I. Definiciones básicas

El núcleo de un gabinete de condensadores de acoplamiento es a condensador de acoplamiento estándar de alta tensión , junto con un divisor de voltaje, una unidad de muestreo, un interruptor de puesta a tierra y una resistencia de amortiguación. Está conectado en serie al circuito de prueba de voltaje de resistencia a la frecuencia de la red/descarga parcial y es un componente central para pDetección de descargas parciales y pruebas de tensión de resistencia a la frecuencia industrial. Se utiliza ampliamente en sistemas de prueba de SIG, transformadores, aparamenta y cables de alta tensión.

II. Cinco funciones básicas

1. Acoplamiento y extracción de señales de descarga parcial (DP) (aplicación principal)

Durante las pruebas de alto voltaje, un descargo parcial Dentro del objeto de prueba (GIS, interruptor automático, transformador de medida) se genera una corriente pulsante que no puede medirse directamente. Se conecta un condensador de acoplamiento en paralelo con el terminal de alta tensión del objeto de prueba.

• Se puede aplicar un alto voltaje de frecuencia industrial a la muestra de prueba mediante acoplamiento capacitivo para lograr el voltaje de resistencia.
• La señal de pulso de alta frecuencia de descarga parcial (nivel MHz) es desviada por el condensador de acoplamiento y transmitida a la detector de descargas parciales (instrumento de descarga parcial, unidad de adquisición de corriente pulsada).
• Bloquea las señales de frecuencia de potencia de alto voltaje de 50 Hz y solo permite el paso de señales débiles de descarga parcial de alta frecuencia, lo que posibilita la detección cuantitativa de la amplitud y la frecuencia de la descarga parcial.

2. Divisor de tensión de frecuencia industrial y monitorización del muestreo de tensión

Un condensador de acoplamiento, junto con un brazo divisor de baja tensión, forma un divisor de voltaje capacitivo : El alto voltaje (U_{total}) se distribuye según la relación inversa de la reactancia capacitiva, mientras que el lado de bajo voltaje emite una señal de voltaje estándar de baja amplitud, que luego se envía a:

• Voltímetro digital;
• Dispositivo de disparo de protección contra sobretensión;
• El módulo de adquisición de datos del panel de control elimina la necesidad de un divisor de voltaje externo independiente, lo que permite la monitorización integrada en tiempo real y el control de regulación de voltaje en bucle cerrado de la tensión de prueba.

3. Aislar la frecuencia de potencia de alto voltaje y proteger los instrumentos de detección de descargas parciales.

El voltaje del circuito de prueba puede alcanzar decenas o cientos de kV. El equipo de detección de descargas parciales es un instrumento de precisión de bajo voltaje y no se puede conectar directamente a alto voltaje. Los condensadores en el gabinete de condensadores de acoplamiento bloquean la energía de CC/frecuencia de potencia, transmitiendo solo pulsos débiles de alta frecuencia, formando un aislamiento eléctrico. para evitar que un alto voltaje entre en el dispositivo de detección y queme el circuito. , garantizando así la seguridad de los equipos y del personal.

4. Suprimir las oscilaciones de alta frecuencia y amortiguar la resonancia de los circuitos de alto voltaje.

Los transformadores de prueba de alto voltaje, los reactores y los condensadores de prueba son propensos a la resonancia de alta frecuencia, lo que genera ruido de interferencia que enmascara la verdadera señal de descarga parcial. El gabinete incorpora Resistencias de amortiguación y circuitos de filtrado .

• Picos de oscilación en el circuito de absorción;
• Reducir las interferencias electromagnéticas causadas por descargas de corona externas y operaciones de conmutación;
• Reduce el ruido de fondo y mejora la relación señal-ruido para la detección de descargas parciales.

5. Funciones de protección contra puesta a tierra y desconexión de seguridad

El gabinete integra un interruptor de puesta a tierra de alto voltaje .

1. Tras la prueba, cierre el interruptor de puesta a tierra para descargar rápidamente el condensador de acoplamiento y la carga residual de la muestra de prueba a tierra, evitando así una descarga eléctrica residual de alto voltaje.
2. Conexión a tierra forzada durante el mantenimiento para establecer una interrupción de seguridad claramente visible;
3. Algunos gabinetes están equipados con protección contra sobrecorriente y averías, y pueden derivar rápidamente el alto voltaje para proteger el transformador de prueba en caso de descarga disruptiva de la muestra de prueba.

