[发明专利]级联式兆伏级电压发生装置

说明书

本发明提供了一种级联式兆伏级电压发生装置。该装置包括：支撑结构、均压结构和串联的多级单元电路；其中，各级单元电路沿支撑结构的高度方向螺旋设置且均与支撑结构相连接，各级单元电路通过串联产生具有预设时变特性的兆伏级电压；均压结构与支撑结构的顶部相连接，以均匀电场；支撑结构用于支撑各级单元电路和均压结构。本发明中，串联的多级单元电路可以产生具有预设时变特性的兆伏级电压，而预设时变特性的电压可以为由缓渐陡且近似呈单调指数上升的时变特征的电压，进而使试验结果更加准确；各级单元电路沿支撑结构的高度方向螺旋设置，使得在试验室开展雷电上行先导等效模拟试验研究成为了可能。

技术领域

本发明涉及高电压试验技术领域，具体而言，涉及一种级联式兆伏级电压发生装置。

背景技术

目前，在研究雷电屏蔽问题时，一般利用长间隙放电来开展雷电上行先导试验研究。其关键是要在地面目标物附近产生与自然雷电等效的时变电场，该电场具有由缓渐陡且近似呈单调指数上升的时变特征。当前试验中，常用的Marx冲击电压发生器只能输出固有双指数电压波形，无法满足雷电上行先导试验的电场等效性要求，进而成为制约大尺度目标物雷电防护的关键因素。为此，亟需研制新型原理兆伏级高电压发生装置，用于产生与自然雷电等效的电场波形。

在此需求背景下，一种电容可控充电原理的新型高电压发生技术已被相关学者提出。该技术融合电力电子与高电压试验技术，以低电压等级的电容可控充电单元电路(简称单元电路)为核心，通过多级单元电路串联(简称级联)抬升电压，以实现兆伏级高电压输出。根据公开的技术资料，该单元电路的典型输出电压为25kV，以此推算，若要实现1MV电压输出，则至少需要40级单元电路串联；要实现更高的电压输出，需要级联的单元电路数量也就更多，同时，由于采用级联方式抬升电压，使得单元电路间存在逐级电位差，故还需考虑单元电路间的电气绝缘问题。因此，为基于该新型技术研制MV级高电压发生装置，需要针对数量众多的单元电路及其级联问题，研究提出合理的装置结构方案。

中国专利公开号：CN 104467512 A的发明专利申请，公开了两个以上的充电触发单元轴向连接，充电触发单元包括气体开关以及位于气体开关两侧的电容，相邻的充电触发单元通过第一绝缘主体连接，以在大容量试品的情况下输出陡前沿冲击波形，但却无法产生具有由缓渐陡且近似呈单调指数上升的时变特征的电压波形，即产生与自然雷电等效的电压波形，无法满足雷电上行先导试验的电场等效性要求。

发明内容

鉴于此，本发明提出了一种级联式兆伏级电压发生装置，旨在针对数量众多的单元电路及其级联问题，提出合理的装置结构方案。

一个方面，本发明提出了一种级联式兆伏级电压发生装置。该装置包括：支撑结构、均压结构和串联的多级单元电路；其中，各级单元电路沿支撑结构的高度方向螺旋设置且均与支撑结构相连接，以产生具有预设时变特性的兆伏级电压；均压结构与支撑结构的顶部相连接，以均匀电场；支撑结构用于支撑各级单元电路和均压结构。

进一步地，上述级联式兆伏级电压发生装置中，相邻的两级单元电路的高度差h_t＝k×(ΔU/E_ins)；上式中，k为裕度系数，k≥1；ΔU为相邻的两级单元电路的电位差，单位为kV；E_ins为支撑结构的材料沿面绝缘强度，单位为kV/m。

进一步地，上述级联式兆伏级电压发生装置中，螺旋方向上的各级单元电路中，高度方向上相邻的两级单元电路之间的轴向距离为单节螺距，单节螺距h_s＝N_s×h_t；上式中，N_s为单节螺距内布置的单元电路的数量；h_t为相邻的两级单元电路的高度差。