一种介质放电用电压叠加电路及实验方法技术

本发明专利技术公开一种介质放电用电压叠加电路及实验方法。本发明专利技术采用少量电阻、电容构成无源型电压复合电路，与有源器件相比，可以提高输出电压幅值3～5个数量级。在该电路中，电阻除了限流保护，还起到类似电感阻隔脉冲波向直流源传播的作用。在满足绝缘介质击穿、闪络所需的高电压、大电流的同时，能有效保护直流源与脉冲源，实现直流叠加毫秒、微秒或纳秒等不同脉宽脉冲的电压波形输出。相比于现有的技术，本发明专利技术可简单、安全、高效的输出高幅值复杂电压波形，且波形基本无畸变，具备成本低廉、结构紧凑、体积小巧等优点，适合模拟各种直流叠加任意脉冲运行工况下的电压输出波形。加任意脉冲运行工况下的电压输出波形。加任意脉冲运行工况下的电压输出波形。

【技术实现步骤摘要】
一种介质放电用电压叠加电路及实验方法


[0001]本专利技术属于高压绝缘领域，具体涉及一种介质放电用电压叠加电路及实验方法。

技术介绍

[0002]从微电子技术到全球能源互联的巨大需求，激发了人们对高品质绝缘介质的广泛兴趣。以电力系统为例，其安全稳定运行取决于电力设备的绝缘性能。因此，电力设备在出厂时需要进行型式试验，而耐压测试是其中必不可少的一环。通常，耐压测试包括直流耐压，也包括雷击过电压、操作波过电压测试。直流耐压需要直流电源产生直流高电压，而雷击过电压、操作波过电压属于脉冲高电压可以通过Marx电路等产生。然而，电力系统中的设备带电运行时，不仅需要承受高压直流，还需要承受各种形式的脉冲过电压。仅仅依靠单独的直流耐压测试或者雷击、操作波等过电压测试不能保证电力设备完全满足实际运行工况，测试存在弊端。因此，专家学者们在研究开发电力设备用绝缘介质时，会引入直流叠加脉冲的复合电压来进行介质的绝缘特性试验，一般是击穿、闪络等形式放电测试。介质在击穿或闪络测试时，通常先承受逐渐上升的电压，当电压高达一定阈值(kV量级)时，介质会发生击穿或者闪络，会失去绝缘性能变为导体，从而使放电回路产生大电流。高电压、大电流的测试与工作环境不仅要求介质具有高品质的绝缘性能，还对电压复合电路提出了严苛要求。
[0003]授权号为CN101834523B的中国专利技术专利提出了一种获得任意波形激励响应的高压脉冲发生系统及其工作方法，能够较好地输出多种形式的脉冲高电压，但满足不了直流叠加脉冲的复合高电压输出的需求。授权号为CN101662869B的中国专利技术专利提出了脉冲恒流源与直流恒流源叠加电路，该电路可以实现脉冲电流与直流电流的叠加，受二极管单向导通的原理限制，不能实现两种异极性电流或电压的叠加。授权号为CN111505452B的中国专利技术专利介绍了一种基于高压脉冲叠加直流电压的绝缘材料表面带电实验方法，并未提及高压脉冲和直流电压叠加的具体操作方法及装置，而且单独的滤波电容也不能很好的保护直流电源不受雷电波干扰，输出波形只能实现简单的雷电波和直流电压的单次瞬时叠加，无法连续输出叠加波形。授权号为CN210665829U的中国技术专利公开了一种任意波形输出的电压源，通过上位机、信号传输与转换模块、量程控制模块和输出接口可以输出任意波形，但是受数字电路原理限制，不能输出完全连续的高幅值电压，且受器件现有工艺限制，输出电压最高几百伏远远达不到绝缘介质击穿或闪络测试所需要的高幅值电压。申请号为CN103560069A的中国专利技术专利公开了一种直流叠加脉冲电源，该电源未对内部电路做任何描述，而且输出电压只能实现脉冲电压和直流电压的单次瞬时叠加，不能用于介质的连续高压放电实验。申请号为CN113348618A的中国专利技术专利提出了一种将直流输入通过升压斩波电路产生脉冲输出的装置，该装置通过电感与开关的组合提高脉冲电压输出幅值，不能实现多种电压波形的叠加。
[0004]与数字电路原理不同，电容、电阻等无源模拟器件组成的电路可以在模拟直流源的作用下输出连续的电压，且没有工艺限制，能够很容易地选取高耐压器件。因此，本专利技术
提出了一种基于电容、电阻等无源模拟器件组成的电压叠加电路及实验方法。该专利技术不仅能够输出高幅值电压波形，还适合模拟各种直流叠加任意脉冲运行工况下的电压输出波形。在满足绝缘介质击穿、闪络所需的高电压、大电流的同时，能有效保护直流源与脉冲源，实现直流叠加毫秒、微秒或纳秒等不同脉宽的脉冲的电压波形输出。相比于现有的技术，本专利技术可简单、安全、高效的输出高幅值复杂电压波形，且波形基本无畸变，具备成本低廉、结构紧凑、体积小巧等优点，具有重要的工程应用价值和可行性。
[0005]目前常用的不同类型电压叠加输出电路仅能输出低幅值电压(几百伏及以下)，且受波形发生原理限制难以实现高幅值电压(kV量级)输出。另一方面，现有高压电源通常只能够单独输出直流高压或脉冲高压。两方面原因导致现有技术难以满足电力设备投入运行前所需要进行的电气安全测试，即直流叠加脉冲高压下绝缘介质的击穿和闪络等放电试验。

