I. Definizioni di base

Il nucleo di un armadio per condensatori di accoppiamento è a condensatore di accoppiamento standard ad alta tensione , insieme a un divisore di tensione, un'unità di campionamento, un interruttore di messa a terra e una resistenza di smorzamento. È collegato in serie al circuito di prova della tensione di tenuta alla frequenza di rete/scarica parziale ed è un componente fondamentale per prilevamento di scariche elettriche e test di tenuta alla tensione a frequenza industriale È ampiamente utilizzato nei sistemi di collaudo GIS, nei trasformatori, nelle apparecchiature di commutazione e nei cavi ad alta tensione.

II. Cinque funzioni principali

1. Accoppiamento ed estrazione del segnale di scarica parziale (PD) (applicazione principale)

Durante i test ad alta tensione, un scarico parziale All'interno dell'oggetto in prova (GIS, interruttore automatico, trasformatore di misura) viene generata una corrente impulsiva che non può essere misurata direttamente. Un condensatore di accoppiamento è collegato in parallelo al terminale ad alta tensione dell'oggetto in prova.

• È possibile applicare un'alta tensione ad alta frequenza di rete al campione di prova tramite accoppiamento capacitivo per ottenere la tensione di tenuta;
• Il segnale impulsivo ad alta frequenza della scarica parziale (livello MHz) viene deviato dal condensatore di accoppiamento e trasmesso al rilevatore di scariche parziali (strumento a scarica parziale, unità di acquisizione della corrente pulsata).
• Blocca i segnali di frequenza di rete ad alta tensione a 50 Hz e permette il passaggio solo di segnali di scarica parziale ad alta frequenza di bassa intensità, consentendo il rilevamento quantitativo dell'ampiezza e della frequenza di scarica parziale.

2. Divisore di tensione a frequenza industriale e monitoraggio del campionamento di tensione

Un condensatore di accoppiamento, abbinato a un braccio divisore a bassa tensione, forma un divisore di tensione capacitivo : L'alta tensione (U_{totale}) viene distribuita secondo il rapporto inverso della reattanza capacitiva, mentre il lato a bassa tensione emette un segnale di tensione standard a bassa ampiezza, che viene poi inviato a:

• Voltmetro digitale;
• Dispositivo di intervento per protezione da sovratensione;
• Il modulo di acquisizione dati del pannello di controllo elimina la necessità di un partitore di tensione esterno separato, consentendo il monitoraggio integrato in tempo reale e il controllo della regolazione della tensione di prova ad anello chiuso.

3. Isolare la frequenza di rete ad alta tensione e proteggere gli strumenti di rilevamento delle scariche parziali.

La tensione del circuito di prova può raggiungere decine o centinaia di kV. L'apparecchiatura per il rilevamento delle scariche parziali è uno strumento di precisione a bassa tensione e non può essere collegata direttamente ad alta tensione. I condensatori nell'armadio dei condensatori di accoppiamento bloccano l'energia CC/frequenza di rete, trasmettendo solo deboli impulsi ad alta frequenza, formando un isolamento elettrico. per impedire che un'alta tensione entri nell'unità di rilevamento e bruci il circuito garantendo così la sicurezza delle attrezzature e del personale.

4. Sopprimere le oscillazioni ad alta frequenza e smorzare la risonanza dei circuiti ad alta tensione.

I trasformatori di prova ad alta tensione, i reattori e i condensatori di prova sono soggetti a risonanza ad alta frequenza, generando rumore di interferenza che maschera il vero segnale di scarica parziale. L'armadio incorpora resistori di smorzamento e circuiti di filtraggio .

• Picchi di oscillazione nel circuito di assorbimento;
• Ridurre le interferenze elettromagnetiche causate da scariche corona esterne e operazioni di commutazione;
• Ridurre il rumore di fondo e migliorare il rapporto segnale/rumore per il rilevamento delle scariche parziali.

5. Funzioni di protezione da messa a terra e disconnessione di sicurezza

Il mobile integra un interruttore di messa a terra ad alta tensione .

1. Dopo il test, chiudere l'interruttore di messa a terra per scaricare rapidamente a terra il condensatore di accoppiamento e la carica residua del campione in prova, al fine di prevenire scosse elettriche ad alta tensione residua.
2. Messa a terra forzata durante la manutenzione per stabilire un'interruzione di sicurezza ben visibile;
3. Alcuni armadi sono dotati di protezione da sovracorrente e guasto e possono bypassare rapidamente l'alta tensione per proteggere il trasformatore di prova in caso di scarica superficiale del campione di prova.

