I. Définitions de base

Le cœur d'une armoire à condensateurs de couplage est constitué d'un condensateur de couplage standard haute tension , associé à un diviseur de tension, un échantillonneur, un interrupteur de mise à la terre et une résistance d'amortissement. Connectée en série au circuit d'essai de tenue en tension/décharges partielles à fréquence industrielle, elle constitue un élément essentiel pour la détection des décharges partielles et les essais de tenue en tension à fréquence industrielle . Elle est largement utilisée dans les systèmes d'essai haute tension des GIS, des transformateurs, des appareillages de commutation et des câbles.

II. Cinq fonctions essentielles

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

Lors des essais haute tension, un courant impulsionnel de décharge partielle 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 ;
• Le signal impulsionnel haute fréquence de décharge partielle (niveau MHz) est dérivé par le condensateur de couplage et transmis au détecteur de décharge partielle (instrument de décharge partielle, unité d'acquisition de courant pulsé).
• Il bloque les signaux de fréquence du réseau électrique haute tension de 50 Hz et ne laisse passer que les faibles signaux de décharge partielle haute fréquence, permettant ainsi la détection quantitative de l'amplitude et de la fréquence de décharge partielle.

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

Un condensateur de couplage, associé à un bras diviseur de tension basse, forme un diviseur de tension capacitif : 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. Ils forment ainsi une isolation électrique empêchant la haute tension de pénétrer dans l'appareil de détection et d'endommager le circuit , garantissant ainsi la sécurité de l'équipement 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 des résistances d'amortissement et des circuits de filtrage.

• Pics d'oscillation dans le circuit d'absorption ;
• Réduire les interférences électromagnétiques causées par les décharges corona externes et les opérations de commutation ;
• 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

L'armoire 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 en cas de contournement de l'échantillon testé.

III. Deux scénarios d'application typiques

Scénario 1 : Système de test intégré pour la tension de tenue aux décharges partielles et à la fréquence industrielle des commutateurs GIS/haute tension

Circuit de test : Transformateur d’essai à fréquence industrielle → Batterie de condensateurs de couplage → Échantillon de test GIS

• 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

Les longs câbles présentent une forte capacité à la terre, ce qui rend le circuit sujet à la résonance. Le banc de condensateurs de couplage remplit une double fonction de division de tension et de filtrage afin d'éliminer les interférences dues à la charge des câbles et d'identifier avec précision les jonctions de câbles ainsi que les décharges partielles dans la couche isolante.

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 haute tension peuvent atteindre des milliers, des dizaines, voire des centaines de kilovolts. Les voltmètres et les puces d'acquisition classiques ne supportent pas directement les hautes tensions. Les ponts diviseurs de tension constituent les dispositifs d'échantillonnage abaisseurs essentiels des systèmes de détection haute tension ; ils réduisent les tensions ultra-élevées à des signaux basse tension selon un rapport précis, pour une utilisation dans les circuits de mesure, de protection et de commande.

I. Cinq fonctions essentielles

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

Les équipements haute tension (testeurs de tenue diélectrique, générateurs d'impulsions, GIS, décharges partielles de transformateurs, dispositifs résonants série) délivrent une tension de l'ordre du kilovolt . Les instruments conventionnels et les modules d'acquisition ADC ont une tension de tenue diélectrique de seulement quelques dizaines à quelques centaines de volts ; un raccordement direct provoquerait une défaillance instantanée. Un diviseur de tension utilise le principe de la division de tension par résistance/capacité pour convertir la haute tension primaire U₁ en la basse tension secondaire U₂ selon un rapport de division 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

Le rapport du diviseur de tension est calibré en usine avec une précision de 0.2 %/0.5 %, servant de 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, d’acquisition de données et à l’interface homme-machine. Ce dispositif empêche la haute tension de pénétrer dans le système basse tension à faible courant , prévenant ainsi les chocs électriques pour les opérateurs et la destruction des cartes de mesure et de contrôle basse tension. Il s’agit d’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.

Les alimentations haute tension (résonantes à fréquence variable, sources haute tension CC, générateurs de tension impulsionnelle) nécessitent un retour d'information de tension en temps réel pour un réglage automatique.

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. restauration de la forme d'onde : 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 pour étalonner d'autres équipements de mesure haute tension (voltmètres haute tension, transformateurs de tension).

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 tensions extrêmement élevées, non mesurables directement, à des tensions basses de sécurité, 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.