I. Basic Definitions

The core of a coupling capacitor cabinet is a condensateur de couplage standard haute tension , ainsi qu'un diviseur de tension, une unité d'échantillonnage, un interrupteur de mise à la terre et une résistance d'amortissement. Il est connecté en série au circuit d'essai de tenue en tension/décharge partielle à fréquence industrielle et constitue un composant essentiel pour pdétection des décharges artificielles et essais de tenue en tension à fréquence industrielle Il est largement utilisé dans les systèmes de test GIS, les transformateurs, les appareillages de commutation et les câbles haute tension.

II. Cinq fonctions essentielles

1. Couplage et extraction du signal de décharge partielle (DP) (application principale)

Lors des essais à haute tension, un décharge partielle Un courant pulsé est généré à l'intérieur de l'objet testé (GIS, disjoncteur, transformateur de mesure) et ne peut être mesuré directement. Un condensateur de couplage est connecté en parallèle à la borne haute tension de l'objet testé.

• Une haute tension à fréquence industrielle peut être appliquée à l'échantillon testé par couplage capacitif pour atteindre la tension de tenue ;
• The high-frequency pulse signal of partial discharge (MHz level) is shunt by the coupling capacitor and transmitted to the détecteur de décharge partielle (instrument de décharge partielle, unité d'acquisition de courant pulsé).
• It blocks 50Hz high-voltage power frequency signals and allows only weak high-frequency partial discharge signals to be passed, enabling quantitative detection of partial discharge amplitude and discharge frequency.

2. Diviseur de tension à fréquence industrielle et surveillance de l'échantillonnage de tension

A coupling capacitor, paired with a low-voltage divider arm, forms a capacitive voltage divider La haute tension (U_{total}) est distribuée selon le rapport inverse de la réactance capacitive, tandis que le côté basse tension produit un signal de tension standard de faible amplitude, qui est ensuite envoyé à :

• Voltmètre numérique ;
• Dispositif de déclenchement de protection contre les surtensions ;
• Le module d'acquisition de données du panneau de commande élimine le besoin d'un diviseur de tension externe séparé, permettant une surveillance intégrée en temps réel et un contrôle de régulation de tension en boucle fermée de la tension de test.

3. Isoler la fréquence du réseau haute tension et protéger les instruments de détection des décharges partielles.

La tension du circuit de test peut atteindre plusieurs dizaines, voire centaines de kV. L'appareil de détection des décharges partielles est un instrument de précision basse tension et ne peut être connecté directement à la haute tension. Les condensateurs de l'armoire de couplage bloquent l'énergie continue/à fréquence industrielle, ne laissant passer que de faibles impulsions haute fréquence et assurant ainsi une isolation électrique. pour empêcher la haute tension de pénétrer dans le détecteur et de griller le circuit. , assurant ainsi la sécurité des équipements et du personnel.

4. Supprimer les oscillations à haute fréquence et amortir la résonance des circuits à haute tension.

Les transformateurs, réacteurs et condensateurs d'essai haute tension sont sujets à la résonance haute fréquence, générant des interférences qui masquent le véritable signal de décharge partielle. L'armoire intègre résistances d'amortissement et circuits de filtrage .

• Pics d'oscillation dans le circuit d'absorption ;
• Reduce electromagnetic interference caused by external corona discharge and switching operations;
• Réduire le bruit de fond et améliorer le rapport signal/bruit pour la détection des décharges partielles.

5. Fonctions de mise à la terre et de protection contre la déconnexion pour la sécurité

Le meuble intègre un interrupteur de mise à la terre haute tension .

1. Après le test, fermez l'interrupteur de mise à la terre pour décharger rapidement le condensateur de couplage et la charge résiduelle de l'échantillon testé à la terre afin d'éviter tout choc électrique résiduel à haute tension.
2. Mise à la terre forcée pendant la maintenance pour établir une coupure de sécurité clairement visible ;
3. Certaines armoires sont équipées d'une protection contre les surintensités et les claquages, et peuvent rapidement court-circuiter la haute tension pour protéger les équipements. transformateur d'essai in the event of flashover of the test sample.

