Имитация широкополосных мощных перенапряжений (гибридный генератор)

Мощные импульсы перенапряжений возникают вследствие грозовых разрядов, коммутационных операций в электроэнерге­тических системах и т. д. Их имитация осуществляется класси­ческими импульсами грозовых и коммутационных перенапряже­ний (двойная экспоненциальная функция), используемыми при испытаниях изоляции высокого напряжения (рис. 6.10,а). Так как определение длительностей фронта импульса согласно VDE0433, или публикации МЭК 60-2 несколько затруднительно, на практике определяют время нарастания по точкам 30 и 90% умножая его на 1,67:

(6.1)

Длительность импульса для упрощения определяется чаше всего как длительность импульса Т'с по рисунку 6.10,б, что вполне допустимо в виду того, что Тф << Ти и из-за больших допусков.

Рис. 6.10 – Определение длительности фронта и длительности импульса, а также времен нарастания перенапряжений:

а) – длительность фронта и время спада (VDE 0433 и МЭК 60-2);

б) – время нарастания и время спада (МЭК 469-1)

Обычные временные параметры:

· газовый импульс 1,2/50: =1,2 мкс ±30%; Ти=50 мкс ±20%.;

· коммутационный импульс (смотри примечание) 10/700: =10 мкс ±30%; =700 мкс ±20%.

Примечание – основной коммутационный импульс согласно ГОСТ-1516.2 имеет пара­метры:

· время нарастания до максимального значения 250±50 мкс;

· длительность импульса 2500±500 мкс. Предусмотрены и другие формы и временные парамет­ры коммутационных импульсов.

Формы кривых напряжения на рисунке 6.10 сильно идеализированы. Реальные грозовые перенапряжения часто обнаруживают ступеньки на фронте или могут складываться из нескольких следующих друг за другом импульсов (многокомпонентные молнии) и иметь большую крутизну (см.).

Такие параметры импульсов, как 1,2/50 или 10/700, основаны на определении согласно Публикации МЭК 60-2. Однако часто формы импульсов характеризуются временем их нарастания со­гласно Рекомендациям МЭК 469-1. Из-за различных способов оп­ределения длительности фронта или времени нарастания получа­ются разные числовые значения, однако речь идет, как правило, об одной и той же форме импульса.

Генераторы для получения импульсов, подобных изображен­ным на рис. 6.10,а, ранее реализовывались как одноступенчатые контуры с относительно большим внутренним сопротивлением и часто применялись для испытания изоляции (рис. 6.11).

Рис. 6.11 – Однокаскадная импульсная цепь для воспроизведения напряжений грозовых разрядов и коммутационных импульсов

При срабатывании ключа ИП (искровой промежуток, вакуумное реле, тиристор и т. д.) конденсатор-накопитель энергии перезаряжается через демпфирующий резистор RД на емкость нагрузки

Время нарастания определяется при >> как

ТН = 2,2R_ДС_НАГ. (6.2)

Затем конденсаторы и разряжаются через резистор с постоянной времени Т ~Rр(Снаг+ C0).

Вышеприведенное справедливо для высокоомных испытуемых объектов с малой емкостью. У приборов с устройствами защиты от перенапряжений (разрядники с инертным газом и ограничи­тели перенапряжений на основе , защитные диоды, конден­саторы фильтров) испытание изоляции в комбинации с защит­ными устройствами нерационально, так как защитные элементы ограничивают испытательное напряжение низкими значениями, и требуемого нагружения изоляции не происходит. В этом случае много важнее вопрос, могут ли защитные элементы выдержать ток при мощных перенапряжениях, получаемых от источников с низким сопротивлением. Для этого был разработан гибридный генератор, который у высокоомных испытуемых объектов созда­ет напряжения требуемых форм, у низкоомных (например, после срабатывания защиты от перенапряжений) возбуждает близкий к встречающемуся на практике ток короткого замыкания = 8/20 мкс (рис. 6.12) (см. VDE 0846, ч. 11 [Л.]).

Следует отметить, что у импульсного тока 8/20 мкс форма кривой может быть не апериодической, и содержать участок про­тивоположной полярности с амплитудой до 30% [Л.].

Рис. 6.12 – Определение временных параметров импульсов:

а) – длительность фронта и время спада (VDE 0432, ч. 3 и МЭК 60-2);

время нарастания (МЭК 469-1);

в) – импульс тока 8/20 мкс (VDE 0843, ч. 5 (1993)]

Так же, как при импульсах напряжения, вначале определяют время нарастания и умножают его на 1,25:

(6.3)

Различные коэффициенты по сравнению с (8.1) получаются вследствие определения длительности фронта импульса (прямая, аппроксимирующая фронт, проходит через 10% вместо 30%).

Длительность импульса отличается от длительности импульса Т' на коэффициент 1,25, т. е.

(6.4)

Общепринятые временные параметры импульса тока: мкс ± 20% и мкс ± 20% (МЭК 60-2), или

мкс ± 20% и мкс ± 20% (МЭК 469-1).

Рис. 6.13 – Гибридный генератор (принципиальная схема)

Основная схема гибридного генератора показана на рис. 6.13. В противоположность обычным высокоомным контурам, у кото­рых фронт импульса формируется RС - цепью из демпфирующего сопротивления и емкости нагрузки, формирование импульса про­исходит при помощи L/R-звена. В этом случае время нарастания напряжения холостого хода в импульсе рассчитывается как

, (6.5)

а постоянная времени спада

, (6.6)

Если генератор воспроизводит в первом приближении ток ко­роткого замыкания при срабатывании разрядника с инертным газом или другого защитного элемента, то время нарастания им­пульсного тока приблизительно рассчитывается как

, (6.7)

постоянная времени спада

(6.8)

В (6.7) и (6.8) - активное сопротивление короткого замы­кания испытуемого объекта (например, сопротивление электри­ческой дуги), которое, как правило, может считаться малым по сравнению с сопротивлением . Подробные указания по опре­делению параметров контуров импульсных напряжений и токов содержатся в [Л.].

В настоящее время обсуждаются следующие степени жесткос­ти испытаний (табл. 6.2).

Таблица 6.2 – Степень жесткости испытаний по МЭК 801-5 (проект)

Жесткость испытаний	Напряжение холостого хода, кВ±10%
X	0,5 По согласованию

В заключение следует упомянуть, что наряду с приведенными формами кривой возможны и другие испытательные напряже­ния, например, колебательные напряжения коммутационных им­пульсов.