1. Увод

Генератор импулсног напона је високо{0}}апарат који производи импулсне таласне облике као што су напони муње и импулсни напони прекидача. То је основни део опреме у високонапонским{2}}лабораторијама за испитивање. Његова примарна употреба је за обављање тестова импулсног напона на опреми за електричну енергију-укључујући пуне таласе импулса грома, пресечене таласе импулса грома и таласе преклопних импулса-да би се верификовали перформансе изолације. Пре него -електрична опрема високог напона у електроенергетским системима буде пуштена у рад, тестови импулсног напона су генерално потребни да би се проценило њено изолационо понашање у условима пренапона.

Са сталним повећањем нивоа напона електроенергетског система и брзим развојем опреме за обновљиве изворе енергије, значај генератора импулсног напона у обезбеђивању безбедног и поузданог рада електричне мреже постао је све израженији.

2. Принцип рада

Генератори импулсног напона обично користе Марксово коло (који је предложио Ервин Ото Маркс 1924), чији је основни концепт паралелно пуњење и серијско пражњење више степени кондензатора.

Основни радни процес је следећи: сваки степен кондензатора је повезан паралелно преко отпорника за пуњење и напуњен до унапред подешеног напона преко исправљачког кола. У овом тренутку, заштитни отпорник је углавном око десет пута већи од отпорника за пуњење, који истовремено штити исправљачку опрему и обезбеђује релативно равномерно пуњење сваког степена кондензатора. Када се први -размак са паљењем активира импулсом паљења, међуискристалисници у преосталим степенима се сукцесивно кваре услед пренапона и зрачења варницом. Након што сви искристи профункционишу, кондензатори степена се повезују серијски преко предњих (таласних-предњих) отпорника и испуштају се у кондензатор оптерећења. Укупна серијска капацитивност постаје Ц/н, а укупан напон постаје нВ (где је н број степени). Пошто је капацитет оптерећења релативно мали, брзо се пуни, а затим се празни заједно са кондензаторима степена кроз реп (таласни-реп) отпорнике. На овај начин, краткотрајни-високонапонски{10}} таласни талас се генерише преко кондензатора оптерећења.

Таласни облик импулсног напона се може подесити променом вредности предњег- и репног-отпорника; амплитуда се контролише напоном пуњења, а поларитет се може обрнути заменом прикључака исправљача.

Последњих година, са напретком у енергетској електроници, Марксов генератор у потпуности{0}}чврсто стање{1}} постао је важан правац истраживања. За разлику од конвенционалних гасних-варничких-прекидача, сви-чврсти-генератори користе полупроводничке уређаје као што су МОСФЕТ као главне прекидаче, распоређене у модуларну вишеслојну Марксову топологију са прецизном контролом коју обезбеђују ФПГА. Такви нови генератори могу значајно смањити величину и тежину док истовремено побољшавају стопе понављања пражњења и флексибилност таласног облика.

3. Састав система

Комплетан систем за тестирање генератора импулсног напона обично се састоји од следећих компоненти:

Уређај за пуњење– укључује трансформатор за пуњење, високо{0}}напонски силицијумски исправљач, заштитни отпорник, ДЦ отпорни делилац напона и аутоматски уређај за уземљење. Трансформатор за пуњење повећава напон мрежне фреквенције, који се затим исправља у једносмерну струју да би напунио степене кондензатора.
Главно тело генератора– састоји се од вишеструких импулсних кондензатора, отвора за искре, предњих отпорника, репних отпорника, отпорника за пуњење и изолационих носача. Главно тело је конструисано у структури торња или стуба, са степенастим кондензаторима повезаним у серију да би се постигао висок излазни напон. У зависности од употребе, може се класификовати као спољни тип, унутрашњи фиксни тип или унутрашњи покретни тип.
Контролна опрема– савремени контролни системи су типично усредсређени на ПЛЦ (програмабилни логички контролер) са дигиталним мерним и контролним системом. Омогућавају функције као што су аутоматска контрола константне-струјног пуњења, праћење напона и струје, аутоматско подешавање растојања између искри{2}}, активирање паљења и заштита од прекомерне струје/пренапона.
Мерни систем– састоји се од пригушеног капацитивног разделника напона, мерних каблова, дигиталног снимача или осцилоскопа, итд., који се користе за прецизно снимање и анализу таласног облика импулсног напона.

4. Стандардни таласни облици и технички захтеви

Стандардни таласни облици импулсног напона за испитивање изолације наведени су у међународним и националним стандардима за високонапонске{0}}технике испитивања:

Пуни талас импулса грома: време фронта Т₁=1.2 μс (са дозвољеним одступањем од ±30%), време до половине вредности Т₂=50 μс (±20%).
Пребацивање импулсног таласа: време фронта Тцр=250 μс, време до половине вредности Т₂=2500 μс.
Исецкан талас муње: сечен у опсегу од 2 до 6 μс.
Стрми{0}}предњи талас: изузетно кратко време фронта, са стрмином до 1000 кВ/μс или више.