III. Deux scénarios d'application typiques

Scenario 1: Integrated Test System for Partial Discharge and Power Frequency Withstand Voltage of GIS/High Voltage Switch

Test circuit: Power frequency test transformer → Coupling capacitor bank → GIS test sample

• Pendant la phase de tension de tenue : le condensateur de couplage est responsable de la division et de la surveillance de la tension ;
• Étape de détection des décharges partielles : coupler et extraire les signaux de décharge pour surveiller en temps réel les défauts de décharge partielle internes.

Scénario 2 : Système de détection de la tension de tenue et des décharges partielles des câbles d’alimentation

Long cables have large capacitance to ground, making the circuit prone to resonance. The coupling capacitor bank has a dual function of voltage division and filtering to filter out cable charging interference and accurately identify cable joints and partial discharge in the insulation layer.

IV. Comparaison de la logique des technologies clés supplémentaires

Problèmes liés aux bancs de condensateurs non couplés :

1. Le signal de décharge partielle ne peut pas être extrait, donc test de décharge partielle ne peut être effectué.
2. Il est dépourvu de diviseur de tension intégré, ce qui entraîne une faible précision de mesure de la tension.
3. Les interférences haute tension pénètrent directement dans l'instrument de test, provoquant un bruit extrêmement élevé et rendant impossible la détection des défauts ;
4. Il n'existe aucun canal de décharge de charge résiduelle, et il y a un risque de choc électrique après le test.

Rôle principal, classification et principe des diviseurs de tension dans les circuits de détection haute tension.

Les tensions d'essai à haute tension peuvent atteindre des milliers, des dizaines, voire des centaines de kilovolts. Les voltmètres et les puces d'acquisition ordinaires ne peuvent pas supporter directement de telles tensions. Les diviseurs de tension sont les dispositifs d'échantillonnage abaisseurs de tension de base des systèmes de détection de haute tension. , qui réduisent les tensions ultra-élevées à des signaux de basse tension dans un rapport précis pour une utilisation dans les circuits de mesure, de protection et de contrôle.

I. Cinq fonctions essentielles

1. Réduction de la haute tension pour une mesure sûre (fonction la plus élémentaire)

Sorties des équipements haute tension (testeurs de tenue en tension, générateurs d'impulsions, GIS, décharges partielles de transformateurs, dispositifs résonants série) haute tension de niveau kV Les instruments conventionnels et les modules d'acquisition ADC ont une tension de tenue de seulement quelques dizaines à quelques centaines de volts ; un raccordement direct provoquerait une panne instantanée. Un diviseur de tension utilise le principe de la division de tension par résistance/capacité pour convertir la haute tension primaire \(U_1\) en la basse tension secondaire \(U_2\) selon un rapport de division de tension fixe k.

\(U_2 = U_1 \times \frac{Z_2}{Z_1+Z_2}\) Exemple : diviseur de tension 100 kV/100 V, entrée haute tension 100 kV, sortie basse tension 100 V seulement, peut être lu en toute sécurité par multimètre et carte d'acquisition de données.

2. Étalonnage et mesure précis de l'amplitude de tension

The voltage divider ratio is factory calibrated with an accuracy of 0.2%/0.5%, serving as une référence de mesure haute pression .

• Lecture en temps réel de la haute tension appliquée lors des essais de tenue en tension à fréquence industrielle et de tenue en tension induite ;
• Mesure des valeurs de crête des tensions d'impulsion de foudre et d'impulsion de commutation ;
• La tension d'essai en usine des transformateurs et des transformateurs de mesure est traçable et répond aux exigences métrologiques des normes d'essai haute tension GB/T et ANSI.

3. Isoler les circuits de commande haute tension et basse tension pour assurer la sécurité des personnes et des équipements.

Isolation électrique haute et basse tension : le côté haute tension est connecté à l’échantillon testé, et Le côté basse tension est connecté au système de contrôle industriel, à l'acquisition de données et à l'interface homme-machine. Il empêche la haute tension de pénétrer dans le système basse tension à faible courant. , empêche les chocs électriques pour les opérateurs et la surchauffe de la carte de mesure et de contrôle basse tension, et constitue un composant d'isolation de sécurité essentiel pour les circuits haute tension.

4. Fournit une rétroaction de tension pour réaliser un contrôle de régulation/suppression de tension en boucle fermée.

High-voltage power supplies (variable frequency resonant, DC high-voltage source, impulse voltage generator) require real-time voltage feedback for automatic adjustment.

