Генераторы коммутационных импульсов

В реальных условиях эксплуатации изоляция электрооборудования подвергается воздействию внутренних перенапряжений, среди которых наибольшее значение для классов напряжений 330 кВ и выше имеют коммутационные. Поэтому испытательные установки, воспроизводящие воздействия на изоляцию этих перенапряжений, называются генераторами внутренних перенапряжений (ГВП) или генераторами коммутационных перенапряжений. При испытании изоляции электрооборудования в соответствии с ГОСТ 1516.2−97 применяют следующие виды коммутационных импульсов:

• — апериодический, показанный на рис. 4.33, а;
• — колебательный, представляющий собой затухающие колебания напряжения около нулевого значения (рис. 4.33, б);
• — колебательный, представляющий собой затухающие колебания вокруг составляющей более низкой частоты (рис. 4.33, в).

Применение тех или иных видов импульсов, а также их параметры указываются в стандартах на отдельные виды оборудования. Приведенные в стандартах величины испытательных напряжений определяют максимальное значение напряжения импульса. За разрядное напряжение принимается максимальное значение импульса, если разряд произошел на максимуме напряжения или за ним, и напряжение в момент разряда (среза), если разряд произошел на подъеме напряжения (фронте импульса).

Время подъема импульса Т" определяется как интервал времени между моментами, когда напряжение равно нулю (начало импульса 0,) и когда оно достигает своего максимального значения А (рис. 4.33). Длительность импульса Т_и находится как интервал времени между началом импульса 0| и моментом, когда напряжение понизилось до половины максимального значения. При испытании внутренней изоляции силовых трансформаторов, трансформаторов напряжения и шунтирующих реакторов длительность импульса Т_н определяется как интервал между началом импульса 0i и первым персходом напряжения через нулевое значение (7о, рис. 4.33, б). Время свыше 90% (Год, рис. 4.33, а) определяют как интервал времени между точками на фронте и спаде импульса, где значение напряжения равно 90% от максимального значения импульса.

Рис. 4.33. Формы коммутационных импульсов.

Стандартный апериодический коммутационный импульс применяется для испытания внешней изоляции электрооборудования и внутренней изоляции трансформаторов напряжения и тока, аппаратов, конденсаторов связи, изоляторов и КРУЭ. Он (рис. 4.33, а) должен иметь время подъема Г" = 250 ± 50 мкс, длительность импульса Г" = 2500 ± 750 мкс и допуск на максимальное значение импульса ± 3 %. Обозначение импульса — «250/2500».

Допускается применение апериодических импульсов.

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

Стандартный колебательный коммутационный импульс.

(рис. 4.33, б) 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 Т" = 4000 ± 1000 мкс, длительность импульса Т" = 7500 ± 2500 мкс и допуск на максимальное значение ± 3%. Обозначение импульса — «4000/7500». Полярность импульса определяется полярностью первого полупериода. Допускается применение импульса (рис. 4.33, в). При этом его параметры должны быть такими, как для стандартного колебательного импульса (рис. 4.33, б).

Для испытания внутренней изоляции силовых трансформаторов и шунтирующих реакторов применяется коммутационный импульс «20/500» с временем подъема Г_п не менее 20 мкс, длительностью импульса Г₀ не менее 500 мкс, с временем свыше 90% Г₉₀ 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 емкости испытательных установок такие же, как и при испытании изоляции оборудования напряжением промышленной частоты.

При испытании выключателей, разъединителей, вводов, трансформаторов тока, конденсаторов 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.

Стандартный апериодический коммутационный импульс «250/2500» получают на обычном генераторе импульсных напряжений (например, рис. 4.29, а) при соответствующем увеличении емкостей конденсаторов ГИН, фронтового конденсатора, сопротивлений фронтового, зарядных и разрядных резисторов.

Рис. 4.34. Расчетная схема генератора коммутационных перенапряжений на основе ГИН.

