I. 기본 정의
커플링 커패시터 캐비닛의 핵심은 고전압 표준 커플링 커패시터 와 전압 분배기, 샘플링 장치, 접지 스위치, 감쇠 저항으로 구성됩니다. 이는 전력 주파수 내전압/부분 방전 시험 회로에 직렬로 연결되어 부분 방전 검출 및 전력 주파수 내전압 시험의 핵심 부품으로 사용됩니다 . GIS , 변압기, 개폐기, 케이블 고전압 시험 시스템에 널리 사용됩니다.
II. 다섯 가지 핵심 기능
1. 부분 방전(PD) 신호 결합 및 추출(핵심 응용 분야)
고전압 시험 중에는 시험 대상(GIS, 차단기, 계기용 변압기) 내부에 부분 방전 펄스 전류가 발생하는데, 이는 직접 측정할 수 없습니다. 따라서 시험 대상의 고전압 단자에 병렬로 커플링 커패시터를 연결합니다.
- 전력 주파수 고전압은 정전 용량 결합을 통해 시험 샘플에 인가하여 내전압을 달성할 수 있습니다.
- 부분 방전의 고주파 펄스 신호(MHz 레벨)는 커플링 커패시터를 통해 병렬로 전송됩니다. 부분 방전 검출기 (부분 방전 측정기, 펄스 전류 수집 장치).
- 이 장치는 50Hz의 고전압 전력 주파수 신호를 차단하고 약한 고주파 부분 방전 신호만 통과시켜 부분 방전 진폭과 방전 주파수를 정량적으로 감지할 수 있도록 합니다.
2. 전력 주파수 전압 분배기 및 전압 샘플링 모니터링
커플링 커패시터는 저전압 분배기 암과 함께 용량성 전압 분배기를 형성합니다 . 고전압(U_{total})은 용량성 리액턴스의 역비에 따라 분배되고, 저전압 측에서는 저진폭 표준 전압 신호가 출력되어 다음으로 전송됩니다.
- 디지털 전압계;
- 과전압 보호 트립 장치;
- 제어 패널의 데이터 수집 모듈은 별도의 외부 전압 분배기가 필요 없도록 하여 테스트 전압의 통합 실시간 모니터링 및 폐루프 전압 조절 제어를 가능하게 합니다.
3. 고전압 전력 주파수를 차단하고 부분 방전 감지 장비를 보호하십시오.
시험 회로 전압은 수십에서 수백 kV에 이를 수 있습니다. 부분 방전 검출 장비는 저전압 정밀 기기이므로 고전압에 직접 연결할 수 없습니다. 커플링 커패시터 캐비닛의 커패시터는 직류/전력 주파수 에너지를 차단하고 약한 고주파 펄스만 전달하여 전기적 절연을 형성함으로써 고전압이 검출 호스트로 유입되어 회로가 소손되는 것을 방지하고 장비와 인력의 안전을 보장합니다.
4. 고주파 진동을 억제하고 고전압 회로 공진을 감쇠시킵니다.
고전압 테스트 변압기, 리액터 및 테스트 커패시터는 고주파 공진에 취약하여 실제 부분 방전 신호를 가리는 간섭 잡음을 발생시킵니다. 이 캐비닛에는 감쇠 저항과 필터링 회로가 내장되어 있습니다.
- 흡수 회로에서 진동 스파이크 발생;
- 외부 코로나 방전 및 스위칭 작동으로 인한 전자기 간섭을 줄입니다.
- 부분 방전 감지 시 배경 소음을 줄이고 신호 대 잡음비를 향상시킵니다.
5. 안전 접지 및 차단 보호 기능
캐비닛에는 고전압 접지 스위치가 내장되어 있습니다.
- 시험 후에는 접지 스위치를 닫아 커플링 커패시터와 시험 시료의 잔류 전하를 접지로 신속하게 방전시켜 고전압 잔류 감전을 방지하십시오.
- 유지보수 중 안전 차단 장치를 명확하게 표시하기 위해 강제 접지를 실시합니다.
- 일부 캐비닛에는 과전류 및 절연 파괴 보호 기능이 탑재되어 있어 고전압을 신속하게 우회하여 보호할 수 있습니다. 시험 변압기 시험 시료의 섬락 발생 시.
