Схемы ГИН для получения коммутационных импульсов

Допускается применение апериодических импульсов "100/2500", "500/2500" и "1000/5000" с допусками на время подъема ±20 %, длительноcти импульса ±30 % и максимальное значение ± 3 %. Необходимость применения этих импульсов должна быть указана в нормативных документах на электрооборудование отдельных типов.

Стандартный колебательный коммутационный импульс (см. рис. 3.3) применяется для испытания внутренней (испытываемой отдельно от внешней) изоляции газонаполненного оборудования и для линейной изоляции, в том числе, гирлянд изоляторов. Он должен иметь время подъема Т₁ = 4000±1000 мкс, длительность импульса Т₂ = 7500±2500 мкс и допуск на максимальное значение ±3 %. Обозначение импульса — "4000/7500". Полярность импульса определяется полярностью первого полупериода. Допускается применение импульса как на рис. 3.3, в. Параметры должны быть такими, как для стандартного колебательного импульса (см. рис. 3.3, 6).

Для испытания внутренней изоляции силовых трансформаторов и шунтирующих реакторов применяется коммутационный импульс "20/500" с временем подъема Т₁ не менее 20 мкс, длительностью импульса Т₂ не менее 500 мкс, с временем свыше 90 % от U _м не менее 200 мкс и допуском на максимальное значе­ние импульса ±3 %.

Форма и параметры коммутационного импульса, которым должна испытываться та или иная изоляция, а также отношение максимального значения второго полупериода к максимальному значению первого и время свыше 90 %, если они влияют на результаты испытания, должны быть указаны в нормативных документах на электрооборудование отдельных видов.

Требования к значениям суммарной емкости объекта и дополнительной ёмкости испытательных установок такие же, как и при испытании изоляции оборудования напряжением промышленной частоты.

При испытании объектов с ёмкостной характеристикой (выключатели, разъединители, вводы, трансформаторы тока, конденсаторы и т.д.) апериодическим коммутационным импульсом напряжения рекомендуется использовать ГИН, а при испытании приложением колебательного импульса напряжения - применять схемы на основе испытательного трансформатора (каскада трансформаторов).

При испытании трансформаторов индуктированным колебательным импульсом напряжения рекомендуется применять схемы, основанные на принципе разряда конденсаторной батареи на обмотку низшего напряжения испытуемого трансформатора.

Лекция 9. Генераторы импульсных токов (ГИТ)

При разработке высоковольтных аппаратов возникает необходимость проводить их испытания значительными импульсными токами. Такие токи в условиях эксплуатации появляются в результате грозовых разрядов и коротких замыканий в энергосистемах. В лабораторных условиях их получают с помощью накопителей энергии, т. е. устройств, в которых в течение длительного времени происходит накопление энергии от источника ограниченной мощности. Разряд за короткий промежуток времени приводит к резкому увеличению мощности, выделяющейся в нагрузке, и протекающего через него тока. Наиболее распространены следующие виды накопителей энергии: ёмкостные (конденсаторные батареи), индуктивные (катушки с током), механические (большие вращающиеся маховики) и химические (аккумуляторы). При ударах молнии в линии электропередачи и подстанции оборудование подвергается воздействию униполярных импульсов тока с амплитудой порядка 10⁴ ¸ 10⁵ А и длительностью в несколько десятков микросекунд.

Для имитации токов молнии в лабораторных условиях применяют установки с ёмкостными накопителями энергии, называемые генераторами импульсных токов (ГИТ). Униполярный импульс тока с заданными параметрами может быть получен при разряде ёмкости С на активное сопротивление R через индуктивность L (рис.3.19). Ёмкость С представляет собой суммарную ёмкость всех накопительных конденсаторов ГИТ; индуктивность L – суммарная индуктивность схемы ГИТ (конденсаторов, коаксиальных кабелей, шин, объекта испытаний, разрядника SF и т.п.); сопротивление R – суммарное активное сопротивление схемы ГИТ.

Характер разряда в схеме рис.3.19 зависит от величин параметров L, R, C, соотношение между которыми, обычно, обозначают символом g (см. 3-15).

При расчетах параметров ГИТ используются следующие соотношения.