1. Le diviseur de tension produit un signal d'échantillonnage basse tension, qui est ensuite envoyé au contrôleur.
2. L'automate programmable/microcontrôleur compare la tension de consigne avec la tension réelle échantillonnée ;
3. Le réglage automatique de l'unité d'amplification garantit une tension de sortie haute tension stable, évitant ainsi les surtensions et les surpressions susceptibles d'endommager l'échantillon. Sans diviseur de tension, le dispositif haute tension ne peut assurer une régulation de tension automatique en boucle fermée et ne peut effectuer qu'une amplification manuelle approximative.

5. En association avec le circuit de protection, il assure une protection contre les surtensions et les claquages.

• Fonctionnement normal : La tension de sortie du diviseur de tension reflète linéairement la haute tension ;
• Au moment de la défaillance/du contournement de l'échantillon : la haute tension chute brutalement et la tension d'échantillonnage du diviseur de tension change de manière synchrone ; le système de contrôle identifie immédiatement le défaut, coupe rapidement l'alimentation survoltée et décharge la haute tension résiduelle afin d'éviter d'endommager l'équipement et d'aggraver les dommages.

II. Scénarios appropriés et fonctions supplémentaires des différents types de Diviseurs de tension

1. diviseur de tension résistif (Haute tension continue, tension de tenue en courant continu à fréquence industrielle)

• Applicable à : haute tension continue, tension de fréquence secteur à variation lente ;
• Fonction supplémentaire : Elle possède également la fonction de décharge de la charge résiduelle Après le test, la haute tension stockée dans la capacité de l'échantillon est lentement relâchée par la résistance diviseuse de tension afin d'éviter tout choc électrique résiduel.
• Point faible : Il génère une chaleur importante sous l'effet d'impacts à haute fréquence, ce qui le rend inadapté aux impacts de foudre.

2. Diviseur de tension capacitif (haute tension alternative à fréquence industrielle, GIS, résonant série)

• Applicable à : tension de tenue en courant alternatif à fréquence industrielle de 50/60 Hz et test de décharge partielle;
• Avantages : Faibles pertes et faible élévation de température, adaptés aux essais continus à haute pression de longue durée ;
• Fonction : Éliminer l'erreur de dérive thermique dans les diviseurs de tension résistifs et assurer une mesure de tension stable lors des tests à long terme.

3. diviseur de tension résistance-condensateur (Double usage AC/DC, détection de tension d'impulsion de foudre)

Une structure composite de résistance et de condensateur adaptée est utilisée pour les mesures d'impact AC/DC et transitoires.

• Échantillonnage précis de la tension à fréquence industrielle en régime permanent ;
• Capturez la valeur de crête d'une forme d'onde de tension d'impulsion de foudre de niveau nanoseconde ;
• La suppression des oscillations et l'élimination de la distorsion de la forme d'onde sont des éléments d'échantillonnage standard pour les tests de tension impulsionnelle.

III. Supplément : Fonctions de support indispensables pour les circuits haute tension

1. Waveform restoration : Le diviseur de tension RC ne présente aucune distorsion de phase, et l'oscilloscope peut acquérir complètement la forme d'onde haute tension pour l'analyse des décharges partielles et des formes d'onde impulsionnelles ;
2. Adaptation d'impédance : Adapter l'impédance de sortie de la source haute tension à l'impédance d'entrée de l'équipement d'acquisition en aval afin d'éviter la distorsion du signal par réflexion ;
3. Instruments étalons de diviseurs de tension : Les diviseurs de tension étalons de haute précision peuvent être utilisés comme sources d'étalonnage to calibrate other high-voltage measuring equipment (high-voltage meters, voltage transformers).

IV. En résumé

Un diviseur de tension est essentiellement un dispositif de conversion, d'isolation et de rétroaction des signaux haute tension Il réduit linéairement les très hautes tensions, non mesurables directement, à des tensions basses sûres, tout en assurant quatre fonctions essentielles : isolation haute tension, mesure de tension, régulation de tension en boucle fermée et protection contre les surtensions. C’est un composant indispensable dans tous les circuits de détection et de test haute tension.