III. Dos escenarios de aplicación típicos

Escenario 1: Sistema de prueba integrado para descarga parcial y tensión de resistencia a frecuencia industrial de interruptores GIS/de alta tensión

Circuito de prueba: Transformador de prueba de frecuencia industrial → Banco de condensadores de acoplamiento → Muestra de prueba GIS

• Durante la etapa de tensión de resistencia: el condensador de acoplamiento es responsable de la división y la monitorización de la tensión;
• Etapa de detección de descargas parciales: Acopla y extrae las señales de descarga para monitorizar en tiempo real los defectos internos de descarga parcial.

Escenario 2: Sistema de detección de tensión de resistencia y descarga parcial del cable de alimentación

Los cables largos presentan una alta capacitancia a tierra, lo que hace que el circuito sea propenso a la resonancia. El banco de condensadores de acoplamiento cumple una doble función: división de voltaje y filtrado, para eliminar las interferencias de carga del cable e identificar con precisión las uniones y las descargas parciales en la capa de aislamiento.

IV. Comparación de la lógica de la tecnología clave suplementaria

Problemas con bancos de condensadores desacoplados:

1. La señal de descarga parcial no se puede extraer, por lo tanto prueba de descarga parcial no se puede realizar.
2. Carece de un divisor de voltaje incorporado, lo que resulta en una baja precisión en la medición del voltaje.
3. La interferencia de alto voltaje ingresa directamente al instrumento de prueba, causando un ruido extremadamente alto e imposibilitando la detección de defectos;
4. No existe un canal de descarga de carga residual, y existe riesgo de descarga eléctrica después de la prueba.

Función principal, clasificación y principio de funcionamiento de los divisores de tensión en los circuitos de detección de alta tensión.

Las tensiones de prueba de alta tensión pueden alcanzar miles, decenas o incluso cientos de kilovoltios. Los voltímetros y chips de adquisición comunes no pueden soportar directamente tensiones elevadas. Los divisores de voltaje son los dispositivos de muestreo reductores fundamentales de los sistemas de detección de alto voltaje. , que reducen voltajes ultraaltos a señales de bajo voltaje en una proporción precisa para su uso en circuitos de medición, protección y control.

I. Cinco funciones básicas

1. Reducción de alto voltaje para lograr una medición segura (función más básica).

Salidas de equipos de alta tensión (comprobadores de tensión de resistencia, generadores de impulsos, GIS, descargas parciales de transformadores, dispositivos resonantes en serie) alta tensión de nivel kV Los instrumentos convencionales y los módulos de adquisición ADC tienen una tensión de resistencia de tan solo decenas o cientos de voltios; una conexión directa provocaría una avería y un sobrecalentamiento instantáneos. Un divisor de tensión utiliza el principio de división de tensión por resistencia/capacitancia para convertir la alta tensión primaria \(U_1\) en la baja tensión secundaria \(U_2\) según una relación de división de tensión fija k.

\(U_2 = U_1 \times \frac{Z_2}{Z_1+Z_2}\) Ejemplo: divisor de voltaje de 100kV/100V, entrada de alto voltaje de 100kV, salida de bajo voltaje de solo 100V, se puede leer de forma segura con un multímetro y una tarjeta de adquisición de datos.

2. Calibración y medición precisas de la amplitud de voltaje.

La relación del divisor de voltaje está calibrada de fábrica con una precisión de 0.2 %/0.5 %, sirviendo como una referencia de medición de alta presión .

• Lectura en tiempo real de la tensión alta aplicada real durante las pruebas de tensión de resistencia a la frecuencia industrial y de tensión de resistencia inducida;
• Medición de los valores máximos de las tensiones de impulso de rayo e impulso de conmutación;
• La tensión de prueba de fábrica de los transformadores y transformadores de medida es trazable y cumple con los requisitos metrológicos de las normas de prueba de alta tensión GB/T y ANSI.

3. Aísle los circuitos de control de alta y baja tensión para garantizar la seguridad del personal y de los equipos.

Aislamiento eléctrico de alta y baja tensión: El lado de alta tensión está conectado a la muestra de prueba, y El lado de baja tensión está conectado al control industrial, la adquisición de datos y la interfaz hombre-máquina. Bloquea la entrada de alta tensión al sistema de corriente débil de baja tensión. Evita descargas eléctricas a los operarios y el sobrecalentamiento de la placa de control y medición de baja tensión, y es un componente esencial de aislamiento de seguridad para circuitos de alta tensión.

