本发明专利技术公开了一种半密闭微空腔中瞬态气体放电的试验观测装置及方法，该半密闭微空腔中瞬态气体放电的试验观测装置包括冲击电流发生器、穿芯式电流互感器、电容分压器、数字存储示波器、同步触发器、高速摄像机和数据处理器。该半密闭微空腔中瞬态气体放电的试验观测装置通过冲击电流发生器用于产生参数可调的冲击电流；通过穿芯式电流互感器、电容分压器与数字存储示波器构成电流和电压测量系统；通过不同放置方式的高速摄像机实现对电弧整体图像和局部图像的同步拍摄。图像和局部图像的同步拍摄。图像和局部图像的同步拍摄。
【技术实现步骤摘要】
一种半密闭微空腔中瞬态气体放电的试验观测装置及方法
[0001]本专利技术涉及电弧的消散特性
，特别涉及一种半密闭微空腔中瞬态气体放电的试验观测装置及方法。
技术介绍
[0002]雷击是引起输电线路及电力设备故障的主要原因之一，半密闭微空腔装置应用于输电线路对雷击线路产生的电弧进行淬灭，减少因雷击造成的电力设备故障。在实验室中常进行半密闭微空腔内电弧的淬灭试验从而研究电弧的消散特性。在试验过程中对放电区域、电弧发展和消散过程的观测是最重要的部分，但是，在实际试验时，试验人员主要依靠目测电弧的产生至消散全过程，由于气隙放电通常是微秒级，试验人员对放电过程中某一瞬时的电弧形态仅凭肉眼是无法捕捉的。当前半密闭微空腔装置大多数设计成多腔室结构，腔室数量较多，数量达到几十至两百不等，淬灭电弧时存在电弧发展不均匀不对称，不同腔室淬灭电弧存在时延，传统的单台高速摄像机无法实现多方向、多角度电弧整体和特定区域的拍摄，实际试验中多从侧面拍摄电弧图像，不利于多腔室结构灭弧过程的分析和研究。
[0003]针对前述问题，武汉大学提供了一种采用单镜头反光式取景照相机拍摄电弧路径取代人眼目测的方法，但该方法中由于照相机的性能不足无法高速地拍摄电弧产生和消散的全过程，拍摄之前需手动设置拍摄时间且每次拍摄时刻间隔较长，无法实现电弧出现瞬间开始拍摄。清华大学采用镜像法利用高速摄影仪拍摄空气间隙的放电路径，该方法中摄像机到镜面中虚像的距离是到实际电弧的两倍，造成图像缩小，实际拍摄的电弧镜像较为模糊，且由于必须同时拍摄两面镜面中的虚像无法实现电弧局部的拍摄，无法观察电弧形态的细节。
技术实现思路
[0004]本专利技术主要目的在于解决半密闭微空腔气体放电试验中需要预先设定拍摄时间再施加电压产生电弧，即无法实现同步拍摄；和拍摄多腔室吹灭电弧图像时存在只能拍摄大范围整体图像，无法在特定区域局部拍摄观察电弧形态的发展和消散过程的问题，进而提供了一种半密闭微空腔中瞬态气体放电的试验观测装置和方法，具有拍摄过程简单，成像效率高，图像特征提取更精确，拍摄局部电弧图像的优势。
[0005]本专利技术采用的技术方案为：一种半密闭微空腔中瞬态气体放电的试验观测装置，该半密闭微空腔中瞬态气体放电的试验观测装置包括冲击电流发生器、穿芯式电流互感器、电容分压器、数字存储示波器、同步触发器、高速摄像机和数据处理器；所述冲击电流发生器的负极通过编织铜带作连接线接地，其电流输出端通过脉冲点火球隙与试验试品半密闭微空腔装置的高压端连接，且脉冲点火球隙与试验试品半密闭微空腔装置的连接线路上接有电容分压器；试验试品半密闭微空腔装置的低压端通过编织
铜带作连接线穿过穿芯式电流互感器后接地的同时与电容分压器接地端连接；所述高速摄像机至少包括一台能够拍摄电弧整体图像的高速摄像机和一台能够拍摄电弧局部图像的高速摄像机，高速摄像机分别通过信号线与数据处理器和同步触发器连接，同步触发器与数字存储示波器的输出通道连接，数字存储示波器的输入通道分别与电容分压器和穿芯式电流互感器相连接。
