高泰斯測試設(shè)備原理

高泰斯測試設(shè)備原理8/20μs沖擊電流發(fā)生器8/20μs沖擊電流發(fā)生器8/20μs沖擊電流發(fā)生器廣泛應(yīng)用于SPD的性能測試中，IEC61643.1-2005SPD測試標(biāo)準(zhǔn)中定義了用具有8/20μs波形的沖擊電流來測試壓敏電阻，并規(guī)定:

波頭、波尾時間誤差<10%，峰值誤差<10%，反極性振蕩<20%，但沒有對發(fā)生器回路參數(shù)、源阻抗等做出強制規(guī)定。第2頁,共28頁，2024年2月25日，星期天浪涌沖擊平臺各系統(tǒng)浪涌沖擊平臺電壓采樣充電控制充電電容電流采樣點火控制調(diào)波電阻波形分析安全控制調(diào)波電感高壓回路工控系統(tǒng)測量系統(tǒng)第3頁,共28頁，2024年2月25日，星期天一、8/20μs沖擊電流發(fā)生回路理論基礎(chǔ)沖擊電流可由雙指數(shù)函數(shù)模擬，工程中常用RLC構(gòu)成主回路來實現(xiàn)沖擊電流的產(chǎn)生，其原理圖所示圖中，C為理想電容器；L為放電回路總電感，包括間隙電感、接線電感、調(diào)波電感、負(fù)載電感；R是放電回路的總電阻，包括接線電阻、間隙電阻以及調(diào)波電阻等；K是控制開關(guān)。該電路因工作在欠阻尼狀態(tài)。第4頁,共28頁，2024年2月25日，星期天以能產(chǎn)生8/20μs、20kA的發(fā)生回路為例

第5頁,共28頁，2024年2月25日，星期天電容器的選擇1、為產(chǎn)生高電壓大電流的8/20μs波形，電容器應(yīng)使用專用的脈沖電容器，且電容器的剩余電感應(yīng)盡量小，一般為幾個納亨。2、電容器的排列應(yīng)盡量做到等距，以使得結(jié)構(gòu)電感、電阻相同，為調(diào)波提供可計算的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)。第6頁,共28頁，2024年2月25日，星期天試驗變壓器實驗研究用的產(chǎn)生工頻高電壓的變壓器稱為試驗變壓器。因試驗變壓器是以得到高電壓為目的，故與電力變壓器有所不同，主要是變比大、容量小、多采用油浸自冷方式。第7頁,共28頁，2024年2月25日，星期天二、工控系統(tǒng)1、充電電壓控制（1）電容器的充電采用恒壓充電方式，該充電方式結(jié)構(gòu)簡單，控制方便。（2）利用直流分壓器監(jiān)控充電電容器的兩端電壓，將其分壓后，由電壓比較電路將該電壓值和預(yù)置電壓值比較。一旦充電電壓達到預(yù)定值時，該比較電路發(fā)出光電信號，使調(diào)壓器置位。第8頁,共28頁，2024年2月25日，星期天2、點火球隙

在接地的球電極（陰極）開有Φ5mm的孔，孔中插入聚四氟乙烯或玻璃絕緣管，管中穿進圓棒作為觸發(fā)電極。給點火電極施加與對面的球電極極性相反的點火脈沖時，點火電極和接地球之間先引起沿絕緣管表面的沿面放電，這將引起與對面球電極之間的電場分布畸變，從而使球間隙擊穿。最近使用的沖擊電壓發(fā)生器是給定充電電壓和加壓次數(shù)后全部自動控制的。第9頁,共28頁，2024年2月25日，星期天三、測量系統(tǒng)1、殘壓的測量——電阻分壓器第10頁,共28頁，2024年2月25日，星期天 分壓器和測量儀器的連接用高頻同軸電纜，該電纜的波阻抗以Z表示。為了在電纜兩端不引起反射，需通過與Z相等的阻抗接地。在圖示(b)所示的電阻分壓器情況時，應(yīng)滿足以下條件：R2+R3=Z=R4+R5。這稱為匹配（matching）。在匹配狀態(tài)下等效電路如圖（b'），成為省掉電纜的電阻電路。因此，從示波器測得的V2求V1時，乘上分壓器的倍率m（m=1/ρ,ρ為分壓比）即可。

