8/20μs模拟雷击试验的脉冲电流校准装置及方法

技术领域

本发明涉及模拟雷击试验技术领域，具体地，涉及8/20μs模拟雷击试验的脉冲电流校准装置及方法。

背景技术

雷电是大自然中一种气势宏伟的气体放电现象。随着人类认知的不断提高，对于雷电的探索一直没有停止，最终期许是能够避免雷电带来的灾害并且能够利用或控制雷电在各个领域为人类谋取福祉。随着高压供电的普及，高压输电网成为我们动力和照明的重要传输路径。高压线架设高、距离长，且大多需要穿越复杂地形，如果发生雷电放电现象，可能对高压输变电设备造成伤害。然而避雷针的保护范围不足以保护绵延千米的输电线，因此在高压线上装设接闪器、低压电涌保护器等各类防雷产品显得尤为重要。

为了模拟各类防雷产品在使用过程中遭受雷击的实际反应情况，需对各类雷电防护产品进行模拟雷击动作负载试验。动作负载试验是在对施加持续工作电压的情况下的器件进行雷电模拟波冲击。GB18802.1等国内外标准中Ⅰ级和Ⅱ级的动作负载预处理试验，要求的测试波形都是8/20μs模拟雷电波形。

8/20μs模拟雷击试验冲击平台是对各类雷电防护产品进行模拟雷击动作负载试验的重要设备，其输出波形为8/20μs，脉冲电流幅度可达300kA，利用球隙放电技术模拟雷击放电，采用立体向心式布局，回路电感量小，放电均匀，能够极性自动切换，最大可输出脉冲电流幅度达到300kA。

根据8/20μs模拟雷击试验冲击平台工作原理，链路所产生的8/20μs脉冲电流直接关系到试验效果，其主要技术参数包括脉冲电流幅度、脉冲电流持续时间等。脉冲电流幅度10kA～300kA。

目前对脉冲电流的校准装置有电流互感器、交直流分流器、法拉第效应装置和罗果夫斯基线圈等，但是他们都难以准确获取幅度超过1kA的脉冲电流的脉冲电流幅度、脉冲电流上升时间及脉冲电流持续时间，难以对幅度超过1kA的脉冲大电流进行校准。

发明内容

本发明为解决上述现有技术方案中现有的脉冲电流校准装置难以对幅度超过1kA的脉冲大电流进行校准的问题，提供了8/20μs模拟雷击试验的脉冲电流校准装置及方法。本方案中的设备能够实现对8/20μs模拟雷击试验中所产生的10kA～300kA的脉冲电流的参数进行准确测量，实现对8/20μs模拟雷击试验中所产生的10kA～300kA的脉冲电流的校准。

本发明采用的技术方案是：8/20μs模拟雷击试验的脉冲电流校准装置，包括数字化仪、用以与实验室工作电源电连接的隔离变压器、用以与8/20μs模拟雷击试验冲击平台脉冲电流放电回路串联的同轴管式脉冲分流器，隔离变压器用以与数字化仪电连接，数字化仪的电压测量端与同轴管式脉冲分流器的电压输出端电连接。

同轴管式脉冲分流器的电阻很小，使得8/20μs模拟雷击试验的脉冲电流在经过同轴管式脉冲分流器后所产生的电压能够被数字化仪进行准确测量，获得电压的波形参数，根据电压的波形参数获取电流的波形参数。装置使用时，将隔离变压器与试验时工作电源连接，同轴管式脉冲分流器和8/20μs模拟雷击试验冲击平台脉冲电流放电回路进行串联，数字化仪和隔离变压器连接使隔离变压器为数字化仪进行供电，数字化仪的电压测量端与同轴管式脉冲分流器的电压输出端电连接。然后8/20μs模拟雷击试验冲击平台模拟雷击试验，观察数字化仪上显示的波形并调整波形的位置，根据数字化仪上的显示波形来判断脉冲电流的参数。