[0006]优选的，所述冲击电流发生器包括智能控制系统、调压器T1、升压变压器T2、硅堆D、调波电阻R、调波电感L、脉冲电容器组C和脉冲点火球隙，调压器T1的进线端通过导线与380V工频电源连接，调压器T1的出线端与升压变压器T2的原边通过导线连接，升压变压器T2的副边与硅堆D用导线连接，硅堆D整流对脉冲电容器组C进行充电。
[0007]优选的，所述冲击电流发生器能够产生幅值为8～200kA可调、波前时间为1.2～20μs可变、波尾时间为20～1000μs可变的双指数电流波，且脉冲点火球隙通过脉冲点火装置施加点火脉冲进行击穿放电。
[0008]优选的，所述穿芯式电流传感器与数字存储示波器组成电流测量系统；所述穿芯式电流互感器由不导磁骨架、铜质线圈、积分电路、刺刀螺母连接器插座和聚合物绝缘外壳构成；不导磁骨架为内径为2～10cm，外径为2.5～12cm，截面直径为1～4cm，材质为不导磁的聚合物的圆环。
[0009]优选的，所述电容分压器与数字存储示波器组成电压测量系统；分压比为1000:1，测量幅值为
‑
400～400kV，频率为0～1MHz的电压信号。
[0010]优选的，所述数字存储示波器采用独立电源供电，能够在2个信号采集通道同时采集幅值为
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400～400V、频率为0～100MHz的电压信号，采样频率为0～10GS/s、存储容量为0～100MB。
[0011]优选的，所述高速摄像机均通过信号线与同步触发器相连，两台高速摄像机为在同一位置呈上下放置的高速摄像机，或两台高速摄像机以试验试品半密闭微空腔装置为中点对称放置。
[0012]优选的，所述高速摄像机均通过信号线与同步触发器相连，高速摄像机为以试验试品半密闭微空腔装置为圆心的圆弧上相隔等圆心角放置的若干台高速摄像机。
[0013]一种半密闭微空腔中气体放电的试验观测方法，采用上述的半密闭微空腔中瞬态气体放电的试验观测装置，该半密闭微空腔中气体放电的试验观测方法包括以下拍摄步骤：确定试验回路元件参数：先分别将实际雷电流的波头时间、波尾时间除以模拟比例n，计算出模拟试验的冲击电流的波头时间、波尾时间，再通过改变冲击电流发生器回路中的调波电阻R、调波电感L的大小达到所计算的冲击电流的波头时间、波尾时间；检查冲击电流波形是否满足要求：将试验试品半密闭微空腔装置的两端短路接线，在短路条件下，启动冲击电流发生器输出冲击电流，通过数字存储示波器显示的波形判断电流波形是否符合要求；确定高速摄像机的摆放位置并调节拍摄参数：将两台高速摄像机相对放置，放置高度与试验试品半密闭微空腔装置高度相同，调整拍摄电弧整体图像的摄像机焦距直至数据处理器显示清晰图像，为拍摄局部图像的摄像机加装长焦镜头，调焦直至数据处理器显示局部位置的清晰图像，固定高速摄像机与试验试品半密闭微空腔装置位置，通过数据处
理器控制软件设置帧速为2500fps、触发模式为中心点触发和ISO感光度所需参数，保证两台高速摄像机的帧速和触发模式相同；开始试验：拆除试验试品半密闭微空腔装置两端的短路接线，设置冲击电流发生器的充电电压值，并根据冲击电压值的高低设置充电时间后开始充电，充电完成后，触发冲击电流发生器，同时同步触发器发出触发信号至高速摄像机拍摄电弧图像，根据拍摄的图像情况，调整数据处理器的控制软件帧速，并多次重复试验。
[0014]优选的，所述数字存储示波器作为高速摄像机同步拍摄的触发信号源，当试验试品半密闭微空腔装置的半密闭微腔室内气隙被击穿，同一时刻数字存储示波器向同步触发器发送触发信号，同步触发器同时发送多个信号触发多台高速摄像机，使得高速摄像机同步启动拍摄。