III. 두 가지 일반적인 적용 시나리오
시나리오 1: GIS/고전압 스위치의 부분 방전 및 전력 주파수 내전압 통합 테스트 시스템
시험 회로: 전력 주파수 시험 변압기 → 커플링 커패시터 뱅크 → GIS 시험 샘플
- 내전압 단계에서는 커플링 커패시터가 전압 분배 및 전압 모니터링을 담당합니다.
- 부분 방전 감지 단계: 방전 신호를 결합 및 추출하여 내부 부분 방전 결함을 실시간으로 모니터링합니다.
시나리오 2: 전력 케이블 내전압 및 부분 방전 감지 시스템
긴 케이블은 접지에 대한 정전 용량이 커서 회로가 공진하기 쉽습니다. 커플링 커패시터 뱅크는 전압 분할 및 필터링의 이중 기능을 통해 케이블 충전 간섭을 제거하고 케이블 연결부 및 절연층의 부분 방전을 정확하게 식별합니다.
IV. 보조 핵심 기술 논리 비교
분리형 커패시터 뱅크의 문제점:
- 부분 방전 신호는 추출할 수 없으므로 부분 방전 테스트 수행할 수 없습니다.
- 이 제품에는 전압 분배기가 내장되어 있지 않아 전압 측정 정확도가 떨어집니다.
- 고전압 간섭이 테스트 장비에 직접 유입되어 극심한 노이즈를 발생시키고 결함 여부를 판별하는 것을 불가능하게 만듭니다.
- 잔류 전하 방전 채널이 없으므로 테스트 후 감전 위험이 있습니다.
고전압 검출 회로에서 전압 분배기의 핵심 역할, 분류 및 원리.
고전압 테스트 전압은 수천, 수십, 심지어 수백 킬로볼트에 달할 수 있습니다. 일반적인 전압계와 데이터 수집 칩은 이러한 고전압을 직접 견딜 수 없습니다. 전압 분배기는 고전압 검출 시스템의 핵심 강압 샘플링 장치로서 , 초고전압을 측정, 보호 및 제어 회로에 사용하기에 적합한 정밀한 비율의 저전압 신호로 낮춰줍니다.
I. 다섯 가지 핵심 기능
1. 안전한 측정을 위한 고전압 감소 (가장 기본적인 기능)
고전압 장비(내전압 시험기, 임펄스 발생기, GIS, 변압기 부분 방전, 직렬 공진 장치)는 kV급의 고전압을 출력합니다 . 기존 계측기 및 ADC 데이터 수집 모듈의 내전압은 수십~수백 볼트에 불과하여 직접 연결 시 순간적인 절연 파괴 및 소손이 발생할 수 있습니다. 전압 분배기는 저항/용량 전압 분배 원리를 이용하여 고정된 전압 분배비 k에 따라 1차측 고전압 \(U_1\)을 2차측 저전압 \(U_2\)으로 변환합니다.
\(U_2 = U_1 \times \frac{Z_2}{Z_1+Z_2}\) 예: 100kV/100V 전압 분배기, 100kV 고전압 입력 시 100V 저전압만 출력되며, 멀티미터 및 데이터 수집 카드로 안전하게 측정할 수 있습니다.
2. 전압 진폭의 정확한 교정 및 측정
전압 분배기 비율은 0.2%/0.5%의 정확도로 공장에서 교정되어 고압 계량 기준 역할을 합니다.
- 전력 주파수 내전압 및 유도 내전압 시험 중 실제 인가되는 고전압을 실시간으로 판독합니다.
- 낙뢰 임펄스 및 스위칭 임펄스 전압의 최대값 측정;
- 변압기 및 계기용 변압기의 공장 시험 전압은 추적 가능하며 GB/T 및 ANSI 고전압 시험 표준의 계측 요구 사항을 충족합니다.
3. 인명 및 장비 안전을 확보하기 위해 고전압 및 저전압 제어 회로를 분리하십시오.
고전압 및 저전압 전기 절연: 고전압 측은 테스트 샘플에 연결되고, 저전압 측은 산업 제어, 데이터 수집 및 HMI(인간-기계 인터페이스)에 연결됩니다. 이는 고전압이 저전압 약전류 시스템으로 유입되는 것을 차단하여 작업자의 감전 및 저전압 측정 및 제어 보드의 소손을 방지하는 고전압 회로의 필수 안전 절연 구성 요소입니다.
4. 폐루프 전압 조절/억제 제어를 구현하기 위해 전압 피드백을 제공합니다.
