Какие параметры гин определяют длительность импульса

3.3 Испытания импульсным напряжением.

Импульсное напряжение применяется преимущественно для испытания аппаратов высокого напряжения. Существует два вида импульсных напряжений: напряжение грозовых импульсов и напряжение коммутационных импульсов.

Полный грозовой импульс представляет собой испытательное напряжение, форма которого показана на рис. Основными параметрами грозового импульса являются:

• испытательное напряжение, величина которого соответствует максимальному напряжению (точка F) допуск на испытательное напряжение 3%;

• длительность фронта Т_ф представляет собой промежуток времени между условным началом импульса (точка О₁) и моментом времени, соответствующим точке пересечения продолжения линейного участка импульса (отрезок АВ) с осью, соответствующей испытательному напряжению (точка О₂);
• длительность импульса Т_и определяется как интервал времени между условным началом импульса О₁ и моментом на спаде, соответствующим половине испытательного напряжения. Стандартный полный грозовой импульс имеет следующие параметры: Тф = 1,20,36 мкс; Т_и = 5010 мкс; обозначение импульса — 1,2/50.

Наряду с полным грозовым импульсом при испытаниях обмоток аппаратов высокого напряжения применяются срезанные грозовые импульсы. В зависимости от момента среза различают грозовые импульсы, срезанные на фронте и срезанные на спаде. Моментом среза является точка С, соответствующая началу резкого снижения напряжения. Срезанные импульсы характеризуются также предразрядным временем Т_с, определяемым между условным началом импульса и моментом его среза. Предразрядное время стандартного срезанного импульса составляет обычно 2-5 мкс. Для создания грозовых импульсов служат т.н. генераторы импульсных напряжений (ГИН). Основным элементом ГИН является система конденсаторов, заряжаемых в течение относительно длительного времени при параллельном их соединении, а затем разряжаемых при последовательном их соединении за весьма короткий промежуток времени. Наиболее широкое распространение в ГИН получили бумажно-бакелитовые конденсаторы и бумажно-масляные с металлическим и фарфоровым корпусом. Существует две разновидности схем ГИН: одноступенчатые и многоступенчатые. В одноступенчатых ГИН используется один конденсатор (или одна группа конденсаторов), в многоступенчатых — несколько (несколько групп конденсаторов). Рассмотрим схему одноступенчатого ГИН. Она содержит зарядную и разрядную цепи. Зарядная цепь помимо конденсаторов ГИН С содержит источник питания ИП, включающий в себя повышающий трансформатор Т и выпрямитель UZ, и зарядное сопротивление r₀. Разрядная цепь помимо испытуемого объекта АД содержит: а) искровой разрядник FV, осуществляющий переключение конденсаторов ГИН с режима заряда на режим разряда; пробой FV происходит при достижении на нем пробивного напряжения или подаче пускового импульса; б) элементы, определяющие параметры импульсного напряжения:

• фронтовой резистор r: его сопротивление определяет длительность фронта импульса;
• нагрузочное сопротивление R_н, определяющее время разряда конденсаторов ГИН и следовательно длительность импульса t_и;
• нагрузочная емкость С_н, назначение которой заключается в уменьшении влияния параметров испытуемого объекта на форму импульса;

