Бенджамин Франклин - человек, который посмел взлететь на своем кайте в грозу ! В этой технической статье обсуждаются лабораторные испытания и испытательное оборудование, необходимые для оценки характеристик изоляционных материалов и оборудования. Лабораторные испытания пытаются имитировать условия напряжения, которые могут испытывать устройства в энергосистеме.
Генерация высоких напряжений в лаборатории (AC / DC, переключение и импульс молнии) - фото кредит: через Twitter
Эти напряжения включают в себя нормальные напряжения в сети переменного или постоянного тока и импульсные напряжения коммутации и молнии.
Тесты могут быть выполнены для получения напряжения отказа или напряжения перегорания или иначе для получения выдерживаемого напряжения устройства.
- Напряжение и ток напряжения питания (AC)
- Постоянный ток (DC)
- Молниевые и импульсные импульсы
1. Напряжение и ток напряжения питания (AC)
В сети переменного тока оборудование постоянно подвергается воздействию полного напряжения питания. Таким образом, оборудование должно выдерживать нормальное частотное напряжение питания, что может привести к некоторому перенапряжению.
В лаборатории высокого напряжения испытательные трансформаторы повышают напряжение от более низкого напряжения (220 В или 11 кВ) до желаемого уровня напряжения. Все лабораторные испытания однофазные, а низковольтная сторона трансформатора подается через регулирующий трансформатор, чтобы иметь возможность регулировать величину выходного высокого напряжения.
Типичная установка высокого напряжения переменного тока показана на рисунке 1.
Рисунок 1 - Принципиальная схема типичного трансформатора переменного тока и его соединений
Следует отметить следующие особенности:
- Плоскость заземления: высокое напряжение генерируется относительно лабораторного заземления, лист с низким импедансом, подключенный к заземляющему электроду.
- Разделитель напряжения: напряжение измеряется резистивным или емкостным делителем напряжения.
Типичные конструкции испытательных трансформаторов высокого напряжения показаны на рисунке 2 (a). В конструкции справа используется изолированный резервуар (бумажный цилиндр, пропитанный смолой), и втулка не требуется, как показано на рисунке 2 (b).
Рисунок 2 - Типичные конструкции трансформаторов переменного тока
Испытательные трансформаторы могут использоваться в каскадных соединениях, как показано на рисунке 3. Каждый блок имеет 3 обмотки: первичное (низковольтное), вторичное (высокое напряжение) и третичное (низковольтное) обмотка. Третичный имеет тот же рейтинг, что и первичная обмотка; однако он изолирован для высокого напряжения.
Третичная обмотка используется для подачи первичной информации следующего блока. Баки второго и третьего блоков изолированы для высокого напряжения и установлены на изоляторах.
Рисунок 3 - Каскадные тестовые трансформаторы
Метод при проведении испытаний переменного тока заключается в постепенном увеличении напряжения до момента возникновения переполнения. Напряжение перед перегрузкой - это напряжение отключения.
Вернуться к содержанию ↑
2. Постоянный ток (DC)
Испытания постоянного тока используются в основном для проведения «испытаний давления» на высоковольтных кабелях. Хотя кабели работают с переменным током, тестирование переменного тока нецелесообразно. Высокая емкость кабелей требует наличия испытательных комплектов переменного тока с высоким значением кВА для обеспечения емкостного тока. В случае постоянного тока, когда кабель заряжен, должны быть поставлены только потери.
Испытательные установки постоянного тока обычно состоят из релаксации с половинной волной, используя выпрямители селена HV. Типичная установка тестирования постоянного тока показана на рисунке 4.
Рисунок 4 - Типичная схема для испытаний на постоянный ток
Трансформатор переменного тока высокого напряжения снова подается через переменный ток, а выпрямитель используется вместе с конденсатором фильтра C для ограничения пульсации до допустимых значений. Заземляющий выключатель ES является защитным устройством и автоматически закрывается, когда питание отключается для разряда конденсатора C.
Обратите внимание, что пиковое обратное напряжение, требуемое от выпрямителя, составляет 2 Вм.
Рисунок 5 - Типичная схема удвоения для испытаний на постоянный ток
Для получения еще более высокого напряжения используются схемы удвоения и множителя (используемые в телевизорах и бытовых приборах). Типичная схема удвоения Cockcroft-Walton (в Германии: Greinacher) показана на рисунке 5.
Рисунок 6 - Типичные формы сигналов и типичный источник постоянного тока для удвоения цепи
Вернуться к содержанию ↑
3. Молнии и импульсы переключения
Силовая система также подвергается одиночным импульсам перенапряжения из-за молнии и переключения. В поле эти переходные процессы могут принимать различные формы волн. Стандартная импульсная волна определена, как показано на рисунке 7.
Фактическое определение более точное, но для импульсов молнии T1 составляет 1, 2 мкс, а T2 - 50 мкс. Стандартный импульс молнии описывается как волна 1, 2 / 50 мкс. Стандартный импульс переключения составляет 250/2500 мкс.
Рисунок 7 - Стандартная импульсная волна
Во время испытаний трансформатора иногда требуется отбивать импульс для получения высокого dv / dt, чтобы протестировать межполюсную изоляцию.
Импульсный генератор
Для генерации волны с требуемой формой используются схемы, аналогичные схемам, показанным на рисунке 8. Конденсатор C1 заряжается через резистор Rs, ограничивающий ток, от источника постоянного тока HV, аналогичного показанному на рисунках 4 и 5.
Рисунок 8 - Одноступенчатый импульсный генератор
Когда напряжение постоянного тока медленно поднимается, напряжение на искровом промежутке G увеличивается до тех пор, пока воздух в зазоре не сломается. Конденсатор C1 теперь разряжается в цепь, состоящую из C2, R1 и R2. Напряжение, возникающее на тестовом объекте, имеет желаемую форму.
Компоненты C1, C2, R1 и R2 выбраны так, чтобы обеспечить требуемое время фронта и хвоста. Оказывается, что C1 >> C2 и R2 >> R1. Конденсатор C1 будет перезаряжаться через Rs, и будут генерироваться повторяющиеся импульсы.
Для R1 есть два возможных положения, как показано на рисунке 8.
Можно спроектировать многоступенчатый импульсный генератор, заряжая различные этапы параллельно и последовательно разряжая. Этот принцип был изобретен Маркс в 1923 году. Типичная схема показана на рисунке 9.
Рисунок 9 - Двухступенчатый импульсный генератор
Обратите внимание, что можно искусственно запускать минимальный зазор генератора. Получающийся переходный процесс заставляет другие промежутки одновременно мигать. Импульсные генераторы задаются с точки зрения пикового напряжения и накопленной энергии.
Генератор, показанный на рисунке 10, представляет собой генератор мощностью 1, 4 МВ, 16 кДж.
Рисунок 10 - 8-ступенчатый импульсный генератор
Ссылка // Высоковольтная инженерная практика и теория доктора Дж. П. Хольцхаузена и д-ра WL Vosloo