一种基于高压冲击续流的长间隙强流放电系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于高压冲击续流的长间隙强流放电系统，包括：大电流系统、高电压预电离系统、续流系统以及测控回路；其中高压预电离系统包括充电电路、储能电容、开关、硅堆和限流电阻；大电流系统包括充电回路、储能电容和开关；续流系统主要是由高压电源、硅堆、限流电阻、采样电阻构成；测控回路主要是继电器；续流系统设置采样电阻，当高压预电离系统放电击穿长间隙后，续流系统自动导通，保持长间隙导通状态的弧压，此时继电器接受采样电阻电压信号控制电流回路开关闭合，实现大电流注入长间隙。本发明专利技术适用于长间隙的大电流试验，通过视在功率平衡原则，较大程度上降低试验所需电容成本，并提高试验的安全可靠性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于高压冲击续流的长间隙强流放电系统
本专利技术涉及高电压技术与脉冲功率技术，具体是一种基于高压冲击续流的长间隙强流放电系统。
技术介绍
高电压技术与脉冲功率技术虽然很成熟，但是传统方法实现长间隙的大电流注入，不仅要满足击穿该间隙的电压等级，还要满足电流等级，这就使得完成间隙长度100mm以上，10kA注入电流的试验器材的成本特别大，比如完成间隙长度1000mm，200kA注入电流的试验，视在功率S约为200000MVA，这几乎是不可能达到的。实际脉冲试验中，有时会对1000mm长间隙注入大电流，比如雷电防护试验中的分流条试验，目前国内现在几乎没有能力做200mm以上的长间隙注入200kA大电流的试验。
技术实现思路
本专利技术为解决现有技术的问题，提供一种基于高压冲击续流的长间隙强流放电系统，以期利用高压发生电路预电离长间隙的方式，在远低于长间隙击穿电压等级下实现长间隙的大电流击穿导通，从而在较大程度上降低试验所需电容成本，并提高试验的安全可靠性。为实现上述目的，本专利技术通过以下技术方案实现：本专利技术一种基于高压冲击续流的长间隙强流放电系统的特点包括：大电流系统、高电压预电离系统、续流系统以及测控回路；所述高压预电离系统包括：电压充电回路、第一储能电容C1、第一开关K1、第一硅堆D1和第一限流电阻R1；所述电压充电回路与第一储能电容C1并联，所述第一储能电容C1依次与第一限流电阻R1、第一硅堆D1和第一开关K1串联后形成的电路结构与长放电间隙L并联，所述第一硅堆D1的正极接所述第一储能电容C1的高压侧，所述第一硅堆D1的负极接长放电间隙L的高压侧；所述大电流系统包括：电流充电回路、第二储能电容C2和第二开关K2；所述电流充电回路与第二储能电容C2并联，所述第二储能电容C2经第二开关K2与长放电间隙并联；所述续流系统是由高压电源、第二硅堆D2、第二限流电阻R2、采样电阻Rs构成；所述高压电源依次经第二限流电阻R2、第二硅堆D2、采样电阻Rs后与长放电间隙L串联，所述第二硅堆D2的正极接所述高压电源的高压侧，所述第二硅堆D2的负极接长放电间隙的高压侧；所述测控回路为继电器K，所述继电器K接收来自所述采样电阻Rs的电压信号并控制所述大电流系统中第二开关K2动作；所述电压充电回路和电流充电回路同时对第一储能电容C1和第二储能电容C2充电，使得所述第一储能电容C1和第二储能电容C2充满电之后，所述电压充电回路和电流充电回路自动断开；所述高压电源启动，控制第一开关K1闭合，使得高压瞬间击穿所述长放电间隙L，以使所述长放电间隙L达到预电离状态，所述续流系统自动续流，并保持所述长放电间隙L的预电离状态直到第二开关K2闭合；所述续流系统中的采样电阻Rs所产生的电压信号传递给继电器K，使得继电器K能控制第二开关K2闭合，所述第二储能电容C2的电能沿着预电离状态下的长放电间隙L的弧道放电，从而实现大电流注入长放电间隙L。