专利名称：一种开关型电涌保护器辉光、弧光放电测试装置的制作方法
技术领域：
—种开关型电涌保护器辉光、弧光放电测试装置[0001]技术领域:[0002]本实用新型涉及一种开关型电涌保护器辉光、弧光放电测试装置，属雷电科学与技术领域。[0003]背景技术:[0004]气体作为一种良好的绝缘体，气体的这种绝缘性质是在一定条件下的属性，可以在一定的条件下转变为导体。即辉光、弧光放电现象。[0005]辉光放电现象是把被研究的气体放入封闭的玻璃管内，通过改变气体的压强和外加电压，从而看到种种异常复杂的现象，来分析气体到点的复杂特性。气体中导电的粒子有许多种，各粒子的运动特性差别很大。更重要的是它们之间的碰撞会出现种种物理上的变化(也不排斥有些气体分子、粒子产生的化学变化)，这种变化使得导电的粒子增多或者减少，或者使得速度加大或减小，此外它们的运动与压强、温度密切相关，所以这种导电极为复杂，电流强度与外加电压绝非线性关系。一般情况下辉光放电的特征是:气体中出现阴暗不同的区间，管压降维持一定，与流过的电流大小无关，管的压降较大(大于100V)，管流较小(0.1A数量级)。[0006]在辉光放电时，电流的大小被限制在不大的量级，即几安量级以下，这是由于外电路大的电阻值所确定的。如果外电路的限流电阻值减小到一定的数值时，放电电流突然迅速增加，辉光放电就过渡弧光放电了，这一转变的关键是阴极的温度升高，到出现电子发射，发光的通道产生出耀眼的弧光。这是在阴极一旁厚度仅为10_4mnTl0_5mm的薄层内，电路强度可达到IO6 V/cnTlO2 V/cm，在这一强电场下，热电子发射的电流密度可达IO5 A/Cm_2 106 A/cm-2以上，导电通道温度可至5000K，由于高的电流密度使气体导电通道的电阻剧降，由此电极的电压就会大大降压。[0007]一种开关型电涌保护器辉光、弧光放电测试装置的设计依据IEC61643_311:2001，低压电涌保护器文件第311部分:气体放电管(GDT)规范。放电电流的峰值均为辉光至弧光转变电流的两倍，不超过2A，实验最长持续时间为Is。[0008]发明内容:[0009]本实用新型针对现有开关型电涌保护器中的主要器件是气体放电管，这种器件主要的缺点是当雷电过电压作用下点火放电，如果共动作的两端的电压小于线路的电压值，即会出现续流现象，提供一种开关型电涌保护器辉光、弧光放电测试装置，该装置主要用于测量开关型电涌保护器在工频电压作用下，何值时可以点火动作，其两端的电压值是多少，判断是否出现续流问题。[0010]本实用新型的目的是通过以下措施实现的:[0011]一种开关型电涌保护器辉光、弧光放电测试装置，该装置包括电源退耦电路，调压电路，限流分压电路，升压电路，定时开关电路，测量电路和电压指示电路，各电路依次相连，该装置还包括四个控制电路1、I1、II1、IV，控制电路I与调压电路相连，控制电路II连接限流分压电路，控制电路III连接定时开关电路，控制电路IV连接被测器件。[0012]所述升压电路包括一个升压变压器；所述定时开关电路包括定时器和固态继电器；所述测量电器主要由阻尼分压器和电流取样电阻构成。[0013]当电压预置好之后，由于器件参数的分散性，通过调整转操开关，细调加到被测器件上的电压值，保证器件在一个市电周期内出现辉光及弧光放电现象。定时开关电路是一个定时器和固态继电器构成的电路，该电路在控制信号触发下，导通I OOms，即市周期的的5倍，一般捕捉到4个完整的市电周期的辉光、弧光放电现象。测量电器主要由阻尼分压器及电流取样电阻构成，通过分压器的取样电阻在数学存储示波器上将采集到电压电流波波形。控制电路采用继电器自锁电路构成。所述开关型电涌保护器辉光、弧光放电测试装置的电路组成为:电路工作的主要过程是接通220V供电电源，按下高压分控制按键，调整合适的预置电压，通过AN2、AN3电压升降按键开关，在电压表中读出电压数据，将电流选择档放在最小的位置，按下ANl接通高压，在被测试品中采集、电流波形，观察波形的特点，如被测试品无放电现象，将电流选择档位提升放在大的位置上，依此类推，只有这样才能准确地采集到被测试品的辉光弧光放电现象。[0014]本实用新型具有如下优点:[0015]①电路结构设计依据IEC61643—311:2001低压电涌保护器文件第311部分:气体放电器规范图的要求；[0016]②测试装置电路结构简单，操作方便，性能稳定；[0017]③电路结构设计中采用了电流滤波电路，减少了测试装置工作时对电源系统的干扰；[0018]④触发电路采用可延迟50ms后再触发主电路工作，，减少了工作时人工操作产生的抖动干扰；[0019]⑤测量回路采用了 RC分压装置，电路响应特性好，性能稳定，测量精度高等优点；[0020]⑥控制电路采用了继电器自锁结构，避免了出现误操作造成设备的故障；[0021]⑦调压电路采用电动调压器，输出电压线性增大，输出功率大；[0022]⑧输出电流采用多档调节，测量调节容易选择合适的测量电流。[0023]⑨另外可以分析开关型电涌保护器的辉光、弧光放电的特征，伏安特性，对雷电过电压的抑制有着重要的价值意义。[0024]
