Высоковольтные генераторы импульсных напряжений

Генераторы импульсных напряжений (ГИН) служат для испытания изоляции электрооборудования грозовыми импульсами с целью координации электрической прочности изоляции с воздействующими на нее грозовыми перенапряжениями. Испытания проводятся полными стандартными импульсами 1,2/50 мкс, а также срезанными импульсами при предразрядном времени 2-3 мкс.

ГИН представляет собой батарею конденсаторов высокого напряжения, работающих в режиме заряд-разряд и обеспечивающих при разряде весьма высокие импульсные напряжения. Конденсаторы в зарядном режиме включены параллельно, а в разрядном – последовательно. Переключение конденсаторов осуществляется с помощью искровых разрядников (обычно шаровых). Кроме того ГИН включает в себя измерительное устройство и устройство для заземления и снятия остаточных зарядов с конденсаторов после окончания работы.

Рассмотрим схему многоступенчатого или многокаскадного ГИН (рис.10.10.). Работа ГИН, как уже отмечалось выше, складывается из двух стадий: заряда и разряда. Длительность разряда в несколько миллионов раз меньше длительности заряда, чем и достигается большая мощность испытательного импульса.

Рассмотрим подробнее обе стадии работы ГИН. В стадии заряда конденсаторы С заряжаются от выпрямительной установки через защитный резистор Rзащ и зарядные резисторы Rз . Резистор Rзащ предотвращает перегрузку трансформатора Т и вентиля В в первый момент, когда напряжения на конденсаторах равно нулю. Поскольку Rзащ >> Rз , то конденсаторы С практически оказываются соединенными параллельно и одновременно заряжаются до одинаковых напряжений: Uо = 150-200 кВ. Полное время заряда ГИН достигает нескольких десятков секунд при сравнительно низких напряжениях и несколько минут у ГИН на очень высокие напряжения.

Рис.6.10. Принципиальная схема многоступенчатого генератора импульсных напряжений.

Если после заряда конденсаторов С на запальный разрядник ЗР подать от вспомогательной установки управляющий импульс напряжения пробоя Uупр , то произойдет пробой этого разрядника и вслед за ним и лавинный пробой всех остальных промежуточных разрядников ПР. Этот лавинный пробой происходит следующим образом. После пробоя запального разрядника ЗР точка 3 принимает потенциал точки 2, т.е. Uо , т.к. паразитная емкость Сп точки 3 на землю практически мгновенно заряжается через небольшое сопротивление демпфирующего (успокоительного) резистора Rд . Величина сопротивления Rд составляет несколько Ом или несколько десятков Ом (2-40 Ом). Потенциал точки 5 будет изменяться гораздо медленнее в силу того, что точка 5 отделена от точки 3 достаточно большим сопротивлением резистора Rз . Потенциал точки 4 после пробоя ЗР складывается из потенциала точки 3, равного Uо и напряжения на конденсаторе Uо , т.е. составит 2Uо . Следовательно, на первом промежуточном разряднике ПР1 после пробоя запального разрядника ЗР создается разность потенциалов, равная 2Uо и промежуточный разрядник ПР1 пробивается.

Читайте также: Схема ремня генератора тойота авенсис 2007

После пробоя ПР1 точка 5 получает потенциал 2Uо , а в точке 6 потенциал повышается до значения 3Uо , что приводит к срабатыванию разрядника ПР2 . Аналогично срабатывают промежуточные разрядники всех ступеней ГИН. Процесс поочередного автоматического срабатывания искровых разрядников обеспечивает быстрый автоматический переход заряженных конденсаторов с параллельного соединения на последовательное, в результате чего напряжение конденсаторов суммируется и становится близким к значениям nUо (где n – число конденсаторов ГИН).