Характеристическое сопротивление схемы . (3.12)

Максимальный ток при R =0 . (3.13)

Постоянная времени схемы (период колебаний при R =0):

. (3.14)

Показатель характера разряда ГИТ . (3.15)

При значении g < 1 разряд накопительных конденсаторов ГИТ и, соответственно, протекающий через объект испытаний ток, носят колебательный характер (рис.3.20), при g = 1 – критический и при g > 1 форма импульса тока становится апериодической. При R ¹ 0 максимальное значение тока через нагрузку I_m < I_0m, Вводится коэффициент использования ГИТ по току:

. (3.16)

Используются приведённые величины тока (3.17)

и времени . (3.18)

Максимальная мощность в сопротивлении R: , (3.19)

где характеристическая мощность (3.20)

и максимальная мощность в сопротивлении (3.21)

Максимальное значение тока после первого перехода через нуль:

(3.22)

В колебательном режиме (0 < g < 1) выполняются соотношения:

; (3.23)

(3.24)

(3.25)

(3.26)

Время подъема тока до максимума . (3.27)

В апериодическом режиме (g > 1) выполняются:

; (3.28)

(3.29)

(3.30)

(3.31)

(3.32)

Изменение параметров уравнений (3.23 ¸ 3.32) показано на рис.3.21 в зависимости от показателя характера разряда ГИТ (g) и от отношения времени длительности импульса (Т ₂, рис.3.3) к времени подъёма импульса (Т ₁) на рис. 3.22. Приведённое время подъёма тока импульса: . (3.33)

Коэффициент использования по току (h), амплитуда после первого прохождения через нуль () и мощность в нагрузке () зависят от параметра g существенным образом (рис.3.21). Сам же параметр g, характеризующий соотношение между активным и реактивным сопротивлениями схемы (3.15) однозначно связан с параметрами импульса Т ₁ и Т ₂ (рис.3.22).

Оценку параметров схемы ГИТ (рис.3.19) можно проводить в следующей последовательности:

1. по заданным характеристикам импульса Т ₁ и Т ₂ определить их отношение и по рис.3.22 найти h, g и ;

2. по значению и заданному Т ₁ по (3.33) определить Т ₀ и по (3.14) найти соотношение ;

3. по значению g найти (3.15) соотношение ;

4. по значению h и заданной величине максимального тока I_m из (3.16) определить I_0m;

5. по выбранной величине зарядного напряжения U₀ и найденной величине I_0m определить по (3.13) характеристическое сопротивление Z;

6. по суммарной ёмкости накопительных конденсаторов С и величинам Z, Т ₀ и g определить требуемые дополнительно индуктивности и активные сопротивления.

Принципиальная схема ГИТ показана на рис.3.23: 1- объект испытания; SF - высоковольтный коммутатор (тригатрон);. R _з – зарядное сопротивление, определяющее время зарядки накопительных конденсаторов С; L - индуктивность схемы, в которую входят индуктивность кабелей связи конденсаторов и разрядника, индуктивность самих импульсных конденсаторов, индуктивность разрядника и контура с объектом испытаний, дополнительные катушки индуктивности для получения импульса тока требуемой формы; R _ш- сопротивление шунта, служащего для измерения импульсного тока; r - защитные сопротивления (для предотвращения взрыва С при повреждениях и КЗ).

При конструировании ГИТ стремятся уменьшить собственные индуктивности схемы. Для этого накопительные конденсаторы соединяют в батареи параллельно и располагают симметрично на кратчайшем возможном расстоянии от объекта испытаний. Сами импульсные конденсаторы должны обладать малой индуктивностью, а связи выполняться малоиндуктивными (коаксиальными кабелями, шинами). Нормированными импульсами являются импульсы 4/10 мкс и 8/20 мкс. Для получения таких импульсов, как правило, достаточно конденсаторы расположить вокруг объекта испытаний и создать несколько параллельных цепочек к разряднику. Как пример такой компоновки ГИТ на рис.3.24 приведён снимок ГИТ IP 250/100 S фирмы HighVolt с напряжением зарядки U ₀ = 100 кВ и величиной запасённой в конденсаторах энергии W = 250 кДж [19, 20]. Максимальный ток в такой схеме достигает 200 кА. Вертикально расположенные катушки L предназначены для получения импульсов тока большой длительности. Коммутатор SF представляет собой управляемый разрядник – тригатрон.

Центральная часть установки показана на рис 3.25.

Дата добавления: 2014-01-07