第11頁,共28頁，2024年2月25日，星期天8/20us沖擊下壓敏電阻典型殘壓波第12頁,共28頁，2024年2月25日，星期天2、電流的測量——羅氏線圈 設(shè)電流垂直于紙面，則產(chǎn)生如箭頭方向所示的磁通。在線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢是磁通的時間微分，通過RC電路將感應(yīng)電勢進行積分后，可以測得正比于電流的cd端電壓。8/20μs電流波，一般采用自積分式羅氏線圈來測量。第13頁,共28頁，2024年2月25日，星期天8/20μs沖擊典型波形第14頁,共28頁，2024年2月25日，星期天3、小結(jié)在沖擊電流自動化測量系統(tǒng)中，沖擊電流和沖擊殘壓測試基準(zhǔn)點與系統(tǒng)的參考接地點理論上應(yīng)精確在一個參考點，但在實際中是不現(xiàn)實的，要保證測量精度，我們采用浮地法進行測量，但在沖擊電流這樣的一個強脈沖電流電磁干擾的環(huán)境中，通過電源線、信號線及通信線勢必會在測試單元側(cè)耦合出一定的電磁干擾脈沖，這個干擾脈沖嚴(yán)重影響系統(tǒng)測試精度和測試單元，這個干擾脈沖嚴(yán)重影響系統(tǒng)的精度和系統(tǒng)的穩(wěn)定性。需要采取有針對性的浪涌吸收電路，實現(xiàn)測量系統(tǒng)的電磁兼容。第15頁,共28頁，2024年2月25日，星期天三、波形分析系統(tǒng)（1）數(shù)字儲存示波器 數(shù)字儲存示波器的應(yīng)用不僅可使被測波形在屏幕上“鎖住”，以使一次過程波便于被人們觀測，而且可以通過其專用軟盤把波形儲存起來，或是連至計算機進行分析計算、打印和儲存。數(shù)字儲存示波器的方框原理圖第16頁,共28頁，2024年2月25日，星期天

（2）數(shù)字儲存示波器波形紀(jì)錄原理

如圖所示，假定內(nèi)存的容量是1024，觸發(fā)起著令B點之后“停寫”的作用，把觸發(fā)前后的一段A與B之間的信息保留下來。圖中所示的觸發(fā)電平和預(yù)置數(shù)可由操作人員實現(xiàn)在示波器面板上設(shè)定，從而確保將雷電沖擊波的整個波形都記錄下來。第17頁,共28頁，2024年2月25日，星期天（3）計算機脈沖分析系統(tǒng) 基于示波器采樣板技術(shù)，通過通訊線纜，將信號傳遞至計算機，再由相關(guān)軟件還原波形，做到實時自動測量，計算，儲存的功能。第18頁,共28頁，2024年2月25日，星期天四、不同源阻抗發(fā)生器在測試上的差異