고전압 전원 공급 장치(가변 주파수 공진형, 직류 고전압 소스, 임펄스 전압 발생기)는 자동 조정을 위해 실시간 전압 피드백이 필요합니다.
- 전압 분배기는 저전압 샘플링 신호를 출력하고, 이 신호는 컨트롤러로 전송됩니다.
- PLC/마이크로컨트롤러는 설정 전압과 실제 샘플링된 전압을 비교합니다.
- 승압 장치의 자동 조절 기능은 안정적인 고전압 출력을 보장하여 오버슈트 및 과압으로 인한 시료 손상을 방지합니다. 전압 분배기가 없으면 고전압 장치는 자동 폐루프 전압 조절을 구현할 수 없으며, 대략적인 수동 전압 승압만 수행할 수 있습니다.
5. 보호 회로와 함께 작동하여 과전압 및 절연 파괴 보호 기능을 제공합니다.
- 정상 작동 시: 전압 분배기의 출력 전압은 고전압을 선형적으로 반영합니다.
- 시료 파손/섬락 발생 순간: 고전압이 갑자기 떨어지고 전압 분배기 샘플링 전압이 동기적으로 변화합니다. 제어 시스템은 즉시 고장을 감지하고 승압 전원 공급을 신속하게 차단하여 잔류 고전압을 방전시켜 장비 손상 및 추가 손상을 방지합니다.
II. 다양한 유형의 적합한 시나리오 및 추가 기능 전압 분배기
1. 저항 전압 분배기 (직류 고전압, 전력 주파수 직류 내전압)
- 적용 대상: 직류 고전압, 느리게 변화하는 전력 주파수 전압;
- 추가 기능: 이 제품은 다음과 같은 기능도 갖추고 있습니다. 잔류 전하 방전 시험 후, 시료 커패시턴스에 저장된 고전압은 잔류 감전을 방지하기 위해 전압 분배 저항을 통해 천천히 방출됩니다.
- 단점: 고주파 충격 시 상당한 열이 발생하여 낙뢰 보호에는 적합하지 않습니다.
2. 용량성 전압 분배기 (전력 주파수 AC 고전압, GIS, 직렬 공진)
- 적용 대상: 50/60Hz 전력 주파수, 교류 내전압 및 부분방전 시험;
- 장점: 손실이 적고 온도 상승이 낮아 장기간 연속 고압 시험에 적합합니다.
- 기능: 저항 전압 분배기의 온도 드리프트 오차를 제거하고 장기간 테스트 동안 안정적인 전압 측정을 보장합니다.
3. 저항-콘덴서 전압 분배기 (AC/DC 겸용, 낙뢰 충격 전압 감지)
저항과 커패시터로 구성된 정합 복합 구조는 AC/DC 및 과도 영향 측정 모두에 사용됩니다.
- 정상 상태 전력 주파수 전압의 정확한 샘플링;
- 나노초 단위의 번개 임펄스 전압 파형의 최대값을 포착합니다.
- 진동을 억제하고 파형 왜곡을 제거하는 것은 임펄스 전압 테스트에서 표준적인 샘플링 요소입니다.
III. 부록: 고전압 회로에 필수적인 보조 기능
- 파형 복원 RC 전압 분배기는 위상 왜곡이 없으며, 오실로스코프는 부분 방전 및 임펄스 파형 분석을 위한 고전압 파형을 완벽하게 획득할 수 있습니다.
- 임피던스 매칭 고전압 소스의 출력 임피던스를 하류 데이터 수집 장비의 입력 임피던스와 일치시켜 신호 반사 왜곡을 방지합니다.
- 전압 분배기 표준 계측기: 고정밀 표준 전압 분배기는 다음과 같이 사용할 수 있습니다. 교정 소스 다른 고전압 측정 장비(고전압계, 전압 변압기)를 교정하기 위해.
IV. 요약
전압 분배기는 본질적으로 고전압 신호 변환, 절연 및 피드백 장치 입니다 . 직접 측정할 수 없는 초고전압을 안전한 저전압으로 선형적으로 낮추는 동시에 고전압 절연, 전압 측정, 폐루프 전압 조정 및 고장 과전압 보호라는 네 가지 핵심 기능을 수행합니다. 모든 고전압 검출 및 고전압 시험 회로에서 필수적인 핵심 장치입니다.