:[0025]图1为开关型电涌保护器辉光弧光测试装置原理图框图。[0026]图2为开关型电涌保护器辉光弧光测试装置原理图。[0027]图3为定时开关电路图。[0028]图4为555触发时序图。[0029]图5为限流分压电路图。[0030]图6为高压分合控制电路图。[0031]图7为测量电路。[0032]具体实施方式
:[0033]如图1所示，本实用新型的开关型电涌保护器辉光、弧光放电测试装置原理方框图。主要组成部分包括电源退耦电路，调压电路，限流分压电路，升压电路，定时开关电路、电压指示测量电路，电压指示电路及四个控制电路。四个控制电路1、I1、II1、IV中控制电路I与调压电路相连，控制电路II连接限流分压电路，控制电路III连接定时开关电路，控制电路IV连接被测器件。[0034]其工作过程是事先预置一个测量电压值，根据被测器件的点火电压值，因为放电管的点火电压值的标准参数误差均为20%左右，由控制电路I V给定时，开关电路提供一个触发信号，定时时间为I O Oms，为市电周期的五倍，在测量电路中能够提到4 5市电周期的辉光弧光放电现象。测量电路是利用数字存储示波器等被测器件的电压及电流波形。[0035]本实用新型各主要组成部分的功能:[0036]电源退耦电路(包括高压分合控制电路Kl-1和Kl，以及前端的L、C并联电路)主要过滤除市电中电源的谐波，也启动在测试过程中由于放电现象产生的干扰信号导入电网造成对其他设备的影响。调压电路(升压变压器BI和串联电阻R0(TR09)控制升或降，预置被测器件所需的电压值。限流分压电路及控制电路I I处一组由机械转操开关和一组电阻构成电路；主要功能是当电压预置好之后，由于器件参数的分散性，通过调整转操开关，细调加到被测器件上的电压值，保证器件在一个市电周期内出现辉光及弧光放电现象。如等电流小可能达到弧光放电的条件，如等电流大可能到导致器件的损坏现象。升压电路包括一个升压变压器BI，根据IEC61643 —311:2001的规定，该升压变压器二次测电压有效值应该至少是标称直流火花放电电压的二倍，因此选用5 k V A，2 2 O V:4 0 0 0 V的升压变压器。定时开关电路由一个定时器和固态继电器构成路，该电路在控制信号触发下，导通I O O m s，即市周期的的5倍，一般捕捉到4个完整的市电周期的辉光、弧光放电现象。测量电器主要由阻尼分压器(C2，C3，R2和R3)及电流取样电阻R4构成，通过分压器的取样电阻在数学存储示波器上将采集到电压电流波波形。[0037]控制电路采用继电器自锁电路构成，其中控制电路I对应的是调压电路为升压变压器BI和串联电阻R0(TR09、控制电路II对应的是限流分压电路为并联接入电阻R1、控制电路III对应的是定时器和固态继电器、控制电路IV对应的是被测器件即所测的电涌保护器SPD。[0038]( 2 )开关型电涌保护器辉光弧光测试装置原理图如图2所示。[0039]该装置主要组成由L、C构成电源滤波电路，Kl-1和Kl为高压合分控制电路，它由固态继电器构成主要电流通道，高压分合控制电路由继电器构成自锁电路控制。B1是八吧、An3控制的电动调压装置，按下An2电压升高，按下An3电压下降，根据器件点火电压的大小调整所需的电压值，R1及RocTRc 构成分压限流电路，Rl取值较大为IOK Ω，R00^R09取值较小为10Ω，分为10个档调整电流的大小，保证准确的测量辉光弧光放电现象，定时开关、定时器及Ani，定时开关为主电流通道，由固态继电器组成，电流选用20A、电压为220V的交流双向导通继电器，定时器由NE555芯片构成的IOOms定时器。按下Am按键延时约50ms后输出IOOms的高压电平脉冲，触发定时开关，输出4飞个市电周期的电压。R1为放电回路的限流电阻，取值为100 Ω，R2, C2, R3> C3构成RC分压器。