III. Due scenari applicativi tipici

Scenario 1: Sistema di prova integrato per scariche parziali e tensione di tenuta alla frequenza di rete dell'interruttore GIS/alta tensione

Circuito di prova: trasformatore di prova a frequenza di rete → banco di condensatori di accoppiamento → campione di prova GIS

• Durante la fase di tenuta alla tensione: il condensatore di accoppiamento è responsabile della divisione e del monitoraggio della tensione;
• Fase di rilevamento delle scariche parziali: accoppia ed estrae i segnali di scarica per monitorare in tempo reale i difetti interni dovuti a scariche parziali.

Scenario 2: Tensione di tenuta del cavo di alimentazione e sistema di rilevamento delle scariche parziali

I cavi lunghi presentano un'elevata capacità verso terra, rendendo il circuito soggetto a risonanza. Il banco di condensatori di accoppiamento svolge una doppia funzione di divisione di tensione e filtraggio per eliminare le interferenze di carica del cavo e identificare con precisione le giunzioni dei cavi e le scariche parziali nello strato isolante.

IV. Confronto della logica delle tecnologie chiave supplementari

Problemi con i banchi di condensatori non accoppiati:

1. Il segnale di scarica parziale non può essere estratto, quindi test di scarica parziale non può essere eseguito.
2. È privo di un partitore di tensione integrato, il che comporta una scarsa precisione nella misurazione della tensione.
3. Le interferenze ad alta tensione penetrano direttamente nello strumento di prova, causando un rumore estremamente elevato e rendendo impossibile individuare i difetti;
4. Non esiste un canale di scarica della carica residua e sussiste il rischio di scossa elettrica dopo il test.

Ruolo principale, classificazione e principio di funzionamento dei divisori di tensione nei circuiti di rilevamento ad alta tensione.

Le tensioni di prova ad alta tensione possono raggiungere migliaia, decine o persino centinaia di kilovolt. I normali voltmetri e i chip di acquisizione non sono in grado di sopportare direttamente tensioni elevate. I divisori di tensione sono i dispositivi di campionamento step-down fondamentali dei sistemi di rilevamento dell'alta tensione. che riducono tensioni altissime a segnali a bassa tensione con un rapporto preciso per l'utilizzo in circuiti di misurazione, protezione e controllo.

I. Cinque funzioni principali

1. Riduzione dell'alta tensione per garantire una misurazione sicura (funzione più basilare)

Uscite di apparecchiature ad alta tensione (tester di tenuta alla tensione, generatori di impulsi, GIS, scariche parziali di trasformatori, dispositivi risonanti in serie). alta tensione di livello kV Gli strumenti convenzionali e i moduli di acquisizione ADC hanno una tensione di tenuta di poche decine o centinaia di volt; un collegamento diretto causerebbe guasti e bruciature istantanei. Un partitore di tensione utilizza il principio della divisione di tensione resistenza/capacità per convertire l'alta tensione primaria \(U_1\) nella bassa tensione secondaria \(U_2\) secondo un rapporto di divisione di tensione fisso k.

\(U_2 = U_1 \times \frac{Z_2}{Z_1+Z_2}\) Esempio: divisore di tensione 100kV/100V, ingresso alta tensione 100kV, uscita solo bassa tensione 100V, può essere letto in sicurezza da un multimetro e da una scheda di acquisizione dati.

2. Calibrazione e misurazione accurate dell'ampiezza della tensione

Il rapporto del divisore di tensione è calibrato in fabbrica con una precisione dello 0.2%/0.5%, fungendo da un riferimento di misurazione ad alta pressione .

• Lettura in tempo reale dell'alta tensione effettivamente applicata durante le prove di tenuta alla frequenza di rete e di tenuta indotta;
• Misurazione dei valori di picco delle tensioni impulsive da fulmine e da commutazione;
• La tensione di prova in fabbrica dei trasformatori e dei trasformatori di misura è tracciabile e soddisfa i requisiti metrologici delle norme GB/T e ANSI per le prove ad alta tensione.

3. Isolare i circuiti di controllo ad alta e bassa tensione per garantire la sicurezza del personale e delle apparecchiature.

Isolamento elettrico ad alta e bassa tensione: il lato ad alta tensione è collegato al campione di prova e Il lato a bassa tensione è collegato al controllo industriale, all'acquisizione dati e all'interfaccia uomo-macchina. Impedisce all'alta tensione di entrare nel sistema a bassa tensione e corrente debole. Previene le scosse elettriche agli operatori e il danneggiamento della scheda di misurazione e controllo a bassa tensione, ed è un componente essenziale di isolamento di sicurezza per i circuiti ad alta tensione.

