多通道自击穿水开关测试方法研究(2)

在西北核技术研究所的“闪光-Ⅱ”装置上进行了水介质多针自击穿开关实验研究,该开关由2个或4个开关间隙、1个预脉冲屏蔽板及其支撑结构组成。给出了实验研究所使用的测试方法及波形分析方法(两个判据)。开关输入预脉冲较大时,可以认为开关输出波形的预脉冲作用时间就是开关的

第11期夏明鹤等:

多通道自击穿水开关测试方法研究1745地板的开孔处安装电流测试线圈屏蔽盒,见图3。预脉冲屏蔽

接地板可抑制预脉冲并且对电流测试线圈起支撑定位的作用。

见图3的圆 预脉冲屏蔽板开孔处测试环形圆管可以拆卸(

环形不锈钢部件),可以放置R微分L自积分线圈或微分线圈,

信号在进入示波器前使用积分盒积分。整个开关的放电电流使

用机器假负载自身分流器测试,该分流器由2000多个碳膜固

体电阻呈圆周并联组成。

对称地安装了2 进行2对电极结构的水介质开关实验时,

对开关电极。开关的输入、输出电压分别用水电阻分压器测试,

可以得到2每个间隙的放电电流用RL线圈和微分线圈测试,Fi.3 AgandpositionofRoowskicoilgpag图3 一个间隙及电流线圈放置照片

个间隙的输入输出电压和放电电流信号,包括放电电流的自积分信号和微分信号。进行4对电极结构的水介质开关实验时,用水电阻分压器测试开关的输出电压,并测量开关每个间隙的放电电流信号。

输出电压和放电电流的测试波形可以得到开关的每个间隙的时间抖动(每个放电间隙的击穿 由开关输入、

时间分散性)、击穿迟滞时间(每个放电间隙的充电时间)、自击穿电压、放电电流、预脉冲作用时间及其幅值,以及间隙之间的同步性能(同一次放电时,多个放电间隙的击穿时间分散性)和有效放电通道数目等特性参数。2 利用预脉冲确定开关的放电性能参数

可以使开关结构紧凑且电感较小。预脉冲的产生有两种机理,水 用去离子水作为火花隙开关的绝缘介质,

介质具有的大介电常数和水开关较小的电极间隙距离使得开关电容较大,易导致在充电期间水开关上出现电

/,出现预脉冲。水开关的另一个预脉冲机理也许是有效的,称为C容耦合,产生位移电流C即ddVt-dot效应,

把电容视作一个随时间变化的变量,引起C-dot电流:

()1=C+Vdtdtdt

放电时流柱向前运动,水开关工作时的间隙电容包括时变电容。由于 流柱前端末梢可以视为等电位情形,I=

水开关的等效电容较大,开关充电期间,开关输出端将产生较大的预脉冲,在预脉冲的起始处,电信号有较明显的拐点,故可以利用预脉冲作为测量依据。

模拟电路如图4所示,与实测较好地吻合sice对实验的等效电路进行了模拟, 使用Pp[1,2]。

Fi.4 Euivalentcircuitmodelofsimulationgq

图4 模拟计算的等效电路模型

当MSarx发生器给主开关S 在模拟的过程中发现:1充电期间,1的输出端的预脉冲幅值比S3的输出端的

为S预脉冲幅值大一个量级以上;当传输线给SS0%～3充电时,3上才出现较大的预脉冲(1预脉冲幅值的2

即改变S;当改变图4中的US60%)1的击穿时间,1的击穿电压时,3的输出电压和输出电流的预脉冲起点随

之改变,而改变U只影响S即S也就是说U2的击穿时间,3的预脉冲作用终点时刻,3输出主脉冲的起点时刻,2控制S可以认为:SS3的击穿时刻,3的预脉冲终点时刻就是S3的击穿时刻。因此,1充电期间的预脉冲经过S3后被完全抑制,/电流波形的预脉冲作用时间就是开关S即击穿延迟时间。S3输出电压3的充电时间,

由开关预脉冲的输出波形可以得到开关充电起始时刻和开关击穿时刻。利用开关的输出电压波形 因此,

或输出电流波形可以得到开关间隙的击穿延迟时间(约为开关输入电压的预脉冲终点时刻与该开关输出电压的预脉冲终点时刻的时间差,见图5);测量同一个开关在同一发实验中几个间隙的输出电压波形的预脉冲作用终点的时间差,可以得到间隙击穿同步分散性,见图6。将相同实验状态下同一个开关间隙多次实验的输出