г) сглаживающее сопротивление r_к осуществляет сглаживание высокочастотных коле-баний на фронте импульса, обусловленных наличием в разрядной цепи паразитных элементов: индуктивности разрядной петли, емкости конструктивных элементов схемы на землю и между собой; д) измерительный разрядник FV_и служит для настройки ГИН в соответствии с необходимыми параметрами импульса; кроме того, он служит для защиты испытуемого объекта ИА от случайной подачи напряжения, намного превышающего испытательное; перед испытаниями FV_и настраивается таким образом, чтобы его разрядное напряжение составляло (1,05. 1,2)U_исп. Коммутационный импульс представляет собой испытательное напряжение, форма которого может быть апериодической а), или колебательной б). О сновными параметрами коммутационных импульсов являются: время подъема Т_п и длительность импульса Т_и. Величина испытательного напряжения коммутационного импульса соответствует максимальному его значению (точка А). Стандартный апериодический импульс имеет следующие параметры: Т_п = 250 мкс; Т_и = 2500 мкс (250/2500) и используется для испытания внутренней и внешней изоляции практически всех видов аппаратов высокого напряжения 330 и 500 кВ. Для испытания газовой изоляции аппаратов используется колебательный импульс 4000/7500. Для создания коммутационных импульсов зачастую используется то же оборудование, что и для получения грозовых импульсов, т.е. ГИН. ГИН, перестроенные для получения коммутационных импульсов, принято называть генераторами внутренних или коммутационных перенапряжений. Основным их недостатком является низкий коэффициент использования и большой объем перестройки при изменении параметров импульса или его вида. Поэтому довольно часто для получения коммутационных импульсов применяют испытательные трансформаторы с питанием от конденсаторной батареи через индуктивность. Испытания импульсным напряжением проводятся в такой последовательности. Перед приложением к исследуемому объекту импульсного напряжения проводится градуировка ГИН с помощью пикового вольтметра или шарового разрядника. При испытаниях внутренней изоляции аппаратов высокого напряжения (кроме газонаполненных) используется 3-ударный метод – последовательное (с интервалом в 1 мин) приложение трех импульсов нормированного испытательного напряжения. Испытания в соответствии с указанным методом проводится для каждого вида импульса (полный грозовой, срезанный грозовой, коммутационный при необходимости) и для каждой полярности (положительной и отрицательной). Испытания внешней изоляции аппаратов, а также внутренней изоляции газонаполненных аппаратов проводится 15-ударным методом: приложением к объекту 15 импульсов нормированного испытательного напряжения для каждого вида импульса и для каждой полярности. Результаты испытаний внутренней и внешней изоляции считаются положительными, если в их процессе не наблюдалось ни одного полного разряда, либо других повреждений (об их наличии судят по искажению формы приложенного импульса). При использовании 15-ударного метода для каждой серии импульсов допускается не более двух полных разрядов. Испытания внутренней и внешней изоляции большинства видов аппаратов высокого напряжения (измерительные трансформаторы, токоограничивающие реакторы, коммутационные аппараты, комплектные устройства и др.) проводят одновременно, используя при этом 15-ударный метод.

Расчет напряжения при испытаниях грозовыми импульсами — Влияние параметров разрядной цепи ГИН на параметры импульса

Расчет выходного импульса ГИИ проводится как при исследовании процессов в его разрядной цепи (т. е. при анализе ГИН), так и при нахождении численных значений всех параметров разрядной цепи, которые обеспечивают стандартные параметры этого импульса (т. е. при синтезе ГИН). Согласно ГОСТ 1516.2—76, стандартными параметрами импульса являются длительность фронта и длительность полного импульса, а также максимальное значение напряжения (или максимальные и минимальные значения при колебательных импульсах).
Указанные параметры определяются по-разному в зависимости от формы импульса. Существенно, что амплитуда и форма импульса напряжения на испытываемом электрооборудовании определяются всеми элементами разрядной цепи ГИН, в том числе и самого объекта испытания. Поэтому в общем случае невозможно установить в аналитической форме зависимости параметров выходного импульса от параметров разрядной цепи ГИН.
При решении задачи синтеза ГИН приходится выполнять многократные расчеты по полученным выше формулам, подбирая требуемые параметры разрядной цепи путем последовательных приближений. С целью сокращения числа последовательных приближений проанализируем влияние параметров разрядной цепи ГИН на параметры импульса. Такой анализ позволит определить, как следует изменять каждый из параметров разрядной цепи для обеспечения изменения параметров импульса в нужном направлении. Эта информация необходима для построения оптимального алгоритма синтеза ГИН.

Рассмотрим физические процессы в наиболее общей эквивалентной схеме замещения шестого порядка (рис. 5, б). При испытаниях электрооборудования грозовыми импульсами обычно выполнены соотношения [9, 17]
(3.1)

Примем допущение
(3.2)
которое существенно упрощает анализ, не внося в него принципиальных изменений. При этом можно считать, что напряжение на ударной емкости Ск практически не меняется при подключении к ней емкостей Сп и Со.
На первом этапе анализа рассмотрим физические процессы в разрядной цепи ГИН, соответствующей приведенной на рис. 5, б схеме без учета активных сопротивлений, т. е. при
(3.3)
В начальный момент времени заряжена только ударная емкость Ск до напряжения Uкн, токи во всех элементах схемы отсутствуют. Поскольку паразитная емкость Сп наименьшая, то после срабатывания ГИН в первую очередь возникнет незатухающий колебательный процесс заряда и разряда этой емкости через индуктивность LK. При этом напряжение иП будет колебаться от нуля до 2 Uкн возле средней величины Uкн.