4. Fornisce un feedback di tensione per realizzare un controllo di regolazione/soppressione della tensione ad anello chiuso.

Gli alimentatori ad alta tensione (a frequenza variabile risonante, a corrente continua ad alta tensione, a impulsi di tensione) richiedono un feedback di tensione in tempo reale per la regolazione automatica.

1. Il partitore di tensione genera un segnale di campionamento a bassa tensione, che viene poi inviato al controllore.
2. Il PLC/microcontrollore confronta la tensione impostata con la tensione campionata effettiva;
3. La regolazione automatica dell'unità di alimentazione boost garantisce un'uscita ad alta tensione stabile, impedendo che picchi e sovrapressioni danneggino il campione. Senza un partitore di tensione, il dispositivo ad alta tensione non può realizzare una regolazione automatica della tensione a circuito chiuso e può solo effettuare un aumento di tensione manuale approssimativo.

5. Insieme al circuito di protezione, fornisce protezione da sovratensione e guasti.

• Funzionamento normale: la tensione di uscita del partitore di tensione riflette linearmente l'alta tensione;
• Nell'istante del guasto/scarica del campione: l'alta tensione cala improvvisamente e la tensione di campionamento del partitore di tensione cambia in modo sincrono; il sistema di controllo identifica immediatamente il guasto, interrompe rapidamente l'alimentazione di boost e scarica l'alta tensione residua per prevenire danni alle apparecchiature e ulteriori danni.

II. Scenari adatti e funzioni aggiuntive di diversi tipi di Divisori di tensione

1. Divisore di tensione resistivo (Alta tensione CC, tensione di tenuta CC a frequenza industriale)

• Applicabile a: tensione continua ad alta tensione, tensione di rete a variazione lenta;
• Funzione aggiuntiva: Ha anche la funzione di scarica della carica residua Dopo il test, l'alta tensione immagazzinata nella capacità del campione viene rilasciata lentamente attraverso il resistore del partitore di tensione per evitare scosse elettriche residue.
• Punto debole: genera un calore considerevole in caso di impatti ad alta frequenza, il che lo rende inadatto a resistere ai fulmini.

2. Divisore di tensione capacitivo (alta tensione CA a frequenza industriale, GIS, risonanza in serie)

• Applicabile a: tensione di tenuta CA a frequenza di alimentazione 50/60Hz e test di scarica parziale;
• Vantaggi: basse perdite e basso aumento di temperatura, adatto per test continui ad alta pressione di lunga durata;
• Funzione: Eliminare l'errore di deriva termica nei divisori di tensione resistivi e garantire una misurazione stabile della tensione durante i test a lungo termine.

3. Divisore di tensione resistore-condensatore (Doppia funzione AC/DC, rilevamento della tensione impulsiva da fulmine)

Per le misurazioni in corrente alternata/continua e per quelle di impatto transitorio viene utilizzata una struttura composita di adattamento di impedenza con resistori e condensatori.

• Campionamento accurato della tensione di rete a regime;
• Catturare il valore di picco della forma d'onda della tensione impulsiva di un fulmine a livello di nanosecondi;
• La soppressione delle oscillazioni e l'eliminazione della distorsione della forma d'onda sono elementi di campionamento standard per i test di tensione impulsiva.

III. Supplemento: Funzioni di supporto indispensabili per circuiti ad alta tensione

1. Ripristino della forma d'onda Il partitore di tensione RC non presenta distorsione di fase e l'oscilloscopio può acquisire completamente la forma d'onda ad alta tensione per l'analisi delle scariche parziali e delle forme d'onda impulsive;
2. Corrispondenza dell'impedenza : Adattare l'impedenza di uscita della sorgente ad alta tensione all'impedenza di ingresso dell'apparecchiatura di acquisizione a valle per prevenire la distorsione dovuta alla riflessione del segnale;
3. Strumenti standard per divisori di tensione: i divisori di tensione standard ad alta precisione possono essere utilizzati come fonti di calibrazione per calibrare altre apparecchiature di misura ad alta tensione (contatori ad alta tensione, trasformatori di tensione).

IV. In sintesi

Un divisore di tensione è essenzialmente un dispositivo di conversione, isolamento e retroazione del segnale ad alta tensione Riduce linearmente tensioni ultra-elevate, non misurabili direttamente, a livelli di sicurezza inferiori, svolgendo al contempo quattro funzioni fondamentali: isolamento ad alta tensione, misurazione della tensione, regolazione della tensione ad anello chiuso e protezione da sovratensione. È un dispositivo chiave indispensabile in tutti i circuiti di rilevamento e test ad alta tensione.