Телефон: +7 (495) 970-50-91, E-mail: rustgr2@yandex.ru
 

.

Русская

Технологическая

Группа

 

  
 
 

Генераторы импульсных напряжений типа «Гроза»

         Импульсами напряжения называют волны напряжения длительностью от долей микросекунд до нескольких миллисекунд. Генераторы таких напряжений предназначаются для испытаний различных видов изоляций (линейной, аппаратной, трансформаторной), определения вольтносекундных характеристик разрядников, исследования защитного действия молниеотводов, изучения физики высоковольтного разряда и т.д.

         Генератор импульсных напряжений (ГИН) является важнейшей составляющей испытательных лабораторий заводов, выпускающих оборудование для передачи электрической энергии.

         Основной частью импульсного генератора являются конденсаторы, заряжаемые параллельно и разряжаемые на нагрузку при последовательном соединении с помощью коммутирующих разрядников. Таким путем при наличии в составе ГИН n конденсаторов, заряжаемых до напряжения U, можно получить на выходе ГИН номинальное напряжение nU. Это напряжение прикладывается к объекту испытаний и должно имитировать воздействие грозового импульса с фронтом 1,2 микросекунды и длительностью на полувысоте 50 микросекунд на элемент высоковольтной линии передачи или изоляцию аппарата, установленного на подстанции.

         При коммутациях высоковольтных цепей возникают также импульсы перенапряжений, имеющих время нарастания до 1000 микросекунд и длительность порядка нескольких миллисекунд. Современные генераторы импульсных напряжений позволяют путем простой замены определенных элементов создавать подобные импульсы, имитирующие коммутационные перенапряжения. Осциллограммы грозового и коммутационного импульсов

приведены на рисунке 1.

Рис. 1. Осциллограммы грозового и коммутационного импульсов.

         Существенным параметром генератора импульсных напряжений является его высота, а точнее, отношение номинального напряжения ГИНа к высоте его конструкции. Для современных генераторов, выпускаемых лучшими фирмами мира, он составляет примерно 300 кВ/м. Этот параметр определяет высоту потолка испытательного зала лаборатории и, в значительной степени, стоимость всей испытательной лаборатории, т.к. стоимость здания является основной ее составляющей.

         По этому параметру генераторы импульсных напряжений типа «Гроза» фирмы ЗАО «Русская технологическая группа 2» обладают лучшими характеристиками, чем генераторы зарубежных фирм. Для генераторов «Гроза» этот параметр составляет 400 кВ/м, что позволяет экономить до 30% капитальных затрат на строительство здания высоковольтной испытательной лаборатории или размещать генераторы с более высоким выходным напряжением в существующих зданиях при модернизации оборудования.

         ЗАО «Русская технологическая группа 2» предлагает типоразмерный ряд генераторов типа «Гроза» с широким диапазоном выходных импульсных напряжений и запасаемой энергии. Внешний вид генератора типа «Гроза» с выходным напряжением 4,8 МВ и запасаемой энергией 240 кДж приведен на рисунке 2.

Рис. 2. Внешний вид ГИН типа «Гроза» с выходным напряжением 4,8 МВ.

         ГИН содержит 48 ступеней, состоящих из двух параллельно соединенных конденсаторов КПИ-100-0,5 с максимальным зарядным напряжением 100 кВ и емкостью 0,5 мкФ каждый. Для удобства ГИН скомпонован из 6 этажей. На каждом этаже предусмотрены специальные платформы для обслуживания. Зарядное устройство мощностью 50 кВт заряжает ГИН за 15 сек.

         Технические характеристики и, в конечном счете, качество ГИН определяются качеством его элементной базы: конденсаторов, разрядников, зарядных устройств, системы измерения, регистрации и обработки данных. В генераторах типа «Гроза» используются лучшие в России импульсные высоковольтные конденсаторы в пластмассовых корпусах типа КПИ, имеющие отличные характеристики по удельной запасаемой энергии, собственной индуктивности, ресурсу и надежности работы. Пластмассовые корпуса позволяют использовать конденсаторы без дополнительных изоляторов, т.к. сами корпуса являются изоляторами.