[0015]本专利技术的有益效果是：1.该半密闭微空腔中瞬态气体放电的试验观测装置中冲击电流发生器的容量很大，因此能在模拟试验中产生幅值很高的冲击电流，从而能够准确模拟实际雷电击中线路时试验试品半密闭微空腔装置的半密集微腔室淬灭电弧的过程本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种半密闭微空腔中瞬态气体放电的试验观测装置，其特征在于：该半密闭微空腔中瞬态气体放电的试验观测装置包括冲击电流发生器、穿芯式电流互感器、电容分压器、数字存储示波器、同步触发器、高速摄像机和数据处理器；所述冲击电流发生器的负极通过编织铜带作连接线接地，其流输出端通过脉冲点火球隙与试验试品半密闭微空腔装置的高压端连接，且脉冲点火球隙与试验试品半密闭微空腔装置的连接线路上接有电容分压器；试验试品半密闭微空腔装置的低压端通过编织铜带作连接线穿过穿芯式电流互感器后接地的同时与电容分压器接地端连接；所述高速摄像机的至少包括一台能够拍摄电弧整体图像的高速摄像机和一台能够拍摄电弧局部图像的高速摄像机，高速摄像机分别通过信号线与数据处理器和同步触发器连接，同步触发器与数字存储示波器的输出通道连接，数字存储示波器的输入通道分别与电容分压器和穿芯式电流互感器连接。2.根据权利要求1所述的半密闭微空腔中瞬态气体放电的试验观测装置，其特征在于：所述冲击电流发生器包括智能控制系统、调压器T1、升压变压器T2、硅堆D、调波电阻R、调波电感L、脉冲电容器组C和脉冲点火球隙，调压器T1的进线端通过导线与380V工频电源连接，调压器T1的出线端与升压变压器T2的原边通过导线连接，升压变压器T2的副边与硅堆D用导线连接，硅堆D整流对脉冲电容器组C进行充电。3.根据权利要求1所述的半密闭微空腔中瞬态气体放电的试验观测装置，其特征在于：所述冲击电流发生器能够产生幅值为8～200kA可调、波前时间为1.2～20μs可变、波尾时间为20～1000μs可变的双指数电流波，且脉冲点火球隙通过脉冲点火装置施加点火脉冲进行击穿放电。4.根据权利要求1所述的半密闭微空腔中瞬态气体放电的试验观测装置，其特征在于：所述穿芯式电流传感器与数字存储示波器组成电流测量系统；所述穿芯式电流互感器由不导磁骨架、铜质线圈、积分电路、刺刀螺母连接器插座和聚合物绝缘外壳构成；不导磁骨架为内径为2～10cm，外径为2.5～12cm，截面直径为1～4cm，材质为不导磁的聚合物的圆环。5.根据权利要求1所述的半密闭微空腔中瞬态气体放电的试验观测装置，其特征在于：所述电容分压器与数字存储示波器组成电压测量系统；分压比为1000:1，测量幅值为
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400～400kV，频率为0～1MHz的电压信号。6.根据权利要求1所述的半密闭微空腔中瞬态气体放电的试验观测装置，其特征在于：所述数字存储示波器采用独立电源供电，能够在2个信号采集通道同时采集幅值为
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400～400V、...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘平林，浦仕遵，李宏梅，彭庆军，陈永梅，罗玉花，赵仁任，耿培中，
申请(专利权)人：云南电网有限责任公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：
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