I. Definições Básicas

O núcleo de um gabinete de capacitores de acoplamento é a capacitor de acoplamento padrão de alta tensão , juntamente com um divisor de tensão, unidade de amostragem, chave de aterramento e resistor de amortecimento. Ele é conectado em série ao circuito de teste de tensão suportável/descarga parcial em frequência de potência e é um componente essencial para pdetecção de descarga artificial e teste de tensão suportável de frequência de potência É amplamente utilizado em sistemas de teste de alta tensão, como GIS, transformadores, painéis de distribuição e cabos.

II. Cinco funções essenciais

1. Acoplamento e extração de sinais de descarga parcial (DP) (aplicação principal)

Durante testes de alta tensão, um descarga parcial Uma corrente pulsada é gerada dentro do objeto de teste (GIS, disjuntor, transformador de instrumento), a qual não pode ser medida diretamente. Um capacitor de acoplamento é conectado em paralelo com o terminal de alta tensão do objeto de teste.

• É possível aplicar alta tensão de frequência de potência à amostra de teste por meio de acoplamento capacitivo para atingir a tensão suportável;
• O sinal de pulso de alta frequência da descarga parcial (nível de MHz) é desviado pelo capacitor de acoplamento e transmitido para o detector de descarga parcial (instrumento de descarga parcial, unidade de aquisição de corrente de pulso).
• Ele bloqueia sinais de alta tensão de 50Hz da rede elétrica e permite a passagem apenas de sinais fracos de descarga parcial de alta frequência, possibilitando a detecção quantitativa da amplitude e da frequência da descarga parcial.

2. Monitoramento por amostragem de tensão e divisor de tensão de frequência de potência

Um capacitor de acoplamento, emparelhado com um braço divisor de baixa tensão, forma um divisor de tensão capacitivo A alta tensão (U_{total}) é distribuída de acordo com a razão inversa da reatância capacitiva, enquanto o lado de baixa tensão emite um sinal de tensão padrão de baixa amplitude, que é então enviado para:

• Voltímetro digital;
• Dispositivo de disparo de proteção contra sobretensão;
• O módulo de aquisição de dados do painel de controle elimina a necessidade de um divisor de tensão externo separado, permitindo o monitoramento integrado em tempo real e o controle de regulação de tensão em malha fechada da tensão de teste.

3. Isolar a frequência da rede elétrica de alta tensão e proteger os instrumentos de detecção de descarga parcial.

A tensão do circuito de teste pode atingir dezenas a centenas de kV. O equipamento de detecção de descarga parcial é um instrumento de precisão de baixa tensão e não pode ser conectado diretamente a alta tensão. Os capacitores no gabinete do capacitor de acoplamento bloqueiam a energia CC/frequência da rede elétrica, transmitindo apenas pulsos fracos de alta frequência, formando isolamento elétrico. para evitar que alta tensão entre no dispositivo de detecção e queime o circuito. , garantindo assim a segurança dos equipamentos e do pessoal.

4. Suprimir oscilações de alta frequência e amortecer a ressonância de circuitos de alta tensão.

Transformadores de teste de alta tensão, reatores e capacitores de teste são propensos à ressonância de alta frequência, gerando ruído de interferência que mascara o sinal real de descarga parcial. O gabinete incorpora resistores de amortecimento e circuitos de filtragem .

• Picos de oscilação no circuito de absorção;
• Reduzir a interferência eletromagnética causada por descargas corona externas e operações de comutação;
• Reduzir o ruído de fundo e melhorar a relação sinal-ruído para a detecção de descargas parciais.

5. Funções de aterramento de segurança e proteção contra desconexão

O gabinete integra um interruptor de aterramento de alta tensão .

1. Após o teste, feche a chave de aterramento para descarregar rapidamente o capacitor de acoplamento e a carga residual da amostra de teste para o terra, a fim de evitar choque elétrico residual de alta tensão.
2. Encalhe forçado durante a manutenção para estabelecer uma interrupção de segurança claramente visível;
3. Alguns gabinetes são equipados com proteção contra sobrecorrente e curto-circuito, podendo desviar rapidamente a alta tensão para proteger o equipamento. transformador de teste em caso de descarga disruptiva da amostra de teste.