Это позволило увеличить максимальную энергию, запасаемую в единице объема ГИН, до (10 ÷ 15) кДж/м3, в зависимости от выходного напряжения ГИН, что на 10 ÷ 15% выше, чем в генераторах зарубежных фирм. Малая индуктивность обеспечивает хорошее качество «грозового» импульса с максимальной амплитудой колебаний на его вершине не более 1,5%, что является показателем высокого качества ГИН. Внешний вид применяемых конденсаторов показан на рисунке 3.

Рис. 3. Внешний вид конденсатора типа КПИ.

         В ГИН применяются современные малошумные герметичные разрядники в металлокерамических корпусах. Разрядники, без дополнительной настройки, позволяют менять значения выходного напряжения ГИН в пределах (0,4 ÷ 1,0) от номинального напряжения. Внешний вид разрядника представлен на рисунке 4.

Рис. 4. Разрядник типа РГУ-1-100-100.

Разрядники управляются специальным устройством управления, представляющим собой электрическую схему с высоковольтным трансформатором, формирующим импульс напряжения амплитудой 50 кВ и током 50 А. Принципиальная схема устройства управления показана на рисунке 5.

Рис. 5. Принципиальная схема устройства управления.

Внешний вид устройства управления приведен на рисунке 6.

Рис. 6. Внешний вид устройства управления.

         Разрядники и устройства управления запущены в серийное производство в 2004 году. К настоящему времени в различных электрофизических установках без замечаний работает около 300 штук разрядников и устройств управления.

В качестве зарядного устройства в ГИН используются зарядные устройства типа ИВН. Например, ИВН-5 имеет регулируемое выходное напряжение в диапазоне (35 ÷ 100) кВ и максимальный средний выпрямленный ток 500 мА. Зарядное устройство позволяет заряжать ГИН с запасаемой энергией 1 МДж примерно за 60 секунд.

Для регистрации выходного сигнала ГИН применяется высоковольтный делитель напряжения, сигнал от которого поступает на измерительный комплекс, включающий в себя современный осциллограф, соединенный с компьютером для обработки и хранения информации.

В таблице 1 приведены параметры выпускаемых ГИН типа «Гроза».

Таблица 1

Выходное напряжение

ГИНа (кВ)

Максимальная энергия ГИНа (кДж)

Высота ГИНа (м)

350-800

20

40

60

80

100

120

140

160

2,2

700-1600

40

80

120

160

200

240

280

320

4,2

1000-2400

60

120

180

240

300

360

420

480

6,2

1400-3200

80

160

240

320

400

480

560

640

8,2

1600-4000

100

200

300

400

500

600

700

800

10,2

2000-4800

120

240

360

480

600

720

840

960

12,2

2400-5600

140

280

420

560

700

840

980

1020

14,2

2800-6400

160

320

480

640

800

960

1120

1280

16,2

3200-7200

180

360

540

720

900

1080

1260

1440

18,2

3600-8000

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

20,2

4000-8800

220

440

660

880

1200

1320

1540

1760

22,2

4400-9600

240

480

720

960

1400

1440

1680

1820

24,2


Генераторы импульсных токов типа «Молния»

         Генераторы импульсов тока  (ГИТ) служат как для испытаний объектов, подвергаемых прямым ударам молний (защитные разрядники, защитные тросы, элементы изоляции и т.д.), так и для получения сильных магнитных полей в электромагнитных пушках и других электрофизических установках.

         ГИТ, в отличие от ГИН, заряжается и разряжается при параллельном соединении конденсаторов. Основными параметрами ГИТ являются запасаемая энергия и ток. Для получения максимального тока при заданной энергии необходимо обеспечить минимальную индуктивность контура. С этой целью в ГИТ типа «Молния» применяются конденсаторы с малой собственной индуктивностью (10÷20) нГн на один конденсатор и высокой удельной энергией (до 300 Дж/кг или 400 Дж/л). Высокая удельная энергия конденсатора позволяет сократить размеры конденсаторной батареи и уменьшить индуктивность разрядного контура. Эти конденсаторы выпускаются в ЗАО «Русская технологическая группа 2» и по своим техническим характеристикам находятся на самом высоком мировом уровне. Внешний вид конденсаторов приведен на рисунке 7.

