1. Įvadas

Impulsinės įtampos generatorius yra aukštos{0}}įtampos aparatas, sukuriantis impulsines bangas, pvz., žaibo impulsų įtampas ir perjungimo impulsų įtampas. Tai pagrindinė įranga aukštos-įtampos bandymų laboratorijose. Pagrindinis jo tikslas – atlikti elektros energijos įrangos impulsinės įtampos bandymus,{4}}įskaitant žaibo impulsų pilnas bangas, žaibo impulso skilimo bangas ir perjungimo impulsų bangas-, siekiant patikrinti izoliacijos veikimą. Prieš pradedant eksploatuoti aukštos-tampos elektros įrangą elektros energijos sistemose, paprastai reikia atlikti impulsinės įtampos bandymus, kad būtų galima įvertinti jos izoliacijos elgseną viršįtampio sąlygomis.

Nuolat didėjant elektros sistemos įtampos lygiams ir sparčiai tobulėjant atsinaujinančios energijos įrangai, išryškėjo impulsinės įtampos generatorių svarba užtikrinant saugų ir patikimą elektros tinklo darbą.

2. Veikimo principas

Impulsinės įtampos generatoriuose dažniausiai naudojama Markso grandinė (1924 m. pasiūlyta Erwino Otto Markso), kurios pagrindinė koncepcija yra kelių kondensatorių pakopų lygiagretus įkrovimas ir nuoseklus iškrovimas.

Pagrindinis veikimo procesas yra toks: kiekvienas pakopos kondensatorius yra prijungtas lygiagrečiai per įkrovimo rezistorius ir įkraunamas iki iš anksto nustatytos įtampos per lygintuvo grandinę. Šiuo metu apsauginis rezistorius paprastai yra apie dešimt kartų didesnis nei įkrovimo rezistorius, kuris apsaugo lygintuvo įrangą ir užtikrina gana tolygų kiekvienos pakopos kondensatoriaus įkrovimą. Kai uždegimo impulsas suveikia pirmosios-pakopos uždegimo kibirkšties tarpas, likusių pakopų tarpiniai kibirkštiniai tarpai paeiliui sugenda dėl viršįtampio ir kibirkšties apšvitinimo. Suveikiant visiems kibirkštiniams tarpams, pakopos kondensatoriai nuosekliai sujungiami per priekinius (bangos-priekinius) rezistorius ir iškraunami į apkrovos kondensatorių. Bendra serijos talpa tampa C/n, o bendra įtampa tampa nV (kur n yra pakopų skaičius). Kadangi apkrovos talpa yra santykinai maža, ji greitai įkraunama, o paskui kartu su pakopos kondensatoriais išsikrauna per uodegos (bangos-uodegos) rezistorius. Tokiu būdu apkrovos kondensatoriuje sukuriama trumpa-laikanti aukštos{10}tampos impulsinė banga.

Impulsinės įtampos bangos formą galima reguliuoti keičiant priekinių- ir galinių-rezistorių reikšmes; amplitudę valdo įkrovimo įtampa, o poliškumą galima pakeisti sukeitus lygintuvo kamino jungtis.

Pastaraisiais metais, tobulėjant galios elektronikai, Marxo generatorius tapo svarbia -kietojo kūno-kūno generatoriumi. Skirtingai nuo įprastų dujų-kibirkšties-tarpo jungiklių, visi -kietojo kūno{6}}generatoriai naudoja puslaidininkinius įrenginius, tokius kaip MOSFET, kaip pagrindinius jungiklius, išdėstytus pagal modulinę kelių lygių Markso topologiją su tiksliu valdymu, kurį užtikrina FPGA. Tokie nauji generatoriai gali žymiai sumažinti dydį ir svorį, kartu pagerindami iškrovos pasikartojimo dažnį ir bangos formos lankstumą.

