I. Basisdefinities

De kern van een koppelcondensatorkast bestaat uit een standaard hoogspanningskoppelcondensator , samen met een spanningsdeler, een bemonsteringseenheid, een aardingsschakelaar en een dempingsweerstand. Deze is in serie geschakeld met het circuit voor de netfrequentie-doorslagspanning/partiële ontladingstest en vormt een essentieel onderdeel voor partiële ontladingsdetectie en netfrequentie-doorslagspanningstesten . Het wordt veelvuldig gebruikt in GIS-, transformator-, schakel- en kabelhoogspanningstestsystemen.

II. Vijf kernfuncties

1. Koppeling en extractie van partiële ontladingssignalen (PD-signalen) (kerntoepassing)

Tijdens hoogspanningstesten wordt in het testobject (GIS, stroomonderbreker, instrumenttransformator) een partiële ontladingspulsstroom gegenereerd die niet direct meetbaar is. Een koppelcondensator wordt parallel aan de hoogspanningsaansluiting van het testobject aangesloten.

• Door middel van capacitieve koppeling kan een hoogspanning met netfrequentie op het testmonster worden aangelegd om de vereiste doorslagspanning te bereiken;
• Het hoogfrequente pulssignaal van de partiële ontlading (MHz-niveau) wordt door de koppelcondensator afgeleid en doorgegeven aan de partiële ontladingsdetector (partiële ontladingsinstrument, pulsstroommeetunit).
• Het blokkeert hoogspanningssignalen van 50 Hz en laat alleen zwakke hoogfrequente partiële ontladingssignalen door, waardoor kwantitatieve detectie van de amplitude en frequentie van de partiële ontlading mogelijk is.

2. Spanningsdeler met netfrequentie en bewaking van spanningsbemonstering

Een koppelcondensator, gekoppeld aan een laagspanningsdeler, vormt een capacitieve spanningsdeler : de hoogspanning (U_{totaal}) wordt verdeeld volgens de inverse verhouding van de capacitieve reactantie, terwijl de laagspanningszijde een standaardspanningssignaal met lage amplitude afgeeft, dat vervolgens wordt doorgestuurd naar:

• Digitale voltmeter;
• Overspanningsbeveiliging met uitschakelfunctie;
• De data-acquisitiemodule van het bedieningspaneel maakt een aparte externe spanningsdeler overbodig, waardoor geïntegreerde realtime monitoring en gesloten-lus spanningsregeling van de testspanning mogelijk is.

3. Isoleer de hoogspanningsnetfrequentie en bescherm de instrumenten voor het detecteren van partiële ontladingen.

De spanning in het testcircuit kan oplopen tot tientallen tot honderden kV. Apparatuur voor het detecteren van partiële ontladingen is een precisie-instrument voor lage spanning en kan niet rechtstreeks op hoge spanning worden aangesloten. De condensatoren in de koppelcondensatorkast blokkeren gelijkstroom/netfrequentie-energie en zenden alleen zwakke hoogfrequente pulsen door. Dit zorgt voor elektrische isolatie en voorkomt dat hoge spanning de detectie-unit binnendringt en het circuit doorbrandt , waardoor de veiligheid van apparatuur en personeel wordt gewaarborgd.

4. Onderdruk hoogfrequente trillingen en demp resonantie in hoogspanningscircuits.

Hoogspanningstesttransformatoren, reactoren en testcondensatoren zijn gevoelig voor hoogfrequente resonantie, waardoor interferentieruis ontstaat die het werkelijke partiële ontladingssignaal maskeert. De behuizing bevat dempingsweerstanden en filtercircuits.

• Oscillatiepieken in het absorptiecircuit;
• Verminder elektromagnetische interferentie veroorzaakt door externe corona-ontlading en schakelhandelingen;
• Verminder achtergrondruis en verbeter de signaal-ruisverhouding voor de detectie van partiële ontladingen.

5. Veiligheidsaarding en uitschakelbeveiligingsfuncties

De kast is voorzien van een hoogspanningsaardingsschakelaar.

1. Na de test dient u de aardingsschakelaar te sluiten om de koppelcondensator en de resterende lading van het testmonster snel naar aarde af te voeren en zo een elektrische schok door resterende hoogspanning te voorkomen.
2. Geforceerde aarding tijdens onderhoud om een ​​duidelijk zichtbare veiligheidsbreuk te creëren;
3. Sommige kasten zijn uitgerust met overstroom- en doorslagbeveiliging en kunnen de hoge spanning snel omleiden om de beveiliging te garanderen. testtransformator in geval van overslag van het testmonster.