Рис.7. Внешний вид конденсатора типа КПИМ.

Конденсаторы выполнены в пластмассовом корпусе и могут работать как в горизонтальном, так и вертикальном положениях.

         Для формирования коротких (до 100 микросекунд) импульсов тока в качестве коммутаторов применяются металлокерамические разрядники типа РГУ с рабочим напряжением от 10 кВ до 100 кВ и током до 100 кА на один разрядник. Внешний вид разрядников показан на рисунке 8.

Рис. 8. Внешний вид разрядников типа РГУ.

Разрядники запускаются с помощью устройства управления, показанного на рисунке 6.

         Для создания импульсов тока длительностью более 100 микросекунд используются малоиндуктивные сборки из полупроводниковых коммутаторов с напряжением в интервале (7 ÷ 50) кВ и током до 100 кА. Длительность формируемого импульса – до 10 миллисекунд.

         Для создания апериодического импульса в ГИТ типа «Молния» в ряде случаев применяется так называемая система «кроу-бар», в которой параллельно разряднику подключается мощный диодный блок. В таблице 2 приведен типоразмерный ряд выпускаемых ЗАО РТГ 2 диодных блоков типа СДЛ.

Таблица 2

Тип блока

Uраб (кВ)

Iмакс (кА)

L (мкГн)

Масса (кг)

1

СДЛ-1

0,1-5

300

0,15

15

2

СДЛ-2

0,1-10

300

0,2

15

3

СДЛ-3

0,1-15

300

0,3

20

4

СДЛ-4

0,1-20

300

0,4

25

5

СДЛ-5

0,1-30

300

0,6

40

На рисунке 9 показан внешний вид блоков типа СДЛ.

Рис. 9.Внешний вид диодного блока типа СДЛ.

Блоки позволяют выполнять их последовательное или параллельное включение без дополнительных выравнивающих напряжение и ток элементов.

Для регистрации токов в ГИТ типа «Молния» используется специально разработанный пояс Роговского, сигнал с которого поступает на осциллограф и компьютер. Управление ГИТ может осуществляться как вручную, так и от компьютера с помощью специальной программы.

В таблице 3 приведены характеристики ГИТ типа «Молния».

Таблица 3

Выходное напряжение

ГИТа кВ

Максимальный энергозапас ГИТа кДж

7

25

50

100

200

400

800

1600

2400

5000

14

25

50

100

200

400

800

1600

2400

5000

21

25

50

100

200

400

800

1600

2400

5000

25

25

50

100

200

400

800

1600

2400

5000

32

25

50

100

200

400

800

1600

2400

5000

50

25

50

100

200

400

800

1600

2400

5000

75

25

50

100

200

400

800

1600

2400

5000

100

25

50

100

200

400

800

1600

2400

5000

В качестве примера на рисунке 10 приведен план размещения ГИТ с запасаемой энергией 3 МДж.

ГИТ_ план.wmf

Рис. 10. План размещения ГИТ с энергией 3 МДж.

         ГИТ предназначен для создания импульсов тока амплитудой до 100 кА и длительностью на полувысоте до 20 миллисекунд. ГИТ скомпонован из 10 отдельных блоков, каждый из которых содержит 40 параллельно соединенных конденсаторов типа КПИМ-16-60, емкостью 60 мкФ и напряжением 16 кВ. Запасаемая энергия блока - 300 кДж. В состав каждого блока входят полупроводниковый тиристорный ключ и диодный блок СДЛ-4 для формирования апериодического разряда. Блоки подсоединены параллельно к сборочным шинам. Защита от сверхтоков короткого замыкания обеспечивается защитной индуктивностью, установленной последовательно с нагрузкой.

         На рисунке 11 представлен упрощенный сборочный чертеж блока конденсаторов.

         Габаритные размеры ГИТ 5х4х2,5 м (д×ш×в). Объём – 50 м3 . Удельная запасаемая энергия 60 кДж/м3.

Рис.11. Упрощенный сборочный чертеж блока конденсаторов.

 
Назад На главнуюВ начало страницы