Затем разовьется колебательный процесс заряда и разряда емкости объекта испытаний Сo через индуктивности Lк и Lф. Поскольку период этих колебаний значительно больше периода колебаний напряжения ип, то можно считать, что заряд емкости происходит под воздействием средней величины ип, которая вследствие принятых допущений равна Uкн. Следовательно, напряжение на объекте испытания будет также колебаться от нуля до 2 Uкн возле средней величины Uкн. При этом длительность фронта импульса определяется периодом колебаний, который растет с увеличением емкости Со и индуктивностей Lк, Ζф. Индуктивность объекта испытаний U на несколько порядков превышает остальные индуктивности. Поэтому длительность полного импульса определяется индуктивностью Lо и емкостями Ск, Со и Сп.
На втором этапе анализа рассмотрим, как влияют на физические процессы в разрядной цепи ГИН активные сопротивления rд, rf и rф, которые практически всегда не равны нулю. В отличие от (3.3), ограничимся допущением R = ∞, Rп =∞ , Rо=∞.
Сопротивления rд, rf и rф замедляют процессы заряда и разряда емкостей Сп, Со и Ск, увеличивая длительности фронта и полного импульса. В результате рассеивания энергии на активных сопротивлениях процессы заряда и разряда емкостей могут быть либо затухающими колебательными, либо апериодическими. В первом случае напряжения ип и и колеблются с убывающей во времени амплитудой возле напряжения Uкн, а во втором случае асимптотически стремятся к этому напряжению.
Роль индуктивности объекта испытания Lо проявляется после завершения заряда емкостей Сп и Со, когда начинается сравнительно медленный разряд всех емкостей Ск, Со, Сп на эту индуктивность. Сопротивления rд, rf и rф невелики, поэтому разряд обычно имеет затухающий колебательный характер, и напряжение на объекте испытаний колеблется возле нулевого значения.
На третьем этапе анализа рассмотрим роль активных сопротивлений R, Rп и Rо. Они включены параллельно емкостям Ск, Сп, Со и индуктивности L0. Поэтому их уменьшение ускоряет процесс разряда емкостей и сокращает длительность импульса. Кроме того, при колебательном разряде емкостей на индуктивность и уменьшение сопротивлений R, Rn и Rо усиливает затухания колебаний и снижает амплитуду отрицательной части импульса.

При соизмеримых сопротивлениях rд и R роль разрядного сопротивления R проявляется сразу после срабатывания ГИН. Сопротивления rд и R включены последовательно и образуют делитель напряжения. Поэтому напряжение на объекте испытаний не может превышать величины
(3.4)
Сопротивления R, Rn шунтируют паразитную емкость С„ и ускоряют затухание колебаний напряжения ип. Анализ физических процессов в разрядной цепи ГИН шестого порядка при допущении (3.2) позволяет сделать некоторые выводы о связи амплитуды и формы выходного импульса с параметрами разрядной цепи. Эти выводы кратко сформулированы в табл. 1.
Таблица 1

Расчет напряжения при испытаниях грозовыми импульсами — Методика автоматизированного выбора параметров ГИН

Расчет напряжения на изоляции электрооборудования при испытаниях грозовыми импульсами позволяет получить информацию о форме и амплитуде импульса напряжения, не выполняя натурных испытаний. Такая информация необходима для определения соответствия импульса требованиям стандарта.

Использование ЭВМ открывает реальные возможности автоматизации выбора параметров ГИН. Методика автоматического, без участия человека, выбора параметров ГИН в настоящее время не разработана. Этому мешает, в частности, то, что математическая формулировка критериев, соответственно требованиям ГОСТ 1516.2—76 использующих неоднозначное понятие «средняя кривая», вызывает значительные затруднения.
В настоящей работе предложена методика не автоматического, а автоматизированного, в режиме диалога человека с ЭВМ, выбора параметров ГИН.

Сущность ее состоит в том, что ЭВМ выполняет точный расчет напряжения и приближенно определяет параметры импульса, а человек осуществляет визуальный контроль с помощью устройства отображения ЭВМ и при необходимости вводит поправки, учитывающие колебания и выбросы напряжения.
Для принятия решения о соответствии рассчитанного импульса требованиям стандарта на экране устройства отображения должен быть построен график не только рассчитанного, но и градуировочного импульса. В качестве последнего целесообразно принять косоугольный импульс с линейным фронтом (кривая 2 на рис. 21), наибольшее значение которого соответствует амплитуде напряжения рассчитанного импульса (кривая 1).
При наличии колебаний на фронте рассчитанного импульса линейный фронт градуировочного импульса следует совмещать со средней кривой (рис. 21,б).