III. Twee typische toepassingsscenario's

Scenario 1: Geïntegreerd testsysteem voor partiële ontlading en netfrequentiebestendigheid van GIS/hoogspanningsschakelaar

Testcircuit: Netfrequentietesttransformator → Koppelcondensatorbank → GIS-testmonster

• Tijdens de fase van de doorslagspanning: de koppelcondensator is verantwoordelijk voor spanningsdeling en spanningsbewaking;
• Fase voor detectie van partiële ontladingen: Koppel en extraheer ontladingssignalen om interne defecten door partiële ontladingen in realtime te bewaken.

Scenario 2: Systeem voor het detecteren van de doorslagspanning en gedeeltelijke ontlading van stroomkabels

Lange kabels hebben een grote capaciteit ten opzichte van aarde, waardoor het circuit gevoelig is voor resonantie. De koppelcondensatorbank heeft een dubbele functie: spanningsdeling en filtering. Hierdoor worden storingen door kabellading weggefilterd en kunnen kabelverbindingen en partiële ontladingen in de isolatielaag nauwkeurig worden geïdentificeerd.

IV. Vergelijking van de logica van aanvullende sleuteltechnologieën

Problemen met niet-gekoppelde condensatorbanken:

1. Het signaal van de partiële ontlading kan niet worden geëxtraheerd, dus gedeeltelijke ontladingstest kan niet worden uitgevoerd.
2. Het apparaat mist een ingebouwde spanningsdeler, wat resulteert in een lage nauwkeurigheid van de spanningsmeting.
3. Hoogspanningsinterferentie dringt rechtstreeks het testinstrument binnen, waardoor extreem veel ruis ontstaat en het onmogelijk wordt om defecten vast te stellen;
4. Er is geen restladingsontladingskanaal en er bestaat een risico op een elektrische schok na de test.

De kernrol, classificatie en het principe van spanningsdelers in hoogspanningsdetectiecircuits.

Testspanningen bij hoge spanningen kunnen oplopen tot duizenden, tientallen of zelfs honderden kilovolt. Gewone voltmeters en meetchips zijn niet bestand tegen zulke hoge spanningen. Spanningsdelers vormen de kern van de step-down-meetcomponenten in hoogspanningsdetectiesystemen . Ze reduceren ultrahoge spanningen tot lage spanningssignalen in een nauwkeurige verhouding voor gebruik in meet-, beveiligings- en regelcircuits.

I. Vijf kernfuncties

1. Spanningsverlaging om veilige metingen te garanderen (basisfunctie)

Hoogspanningsapparatuur (spanningsbestendigheidstesters, impulsgeneratoren, GIS, partiële ontlading van transformatoren, serieresonantieapparaten) levert hoogspanningen op kV-niveau . Conventionele instrumenten en ADC-acquisitiemodules hebben een doorslagspanning van slechts tientallen tot honderden volts; directe aansluiting zou onmiddellijke doorslag en verbranding veroorzaken. Een spanningsdeler gebruikt het principe van weerstand/condensator-spanningsdeling om de primaire hoogspanning \(U_1\) om te zetten in de secundaire laagspanning \(U_2\) volgens een vaste spanningsdelingsverhouding k.

\(U_2 = U_1 \times \frac{Z_2}{Z_1+Z_2}\) Voorbeeld: 100kV/100V spanningsdeler, ingang 100kV hoogspanning, uitgang slechts 100V laagspanning, kan veilig worden afgelezen met een multimeter en een data-acquisitiekaart.

2. Nauwkeurige kalibratie en meting van de spanningsamplitude

De spanningsdelerverhouding is in de fabriek gekalibreerd met een nauwkeurigheid van 0.2%/0.5% en dient als referentie voor hogedrukmetingen.

• Realtime uitlezing van de daadwerkelijk toegepaste hoogspanning tijdens spannings- en geïnduceerde spanningsbestendigheidstests bij netfrequentie;
• Meting van de piekwaarden van bliksemimpuls- en schakelimpulsspanningen;
• De fabriekstestspanning van transformatoren en meettransformatoren is traceerbaar en voldoet aan de metrologische eisen van de GB/T- en ANSI-normen voor hoogspanningstesten.

3. Isoleer de hoogspannings- en laagspanningsregelcircuits om de veiligheid van personen en apparatuur te waarborgen.

Elektrische isolatie voor hoge en lage spanning: De hoogspanningszijde is verbonden met het testobject en de laagspanningszijde met de industriële besturing, data-acquisitie en mens-machine-interface. Het voorkomt dat hoge spanning het laagspanningssysteem binnendringt , waardoor elektrische schokken voor operators en doorbranden van de laagspanningsmeet- en besturingsprintplaat worden voorkomen. Het is een essentieel veiligheidsisolatiecomponent voor hoogspanningscircuits.

