Охарактеризуйте методы измерения импульсных высоких напряжений?

Для испытания изоляции высоковольтного электрооборудова-ния грозовыми и коммутационными импульсами используются генера-торы импульсных напряжений (ГИН).

Грозовые воздействия воспроизводятся стандартными им-пульсами напряжения: полной и срезанной волнами. Стандартные им-пульсы (1,2/50 или 2,0) можно получить на установке, схема которой приведена на рис. 3.7.

Зарядка емкостей С производится параллельно, а разряжаются они последовательно, что приводит к сложению зарядных напряжений ступеней.

 

 

>

C

Т VR ЗАЩ R 1 +U 0 R 3 R 19 R Ф

 

+U 0

 

 

C C C

 

F 1 F 2 F 3 F 10

 

 

F 11 С Ф R Н R Р

 

П

П

П

П

+

R 2 R 4 R 6 R 20 С '- С ' С ' С '

 

'

Рис. 3.7. Принципиальная электрическая схема ГИН с односторон-ней зарядкой: Т — высоковольтный трансформатор; V — выпрямитель; RЗАЩ— сопротивление для ограничения зарядного тока; R1—R20— зарядные сопротивле-ния; F1—F11— искровые промежутки; С — емкости ступени ГИН; CП— "пара-зитные" емкости; R Ф, С Ф — фронтовые сопротивление и емкость; R Р — разрядное сопротивление; R Н — сопротивление нагрузки

 

'

Для обеспечения практически одинаковой зарядки всех кон-денсаторов до U 0 необходимо соблюдать условие: R 1 …R 20 << Rзащ. При напряжении U 0 пробивается только F 1. Емкость разряжается в контуре С — R 2 — F 1, но R 2 большое (десятки килоом). В первый момент разрядка идет по С — С П' — F 1 (Х с=1/ω С, ω — круговая частота порядка мега-герц, следовательно, Х с – малое). С п быстро заряжается до U 0. Тогда к F 2 приложено удвоенное зарядное напряжение U 0. Поэтому F 2 может иметь расстояние в 2 раза больше, чем F 1 и т.д.

Для регулирования параметров импульса напряжения и полу-чения стандартной волны используются элементы R Ф – фронтовое со-противление, C Ф – фронтовая емкость, R Р – разрядное сопротивление.

Длину фронта формируют C Ф и R Ф, длину импульса — R Σ, т. е. R Р совместно с R н.

 

t ф=3,24• R ф С ф

 

tв = 0, 7• С гин• R Σ.

 

Изменение амплитуды импульса регулируется изменением расстояния между шаровыми электродами F 1, F 2, … F10. Промежуток F11 служит для отделения зарядной емкости ГИН от нагрузки при заряд-ке конденсаторов постоянным напряжением, чтобы исключить воздей-ствие постоянного зарядного напряжения на нагрузку.

ГИН используется для испытания изоляции высоковольтного оборудования. Внутренняя изоляция испытывается приложением 3-х

импульсов полных и 3-х импульсов срезанных положительной и отри-цательной полярности.

 

Выведите формулу разрядного напряжения U_P=B_PS/ℓ_n(A_PS/ℓ_n1/γ) для однородного поля и сформулируйте закон Пашена.

 

Искровой разряд. Закон Пашена.
При γ exp(αd) ≥ 1 ионизация, вызываемая последовательными лавинами, носит нарастающий характер, ток возрастает, что приводит к образованию искрового разряда, или искрового пробоя, при котором возникает тонкий проводящий канал, замыкающий промежуток. Напряжение, при котором для однородного поля выполняется условие (3), носит название пробивного напряжения. Так как и α/р, и γ зависят от напряженности поля Е/р, а напряженность определяется приложенным напряжением U и длиной разрядного промежутка d, то для однородного поля можно вывести уравнение зависимости пробивного напряжения от произведения р_d вида U_пр= f(pd), которое носит название закона Пашена.

U_пр = BpS/lnS[Ap/ln(1/γ)] (4)

где A и B — постоянные, характеризующие газ.

Эксперименты для разных газов дают хорошее совпадение с такой зависимостью.

В полном соответствии с этой формулой и экспериментальными данными получено простое уравнение для расчета пробивного напряжения в воздухе при давлении, близком атмосферному

U_пр = 24,5pd + 6,4(pd)^1/2 (5)

где р — давление газа, атм; d — расстояние между электродами, см; U — в кВ.

Зависимость для воздуха, соответствующая (4) и (5) приведена на рисунке ниже.

Зависимость пробивного напряжения в воздухе в однородном поле от произведения pd (закон Пашена)

При большой мощности источника напряжения, по каналу искры начинает протекать большой ток, что приводит к разогреву канала и возникновению в нем термической ионизации. Сопротивление канала резко падает, ток еще более возрастает, и возникает дуговой разряд, при котором ток может превышать сотни ампер