Под действием этого напряжения отсекающий разрядник ОР пробивается и на объекте испытания ОИ возникает импульс высокого напряжения в несколько сотен тысяч и даже миллионов вольт. Напряжение на объекте испытания будет постепенно возрастать от нуля до максимума, а затем спадает до нуля. Форма импульса напряжения была подробно рассмотрена в главе 4.

Величина напряжения импульса регулируется путем изменения зарядного напряжения конденсаторов Uо . При этом, естественно, подлежит регулированию также и расстояние между электродами искровых промежутков. Регулирование осуществляется дистанционно.

Пуск ГИН может осуществляться и без управляющего импульса, подаваемого на ЗР. Если промежуток ЗР установить на пробивное напряжение, равное заданному значению Uо , то ГИН будет «самостоятельно» срабатывать каждый раз, как только напряжение на конденсаторах достигнет значения Uо . Напряжение U1 = nUo называется суммарным зарядным напряжением ГИН.

Наибольшее суммарное зарядное напряжение, определяемое номинальным напряжением конденсаторов, является одной из паспортных величин ГИН ( nUном ). Другой паспортной величиной является наибольшее значение запасенной в ГИН энергии ( nCU 2 ном/2 ).

Амплитуда импульса напряжения, создаваемого ГИН, определяется соотношением

где h — коэффициент использования ГИН, который лежит в пределах

Длительность фронта и длительность импульса регулируют подбором фронтового резистора Rф , разрядного резистора Rр и фронтовой емкости СФ .

Мощность зарядного трансформатора Т в первом приближении определяется средним значением удвоенной величины энергии, запасаемой в конденсаторах в единицу времени.

Анализ работы ГИН можно произвести с помощью упрощенной схемы замещения его при разряде без учета паразитных емкостей (рис.10.11). В этой схеме:

— емкость ГИН в разряде;

Читайте также: От чего работает генератор автомобиля

— суммарная емкость, равная сумме емкостей объекта Со , соединительных проводов СП и оборудования, подключенного параллельно объекту СФ .

RФ так называемое «фронтовое» сопротивление, включаемое для увеличения

длительности фронта импульса;

Rp – разрядное сопротивление (им может быть делитель напряжения).

После замыкания ключа S, соответствующего пробою искровых промежутков, в схеме возникает переходный процесс, в результате которого на выходе схемы появляется апериодический импульс напряжения u2 .

Система уравнений, составленных по законам Кирхгофа для послекоммутационной схемы имеет вид:

и подставим эти значения во второе уравнение системы (10.1):

Продифференцируем это уравнение:

и приведем подобные члены:

Разделим все члены этого уравнения на RФСх и получим приведенное дифференциальное уравнение второго порядка:

Решение дифференциального уравнения (10.2) будем искать, используя классический метод, в виде суммы установившейся и свободной составляющих:

Установившаяся составляющая, определяемая видом правой части уравнения (10.2), равна нулю, а свободная составляющая ищется в виде:

где А1 и А2 – постоянные интегрирования, определяемые из начальных

р1 и р2 – корни характеристического уравнения.

Характеристическое уравнение дифференциального уравнения (10.2) имеет вид:

Используя соотношения для корней квадратного уравнения:

можно приближенно определить корни характеристического уравнения

Следовательно напряжение U2 на выходе ГИН будет изменяться по закону:

Постоянные интегрирования определим из начальных условий (НУ): t = 0, u1 = nUo , u2 = 0.

Подставив НУ в уравнение (10.3), получим:

Продифференцируем уравнение (10.3):

Решая уравнения (10.4) и (10.5), определим А1 и А2 :

Следовательно выходное напряжение ГИН будет изменяться по закону:

Кривая, построенная по уравнению (10.6) приведена на рис.6.12.

На основании проведенного анализа можно заключить, что скорость заряда емкости Сх через резистор R Ф (или постоянная времени Т2 = RФСх ) определяет время нарастания напряжения u2 , т.е. длительность фронта импульса tФ . Скорость же разряда емкости СГ на сопротивление Rр (или постоянная времени Т1 = RрСг ) определяет в основном длительность импульса tu . Таким образом, время нарастания и длину импульса регулируют, подбирая СФ , RФ и Rр .