技术实现思路

[0006]为解决上述技术问题，本专利技术提出一种介质放电用电压叠加电路及实验方法，其为基于电容、电阻等无源模拟器件组成的电压叠加电路及实验方法。
[0007]本专利技术采用的技术方案为：
[0008]一种介质放电用电压叠加电路，包括直流电源、脉冲电源、电阻、脉冲侧电容和直流侧电容；其中，所述电阻一端接直流电源输出，另一端接试样，所述试样另一端接地；所述直流侧电容一端接直流电源输出，另一端接地；所述脉冲侧电容一端接脉冲电源，另一端接试样；在直流电源与脉冲电源输出电压时，先通过电阻与脉冲侧电容、直流侧电容组成的串并联电路再对试样进行放电，保证直流电源和脉冲电源之间不会相互放电干扰；所述电阻与脉冲侧电容、直流侧电容均用于保护直流电源、脉冲电源；在试样放电短路后，电阻限制直流电源的输出电流；同时，电阻的寄生电感减弱脉冲电源的输出电压对直流电源的串扰，直流侧电容进一步削弱脉冲串扰；脉冲侧电容起到隔离直流的作用，且在脉冲电源输出电压结束后将其与试样隔离，进一步保护脉冲电源。
[0009]进一步地，所述电阻、脉冲侧电容、直流侧电容根据不同幅值的输出电压选择相应的电压等级的器件；所述电阻、脉冲侧电容、直流侧电容的耐压等级高于输出电压幅值。
[0010]进一步地，所述电压叠加电路整体浸泡到变压器油或硅油进行绝缘液体灌封或用环氧树脂或硅橡胶进行绝缘固体灌封，在所述绝缘液体或绝缘固体中添加高导热绝缘填料。
[0011]本专利技术还提供一种介质放电用电压叠加电路的实验方法，包括如下步骤：
[0012](1)进行电路搭建，根据输出电压幅值选取合适电压等级的一个电阻和脉冲侧电容、直流侧电容；
[0013](2)进行电压波形产生，直流电压波形通过直流电源产生，幅值可调，输出无需触发信号；脉冲电压波形通过脉冲电源产生，幅值、频率和脉宽均可调，输出需要触发信号；
[0014](3)进行电压波形叠加，将直流电源的输出电压幅值提高到期望值，此时试样已经在承受直流电压，再将脉冲电源的电压输出幅值提高到目标值，并调整好脉冲波形的宽度、频率，等待触发信号；给予只承受直流电压的试样以脉冲源触发信号，试样因此承受直流电压叠加脉冲电压，至此完成预期电压波形输出。
[0015]进一步地，所述直流电源和脉冲电源之间输出高幅值的电压时互不干扰。
[0016]进一步地，所述脉冲电源为纳秒电源、微秒电源或毫秒电源。
[0017]有益效果：
[0018]本专利技术提出了一种实现不同类型电压叠加输出的电路，不仅能够输出幅值达到kV甚至MV量级的电压波形，还适合模拟各种直流叠加任意脉冲运行工况下的电压输出波形。在测试绝缘介质击穿、闪络等特性时，本专利技术复现与实际运行工况类似电压波形产生放电的情形，并利用电阻的寄生电感减弱脉冲电源的串扰。本专利技术在满足绝缘介质击穿、闪络所需的高电压、大电流的同时，能有效保护直流源与脉冲源，实现正极性或负极性直流本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种介质放电用电压叠加电路，其特征在于：包括直流电源、脉冲电源、电阻、脉冲侧电容和直流侧电容；其中，所述电阻一端接直流电源输出，另一端接试样，所述试样另一端接地；所述直流侧电容一端接直流电源输出，另一端接地；所述脉冲侧电容一端接脉冲电源，另一端接试样；在直流电源与脉冲电源输出电压时，先通过电阻与脉冲侧电容、直流侧电容组成的串并联电路再对试样进行放电，保证直流电源和脉冲电源之间不会相互放电干扰；所述电阻与脉冲侧电容、直流侧电容均用于保护直流电源、脉冲电源；在试样放电短路后，电阻限制直流电源的输出电流；同时，电阻的寄生电感减弱脉冲电源的输出电压对直流电源的串扰，直流侧电容进一步削弱脉冲串扰；脉冲侧电容起到隔离直流的作用，且在脉冲电源输出电压结束后将其与试样隔离，进一步保护脉冲电源。2.根据权利要求1所述的介质放电用电压叠加电路，其特征在于：所述电阻、脉冲侧电容、直流侧电容根据不同幅值的输出电压选择相应的电压等级的器件；所述电阻、脉冲侧电容、直流侧电容的耐压等级高于输出电压幅值。3.根据权利要求1所述的介质放电用电压叠加电路，其特征在于：所述电压叠加电路...

【专利技术属性】
技术研发人员：邵涛，张传升，冯昱，孔飞，章程，任成燕，黄泓贸，
申请(专利权)人：中国科学院电工研究所，
类型：发明
国别省市：