本方案中的装置能够对8/20μs模拟雷击试验中所产生的10kA～300kA的脉冲电流的参数进行准确测量，达到对8/20μs模拟雷击试验中所产生的10kA～300kA的脉冲电流的校准的目的。隔离变压器为数字化仪进行供电，实现数字化仪供电电源与8/20μs模拟雷击试验冲击平台供电电源有效隔离，避免8/20μs模拟雷击试验冲击平台供电电源的电压过高影响数字化仪的正常工作。

优选的，同轴管式脉冲分流器的脉冲电流测量范围为10kA～300kA，脉冲分流阻值标称值为0.5mΩ，偏差为±0.2mΩ，上升时间≤20ns，脉冲持续时间测量范围为20μs～10ms，脉冲电流测量最大允许误差为±0.5％。可选择型号为ICS-500kA的同轴管式脉冲分流器。

优选的，同轴管式脉冲分流器上用以与8/20μs模拟雷击试验冲击平台脉冲电流放电回路串联的一端所采用的导线为镀锡紫铜编织带线。镀锡紫铜编织带线的截面积20-30mm2，宽度2-3cm，厚度2-3mm。镀锡紫铜编织带线能够提高导电率,调整设备安装误差,同时起到减震的作用、方便试验和设备检修等作用。

优选的，数字化仪的脉冲电压测量范围为-20V～-0.1V和0.1V～20V，最大允许误差为±0.5％，采样率≥5MSa/s，带宽≥1MHz。隔离变压器的额定功率为2kVA，输出电压220V。可选择型号为GTSSA 0120的数字化仪。

8/20μs模拟雷击试验的脉冲电流校准方法，包括如下步骤：

步骤一：将隔离变压器电源线插入实验室工作电源，数字化仪电源线连接至隔离变压器输出电压插座，将同轴管式脉冲分流器电流输出正、电流输出伏端串联到8/20μs模拟雷击试验冲击平台放电回路中，将同轴管式脉冲分流器的电压输出端与数字化仪的电压测量端连接；

步骤二：根据脉冲电流幅度计算触发电平，触发电平设置为脉冲电流幅度与同轴管式脉冲分流器阻值乘积的20％；

步骤三：接通隔离变压器实验室工作电源，打开隔离变压器电源输出，打开数字化仪，设置数字化仪参数，启动数字化仪单次触发等待状态，试验人员退出放电现场，到达安全操作区域；

步骤四：接通8/20μs模拟雷击试验冲击平台供电电源，打开模拟雷击试验冲击平台操作软件，设置放电电流至需要测量脉冲电流值，波形类型选择8/20μs，放电模式选择单次，启动测试，进入充电状态，充电电压达到8/20μs模拟雷击试验冲击平台规定充电电压值后，进行放电；

步骤五：断开8/20μs模拟雷击试验冲击平台供电电源，进入放电现场，观察数字化仪显示的波形，调节水平偏转系数和垂直偏转系数,并上下左右移动波形，使波形居中，使数字化仪显示屏或控制计算机显示1个放电周期波形，且波形垂直高度占显示屏高度的70％以上；

步骤六：设校准使用同轴管式脉冲分流器组织为Rp，设置数字化仪自动测量功能为信号幅度，测量脉冲电压波形幅度为Vc，则脉冲电流幅度为Vc/Rp；设置数字化仪自动测量功能为上升时间(10％-90％)，测量脉冲电压波形上升时间，也就脉冲电流上升时间；

步骤七：使用数字化仪水平光标测量功能，找到脉冲电压信号幅度上升沿10％、90％点，并延长找到与时间轴相交点，作为水平光标起点，找到脉冲幅度信号下降沿50％点，作为水平光标终点，水平光标的差值就是脉冲电流持续时间。

本方案中的方法能够实现对8/20μs模拟雷击试验中所产生的10kA～300kA的脉冲电流的参数进行准确测量，实现对8/20μs模拟雷击试验中所产生的10kA～300kA的脉冲电流的校准。

优选的，在步骤一之前，先执行如下步骤：

按照断开8/20μs模拟雷击试验冲击平台单独供电电源和实验室工作电源，使用8/20μs模拟雷击试验冲击平台所配置放电杆，用放电杆对说明书规定高压部分进行放电,确保上一次实验后放电彻底；

