ПРИБОРЫ И ТЕХНИКА ЭКСПЕРИМЕНТА, 2013, № 6, с. 30-35
^ ЭЛЕКТРОНИКА
И РАДИОТЕХНИКА
УДК 621.3:537.3
ГЕНЕРАТОР КОММУТАЦИОННЫХ АПЕРИОДИЧЕСКИХ ИМПУЛЬСОВ СВЕРХВЫСОКОГО НАПРЯЖЕНИЯ ДЛЯ ИСПЫТАНИЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРОЧНОСТИ ИЗОЛЯЦИИ
ТЕХНИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ © 2013 г. М. И. Баранов, Г. М. Колиушко, В. И. Кравченко
Научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт "Молния" Национального технического университета "Харьковский политехнический институт" Украина, 61013, Харьков, ул. Шевченко, 47 Поступила в редакцию 13.11.2012 г. После доработки 07.12.2012 г.
Описан мощный стационарный генератор наружной установки, формирующий на активно-индуктивной нагрузке стандартные коммутационные апериодические импульсы высокого и сверхвысокого напряжения временной формы 250 мкс/2500 мкс с нормированными по межгосударственному ГОСТ 1516.2-97 допусками. Приведены описания схемных и конструктивных решений, позволяющих обеспечить получение в полевых условиях на длинном разрядном воздушном промежутке двух-электродной системы "игла—плоскость" апериодических импульсов напряжения положительной полярности с временем достижения Тп « 205 мкс их амплитуды ит до 2 МВ и длительностью на уровне 0.5 ит, составляющей ти « 1900 мкс.
БО1: 10.7868/80032816213050121
ВВЕДЕНИЕ
В настоящее время при определении электрической прочности изоляции различных электроэнергетических объектов с емкостной характеристикой (выключателей, разъединителей, высоковольтных вводов, изоляторов и воздушной изоляции линий электропередачи, трансформаторов тока, силовых конденсаторов и др.) в соответствии с требованиями п. 6.3.3 межгосударственного ГОСТ 1516.2-97 используются генераторы стандартных коммутационных апериодических импульсов высокого и сверхвысокого напряжения временной формы Тп/ти = (250 ± 50 мкс)/(2500 ± 750 мкс), где Тп, ти -соответственно время подъема импульса напряжения до амплитуды Лт и длительность генерируемого импульса напряжения на уровне 0.5ит [1, 2]. Как правило, в таких генераторах полярность их выходных испытательных импульсов напряжения выбирается положительной, для которой твердая, жидкая и газовая изоляция указанных объектов промышленной электроэнергетики имеет наиболее низкие разрядные электрические градиенты и соответственно пониженную электрическую прочность [2, 3].
Создание подобного испытательного электрооборудования на высокое (сверхвысокое) импульсное напряжение, базирующегося согласно [1] на основе генераторов импульсных напряжений, сопряжено с большими техническими трудностями, материальными и финансовыми затра-
тами. Основной трудностью при разработке, выборе элементной базы и изготовлении таких генераторов является ослабленная электрическая прочность их собственных изоляционных конструкций, испытывающих воздействие высокого (сверхвысокого) импульсного напряжения микро- и миллисекундного временных диапазонов. Кроме того, при проведении натурных испытаний различных объектов электроэнергетики на электрическую прочность их изоляции часто требуются генераторы коммутационных импульсов напряжения, работающие на открытом воздухе.
ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ГЕНЕРАТОРА СТАНДАРТНЫХ КОММУТАЦИОННЫХ АПЕРИОДИЧЕСКИХ ИМПУЛЬСОВ ВЫСОКОГО И СВЕРХВЫСОКОГО НАПРЯЖЕНИЯ
В 2012 году нами был введен в опытную эксплуатацию генератор коммутационных импульсов напряжения (г.к.и.н.), позволяющий проводить в полевых условиях натурные испытания различных объектов электроэнергетики на воздействие стандартных апериодических импульсов напряжения положительной (отрицательной) полярности временной формы Тп/ти « 205 мкс/1900 мкс при их амплитуде ит до 2 МВ. Для его разработки и изготовления был использован ранее созданный в нашем институте мощный генератор им-
ОТ
—7~
Экран
Б
ях\\ =|=с =|=с =|=с =|=с
о
Еф 4.28 к
тс тс тс тс
П*рП
тстсТсТс
-Ь-С ^рс 4=с 4=с
?ТсГТсТ
тстстстс
тс тс тс тс
I
П-зЙ
I
М -р п
I Гр1 I 32.7 к
о
Тс Тс ТсТс
30 к
"К
=!=с ¿с
?гтЧст
£
тс тс тс тс
13.3 н
П-рП
тстстстс
ог
□-зП
п 1 ±с -1с -1с -1с
110р^110 к ~
30 к
0.5
г
я
±с -1с -1с -1с г-, п
Тс Т сТ сТ с П*. П д
5
110 к
30 к
30 к
П
4.59 к
Объект испытаний
А
К
А
к г.п.и.
Рис. 1. Принципиальная схема замещения двухполярного генератора импульсных напряжений ГИН-4, подсоединенного в схеме формирования стандартных коммутационных апериодических импульсов напряжения к дополнительному разрядному « 32.7 кОм, формирующему -ф « 4.28 кОм и токоограничивающему Ет « 4.59 кОм резисторам, нагрузочной емкости Сн « 13.3 нФ и объекту испытаний — двухэлектродной системе "игла—плоскость" с длинным воздушным разрядным промежутком.
пульсных напряжений ГИН-4 этажерочного типа на номинальное напряжение 4 МВ и номинальную запасаемую электрическую энергию 1 МДж [4, 5], размещенный на открытом воздухе на исследова-тельско-экспериментальном полигоне НИПКИ "Молния" НТУ "ХПИ".
Применение генератора ГИН-4 в схеме г.к.и.н. потребовало существенной доработки его заряд-но-разрядного контура (з.р.к.). Низкоомные зарядные резисторы « 500 Ом (в количестве 32 шт.) электрических цепей всех каскадов генератора ГИН-4 (рис. 1) при этом были заменены на высо-коомные, каждый из которых имел активное сопротивление « 30 кОм (рис. 2) [6]. Данный г.к.и.н., общий вид которого приведен на рис. 3, содержит в своем составе как заимствованные (генератор ГИН-4 с доработанным з.р.к.), так и специально созданные для него следующие высоковольтные устройства: мощный генератор ГИН-4 с модернизированными новыми зарядными цепями обеих полярностей на номинальное постоянное
зарядное напряжение из до ±125 кВ и собственным разрядным сопротивлением « 440 кОм; нагрузочную емкость сн « 13.3 нФ на номинальное импульсное напряжение 3 МВ; формирующий резистор -ф « 4.28 кОм на номинальное импульсное напряжение 2.5 МВ; дополнительный разрядный резистор « 32.7 кОм на номинальное импульсное напряжение 2.5 МВ; токоограничивающий резистор Ет « 4.59 кОм на номинальное импульсное напряжение 2.5 МВ; омический делитель импульсного напряжения ОДН-2 на номинальное напряжение 2.5 МВ.
На рис. 4 представлена электрическая схема замещения разрядной цепи г.к.и.н., содержащая активное сопротивление « 107.3 кОм омического делителя импульсного напряжения ОДН-2 разработки НИПКИ "Молния" НТУ "ХПИ", подключенного к объекту испытаний — двухэлектродной системе "игла—плоскость" с длинным воздушным разрядным промежутком. Генератор
Рис. 2. Общий вид основных элементов модернизированного з.р.к. генератора ГИН-4, содержащего в зарядных цепях положительной и отрицательной полярностей своих высоковольтных каскадов 32 высо-коомных резистора Яз « 30 кОм.