3. Sistemos sudėtis

Visą impulsinės įtampos generatoriaus bandymo sistemą paprastai sudaro šie komponentai:

1. Įkrovimo įrenginys– apima įkrovimo transformatorių, aukštos{0}}tampos silicio lygintuvą, apsauginį rezistorių, nuolatinės srovės varžinį įtampos daliklį ir automatinį įžeminimo įrenginį. Įkrovimo transformatorius padidina tinklo dažnio įtampą, kuri ištaisoma į DC, kad būtų įkrauti pakopos kondensatoriai.
2. Pagrindinis generatoriaus korpusas- susideda iš kelių impulsų kondensatorių, šaudymo kibirkšties tarpų, priekinių rezistorių, galinių rezistorių, įkrovimo rezistorių ir izoliacinių atramų. Pagrindinis korpusas sukonstruotas bokšto arba kolonos konstrukcijoje, o pakopiniai kondensatoriai sujungti nuosekliai, kad būtų pasiekta aukšta išėjimo įtampa. Priklausomai nuo naudojimo, jis gali būti suskirstytas į lauko tipą, stacionarų patalpų tipą arba vidinį kilnojamąjį.
3. Valdymo įranga– Šiuolaikinės valdymo sistemos paprastai yra sutelktos aplink PLC (programuojamą loginį valdiklį) su skaitmenine matavimo ir valdymo sistema. Jie įgalina tokias funkcijas kaip automatinis nuolatinės-srovės įkrovimo valdymas, įtampos ir srovės stebėjimas, automatinis kibirkšties-tarpo atstumo reguliavimas, uždegimo paleidimas ir apsauga nuo viršsrovių / viršįtampių.
4. Matavimo sistema– susideda iš slopinamo talpinio įtampos daliklio, matavimo kabelių, skaitmeninio registratoriaus arba osciloskopo ir kt., naudojamų tiksliai įrašyti ir analizuoti impulsinės įtampos bangos formą.

4. Standartinės bangų formos ir techniniai reikalavimai

Standartinės impulsinės įtampos bangos formos, skirtos izoliacijos bandymams, nurodytos tarptautiniuose ir nacionaliniuose aukštos{0} įtampos bandymo metodų standartuose:

• Žaibo impulso visa banga: priekio laikas T₁=1.2 μs (su leistinu nuokrypiu ±30 %), laikas iki pusės vertės T₂=50 μs (± 20 %).
• Perjungimo impulso banga: priekinis laikas Tcr=250 μs, laikas iki pusės vertės T₂=2500 μs.
• Žaibo impulso susmulkinta banga: susmulkinama nuo 2 iki 6 μs.
• Stačia{0}}priekinė banga: itin trumpas priekinės bangos laikas, stačios iki 1000 kV/μs ar daugiau.

Impulsinės įtampos generatorių gamyba ir tikrinimas visų pirma atitinka šiuos standartus:

• DL/T 848.5 – Aukštos įtampos bandymo įrenginių bendrosios techninės specifikacijos – 5 dalis. Impulsinės įtampos generatoriai (taikoma vardinei įtampai nuo 300 kV iki 4800 kV ir vardinei energijai nuo 5 kJ iki 480 kJ).
• GB/T 16927.1/.2 – Aukštos -įtampos bandymo metodų serija.
• IEC 60060 – Tarptautinės elektrotechnikos komisijos standartai dėl aukštos įtampos bandymo metodų.
• GB 311.1 – Aukštos įtampos perdavimo ir transformavimo įrangos izoliacijos koordinavimas.

5. Taikymo sritys

Impulsinės įtampos generatoriai plačiai naudojami šiose srityse:

1. Tipo bandymai ir įprastiniai maitinimo įrangos bandymai – Transformatoriams, prietaisų transformatoriams, įvorėms, izoliatoriams, viršįtampių ribotuvai, GIS ir kitai perdavimo ir paskirstymo įrangai paprastai reikia atlikti žaibo ir perjungimo impulsų įtampos bandymus. Tai apima pilno -banginio impulso atsparumo bandymus ir suskirstytų
2. Izoliacijos tyrimai – Naudojamas atmosferos viršįtampių (žaibo) ir perjungimo viršįtampių veikiančių galios įrenginių izoliacijos charakteristikoms tirti.
3. Atsinaujinančios energijos įrangos bandymai – integruojant vėjo energiją, fotovoltinę energiją ir kitus atsinaujinančius šaltinius, daugeliui transformatorių ir skirstomųjų įrenginių reikia atlikti griežtus impulsinės įtampos bandymus.
4. Moksliniai tyrimai – taip pat plačiai taikomi tokiose srityse kaip elektromagnetinio suderinamumo tyrimai, iškrovos mechanizmų tyrimai ir impulsinės energijos technologija.

6. Plėtros tendencijos

Energijos sistemoms pereinant prie itin{0}}aukštos įtampos ir didesnio intelekto, impulsinės įtampos generatorių pramonė rodo šias tendencijas:

1. Intelektas ir automatizavimas – Šiuolaikiniai impulsinės įtampos generatoriai paprastai aprūpinti PLC{0}}pagrįstomis automatinio valdymo sistemomis, leidžiančiomis automatiškai reguliuoti parametrus, automatiškai suaktyvinti ir automatiškai įrašyti bei analizuoti bandymų duomenis. Bandymo seka gali būti programuojama naudojant jutiklinio ekrano sąsajas, kad būtų pasiektas iš esmės automatizuotas veikimas. Kai kurios sistemos pradėjo integruoti pagalbines diagnostikos funkcijas, kad nustatytų ir nurodytų galimus bandymo nukrypimus.
2. Kompaktiškumas ir visiškas-pusė-kūnas – nauji generatoriai, pagrįsti kietojo kūno-jungikliais, gali žymiai sumažinti tūrį ir svorį, pagerinti iškrovos pasikartojimo dažnį ir padidinti bangos formos lankstumą. Visi -kietojo kūno-Marx generatoriai, naudojantys galios elektroninius prietaisus, o ne tradicinius kibirkščių tarpus, tapo svarbia plėtros kryptimi.
3. Skaitmeninimas ir jungiamumas – Šiuolaikiniai generatoriai naudoja skaitmeninius įrašymo įrenginius ir didelio{0}}tikslumo gavimo korteles, o ne tradicinius šviesos-spindulio osciloskopus, todėl galima automatiškai analizuoti bangos formą ir generuoti ataskaitas. Kai kurie įrenginiai gali susieti su laboratorinės informacijos valdymo sistemomis per tinklo ryšius duomenų mainams.
4. Didelis tikslumas ir didelis patikimumas – dėl patobulintų jutiklių technologijų ir signalų apdorojimo algoritmų matavimo tikslumas ir pakartojamumas buvo nuolat gerinamas. Šiuo metu tipinės įrangos įkrovimo įtampos nestabilumas gali būti kontroliuojamas ± 1%.
5. Daugiafunkciškumas – vienas generatorius gali sukurti įvairias standartines ir ne{0}}standartines bangų formas, įskaitant pilnas žaibo bangas, susmulkintas bangas, perjungimo bangas, svyruojančias bangas ir stačias{1}}priekines bangas, kad atitiktų skirtingus taikymo scenarijus.

7. Išvada

Impulsinės įtampos generatoriaus techninis lygis, kaip pagrindinis pagrindinis aukštos{0} įtampos bandymo įrenginys, tiesiogiai veikia maitinimo įrangos izoliacijos veikimo patikros tikslumą ir patikimumą. Nuo tradicinės Markso grandinės iki šiuolaikinių -kietojo kūno-topologijų ir nuo rankinio valdymo iki pažangaus automatinio valdymo – impulsinės įtampos generatoriaus technologija smarkiai transformuojasi. Nuolat plėtojant itin-aukštos-įtampos elektros tinklus, daugėjant atsinaujinančios energijos įrenginių ir tobulėjant skaitmeninei transformacijai, impulsinės įtampos generatoriai ir toliau atlieka svarbų vaidmenį užtikrinant saugų ir patikimą elektros sistemų veikimą.