵的部件[回。

本章主要介紹指數波與方波大電流發生器產生沖擊電流的原理,及沖擊電流發生回路中部分組成部件(主要包括電容器、調波電阻及調被電感等)的設計,關于控制系統及測量系統將在以后的章節中作詳細介紹。


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