I. Grundlegende Definitionen

Das Herzstück eines Koppelkondensatorgehäuses ist a Hochspannungs-Standard-Koppelkondensator Zusammen mit einem Spannungsteiler, einer Abtasteinheit, einem Erdungsschalter und einem Dämpfungswiderstand ist es in Reihe mit der Netzfrequenz-Stehspannungs-/Teilentladungsprüfschaltung geschaltet und eine Kernkomponente für pErkennung von elektrischen Entladungen und Prüfung der Netzfrequenz-Stehspannung Es findet breite Anwendung in GIS-, Transformatoren-, Schaltanlagen- und Kabel-Hochspannungsprüfsystemen.

II. Fünf Kernfunktionen

1. Kopplung und Extraktion von Teilentladungssignalen (Kernanwendung)

Während der Hochspannungsprüfung, Teilentladung Im Inneren des Prüfobjekts (GIS, Leistungsschalter, Messwandler) wird ein Impulsstrom erzeugt, der nicht direkt gemessen werden kann. Ein Koppelkondensator wird parallel zum Hochspannungsanschluss des Prüfobjekts geschaltet.

• Durch kapazitive Kopplung kann eine Hochspannung mit Netzfrequenz an das Prüfobjekt angelegt werden, um eine Spannungsfestigkeit zu erreichen.
• Das hochfrequente Impulssignal der Teilentladung (MHz-Bereich) wird über den Koppelkondensator abgelenkt und an den Teilentladungsdetektor (Teilentladungsmessgerät, Impulsstromerfassungseinheit).
• Es blockiert 50-Hz-Hochspannungssignale und lässt nur schwache hochfrequente Teilentladungssignale durch, wodurch eine quantitative Erfassung der Teilentladungsamplitude und -frequenz ermöglicht wird.

2. Netzfrequenz-Spannungsteiler und Spannungsabtastüberwachung

Ein Koppelkondensator, gepaart mit einem Niederspannungsteilerarm, bildet ein kapazitiver Spannungsteiler Die Hochspannung (U_{total}) wird im umgekehrten Verhältnis der kapazitiven Reaktanz verteilt, während die Niederspannungsseite ein Standardspannungssignal mit niedriger Amplitude ausgibt, das dann an folgende Stellen gesendet wird:

• Digitales Voltmeter;
• Überspannungsschutz-Auslösevorrichtung;
• Das Datenerfassungsmodul des Bedienfelds macht einen separaten externen Spannungsteiler überflüssig und ermöglicht so eine integrierte Echtzeitüberwachung und eine Regelung der Prüfspannung im geschlossenen Regelkreis.

3. Hochspannungsnetzfrequenz isolieren und Teilentladungserkennungsgeräte schützen.

Die Spannung im Prüfkreis kann mehrere zehn bis hundert kV erreichen. Teilentladungsmessgeräte sind Niederspannungs-Präzisionsinstrumente und dürfen nicht direkt an Hochspannung angeschlossen werden. Die Kondensatoren im Koppelkondensatorgehäuse blockieren Gleichstrom- und Netzfrequenzenergie und übertragen lediglich schwache Hochfrequenzimpulse, wodurch eine elektrische Isolation entsteht. um zu verhindern, dass Hochspannung in das Detektionsgerät gelangt und die Schaltung durchbrennt. Dadurch wird die Sicherheit von Ausrüstung und Personal gewährleistet.

4. Hochfrequente Schwingungen unterdrücken und die Resonanz von Hochspannungskreisen dämpfen.

Hochspannungsprüftransformatoren, Drosselspulen und Prüfkondensatoren neigen zu hochfrequenten Resonanzen, die Störgeräusche erzeugen, welche das eigentliche Teilentladungssignal überdecken. Das Gehäuse beinhaltet Dämpfungswiderstände und Filterschaltungen .

• Schwingungsspitzen im Absorptionskreis;
• Reduzierung elektromagnetischer Störungen durch externe Koronaentladungen und Schaltvorgänge;
• Reduzierung des Hintergrundrauschens und Verbesserung des Signal-Rausch-Verhältnisses bei der Teilentladungserkennung.

5. Schutzfunktionen für Erdung und Trennung

Der Schrank integriert ein Hochspannungs-Erdungsschalter .

1. Nach dem Test muss der Erdungsschalter geschlossen werden, um den Koppelkondensator und die Restladung der Testprobe schnell gegen Erde abzuleiten und so einen elektrischen Schlag durch Restspannung zu verhindern.
2. Zwangserdung während der Wartungsarbeiten zur Herstellung einer deutlich sichtbaren Sicherheitsunterbrechung;
3. Einige Schaltschränke sind mit Überstrom- und Durchschlagschutz ausgestattet und können die Hochspannung schnell ableiten, um die Anlage zu schützen. Prüftransformator im Falle eines Überschlags der Testprobe.