4. Proporciona retroalimentación de voltaje para lograr un control de regulación/supresión de voltaje en bucle cerrado.

Las fuentes de alimentación de alto voltaje (resonantes de frecuencia variable, fuentes de alto voltaje de CC, generadores de voltaje de impulsos) requieren retroalimentación de voltaje en tiempo real para el ajuste automático.

1. El divisor de voltaje genera una señal de muestreo de bajo voltaje, que luego se envía al controlador.
2. El PLC/microcontrolador compara la tensión establecida con la tensión muestreada real;
3. El ajuste automático de la unidad de potencia de refuerzo garantiza una salida de alto voltaje estable, evitando que la sobretensión y la presión excesiva dañen la muestra. Sin un divisor de voltaje, el dispositivo de alto voltaje no puede lograr una regulación automática de voltaje en bucle cerrado y solo puede realizar un aumento de voltaje manual aproximado.

5. Junto con el circuito de protección, proporciona protección contra sobretensiones y averías.

• Funcionamiento normal: La tensión de salida del divisor de tensión refleja linealmente la tensión alta;
• En el instante en que se produce una interrupción o descarga disruptiva de la muestra: la alta tensión cae repentinamente y la tensión del divisor de tensión cambia de forma sincrónica; el sistema de control identifica inmediatamente la falla, corta rápidamente la fuente de alimentación de refuerzo y descarga la alta tensión residual para evitar daños en el equipo y daños adicionales.

II. Escenarios adecuados y funciones adicionales de diferentes tipos de Divisores de voltaje

1. Divisor de voltaje resistivo (Alta tensión continua, tensión de resistencia continua a frecuencia industrial)

• Aplicable a: alto voltaje de CC, voltaje de frecuencia de potencia que cambia lentamente;
• Función adicional: También tiene la función de descarga de carga residual Tras la prueba, el alto voltaje almacenado en la capacitancia de la muestra se libera lentamente a través de la resistencia divisora ​​de voltaje para evitar descargas eléctricas residuales.
• Debilidad: Genera mucho calor bajo impactos de alta frecuencia, lo que lo hace inadecuado para resistir rayos.

2. Divisor de voltaje capacitivo (alta tensión CA de frecuencia industrial, GIS, resonante en serie)

• Aplicable a: Tensión de resistencia de CA de frecuencia de potencia de 50/60 Hz y prueba de descarga parcial;
• Ventajas: Bajas pérdidas y bajo aumento de temperatura, adecuado para pruebas continuas de alta presión a largo plazo;
• Función: Eliminar el error de deriva de temperatura en los divisores de voltaje resistivos y garantizar una medición de voltaje estable durante las pruebas a largo plazo.

3. Divisor de voltaje resistencia-capacitancia (Doble uso CA/CC, detección de tensión de impulso de rayo)

Para las mediciones de corriente alterna/continua y de impactos transitorios se utiliza una estructura compuesta que combina resistencia y capacitancia.

• Muestreo preciso de la tensión de frecuencia de potencia en estado estacionario;
• Capturar el valor máximo de una forma de onda de voltaje de impulso de rayo a nivel de nanosegundos;
• La supresión de oscilaciones y la eliminación de la distorsión de la forma de onda son elementos de muestreo estándar para las pruebas de tensión de impulso.

III. Suplemento: Funciones de apoyo indispensables para circuitos de alta tensión

1. Restauración de la forma de onda : El divisor de voltaje RC no tiene distorsión de fase, y el osciloscopio puede adquirir completamente la forma de onda de alto voltaje para el análisis de descargas parciales y formas de onda de impulsos;
2. Coincidencia de impedancia : Haga coincidir la impedancia de salida de la fuente de alto voltaje con la impedancia de entrada del equipo de adquisición posterior para evitar la distorsión por reflexión de la señal;
3. Instrumentos estándar divisores de voltaje: Los divisores de voltaje estándar de alta precisión se pueden utilizar como fuentes de calibración para calibrar otros equipos de medición de alta tensión (medidores de alta tensión, transformadores de tensión).

IV. En resumen

Un divisor de voltaje es esencialmente un dispositivo de conversión, aislamiento y retroalimentación de señales de alto voltaje Reduce linealmente los voltajes ultraaltos que no se pueden medir directamente a voltajes bajos seguros, al tiempo que realiza cuatro funciones principales: aislamiento de alto voltaje, medición de voltaje, regulación de voltaje en lazo cerrado y protección contra sobretensiones. Es un dispositivo clave indispensable en todos los circuitos de detección y prueba de alto voltaje.