Длительность импульса и длительность фронта импульса связаны с параметрами схемы ГИН (при импульсах с крутым фронтом) соотношениями:

Отсюда следует, что стандартные грозовые импульсы генерируются при Т1 = 71,5 мкс и Т2 = 0,5 мкс.

Перед испытанием полным импульсом при напряжении, составляющем 50-60 % испытательного с помощью делителя напряжения и осциллографа проверяется форма импульса, а также производится градуировка измерительного устройства. Затем напряжение импульса доводят до нормированного значения с точностью ± 3 %. Испытательное напряжение устанавливают с учетом атмосферных условий во время испытаний.

Читайте также: Генератор бензиновый elitech сгб 6500е 5 квт

Генераторы внутренних перенапряжений (ГВП) генерируют коммутационные импульсы напряжения. Для получения апериодических коммутационных импульсов с длительностью фронта до 1000 мкс применяются генераторы импульсных напряжений, рассмотренные в разделе 10.4. Увеличение длительности фронта достигается включением большого фронтового сопротивления и дополнительной емкости параллельно объекту испытания.

Для генерирования колебательных коммутационных импульсов может быть использована схема, показанная на рис.10.13. Испытательный трансформатор Т возбуждается от двух встречно включенных колебательных контуров. Для этого предварительно от выпрямительной установки заряжаются до одинакового напряжения батареи конденсаторов С1 и С2 .

Рис.6.13. Принципиальная схема генератора колебательных коммутационных импульсов.

Пуск схемы осуществляется управляющим импульсом напряжения Uy , вызывающим пробой шарового разрядника ШР. При этом начинается колебательный разряд в контурах С1 – L1 и C2 – L2 . Собственные частоты контуров выбираются существенно различными (f2 = 3 – 5 f1) и на обмотку низшего напряжения подается колебательный затухающий импульс, плавно нарастающий с нуля. Такой же формы импульс генерируется в обмотке высшего напряжения испытательного трансформатора.

ГВП на основе высоковольтных трансформаторов могут генерировать напряжения сравнительно низких частот, лимитируемых индуктивностью трансформаторов. Более высокочастотные импульсы перенапряжений могут быть получены с помощью ГВП, в которых происходит наложение импульсов от двух встречно включенных ГИН, один из которых содержит реакторы L1 , а другой резисторы R1 (рис.10.14).

Заряд обоих ГИН от источника постоянного напряжения происходит одновременно. В момент перекрытия разрядного промежутка P3 каскадно срабатывают промежутки Р1 , Р2 и Р4 , Р5 . Разряд конденсаторов С1 на реакторы L1 вызывает появление на них периодически изменяющегося затухающего напряжения с частотой . Это напряжение суммируется с апериодическим импульсом напряжения, возникающим на резисторах R1 от разряда на них конденсаторов С2 . В результате на выходе генератора получается импульс напряжения, форму которого можно регулировать, изменяя индуктивность L1 и сопротивление R1 . В связи с тем, что сопротивления R1 , определяемые параметрами выходного импульса, могут быть не очень большими, для повышения четкости срабатывания искровых промежутков Р4 и Р5 их выполняют в виде триггеров, а в цепь конденсаторов С2 включают реакторы L2 небольшой индуктивности, которые обеспечивают появление в триггерах запального разряда.

  • Свежие записи
    • Как я ремонтировала свой автомобиль
    • Автомобильные зеркала
    • Ностальгия по «бугатти»
    • Тест драйв. OPEL MOKKA – лучший полноприводный кроссовер в своем классе
    • McFarlan — от рассвета до заката
    • Правообладателям
    • Политика конфиденциальности


    источники:

    https://dmsht.ru/vysokovoltnye-generatory-impulsnyh-napryazheniy