III. Zwei typische Anwendungsszenarien

Szenario 1: Integriertes Testsystem für Teilentladungen und Netzfrequenz-Stehspannung von GIS-/Hochspannungsschaltern

Prüfschaltung: Netzfrequenz-Prüftransformator → Koppelkondensatorbank → GIS-Prüfmuster

• Während der Spannungsfestigkeitsphase: Der Koppelkondensator ist für die Spannungsteilung und Spannungsüberwachung zuständig;
• Teilentladungserkennungsphase: Kopplung und Extraktion von Entladungssignalen zur Echtzeitüberwachung interner Teilentladungsfehler.

Szenario 2: Spannungsfestigkeits- und Teilentladungserkennungssystem für Stromkabel

Lange Kabel weisen eine hohe Kapazität gegen Masse auf, wodurch der Stromkreis anfällig für Resonanzen wird. Die Koppelkondensatorenbank erfüllt eine Doppelfunktion der Spannungsteilung und Filterung, um Ladestörungen der Kabel zu unterdrücken und Kabelverbindungen sowie Teilentladungen in der Isolierschicht präzise zu identifizieren.

IV. Vergleich der Logik ergänzender Schlüsseltechnologien

Probleme mit entkoppelten Kondensatorbänken:

1. Das Teilentladungssignal kann nicht extrahiert werden, daher Teilentladungsprüfung kann nicht durchgeführt werden.
2. Es verfügt über keinen eingebauten Spannungsteiler, was zu einer geringen Genauigkeit der Spannungsmessung führt.
3. Hochspannungsstörungen gelangen direkt in das Prüfgerät, verursachen extrem hohe Störungen und machen es unmöglich, Fehler zu erkennen;
4. Es gibt keinen Restladungsableitungskanal, und nach dem Test besteht die Gefahr eines Stromschlags.

Die Kernrolle, Klassifizierung und Funktionsprinzipie von Spannungsteilern in Hochspannungsdetektionsschaltungen.

Hochspannungsprüfspannungen können Tausende, Dutzende oder sogar Hunderte von Kilovolt erreichen. Herkömmliche Voltmeter und Datenerfassungschips sind nicht direkt für hohe Spannungen geeignet. Spannungsteiler sind die zentralen Abwärtsabtastgeräte von Hochspannungsdetektionssystemen. , die ultrahohe Spannungen in einem präzisen Verhältnis auf Niederspannungssignale reduzieren, die in Mess-, Schutz- und Steuerschaltungen eingesetzt werden können.

I. Fünf Kernfunktionen

1. Hochspannungsreduzierung zur Gewährleistung sicherer Messungen (grundlegendste Funktion)

Ausgänge von Hochspannungsgeräten (Spannungsprüfgeräte, Impulsgeneratoren, GIS, Transformator-Teilentladungsgeräte, Reihenresonanzgeräte) kV-Hochspannung Herkömmliche Messgeräte und ADC-Erfassungsmodule haben eine Spannungsfestigkeit von nur wenigen zehn bis einigen hundert Volt; eine direkte Verbindung würde zu einem sofortigen Durchschlag und einer Zerstörung führen. Ein Spannungsteiler nutzt das Prinzip der Widerstands-/Kapazitäts-Spannungsteilung, um die primäre Hochspannung \(U_1\) gemäß einem festen Teilungsverhältnis k in die sekundäre Niederspannung \(U_2\) umzuwandeln.

\(U_2 = U_1 \times \frac{Z_2}{Z_1+Z_2}\) Beispiel: 100kV/100V Spannungsteiler, Eingang 100kV Hochspannung, Ausgang nur 100V Niederspannung, kann sicher mit einem Multimeter und einer Datenerfassungskarte ausgelesen werden.

2. Genaue Kalibrierung und Messung der Spannungsamplitude

Das Spannungsteilerverhältnis ist werkseitig mit einer Genauigkeit von 0.2 %/0.5 % kalibriert und dient als eine Hochdruck-Messreferenz .

• Echtzeitmessung der tatsächlich angelegten Hochspannung bei Netzfrequenz- und induzierten Spannungsfestigkeitsprüfungen;
• Messung der Spitzenwerte von Blitzstoß- und Schaltstoßspannungen;
• Die werkseitige Prüfspannung von Transformatoren und Messwandlern ist rückführbar und erfüllt die metrologischen Anforderungen der Hochspannungsprüfnormen GB/T und ANSI.

3. Hochspannungs- und Niederspannungs-Steuerkreise müssen getrennt werden, um die Sicherheit von Personen und Geräten zu gewährleisten.

Elektrische Hoch- und Niederspannungstrennung: Die Hochspannungsseite ist mit dem Prüfling verbunden, und Die Niederspannungsseite ist mit der industriellen Steuerung, der Datenerfassung und der Mensch-Maschine-Schnittstelle verbunden. Sie verhindert, dass Hochspannung in das Niederspannungs-Schwachstromsystem gelangt. , verhindert Stromschläge für die Bediener und das Durchbrennen der Niederspannungsmess- und Steuerplatine und ist eine wichtige Sicherheitsisolierungskomponente für Hochspannungskreise.