与已有技术相比，本专利技术的有益效果是：1、本专利技术巧妙的运用了视在功率平衡原则，利用大电流系统和高电压预电离系统分别承担功率的大电流与高压，高压预电离系统高压“小电流”击穿间隙，利用导通间隙弧道的低阻特性，大电流系统将“低压”大电流注入回路，实现长间隙的大电流注入。为了保证大电流的及时注入，采用了续流系统，保证了在大电流回路开关闭合动作完成之前，长间隙的电离状态。不仅成功实现长间隙的大电流注入，而且将试验成本大大降低。2、本专利技术设备全部易于采购，组装结构简单，易于操作，是由两个不同功能的系统通过一种巧妙的方式相互协作，共同完成长间隙的大电流放电，装配简单、成本低、易操作。附图说明图1为本专利技术的原理图；图2为本专利技术的结构图。具体实施方式本实施例中，如图2所示，一种基于高压冲击续流的长间隙强流放电系统，该系统适用于长间隙的大电流试验，并利用视在功率平衡原则且成本低、可靠性高、安全易操作，是一种长间隙击穿电压低等级的高压强流连续作用于长空气间隙系统，其包括：大电流系统、高电压预电离系统、续流系统以及测控回路；如图1所示，高压预电离系统包括：电压充电回路、第一储能电容C1、第一开关K1、第一硅堆D1和第一限流电阻R1；电压充电回路与第一储能电容C1并联，第一储能电容C1依次与第一限流电阻R1、第一硅堆D1和第一开关K1串联后形成的电路结构与长放电间隙L并联，第一硅堆D1的正极接第一储能电容C1的高压侧，第一硅堆D1的负极接长放电间隙L的高压侧；高压预电离系统高压“小电流”击穿间隙，其中，高压一般指的是kV级别，“小电流”指的是mA级别；如图1和图2所示，大电流系统包括：电流充电回路、第二储能电容C2和第二开关K2；电流充电回路与第二储能电容C2并联，第二储能电容C2经第二开关K2与长放电间隙并联；利用电离弧道的低阻特性，采用大电流系统实现了大电流的放电，并实现了高压大电流连续作用于长间隙。大电流系统“低压”大电流注入回路中的“低压”一般指的也是kV但远小于高压系统的电压(一般至少小一个数量级)。如图1和图2所示，续流系统是由高压电源、第二硅堆D2、第二限流电阻R2、采样电阻Rs构成；高压电源依次经第二限流电阻R2、第二硅堆D2、采样电阻Rs后与长放电间隙L串联，第二硅堆D2的正极接高压电源的高压侧，第二硅堆D2的负极接长放电间隙的高压侧；如图1和图2所示，测控回路为继电器K，继电器K接收来自采样电阻Rs的电压信号并控制大电流系统中第二开关K2动作；具体实施中，测控回路可以有多种选择，不仅可以采样续流回路电压，可以检测续流回路的电流作为采样信号；控制开关动作的方法也不限于继电器k。而开关k1和k2可以是电磁机械式开关，但不限于此。该系统的工作过程如下：电压充电回路和电流充电回路同时对第一储能电容C1和第二储能电容C2充电，使得第一储能电容C1和第二储能电容C2充满电之后，电压充电回路和电流充电回路自动断开；高压电源启动，控制第一开关K1闭合，使得高压瞬间击穿长放电间隙L，以使长放电间隙L达到预电离状态，续流系统自动导通续流，高压电源并维持长放电间隙L的预电离状态的弧压，并保持弧道导通状态，直到第二开关K2闭合；此时续流系统中的采样电阻Rs所产生的电压传递给继电器K，使得继电器K能控制第二开关K2闭合，第二储能电容C2的电能沿着预电离状态下的长放电间隙L的弧道放电，从而实现大电流注入长放电间隙L，直至电容C2能量泄放完毕为止。