Генератор импульсного напряжения Импульсные испытания — один из основных приборов, используемых для проверки прочности изоляции высоковольтного оборудования в условиях переходных процессов. В отличие от стационарных испытаний (переменного или постоянного тока), импульсные испытания воспроизводят переходные процессы, вызванные ударами молнии, коммутационными операциями и неисправностями в электрической системе. Эти события вызывают значительные электрические нагрузки в течение очень коротких промежутков времени и обычно определяют предельные значения прочности изоляции. Именно поэтому импульсные испытания являются обязательным элементом квалификации трансформаторов, изоляторов, кабелей, распределительных устройств, разрядников и других высоковольтных средств.
В реальных лабораторных условиях генератор импульсного напряжения часто сравнивают с генератором высоковольтных импульсных перенапряжений для испытаний на электромагнитную совместимость. Хотя обе системы генерируют переходные напряжения, цели и характер сигналов различны. Оценка изоляции посвящена изучению поведения при пробое, развитию стримеров и выдерживаемой способности стандартных импульсных сигналов, а не помехоустойчивости оборудования. Механизм работы генераторов импульсов и принцип их функционирования имеют решающее значение для получения полезных данных о прочности изоляции.

Стандартные импульсные формы сигналов и конфигурация генератора.

Испытания импульсным напряжением основаны на использовании стандартизированных определений волновых форм, отражающих реальность в переходных процессах. Наиболее распространенной является импульсная форма молнии, которая имеет крутой фронт и более медленное время затухания, обычно обозначаемое в микросекундах: 1.2 микросекунды до пика и 50 микросекунд до половины значения. Импульсные формы импульсов переключения представляют собой формы с более длительным периодом нарастания и затухания и применяются в сверхвысоковольтных устройствах, где молния сопоставима с коммутационными воздействиями.
Каждая из этих форм волны генерируется генератором импульсного напряжения, который заряжает конденсаторную батарею до заданного напряжения, а затем разряжает её в схему формирования волны, состоящую из резисторов и емкостей. Эта схема регулирует начало и конец импульса. Распространенная причина популярности конфигураций генераторов Маркса заключается в том, что они позволяют легко последовательно соединять относительно низкие зарядные напряжения во время разряда для получения чрезвычайно высоких выходных напряжений.
При проектировании генераторов необходимо учитывать паразитные емкости, индуктивность и сопротивление, которые искажают форму сигнала. Эти паразитные элементы усиливаются с повышением уровня напряжения. Таким образом, тщательная физическая разработка и выбор компонентов необходимы для обеспечения того, чтобы подаваемый импульс соответствовал стандартным допускам. Это отличается от генератора импульсных сигналов высокого напряжения общего назначения, используемого для тестирования систем электромагнитной совместимости (ЭМС). Системы ЭМС оптимизированы для обеспечения точности формы сигнала при очень высоком напряжении, а не для частоты повторения или автоматизации.

Схема измерительной цепи и методы измерений

Определение прочности изоляции не сводится лишь к генерации импульса. Схема проведения испытаний определяет характер воздействия и выявляет неисправность цепи. Генератор импульсного напряжения подключается к высоковольтному оборудованию с помощью измерительных проводов, предназначенных для уменьшения коронного разряда и частичного разряда. Эффективное экранирование и изоляция предотвращают пробой за пределами испытуемого объекта, что могло бы исказить результаты.
Обычно их измеряют с помощью емкостных или резистивных делителей напряжения на высокочастотных осциллографах. Эти делители должны быть откалиброваны, а их импульсная характеристика рассчитана (чтобы обеспечить воспроизведение быстрого фронта без чрезмерного залипания или ослабления). Существующие измерения также могут быть применены в случае идентификации начала пробоя или анализа поведения разряда в случае пробоя.
Заземление имеет важное значение. Заземляющая цепь также должна иметь низкое сопротивление и четкую форму, чтобы предотвратить отражения, искажающие форму импульса. Плохое заземление заземляющей плоскости и выравнивание потенциалов являются издержкой для небольших заводов из-за ошибок измерений, связанных с заземлением, и присущего им риска сбоев в работе испытательных лабораторий. В отличие от испытаний на электромагнитную совместимость (ЭМС), где для определения условий импеданса используются согласующие сети, испытания зависят от конфигурации свободного поля и продуманной физической геометрии.