Принципиальная схема такого двухполупериодного генератора представлена на рис. 4.34. Из графиков перезарядки собственных емкостей шаровых разрядников F2, F3, F4 (рис. 4.35) видно, что при зарядном напряжении емкостей С2, С4, С6, С7, С9, СП, С13, С15 перезарядка емкостей Cl, С8, С12 и срабатывание разрядников происходят так, как и в обычном ГИН.

Рис. 4.35. Моменты срабатывания разрядников.

При напряжении (/"_ых = 800 кВ на выходе (на емкости С16) максимальное значение импульса напряжения (рис. 4.36) U_mM = 570 кВ, а время подъема Т_п = 265 мкс и длительность импульса Т" = 2650 мкс.

Рис. 4.36. Форма импульса.

Длинные колебательные коммутационные импульсы могут быть получены только в схемах на основе испытательных трансформаторов. Стандартный колебательный коммутационный импульс напряжения «4000/7500», затухающий около нулевого значения, можно получить в схеме (рис. 4.37), в которой батарея конденсаторов С1 разряжается на обмотку низкого напряжения испытательного трансформатора Т. Здесь Сх — собственная емкость испытательного трансформатора, R — резистор, регулирующий время подъема импульса и С2 — емкость испытуемого объекта и дополнительного конденсатора. Поскольку значения испытательных напряжений велики, то в качестве испытательного трансформатора может быть использован только каскад трансформаторов, например, каскад трансформаторов FPEO 1550/750 с мощностью Р = 4900 кВА, напряжением питания U = 6 кВ, напряжением короткого замыкания м_к = 46%, коэффициентом трансформации К = 375 и собственной частотой 600 Гц. К недостаткам этой схемы можно отнести трудность регулирования длительности импульса, низкий коэффициент использования зарядного напряжения и нсвоз;

Рис. 4.37. Схема ГКИ на основе трансформатора.

Рис. 4.38. Схемы ГКИ на основе колебательного контура, контура апериодического разряда и трансформатора: а — принципиальная; б — расчетная можность ее применения, когда по условиям испытания требуется ограничение напряжения второго полупериода по сравнению с первым.

Более гибкой с точки зрения регулирования параметров импульса является схема, приведенная на рис. 4.38. В ней время подъема определяется колебательным контуром С2 — L2, а длительность импульса — контуром апериодического разряда С1 — КО.

Для расчета формы импульса напряжения в зависимости от параметров схемы можно воспользоваться расчетной схемой (см. рис. 4.38, б), все значения элементов которой приведены к стороне низкого напряжения трансформатора Т.

Индуктивность короткого замыкания.

собственная емкость трансформатора.

емкость объекта и дополнительного конденсатора

Рис. 4.39. Расчетная схема с параметрами.

Выбор параметров схемы для получения стандартного колебательного коммутационного импульса может быть осуществлен путем вариантного расчета изменения напряжения на емкости С4 в зависимости от того или другого значения элемента (рис. 4.39).

В результате расчета, после срабатывания разрядника F (рис. 4.38, а) графики изменения во времени напряжений V (l), V (2) и V (7, 8) соответственно на емкостях С, С2 и С4 на низковольтной обмотке трансформатора выглядит так, как показано на рис. 4.40. Максимальное значение напряжения на емкости С4 составляет 1/н.н = 7,044 кВ, а, следовательно, на высоковольтной обмотке трансформатора U_BM = Uн_-Н" К_тр = 7,044- 375 = 2640 кВ, поскольку параметры трансформатора учтены при создании расчетной схемы. Время подъема напряжения при выбранных параметрах схемы составляет Т" = 4274 мкс, а длительность импульса Т" = 5757 мкс.

Рис. 4.40. Графики изменения напряжений.

Для проведения испытаний силовых трансформаторов индуктированным напряжением может быть использована схема, показанная на рис. 4.41. В ней батарея конденсаторов С1, разряжаясь на реактор L1 и резистор R2, формирует длительность коммутационного импульса. Параллельный разряд этой же батареи на резистор /?3, конденсатор С2 и обмотку низкого напряжения испытуемого трансформатора Т создает время подъема.

Рис. 4.41. Схема для испытания силовых трансформаторов индуктированным напряжением.