ГИН-4 согласно схеме на рис. 1 содержит 16 высоковольтных каскадов на 250 кВ, каждый из которых имеет восемь импульсных конденсаторов С = 1 мкФ в металлическом корпусе типа КБМГ-125/1 (номинальное напряжение 125 кВ, номинальная емкость 1 мкФ) разработки нашего института и один неуправляемый двухэлектродный воздушный шаровой разрядник В с диаметром электродов 125 мм [4, 5].
Параллельный заряд данных конденсаторов осуществляется от мощного высоковольтного зарядного устройства г.к.и.н. через цепочки зарядных Яз« 30 кОм (в количестве 32 шт.) и разрядных Яр « 110 кОм (16 шт.) резисторов на номинальное напряжение 500 кВ. Каждый из зарядных резисторов Яз выполнен на основе последовательно соединенных и залитых эпоксидным компаундом 100 объемных графитокерамических резисторов ТВО-5-300 Ом, а каждый разрядный резистор Яр — из последовательно соединенных и закрепленных на гетинаксовой пластине 50 объемных графитокерамических резисторов ТВО-10-2.2 кОм. Первая секция высоковольтных конденсаторов нижнего этажа данного генератора содержит управляемый трехэлектродный воздушный разрядник — тригатрон В1 [7] с диаметром основных шаровых электродов 125 мм, который управляется путем подачи на его управляющий электрод высоковольтного микросекундного импульса напряже-
Рис. 3. Общий вид генератора для формирования на активно-индуктивной нагрузке стандартного коммутационного апериодического импульса напряжения временной формы 250 мкс/2500 мкс с нормированными допусками амплитудой ит до 2 МВ (слева видна изоляционная опора с нагрузочной емкостью Сн « 13.3 нФ, к верхнему потенциальному электроду которой подсоединены формирующий Яф « 4.28 кОм и токоогра-ничивающий Ят « 4.59 кОм резисторы, а справа — прямоугольная конструкция генератора ГИН-4).
ния амплитудой до ±10 кВ от генератора пусковых импульсов (г.п.и.) разработки НИПКИ "Молния" НТУ "ХПИ" [8]. Генератор ГИН-4 в разрядной цепи г.к.и.н. характеризуется следующими собственными электрическими параметрами: "емкостью в разряде" Сг « 0.125 мкФ, индуктивностью Ьт « 80 мкГн и активным сопротивлением Яг « « 4.5 Ом, определяемым последовательно включенными при срабатывании генератора ГИН-4 его девятью демпфирующими резисторами Яд « 0.5 Ом.
Изоляционная несущая конструкция генератора ГИН-4 выполнена на основе 576 фарфоровых опорных изоляторов КО-400С, балок и рас-
г
80 мк
г
4.5
0.125
Яф 4.28 к Ят 4.59 к
32.7 к
■ ^н
"13.3 н
Объект испытаний
Рис. 4. Принципиальная схема замещения разрядной цепи г.к.и.н., формирующего на объекте испытаний — длинном разрядном воздушном промежутке двух-электродной системы "игла—плоскость" стандартный коммутационный апериодический импульс высокого и сверхвысокого напряжения обеих полярностей временной формы Тп/ти « 205 мкс/1900 мкс амплитудой ит до 2 МВ.
С
г
Рис. 5. Общий вид созданной и установленной на существующей изоляционной опоре нагрузочной емкости Сн я 13.3 нФ на номинальное импульсное напряжение 3 МВ, использованной в разрядной цепи г.к.и.н.
косов из древесного слоистого пластика ДСПБ-Э, а его изоляционная защитная (ограждающая) конструкция — с использованием стеклопластиковых труб ТСПО и рулонного стеклопластика РЭМ толщиной 0.8 мм [4, 5]. В г.к.и.н. за счет изменения зарядного напряжения конденсаторов С генератора ГИН-4 и регулировки воздушных промежутков двухэлектродных шаровых разрядников ¥ всех высоковольтных каскадов использованного нами генератора ГИН-4 (рис. 1 и 2) обеспечивается требуемая величина вых
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.