Методика автоматизированного выбора параметров ГИН была реализована на АВМ типа МН-7М. Схема соединения блоков, позволяющая осуществить диалог с АВМ, приведена на рис. 22. Она соответствует эквивалентной схеме замещения ГИН четвертого порядка с распределенным разрядным сопротивлением (рис. 6, б) и получена преобразованием схемы, приведенной на рис. 20, к машине МН-7М для случая rд=0, L=0, Сд=0, Rо=∞. Блоки интегрирования 5—8, суммирования 9 и 11, масштабные преобразователи 10, 12 и 13 позволяют рассчитать выходное напряжение ГИН.

Кроме того, схема содержит блок интегрирования 15, который совместно с вентильным элементом и двумя потенциометрическими парами позволяет получить градуировочный импульс с косоугольным фронтом. С помощью потенциометров можно регулировать максимальное значение градуировочного импульса, которое измеряется вольтметром V1 на выходе блока 15, и напряжение на входе этого блока, которое измеряется вольтметром V2 и от которого зависит крутизна фронта градуировочного импульса. Регулируя начальные условия блока 15, можно перемещать фронт градуировочного импульса параллельно самому себе до совмещения с требуемыми стандартом точками рассчитанного импульса ГИН или соответствующей средней кривой.
Длительность фронта импульса ГИН определяется простым соотношением
(4.10)
где U1макс — максимальное значение градуировочного импульса, измеренное вольтметром V; U — модуль напряжения на входе блока 15, измеренный вольтметром V2.
Соотношение (4.10) справедливо, если передаточный коэффициент блока 15 равен единице, вследствие чего U=U2mtt.
Для схемы на рис. 22 выполняются соотношения

Для выбора параметров ГИН в режиме диалога с АВМ может быть рекомендован следующий алгоритм.

1. Получить на экране электронно-лучевого индикатора графики импульса ГИН и градуировочного импульса.
2. Регулируя амплитуду градуировочного импульса, сделать ее равной амплитуде импульса ГИН, определенной по средней кривой в соответствии с ГОСТ 1516.2—76.
3. Регулируя чувствительность усилителя электронно-лучевого индикатора, совместить горизонтальную часть градуировочного импульса с горизонтальной линией на уровне 100%; если при этом график импульса ГИН выходит за линию на уровне 105%, то необходимо увеличить демпферное сопротивление и вернуться к выполнению п. 1.
4. Совместить фронт градуировочного импульса с фронтом импульса ГИН на уровнях 30% и 90% путем регулировки напряжения на входе и начальных условий блока интегрирования 15 (рис. 22).

1. Определить длительность фронта импульса, используя формулу (4.11). Если требования стандарта не выполнены, то необходимо изменить параметры разрядной цепи с учетом табл. 1 и вернуться к выполнению п. 1.
2. Определить длительность полного импульса и минимальное значение колебательного импульса, используя горизонтальные линии на уровнях 50% и —50%. При нарушении требований ГОСТ 1516.2—76 изменить параметры разрядной цепи и вернуться к выполнению п. 1.

Таким образом, диалог с АВМ может быть организован сравнительно просто, но выбор параметров ГИН при этом нельзя считать в достаточной мере автоматизированным, поскольку только п. 1 описанного алгоритма выполняется автоматически.
При использовании ЭЦВМ возможности автоматизации выбора параметров ГИН значительно шире.

Для выбора параметров ГИН в режиме диалога с ЭЦВМ может быть рекомендован следующий алгоритм.