Процедуры испытаний и оценка устойчивости изоляции

Процедуры импульсных испытаний стандартизируются, чтобы их можно было сравнивать между лабораториями. Примером последовательности испытаний обычно является приложение серии импульсов с уровнями напряжения, увеличивающимися до достижения требуемого испытательного напряжения. Изоляция должна быть устроена таким образом, чтобы она центрировалась вокруг фиксированного числа импульсов до разрыва. Используются импульсы как положительной, так и отрицательной полярности, поскольку полярность влияет на развитие и силу стримеров.
Существует разница в критериях оценки между внутренним пробоем и внешним пробоем. В некоторых ситуациях внешний пробой в воздухе или на поверхностях может быть допустимым, если он не приводит к повреждению оборудования. Отказ происходит в результате внутреннего разрушения твердой или жидкой изоляции. Акустические сигналы и анализ формы волны, полезные при визуальном осмотре, помогают определить тип события.
Кондиционирование также наблюдается при многократном воздействии импульсов. Некоторые из них становятся сильнее после первоначальных импульсов в результате высыхания или перераспределения заряда, в то время как другие неуклонно ухудшаются. Документирование параметров волновых форм и поведения при пробое на протяжении всей последовательности позволяет судить о качестве изоляции и стабильности производственного процесса.

Практические проблемы и сравнение с генераторами импульсных перенапряжений.

Эксплуатация генератора импульсного напряжения сопряжена с практическими трудностями, отличными от тех, которые возникают при работе генератора высоковольтных импульсных перенапряжений при испытаниях на электромагнитную совместимость. Импульсные системы имеют гораздо более высокие номинальные напряжения, обычно более низкую частоту повторения импульсов, а также большие зазоры и запасы прочности. Поэтому время настройки и квалификация оператора являются важными факторами.
Проверка формы сигнала представляет собой более сложную задачу, поскольку при напряжении в сотни киловольт требуются специальные делители и осциллографы. Поведение при пробое воздуха определяется условиями окружающей среды, включая влажность, давление и температуру, и должно быть зафиксировано. Эти переменные не столь критичны при испытаниях на электромагнитную совместимость (ЭМС) на импульсные перенапряжения, где напряжения меньше, а оборудование находится в закрытом корпусе.
В связи с этими изменениями возникает концептуальное совпадение. Генераторы импульсных и импульсных перенапряжений основаны на регулируемом разряде энергии и формировании волновых форм. Дополнительные системы со схожей концепцией проектирования и принципами безопасности часто поставляются различными поставщиками лабораторного оборудования. Например, такие компании, как... LISUN Обеспечивает проведение испытаний на высокое напряжение и импульсные перенапряжения, что может служить подспорьем для лабораторий, работающих в области оценки изоляции и электромагнитной совместимости, без нарушения требований.

Рисунок: Генератор импульсных напряжений

Согласование изоляции

Испытания генераторов импульсного напряжения напрямую влияют на принятие решений по координации изоляции. Сопротивление, установленное в лабораторных условиях, определяет проектные зазоры при выборе защитных устройств и запасы прочности энергосистем. Результаты испытаний сравниваются с расчетными перенапряжениями систем для обеспечения достаточной защиты при разумных затратах, что позволяет инженерам обеспечить ее эффективность.
Полученные результаты следует строго обобщать. Условия в лаборатории отличаются от условий эксплуатации, где одновременно присутствуют загрязнение, старение и механические напряжения. Таким образом, импульсные испытания не заменяют, а дополняют испытания на долговременное старение и частичные разряды. С помощью этих методов можно получить очень широкое представление о характеристиках изоляции с течением времени.
Необходимы документооборот и возможность проведения аудита. Параметры волновой формы. Отчеты об испытаниях содержат информацию об условиях окружающей среды и наблюдаемом поведении. Такие документы полезны при сертификации и представляют собой стандарт, к которому обращаются при необходимости модернизации или повышения мощности оборудования.

Заключение

Использование генератор импульсного напряжения Методы измерения прочности изоляции в высоковольтном оборудовании по-прежнему играют центральную роль. Воспроизведение диэлектрического поведения, недостижимое при стационарных испытаниях, достигается путем воспроизведения стандартизированных переходных напряжений. Правильная конфигурация генератора, тщательные измерения и дискретная интерпретация результатов гарантируют получение результатов, подтверждающих фактическую изоляционную способность. Хотя импульсные системы схожи по принципу с генераторами импульсных перенапряжений высокого напряжения, они имеют другое назначение, ориентированное на диэлектрическую целостность. При строгом соблюдении эти методы способствуют безопасному, надежному и экономически эффективному проектированию высоковольтной энергетической инфраструктуры.