本系统的搭建过程为：首先搭建系统电路，已知长间隙长度，计算击穿该长间隙电压等级(10kV/mm)；其次根据已电离弧道电压(20～30V/cm)计算续流系统中高压电源的电压等级；根据试验要求电流等级以及所有已知计算结果确定所有电容、硅堆、电阻、开关型号选择，具体的说是按如下过程进行：步骤1、确定间隙的具体放电长度：依据间隙的具体长度L(mm)，利用式(1)计算出击穿该长度间隙所需的电压等级U(kV)：U≈10L(1)步骤2、设计高压发生电路参数：依据电压等级U，确定所需高压电容容量C1，电容数量和电容组合方式，同时确定充电变压器参数，据此电压等级选择合适的限流电阻R1。步骤3、设计续流系统元器件参数：依据间隙长度L，根据处于电离状态的弧压计算(电离状态下的弧压为20～30V/m)维持电离状态所需要的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于高压冲击续流的长间隙强流放电系统，其特征包括：大电流系统、高电压预电离系统、续流系统以及测控回路；所述高压预电离系统包括：电压充电回路、第一储能电容C1、第一开关K1、第一硅堆D1和第一限流电阻R1；所述电压充电回路与第一储能电容C1并联，所述第一储能电容C1依次与第一限流电阻R1、第一硅堆D1和第一开关K1串联后形成的电路结构与长放电间隙L并联，所述第一硅堆D1的正极接所述第一储能电容C1的高压侧，所述第一硅堆D1的负极接长放电间隙L的高压侧；所述大电流系统包括：电流充电回路、第二储能电容C2和第二开关K2；所述电流充电回路与第二储能电容C2并联，所述第二储能电容C2经第二开关K2与长放电间隙并联；所述续流系统是由高压电源、第二硅堆D2、第二限流电阻R2、采样电阻Rs构成；所述高压电源依次经第二限流电阻R2、第二硅堆D2、采样电阻Rs后与长放电间隙L串联，所述第二硅堆D2的正极接所述高压电源的高压侧，所述第二硅堆D2的负极接长放电间隙的高压侧；所述测控回路为继电器K，所述继电器K接收来自所述采样电阻Rs的电压信号并控制所述大电流系统中第二开关K2动作；所述电压充电回路和电流充电回路同时对第一储能电容C1和第二储能电容C2充电，使得所述第一储能电容C1和第二储能电容C2充满电之后，所述电压充电回路和电流充电回路自动断开；所述高压电源启动，控制第一开关K1闭合，使得高压瞬间击穿所述长放电间隙L，以使所述长放电间隙L达到预电离状态，所述续流系统自动续流，并保持所述长放电间隙L的预电离状态直到第二开关K2闭合；所述续流系统中的采样电阻Rs所产生的电压信号传递给继电器K，使得继电器K能控制第二开关K2闭合，所述第二储能电容C2的电能沿着预电离状态下的长放电间隙L的弧道放电，从而实现大电流注入长放电间隙L。...

【技术特征摘要】
1.一种基于高压冲击续流的长间隙强流放电系统，其特征包括：大电流系统、高电压预电离系统、续流系统以及测控回路；所述高压预电离系统包括：电压充电回路、第一储能电容C1、第一开关K1、第一硅堆D1和第一限流电阻R1；所述电压充电回路与第一储能电容C1并联，所述第一储能电容C1依次与第一限流电阻R1、第一硅堆D1和第一开关K1串联后形成的电路结构与长放电间隙L并联，所述第一硅堆D1的正极接所述第一储能电容C1的高压侧，所述第一硅堆D1的负极接长放电间隙L的高压侧；所述大电流系统包括：电流充电回路、第二储能电容C2和第二开关K2；所述电流充电回路与第二储能电容C2并联，所述第二储能电容C2经第二开关K2与长放电间隙并联；所述续流系统是由高压电源、第二硅堆D2、第二限流电阻R2、采样电阻Rs构成；所述高压电源依次经第二限流电阻R2、第二硅堆D2、采样电阻Rs后与长放...

【专利技术属性】
技术研发人员：段泽民，司晓亮，仇善良，
申请(专利权)人：合肥航太电物理技术有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽,34