1. Выполнить расчет напряжения на объекте испытания в соответствии с описанным в § 1 алгоритмом на участке фронта импульса.
2. Вычислить длительность фронта и максимальное значение напряжения рассчитанного импульса при допущении, что последний совпадает со средней кривой.
3. Построить на экране устройства отображения ЭЦВМ графики рассчитанного и градуировочного импульсов.
4. Выполнить визуальный контроль за совпадением градуировочного импульса со средней кривой и при необходимости с пульта управления скорректировать максимальное значение напряжения и фронт градуировочного импульса. После корректировки вернуться к выполнению п. 3.
5. Проверить соответствие длительности фронта импульса требованиям стандарта и при необходимости выполнить автоматическую корректировку параметров разрядной цепи ГИН с учетом табл. 1. После корректировки повторить расчет, начиная с п. 1.
6. Выполнить расчет напряжения на объекте испытания в соответствии с описанным в § 1 алгоритмом на участке спада импульса.
7. Рассчитать длительность полного импульса и минимальное напряжение колебательного импульса. Проверить их соответствие требованиям стандарта и при необходимости выполнить автоматическую корректировку параметров разрядной цепи ГИН с учетом табл. 1. После корректировки повторить расчет, начиная с п. 1.

В описанном алгоритме только п. 4 не может быть автоматизирован и выполняется человеком.
Предложенный алгоритм реализован на ЭЦВМ типа МИР-2. Разработанная программа имеет следующие особенности. Максимальное значение напряжения импульса корректируется введением с пишущей машинки ЭВМ поправочного коэффициента, который можно многократно уточнять. Корректировка фронта градуировочного импульса выполняется перемещением нижней или верхней точки линейного фронта (или обеих точек одновременно) вдоль оси абсцисс при введении с пишущей машинки ЭВМ соответствующих приращений времени.
При использовании численного метода расчета, описанного в § 1, алгоритм оказывается наиболее простым, но время вычислений — сравнительно большим. Например, при L= 0,3 Г, Со = 3-10-9Ф, Lф= 10~4Γ, Со= = 3-10~8 Ф, R= 10 Ом, rф = 300 Ом и шаге по времени 0,1 мкс время счета без корректировки и пересчетов составляет 15 мин.
При расчете напряжения импульса ГИН с использованием аналитического метода, описанного в гл. 2, время вычислений существенно сокращается и определяется числом расчетных точек, необходимых для построения графика импульса напряжения. Поэтому в тех случаях, когда выбор параметров ГИН необходимо производить часто, целесообразно применять не численный, а более сложный аналитический метод, поскольку сокращение времени вычислений имеет существенное значение.
В заключение следует отметить, что применение аналитического метода расчета напряжения ГИН облегчает решение задачи автоматического, без участия человека, выбора параметров разрядной цепи. Поскольку импульс напряжения описывается элементарными функциями, упрощается определение периодической составляющей и средней кривой, которая является основным препятствием на пути создания методики автоматического выбора параметров ГИН.

Схемы генераторов импульсных напряжений. Регулирование импульса

Генератор импульсных напряжений (ГИН) представляет установку, предназначенную для генерирования грозовых импульсов.

Схема ГИН из трех конденсаторов (число ступеней =3) изображена на рисунке

Работа ГИН слагается из двух последовательных стадий: зарядного режима, являющегося подготовкой ГИН к срабатыванию, и разрядного (рабочего) режима.

На первой стадии конденсаторы С генератора заряжаются от выпрямительного устройства, содержащего трансформатор Т, вентиль В и резистор r (порядка 106 Ом). Этот резистор защищает вентиль и трансформатор от перегрузки и ограничивает толчки тока в первые моменты зарядки конденсаторов.

Конденсаторы соединяются последовательно. Под действием напряжения 3U пробивается отсекающий разрядник ОР, который разъединял собственно ГИН до его срабатывания и цепь объекта и измерительных устройств, и напряжение 3U оказывается приложенным к выходной цепи (точка 5). Длительность фронта импульса Тф=(3-4)(Rд+Rф)*C2 Длительность импульса Ти=0.67*(C1+C2)*R2.

Так как значения C1 и С2 генератора бывают обычно заданы, то для получения стандартного импульса определяют ориентировочные сопротивления резисторов Rд, Rф и R2. Окончательный подбор сопротивлений этих резисторов производится опытным путем, форма волны при этом контролируется осциллографированием.

• 26.Мар.2015 — Контроль внутренней изоляции по емкостным характеристикам
• 26.Мар.2015 — Основные характеристики трансформаторного масла
• 26.Мар.2015 — Испытания изоляции силовых кабелей высоким напряжением
• 25.Мар.2015 — Возможности использования тепловизоров и дефектоскопов для контроля внешней изоляции РУ и ВЛ
• 25.Мар.2015 — Измерение распределения напряжения по гирляндам и колонам изоляторов