一种模拟多重雷击的冲击电流发生器制造技术

本发明专利技术公开了一种模拟多重雷击的冲击电流发生器，属于新型电力系统继电保护领域。电路拓扑结构由可纵向堆叠的脉冲模块、充电模块、闭锁模块、可横向堆叠的脉冲模块以及被试负载模块组成。其基本原理为：由可纵向堆叠的脉冲模块用来控制不同等级的雷电流幅值所需的充电电压，可横向堆叠的脉冲模块控制不同重数的雷电流数量。利用可纵向堆叠的脉冲模块或可横向堆叠的脉冲模块中的绝缘栅双极晶体管与反并联的二极管切换多重雷击的冲击电流发生器的充电及放电的回路，能够有效缩短放电回路中开关分、合等状态的动作时间；提高了多重雷击的冲击电流发生器运行的稳定性和可靠性，使得电流发生器产生的冲击电流与实际的多重雷电流波形更接近。雷电流波形更接近。

【技术实现步骤摘要】
一种模拟多重雷击的冲击电流发生器


[0001]本专利技术属于新型电力系统继电保护领域，具体涉及一种模拟多重雷击的冲击电流发生器。

技术介绍

[0002]雷电是大自然中气体放电的自然现象，其高频雷电流对电力系统的安全性造成极大的威胁，同时对人们的生产生活产生了极大的影响。为了避免雷电对电力系统的影响，人们对雷电现象进行了大量的研究，同时也制定了雷电流的波形标准.美国机动车工程师学会(SAE)制定的SAE ARP 5412 雷电环境及相关试验波形，与欧洲民用航空设备组织发布的ED(EUROCAE Documents)系列标准ED
‑
84雷电环境及相关试验波形中，规定了多重雷击波(Multiple stroke waveform set)的波形标准。自然雷电环境的电流实验分量A、B、C、D，每个分量模拟闪电雷击电流的不同特性，其中D分量表示再次回击电流分量，参照多重雷电流回击波标准的规定，再次回击电流脉冲波的峰值为100kA（相对误差
±
10%），1%峰值区间上（不超过500μs）的作用积分为0.25*106A2s（相对误差
±
20%），波前时间不大于 25μs，电流持续时间不超过500μs，第二个脉冲和之后n个电流脉冲的峰值为50kA，波前时间和持续时间与第一个脉冲相同。两个电流脉冲波之间的最小时间间隔为10ms，最大时间间隔为200ms。
[0003]传统的多重雷电流冲击电流发生器，主要包括高压直流充电电源A；高压直流充电电源B；电容器组C1、C2、
>…
、C(n
‑
1)、Cn；充电电阻R1、R2、
…
、R(n
‑
1)、Rn，调波阻抗Z1、Z2、
…
、Z(n
‑
1)、Zn；三电极高压放电球隙G1、G2、
…
、G(n
‑
1)、Gn；其存在的问题是三电极高压放电球隙 G1、 G2、
…
、G(n
‑
1)、Gn结构复杂，每对放电球隙都要有一套球间隙调节的传动机构，需要一套球间隙大小的测量装置，同时还要有三电极放电球隙的触发脉冲放大器。除了这些复杂的机构和装置外，还要有大量的充电电阻R1、R2、
…
、R(n
‑
1)、Rn。如果球间隙大小调整不合适，充电过程中，有些放电球隙有可能还没有触发就误动作放电；充电完成后，在控制系统依次对三电极高压放电球隙G1、G2、
…
、G(n
‑
1)、Gn进行触发时，由于大电流脉冲放电回路引起地电位的抬升和电磁干扰会造成各个球间隙之间有可能发生自放电或不放电的故障，从而使得冲击电流发生器运行不稳定、不可靠，导致试验失败。