4. Bietet Spannungsrückkopplung zur Erreichung einer geschlossenen Spannungsregelung/Spannungsunterdrückung.

Hochspannungsnetzteile (Resonanzgeneratoren mit variabler Frequenz, Gleichstrom-Hochspannungsquellen, Impulsspannungsgeneratoren) benötigen eine Echtzeit-Spannungsrückmeldung zur automatischen Anpassung.

1. Der Spannungsteiler gibt ein Niederspannungs-Abtastsignal aus, das dann an den Controller gesendet wird.
2. Die SPS/der Mikrocontroller vergleicht die Sollspannung mit der tatsächlich gemessenen Spannung;
3. Die automatische Anpassung der Aufwärtswandlereinheit gewährleistet eine stabile Hochspannungsausgabe und verhindert so Überschwingen und Überdruck, die die Probe beschädigen könnten. Ohne Spannungsteiler kann das Hochspannungsgerät keine automatische Spannungsregelung im geschlossenen Regelkreis durchführen und nur eine grobe manuelle Spannungserhöhung vornehmen.

5. In Verbindung mit der Schutzschaltung bietet es Schutz vor Überspannung und Durchschlag.

• Normalbetrieb: Die Ausgangsspannung des Spannungsteilers spiegelt die Hochspannung linear wider;
• Im Moment des Probendurchschlags/Überschlags: Die Hochspannung fällt plötzlich ab, und die Spannung der Spannungsteilerabtastung ändert sich synchron; das Steuerungssystem erkennt sofort den Fehler, schaltet schnell die Aufwärtsstromversorgung ab und entlädt die Resthochspannung, um Geräteschäden und Folgeschäden zu verhindern.

II. Geeignete Szenarien und Zusatzfunktionen verschiedener Typen Spannungsteiler

1. Widerstandsspannungsteiler (Gleichstrom-Hochspannung, Gleichstrom-Stehspannung bei Netzfrequenz)

• Anwendbar auf: Gleichstrom-Hochspannung, langsam veränderliche Netzfrequenzspannung;
• Zusätzliche Funktion: Es hat auch die Funktion von Restladung entladen Nach dem Test wird die in der Probenkapazität gespeicherte Hochspannung langsam über den Spannungsteilerwiderstand abgelassen, um einen Reststromschlag zu vermeiden.
• Schwäche: Es erzeugt bei hochfrequenten Stößen erhebliche Hitze, wodurch es für Blitzeinschläge ungeeignet ist.

2. Kapazitiver Spannungsteiler (Netzfrequenz-Wechselstrom-Hochspannung, GIS, Serienresonanz)

• Anwendbar auf: 50/60 Hz Netzfrequenz, Wechselstrom-Stehspannung und Teilentladungsprüfung;
• Vorteile: Geringe Verluste und geringer Temperaturanstieg, geeignet für langfristige, kontinuierliche Hochdruckprüfungen;
• Funktion: Zur Beseitigung von Temperaturdriftfehlern in resistiven Spannungsteilern und zur Gewährleistung einer stabilen Spannungsmessung bei Langzeittests.

3. Spannungsteiler mit Widerstand und Kondensator (Wechsel-/Gleichstrombetrieben, Blitzstoßspannungserkennung)

Für Wechselstrom-/Gleichstrom- und transiente Stoßmessungen wird eine Widerstands-Kondensator-Anpassungsstruktur verwendet.

• Genaue Abtastung der stationären Netzfrequenzspannung;
• Den Spitzenwert einer Blitzimpulsspannungswellenform im Nanosekundenbereich erfassen;
• Die Unterdrückung von Schwingungen und die Beseitigung von Wellenformverzerrungen sind Standard-Abtastelemente für Impulsspannungsprüfungen.

III. Ergänzung: Unverzichtbare Unterstützungsfunktionen für Hochspannungsschaltungen

1. Wiederherstellung der Wellenform Der RC-Spannungsteiler weist keine Phasenverzerrung auf, und das Oszilloskop kann die Hochspannungswellenform vollständig erfassen, um Teilentladungen und Impulswellenformen zu analysieren.
2. Impedanzanpassung : Die Ausgangsimpedanz der Hochspannungsquelle muss an die Eingangsimpedanz des nachgeschalteten Datenerfassungsgeräts angepasst werden, um Signalverzerrungen durch Reflexionen zu vermeiden;
3. Standard-Spannungsteilerinstrumente: Hochpräzise Standard-Spannungsteiler können verwendet werden als Kalibrierungsquellen zur Kalibrierung anderer Hochspannungsmessgeräte (Hochspannungsmessgeräte, Spannungswandler).

IV. Zusammenfassung

Ein Spannungsteiler ist im Wesentlichen ein Hochspannungssignal-Umwandlungs-, Isolations- und Rückkopplungsgerät Es reduziert extrem hohe, nicht direkt messbare Spannungen linear auf sichere Niederspannungen und realisiert dabei vier Kernfunktionen: Hochspannungsisolation, Spannungsmessung, Spannungsregelung im geschlossenen Regelkreis und Überspannungsschutz. Es ist ein unverzichtbares Schlüsselbauteil in allen Hochspannungsdetektions- und Hochspannungsprüfschaltungen.