4.1仿真研究（1）電容和源阻抗的關(guān)系

充電電容和源阻抗的關(guān)系表明：電容和源阻抗呈非線性的反比例函數(shù)關(guān)系，即充電電容減小直接導(dǎo)致源阻抗增大，反之亦然。第19頁,共28頁，2024年2月25日，星期天（2）不同預(yù)期短路電流下試品殘壓的變化規(guī)律1）沖擊幅值不同，但三條殘壓曲線幾乎平行；2）沖擊電流源阻抗不同，得到的沖擊殘壓也不一樣，但在不同幅值的沖擊下，各條曲線沖擊殘壓差相差不大。10kA、20kA和30kA沖擊電流下，不同源阻抗得到的沖擊殘壓差分別為117.3V、114.7V和120.9V。3）可以用一個△U來校準(zhǔn)測量值。第20頁,共28頁，2024年2月25日，星期天(3)相同預(yù)期短路電流下試品殘壓的變化規(guī)律1）發(fā)散趨勢可以看出，在同一沖擊電流幅值下不同通流能力的試品其沖擊殘壓差異不同。因此計量設(shè)備時，不能用不同通流容量的試品來對比兩種設(shè)備。2）對于通流容量小的試品，沖擊殘壓變化趨于劇烈。3）在計量設(shè)備時，小通流的MOV“電壓敏感性”較大，適用小通流的試品來反映其最大誤差，從上圖中可見，B32K385在30kA下B32K385的變化曲線，沖擊殘壓差達到120.9V。第21頁,共28頁，2024年2月25日，星期天(4)通流變化分析在相同試品和預(yù)期短路電流下，隨著源阻抗的變化，通過MOV的電流卻發(fā)生了變化，因而導(dǎo)致沖擊殘壓的變化，源阻抗對沖擊殘壓有很大影響。因此可以將試品阻抗值預(yù)先計算在回路內(nèi)來調(diào)波，這樣能有效提高設(shè)備的帶負(fù)載能力。第22頁,共28頁，2024年2月25日，星期天

(1)不同源阻抗對試品的劣化影響ICGS系統(tǒng)下U1mA變化規(guī)律 Haefely系統(tǒng)下U1mA變化規(guī)律源阻抗：0.799Ω源阻抗：0.432Ω4.2實驗研究

第23頁,共28頁，2024年2月25日，星期天(2)U1mA劣化程度與測試次數(shù)關(guān)系設(shè)備源阻抗/Ω初始U1mA/V下降至5%的次數(shù)下降至7%的次數(shù)下降至9%的次數(shù)下降至10%的次數(shù)HaefelyICGS0.4320.7996776817940844488519052第24頁,共28頁，2024年2月25日，星期天

(3)Ileak變化規(guī)律漏電流隨著測試次數(shù)的增加始終是呈現(xiàn)增加的趨勢，當(dāng)超過一定次數(shù)時，漏電流呈指數(shù)形式增加，劣化加劇。第25頁,共28頁，2024年2月25日，星期天（4）相同試品的殘壓規(guī)律同一種試品，在不同源阻抗的設(shè)備上，殘壓有近100V差別。這可能是由于在放電開關(guān)導(dǎo)通，測試回路形成后，使得MOV從高阻態(tài)轉(zhuǎn)向低阻導(dǎo)通態(tài)的是階躍電壓波，源阻抗越高，產(chǎn)生流過MOV具有相同幅值的電流需要的充電電壓就越高，在MOV動作前du/dt決定其殘壓大小。第26頁,共28頁，2024年2月25日，星期天（5）流過SPD的電流波的變化規(guī)律

1）按照IEC61643.1-2005對8/20μs測試用脈沖電流的規(guī)定，可用電流波的峰值Im1、反峰振蕩比Im2/Im1、T2/T1等參數(shù)來表征。設(shè)備源阻抗Im1/kA反峰振蕩比Im2/Im1T2/T10.432Ω0.52Ω0.799Ω20.21-20.5919.60-20.020.35-20.46波形無反峰5.15%-4.4%29.9%-28.4%2.95-2.872.75-2.672.18-1.97電流參數(shù)分析電流波不能表征MOV在多次沖擊下老化劣化的程度。隨著沖擊測試次數(shù)的增加，MOV的通流能力并未顯著降低，從Im1可以看出，通流能力基本保持穩(wěn)定的變化20kA±0.5kA。在大電流區(qū)的V-I特性決定了MOV在該區(qū)域的保護性能，在MOV制造中，盡量降低晶粒電阻率，以擴展電壓—電流特性的平坦區(qū)范圍，對提高SPD的保護性能是很重要的。第27頁,共28頁，2024年2月25