RC分压器的特点与频率响应特性好，测量精度高等特点，R4为电流取样电阻，采用IOw0.1 Ω的无感精密电阻，示波器的CH1，CH2两个通道分别取SPD的两端的电压及流过SH)的电流。开关电源输出12V的电压，为控制电路，定时电路的直流提供电源。[0040]电路工作的主要过程是接通22 0V供电电源，按下高压分控制按键，调整合适的预置电压，通过aN2、aN3电压升降按键开关，在电压表中读出电压数据，将电流选择档放在最小的位置，按下Am接通高压，在被测试品中采集、电流波形，观察波形的特点，如被测试品无放电现象，将电流选择档位提升放在大的位置上，依此类推，只有这样才能准确地采集到被测试品的辉光弧光放电现象。[0041 ] 主要电路的工作原理分析[0042]定时开关电路的原理，如图3所示，主要由Ia、Ic2两个定时器电路和T1固态继电器构成，Ici构成50ms的延时电路去控制1。2电路，Ic2构成的定时器输出脉宽为IOOms的高电平信号。去控T1固态继电器导通，触发时序如图4所示，[0043]图中所示twA为第一次输出方波的宽度，当第一次方波出现后呈现低电平，随后出现的twB为所需要的方波。[0044]①限流分压电路原理[0045]限流分压电路如图5所示，其工作原理是当选用不同的档位时串联在电路中的电阻不同[0046]假如在“O”上，电路中无限流电阻，在“1”，电路中只有Rot电阻，在“2”时电路中有1^和Rtjl串联，这样依次类推[0047]②高压分合控制电路原理[0048]高压分合控制电路原理图如图6所示，J1^J2是2个机械触点继电器，Ii1是固态继电器，An4是高压合按键,而按下J3、J\通电Jh触点自锁，J1-Z闭合，固态继电器导通，AN5为高压分按键，按下AN5，J2通电，常闭触点J2_2断开，J1断电，Jh断开Λ_2也同时断开，主电源供电停止。[0049]③测量电路[0050]测量电路如图7所示，R2C2, R3C3利用电阻电容分压，构成电压分压器，R4为0.1欧姆无感精密电阻，测量其两端的电压，计算出电路中的电流[0051 ] (I)具有优点、特点或积极效应:[0052]⑩电路结构设计依据IEC61643—311:2001低压电涌保护器文件第311部分:气体放电器规范图的要求；[0053]测试装置电路结构简单，操作方便，性能稳定；[0054]电路结构设计中采用了电流滤波电路，减少了测试装置工作时对电源系统的干扰；[0055]触发电路采用可延迟50ms后再触发主电路工作，减少了工作时人工操作产生的抖动干扰；[0056]测量回路采用了 RC分压装置，电路响应特性好，性能稳定，测量精度高等优点；[0057]控制电路采用了继电器自锁结构，避免了出现误操作造成设备的故障；[0058]调压电路采用电动调压器，输出电压线性增大，输出功率大；[0059]输出电流采用多档调节， 测量调节容易选择合适的测量电流。
权利要求1.一种开关型电涌保护器辉光、弧光放电测试装置，其特征是:该装置包括电源退耦电路，调压电路，限流分压电路，升压电路，定时开关电路，测量电路和电压指示电路，各电路依次相连，该装置还包括四个控制电路1、π、ιπ、ιν，控制电路I与调压电路相连，控制电路II连接限流分压电路，控制电路III连接定时开关电路，控制电路IV连接被测器件。
2.根据权利要求1所述开关型电涌保护器辉光、弧光放电测试装置，其特征是:所述升压电路包括一个升压变压器。
3.根据权利要求1所述开关型电涌保护器辉光、弧光放电测试装置，其特征是:所述定时开关电路包括定时器和固态继电器。
4.根据权利要求1所述开关型电涌保护器辉光、弧光放电测试装置，其特征是:所述测量电器主要由阻尼分压器和电流取样电阻构成。
专利摘要本实用新型涉及一种开关型电涌保护器辉光、弧光放电测试装置，属雷电科学与技术领域。该装置包括电源退耦电路，调压电路，限流分压电路，升压电路，定时开关电路，测量电路和电压指示电路，各电路依次相连，该装置还包括四个控制电路Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ，控制电路Ⅰ与调压电路相连，控制电路Ⅱ连接限流分压电路，控制电路Ⅲ连接定时开关电路，控制电路Ⅳ连接被测器件。
文档编号G01R31/12GK203025312SQ20132001328
公开日2013年6月26日 申请日期2013年1月10日 优先权日2013年1月10日
发明者李祥超, 张枨, 张鹏, 王金虎 申请人:南京信息工程大学