Производња и верификација генератора импулсног напона првенствено прате следеће стандарде:

ДЛ/Т 848.5 – Опште техничке спецификације за уређаје за испитивање високог{1}}напона – Део 5: Генератори импулсног напона (примењиво на називне напоне од 300 кВ до 4800 кВ и називне енергије од 5 кЈ до 480 кЈ).
ГБ/Т 16927.1/.2 – Серија високонапонских{2}}техничких техника.
ИЕЦ 60060 – Стандарди Међународне електротехничке комисије о високонапонским{1}}техникама испитивања.
ГБ 311.1 – Координација изолације за-опрему за пренос и трансформацију високог напона.

5. Области примене

Генератори импулсног напона се широко користе у следећим областима:

Типска испитивања и рутинска испитивања на енергетској опреми – Трансформатори, инструментни трансформатори, изолатори, изолатори, одводники пренапона, ГИС и друга опрема за пренос и дистрибуцију обично захтевају испитивање напона муње и импулсног напона. Ово укључује тестове отпорности на пуне-таласне импулсе и тестове импулса исечених{2}}таласа, који се користе за верификацију способности опреме да издржи изолацију под ударом грома и преклопним пренапонима.
Истраживање изолације – Користи се за проучавање перформанси изолације енергетске опреме која је изложена атмосферским пренапонима (муња) и преклопним пренапонима.
Тестирање опреме за обновљиву енергију – Уз интеграцију енергије ветра, фотонапонских и других обновљивих извора, велики број трансформатора{0}}навише и расклопних уређаја захтевају ригорозне тестове импулсног напона.
Научно истраживање – Такође се широко примењује у областима као што су истраживање електромагнетне компатибилности, студије механизама пражњења и технологија импулсне енергије.

6. Развојни трендови

Како се енергетски системи крећу ка ултра{0}}високим напонима и већој интелигенцији, индустрија генератора импулсног напона показује следеће трендове:

Интелигенција и аутоматизација – Модерни генератори импулсног напона су генерално опремљени аутоматским контролним системима заснованим на ПЛЦ-у{0}}, који омогућавају аутоматско подешавање параметара, аутоматско покретање и аутоматско снимање и анализу података о испитивању. Секвенца тестирања може се програмирати преко интерфејса екрана осетљивог на додир како би се постигла углавном аутоматизована операција. Неки системи су почели да интегришу помоћне дијагностичке функције да идентификују и укажу на потенцијална одступања тестова.
Компактност и све -чврсто- стање – Нови генератори засновани на полупроводничким- прекидачима могу значајно да смање запремину и тежину, побољшају стопе понављања пражњења и повећају флексибилност таласног облика. Сви-чврсти-Марк генератори, који користе енергетске електронске уређаје уместо традиционалних искриста, постали су важан правац развоја.
Дигитализација и повезивање – Модерни генератори користе дигиталне снимаче и-картице за прикупљање података високе прецизности уместо традиционалних осцилоскопа са светлосним снопом-, што омогућава аутоматску анализу таласног облика и генерисање извештаја. Неки уређаји могу да комуницирају са системима за управљање лабораторијским информацијама преко мрежних веза ради размене података.
Висока прецизност и висока поузданост – Кроз побољшану технологију сензора и алгоритаме за обраду сигнала, тачност мерења и поновљивост су континуирано унапређивани. Тренутно, нестабилност напона пуњења типичне опреме може се контролисати унутар ±1%.
Мултифункционалност – Један генератор може да произведе различите стандардне и нестандардне{0}}таласне облике, укључујући таласе пуне муње, исецкане таласе, преклопне таласе, осцилирајуће таласе и стрме{1}}предње таласе, како би одговарали различитим сценаријима примене.

7. Закључак

Као основни основни уређај у пољу тестирања високог{0}}напона, технички ниво генератора импулсног напона директно утиче на тачност и поузданост верификације перформанси изолације за енергетску опрему. Од традиционалног Марксовог кола до модерних -солид{3}} топологија, и од ручног рада до интелигентне аутоматске контроле, технологија генератора импулсног напона пролази кроз значајну трансформацију. Са текућим развојем ултра{5}}високонапонских-мрежа, растом инсталација обновљивих извора енергије и напретком дигиталне трансформације, генератори импулсног напона настављају да играју важну улогу у обезбеђивању безбедног и поузданог рада електроенергетских система.