技术实现思路

[0004]本专利技术要解决的技术问题是提供一种模拟多重雷击的冲击电流发生器，用以克服现有技术中的不足，采用若干绝缘栅双极晶体管代替三电极高压放电球隙，从而简化系统的结构，不再需要球间隙调节的传动机构和测量球间隙大小的装置，以及触发三电极放电球隙的脉冲放大器，控制可纵向堆叠的脉冲模块中绝缘栅双极晶体管G1
…
G1n与反并联二极管D1
…
D1n堆叠的数量调整不同等级雷电流所需的充电电压；控制可横向堆叠的脉冲模块数量可完成一至多重雷击冲击电流的模拟；同时可横向堆叠的脉冲模块中的二极管D2
…
Dn使得相互并联的电容器G2
…
Gn在充电过程中一直与高压直流充电电源S2处于导通状态，
充电回路可共用充电电阻R2，省掉各支路充电电阻，使得整套冲击电流发生器结构得以简化。
[0005]本专利技术采用的技术方案是：一种模拟多重雷击的冲击电流发生器，包括充电模块1、充电模块2、可纵向堆叠的脉冲模块、闭锁模块、可横向堆叠的脉冲模块以及被试负载模块，闭锁模块由绝缘栅双极晶体管V1、V2构成，被试负载模块作为公共放电支路，将电路拓扑划分为首次雷电流发生电路和第2
…
n重雷电流发生电路，在首次雷电流发生电路拓扑中，被试负载模块和闭锁模块中的缘栅双极晶体管V1串联后再与充电模块1并联，由可纵向堆叠的脉冲模块与前述电路（即被试负载模块和闭锁模块中的缘栅双极晶体管V1串联后再与充电模块1并联形成的电路）串联构成完整的首次雷电流发生电路；在第2
…
n重雷电流发生电路拓扑中，被试负载模块和闭锁模块中的绝缘栅双极晶体管V2串联后与充电模块2并联，可横向堆叠的脉冲模块中的各独立脉冲模块2
…
n与前述电路（即被试负载模块和闭锁模块中的绝缘栅双极晶体管V2串联后与充电模块2并联形成的电路）相串联构成相对应的第2
…
n重雷电流发生电路。
[0006]具体地，所述的可纵向堆叠的脉冲模块为：由多个绝缘栅双极晶体管G1
…
G1n与反并联二极管D1
…
D1n纵向堆叠后与电容器C1以及调波电阻Z1串联所形成的高压脉冲模块1或由绝缘栅双极晶体管G1与二极管D1反并联后与电容器C1以及调波电阻Z1串联形成的脉冲模块1，其中n是根据不同等级雷电流参数选取堆叠的数量，利用可纵向堆叠的脉冲模块能够提供不同幅值雷电流所需的充电电压。
[0007]具体地，所述的可横向堆叠的脉冲模块为：各脉冲模块2
…
n按照横向堆叠的方向依次并联，相邻的脉冲模块n
‑
1与脉冲模块n之间串联二极管D(n
‑
1)
‑
n，其中n>2；二极管D(n
‑
1)
‑
n的正向导通方向与横向堆叠的方向相反，即二级管D(n
‑
1)
‑
n的阳极接在了电容器Cn的负极上，使得脉冲模块n只能按照横向堆叠的方向对被试负载模块放电，而不能反向对脉冲模块n
‑1…
2放电；通过对可横向堆叠的脉冲模块数量的控制，可完成一至多重雷击冲击电流的模拟。
[0008]具体地，所述的充电模块1由高压直流充电电源S1串联充电电阻R1以及绝缘栅双极晶体管V3 组成；充电模块2由高压直流充电电源S2串联充电电阻R2以及绝缘栅双极晶体管V4 组成，充电过程中，充电模块1与可纵向堆叠的脉冲模块串联构成充电回路，充电模块2与可横向堆叠的脉冲模块串联构成各脉冲模块2
…
n的并联充电回路；放电过程中，可纵向堆叠的脉冲模块与被试负载模块之间串联，被试负载模块与可横向堆叠的脉冲模块中的各独立脉冲模块2
…
n之间串联，调整各独立脉冲模块2
…
n的导通时间即可获取完整的多重雷电流波形。
[0009]具体地，充电时绝缘栅双极晶体管V1、V2同时断开，以此隔离充电模块1与充电模块2；放电时利用绝缘栅双极晶体管V1与V2的脉冲触发信号互补形成闭锁回路，即绝缘栅双极晶体管V1触发回路输入高电平信号时绝缘栅本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种模拟多重雷击的冲击电流发生器，其特征在于：包括充电模块1、充电模块2、可纵向堆叠的脉冲模块、闭锁模块、可横向堆叠的脉冲模块以及被试负载模块；闭锁模块由绝缘栅双极晶体管V1、V2构成，被试负载模块作为公共放电支路，将电路拓扑划分为首次雷电流发生电路和第2
…
n重雷电流发生电路，在首次雷电流发生电路拓扑中，被试负载模块和闭锁模块中的缘栅双极晶体管V1串联后再与充电模块1并联，然后再与可纵向堆叠的脉冲模块串联构成完整的首次雷电流发生电路；在第2
…
n重雷电流发生电路拓扑中，被试负载模块和闭锁模块中的绝缘栅双极晶体管V2串联后与充电模块2并联，然后再与可横向堆叠的脉冲模块中的各独立脉冲模块2
…
n相串联构成相对应的第2
…
n重雷电流发生电路。2.根据权利要求1所述的一种模拟多重雷击的冲击电流发生器，其特征在于：所述的可纵向堆叠的脉冲模块为：由多个绝缘栅双极晶体管G1
…
G1n与反并联二极管D1
…
D1n纵向堆叠后与电容器C1以及调波电阻Z1串联所形成的高压脉冲模块1或由绝缘栅双极晶体管G1与二极管D1反并联后与电容器C1以及调波电阻Z1串联形成的脉冲模块1，其中n是根据不同等级雷电流参数选取堆叠的数量，利用可纵向堆叠的脉冲模块能够提供不同幅值雷电流所需的充电电压。3.根据权利要求2所述的一种模拟多重雷击的冲击电流发生器，其特征在于：所述的可横向堆叠的脉冲模块为：各脉冲模块2
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n按照横向堆叠的方向依次并联，相邻的脉冲模块n
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1与脉冲模块n之间串联二极管D(n
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1)
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n，其中n>2；二极管D(n
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1)
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n的正向导通方向与横向堆叠的方向相反，即二级管D(n
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1)
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n的阳极接在了电容器Cn的负极上，使得脉冲模块n只能按照横向堆叠的方向对被试负载模块放电，而不能反向...

【专利技术属性】
技术研发人员：束洪春，马御棠，安宇阳，唐玉涛，韩一鸣，朱梦梦，周杰，易阳，何恺，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：