在步骤七之后，再执行如下步骤：

关闭数字化仪，关闭实验室工作电源，断开8/20μs模拟雷击试验冲击平台供电电源，使用8/20μs模拟雷击试验冲击平台所配置放电杆，用放电杆对说明书规定高压部分进行放电。

通过使用放电杆对装置进行放电，能够进一步保障试验时工作人员的人身安全。

优选的，在步骤二中，隔离变压器、数字化仪和同轴管式脉冲分流器的放置位置均与8/20μs模拟雷击试验冲击平台放电电压端子保持2m以上安全距离，同轴管式脉冲分流器与模拟雷击试验冲击平台还进行绝缘隔离。能够保障隔离变压器、数字化仪和同轴管式脉冲分流器的工作安全。

优选的，在步骤三中，在设置数字化仪参数时，设置数字化仪工作于单次触发模式，设置触发电平为触发电平计算建议值，设置采样模式为平均，次数为20。能够减少实验误差。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本方案中的装置和方法能够实现对8/20μs模拟雷击试验中所产生的10kA～300kA的脉冲电流的参数进行准确测量，实现对8/20μs模拟雷击试验中所产生的10kA～300kA的脉冲电流的校准。

附图说明

图1是本发明8/20μs模拟雷击试验的脉冲电流校准装置的模块图；

图2是本发明8/20μs模拟雷击试验的脉冲电流校准方法的流程图；

图3是本发明8/20μs模拟雷击试验的脉冲电流校准方法的脉冲电流信号示意图。

具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部品会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。附图中描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。

本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部品；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”“长”“短”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

下面通过具体实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的具体描述：

实施例1

如图1所示为8/20μs模拟雷击试验的脉冲电流校准装置，包括数字化仪3、用以与实验室工作电源电连接的隔离变压器1、用以与8/20μs模拟雷击试验冲击平台脉冲电流放电回路串联的同轴管式脉冲分流器2，隔离变压器1用以与数字化仪3电连接，数字化仪3的电压测量端与同轴管式脉冲分流器2的电压输出端电连接。

本实施例的工作原理或工作过程：装置使用时，将隔离变压器1与试验时工作电源连接，同轴管式脉冲分流器2和8/20μs模拟雷击试验冲击平台脉冲电流放电回路进行串联，数字化仪3和隔离变压器1连接使隔离变压器1为数字化仪3进行供电，数字化仪3的电压测量端与同轴管式脉冲分流器2的电压输出端电连接。然后8/20μs模拟雷击试验冲击平台模拟雷击试验，观察数字化仪3上显示的波形并调整波形的位置，根据数字化仪3上的显示波形来判断脉冲电流的参数。

本实施例的有益效果：本方案中的装置能够实现对8/20μs模拟雷击试验中所产生的10kA～300kA的脉冲电流的参数进行准确测量，实现对8/20μs模拟雷击试验中所产生的10kA～300kA的脉冲电流的校准。

实施例2

8/20μs模拟雷击试验的脉冲电流校准装置的实施例2，在实施例1的基础上，对装置的结构进一步限定。

具体的，同轴管式脉冲分流器2的型号为ICS-500kA，脉冲电流测量范围为10kA～300kA，脉冲分流阻值标称值为0.5mΩ，偏差为±0.2mΩ，上升时间≤20ns，脉冲持续时间测量范围为20μs～10ms，脉冲电流测量最大允许误差为±0.5％。

具体的，同轴管式脉冲分流器2上用以与8/20μs模拟雷击试验冲击平台脉冲电流放电回路串联的一端所采用的导线为镀锡紫铜编织带线。

具体的，数字化仪3的型号为GTSSA 0120，脉冲电压测量范围为-20V～-0.1V和0.1V～20V，最大允许误差为±0.5％，采样率≥5MSa/s，带宽≥1MHz。隔离变压器1的额定功率为2kVA，输出电压220V。