4. Biedt spanningsfeedback om een ​​gesloten-lus spanningsregeling/onderdrukking te realiseren.

Hoogspanningsvoedingen (resonante voedingen met variabele frequentie, gelijkstroomhoogspanningsbronnen, impulsspanningsgeneratoren) vereisen realtime spanningsfeedback voor automatische aanpassing.

1. De spanningsdeler genereert een laagspanningssignaal, dat vervolgens naar de controller wordt gestuurd.
2. De PLC/microcontroller vergelijkt de ingestelde spanning met de daadwerkelijk gemeten spanning;
3. De automatische aanpassing van de boost-voedingseenheid zorgt voor een stabiele hoogspanningsoutput, waardoor overspanning en overdruk die het monster kunnen beschadigen, worden voorkomen. Zonder een spanningsdeler kan het hoogspanningsapparaat geen automatische gesloten-lusspanningsregeling bereiken en kan het slechts een grove handmatige spanningsverhoging uitvoeren.

5. In combinatie met het beveiligingscircuit biedt het bescherming tegen overspanning en doorslag.

• Normale werking: De uitgangsspanning van de spanningsdeler weerspiegelt lineair de hoge spanning;
• Op het moment van monsterdoorslag/overspanning: de hoogspanning daalt plotseling en de spanning van de spanningsdeler verandert synchroon; het besturingssysteem detecteert onmiddellijk de storing, schakelt snel de boostvoeding uit en ontlaadt de resterende hoogspanning om schade aan de apparatuur en verdere schade te voorkomen.

II. Geschikte scenario's en aanvullende functies van verschillende typen Spanningsdelers

1. Weerstandsspanningsdeler (DC-hoogspanning, netfrequentie DC-doorslagspanning)

• Toepasbaar op: gelijkspanning met hoge frequentie en langzaam veranderende netfrequentie;
• Extra functie: Het heeft ook de functie van het ontladen van de resterende lading Na de test wordt de in de monstercondensator opgeslagen hoge spanning langzaam via de spanningsdelerweerstand afgevoerd om resterende elektrische schokken te voorkomen.
• Zwakke kant: Het genereert aanzienlijke hitte bij hoogfrequente impacten, waardoor het ongeschikt is voor blikseminslagen.

2. Capacitieve spanningsdeler (netfrequentie wisselstroom hoogspanning, GIS, serieresonantie)

• Geschikt voor: wisselstroom met een netfrequentie van 50/60 Hz en een doorslagspanning. gedeeltelijke ontladingstest;
• Voordelen: Laag verlies en geringe temperatuurstijging, geschikt voor langdurige, continue hogedruktests;
• Functie: Het elimineren van temperatuurdriftfouten in resistieve spanningsdelers en het garanderen van stabiele spanningsmetingen tijdens langdurige tests.

3. Weerstand-condensator spanningsdeler (AC/DC-dubbelgebruik, detectie van bliksemimpulsspanning)

Een samengestelde structuur met een bijpassende weerstand en condensator wordt gebruikt voor zowel AC/DC- als transiënte impactmetingen.

• Nauwkeurige bemonstering van de stationaire netfrequentiespanning;
• Leg de piekwaarde vast van een spanningsgolfvorm van een bliksemimpuls op nanosecondeniveau;
• Het onderdrukken van oscillaties en het elimineren van golfvormvervorming zijn standaard bemonsteringselementen voor impulsspanningstests.

III. Supplement: Onmisbare ondersteunende functies voor hoogspanningscircuits

1. Golfvormherstel De RC-spanningsdeler heeft geen fasevervorming en de oscilloscoop kan de hoogspanningsgolfvorm volledig vastleggen voor analyse van partiële ontladingen en impulsen.
2. Impedantie-aanpassing : Stem de uitgangsimpedantie van de hoogspanningsbron af op de ingangsimpedantie van de aangesloten meetapparatuur om signaalreflectievervorming te voorkomen;
3. Standaard spanningsdelers: Zeer nauwkeurige standaard spanningsdelers kunnen worden gebruikt als kalibratiebronnen voor het kalibreren van andere hoogspanningsmeetapparatuur (hoogspanningsmeters, spanningstransformatoren).

IV. Samenvattend

Een spanningsdeler is in essentie een apparaat voor het omzetten, isoleren en terugkoppelen van hoogspanningssignalen : het reduceert lineair zeer hoge spanningen die niet direct meetbaar zijn tot veilige lage spanningen, en vervult daarbij vier kernfuncties: hoogspanningsisolatie, spanningsmeting, gesloten-lus spanningsregeling en overspanningsbeveiliging. Het is een onmisbaar sleutelcomponent in alle hoogspanningsdetectie- en hoogspanningstestcircuits.