本实施例的有益效果：镀锡紫铜编织带线能够提高导电率,调整设备安装误差,同时起到减震的作用、方便试验和设备检修等作用。

实施例3

8/20μs模拟雷击试验的脉冲电流校准方法，如图2所示，包括如下步骤：

步骤一：将隔离变压器电源线插入实验室工作电源，数字化仪电源线连接至隔离变压器输出电压插座，将同轴管式脉冲分流器电流输出正、电流输出伏端串联到8/20μs模拟雷击试验冲击平台放电回路中，将同轴管式脉冲分流器的电压输出端与数字化仪的电压测量端连接；

步骤二：根据脉冲电流幅度计算触发电平，触发电平设置为脉冲电流幅度与同轴管式脉冲分流器阻值乘积的20％；

步骤三：接通隔离变压器实验室工作电源，打开隔离变压器电源输出，打开数字化仪，设置数字化仪参数，启动数字化仪单次触发等待状态，试验人员退出放电现场，到达安全操作区域；

步骤四：接通8/20μs模拟雷击试验冲击平台供电电源，打开模拟雷击试验冲击平台操作软件，设置放电电流至需要测量脉冲电流值，波形类型选择8/20μs，放电模式选择单次，启动测试，进入充电状态，充电电压达到8/20μs模拟雷击试验冲击平台规定充电电压值后，进行放电；

步骤五：断开8/20μs模拟雷击试验冲击平台供电电源，进入放电现场，观察数字化仪显示的波形，调节水平偏转系数和垂直偏转系数,并上下左右移动波形，使波形居中，使数字化仪显示屏或控制计算机显示1个放电周期波形，且波形垂直高度占显示屏高度的70％；

步骤六：设校准使用同轴管式脉冲分流器组织为Rp，设置数字化仪自动测量功能为信号幅度，测量脉冲电压波形幅度为Vc，则脉冲电流幅度为Rp/Vc；设置数字化仪自动测量功能为上升时间10％-90％，测量脉冲电压波形上升时间，也就脉冲电流上升时间；

步骤七：使用数字化仪水平光标测量功能，找到脉冲电压信号幅度上升沿10％、90％点，并延长找到与时间轴相交点，作为水平光标起点，找到脉冲幅度信号下降沿50％点，作为水平光标终点，水平光标的差值就是脉冲电流持续时间。

本方法中所获得的脉冲电流信号示意图如图3所示，在图3中，脉冲电压信号幅度上升10％的点为C点；脉冲电压信号幅度上升90％的点为B点；上升时间为T；波前时间为T

本实施例的有益效果：本方案中的方法能够实现对8/20μs模拟雷击试验中所产生的10kA～300kA的脉冲电流的参数进行准确测量，实现对8/20μs模拟雷击试验中所产生的10kA～300kA的脉冲电流的校准。

实施例4

8/20μs模拟雷击试验的脉冲电流校准方法的实施例4，在实施例3的基础上，对方法进一步限定。

具体的，在步骤一之前，先执行如下步骤：

按照断开8/20μs模拟雷击试验冲击平台单独供电电源和实验室工作电源，使用8/20μs模拟雷击试验冲击平台所配置放电杆，用放电杆对说明书规定高压部分进行放电,确保上一次实验后放电彻底；

在步骤七之后，再执行如下步骤：

关闭数字化仪，关闭实验室工作电源，断开8/20μs模拟雷击试验冲击平台供电电源，使用8/20μs模拟雷击试验冲击平台所配置放电杆，用放电杆对说明书规定高压部分进行放电。

具体的，在步骤二中，隔离变压器、数字化仪和同轴管式脉冲分流器的放置位置均与8/20μs模拟雷击试验冲击平台放电电压端子保持2m以上安全距离，同轴管式脉冲分流器与模拟雷击试验冲击平台还进行绝缘隔离。

具体的，在步骤三中，在设置数字化仪参数时，设置数字化仪工作于单次触发模式，设置触发电平为触发电平计算建议值，设置采样模式为平均，次数为20。

本实施例的有益效果：通过使用放电杆对装置进行放电，能够进一步保障试验时工作人员的人身安全。能够保障隔离变压器、数字化仪和同轴管式脉冲分流器的工作安全。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。