III. Dois cenários típicos de aplicação

Cenário 1: Sistema de teste integrado para descarga parcial e tensão suportável à frequência da rede elétrica de chaves GIS/de alta tensão

Circuito de teste: Transformador de teste de frequência de potência → Banco de capacitores de acoplamento → Amostra de teste GIS

• Durante a fase de tensão suportável: o capacitor de acoplamento é responsável pela divisão e monitoramento da tensão;
• Etapa de detecção de descarga parcial: Acoplar e extrair sinais de descarga para monitorar defeitos internos de descarga parcial em tempo real.

Cenário 2: Sistema de detecção de descarga parcial e tensão suportável do cabo de alimentação

Cabos longos apresentam alta capacitância em relação ao terra, tornando o circuito propenso à ressonância. O banco de capacitores de acoplamento possui dupla função: divisão de tensão e filtragem, eliminando interferências de carga do cabo e identificando com precisão emendas e descargas parciais na camada isolante.

IV. Comparação da Lógica da Tecnologia-Chave Suplementar

Problemas com bancos de capacitores desacoplados:

1. O sinal de descarga parcial não pode ser extraído, portanto teste de descarga parcial Não pode ser executado.
2. Ele não possui um divisor de tensão integrado, o que resulta em baixa precisão na medição de tensão.
3. Interferências de alta tensão entram diretamente no instrumento de teste, causando ruído extremamente alto e impossibilitando a detecção de defeitos;
4. Não existe canal de descarga de carga residual e há risco de choque elétrico após o teste.

O papel fundamental, a classificação e o princípio dos divisores de tensão em circuitos de detecção de alta tensão.

As tensões de teste de alta tensão podem atingir milhares, dezenas ou até mesmo centenas de quilovolts. Voltímetros comuns e chips de aquisição de dados não suportam diretamente altas tensões. Os divisores de tensão são os principais dispositivos de amostragem abaixadora de tensão em sistemas de detecção de alta tensão. , que reduzem tensões ultra-altas a sinais de baixa tensão em uma proporção precisa para uso em circuitos de medição, proteção e controle.

I. Cinco funções essenciais

1. Redução de alta tensão para garantir medições seguras (função mais básica)

Saídas de equipamentos de alta tensão (testadores de tensão suportável, geradores de impulso, GIS, descarga parcial de transformadores, dispositivos ressonantes em série) Alta tensão em nível de kV Os instrumentos convencionais e os módulos de aquisição ADC têm uma tensão suportável de apenas dezenas a centenas de volts; a conexão direta causaria ruptura e queima instantâneas. Um divisor de tensão usa o princípio da divisão de tensão por resistência/capacitância para converter a alta tensão primária (U₁) na baixa tensão secundária (U₂) de acordo com uma relação de divisão de tensão fixa k.

\(U_2 = U_1 \times \frac{Z_2}{Z_1+Z_2}\) Exemplo: Divisor de tensão 100kV/100V, entrada de alta tensão de 100kV, saída apenas de baixa tensão de 100V, pode ser lido com segurança por multímetro e placa de aquisição de dados.

2. Calibração e medição precisas da amplitude de tensão

A relação do divisor de tensão é calibrada de fábrica com uma precisão de 0.2%/0.5%, servindo como uma referência de medição de alta pressão .

• Leitura em tempo real da alta tensão aplicada durante os testes de tensão suportável em frequência de potência e tensão suportável induzida;
• Medição dos valores de pico das tensões de impulso de raio e de impulso de manobra;
• A tensão de teste de fábrica de transformadores e transformadores de instrumentos é rastreável e atende aos requisitos metrológicos das normas de teste de alta tensão GB/T e ANSI.

3. Isole os circuitos de controle de alta e baixa tensão para garantir a segurança pessoal e dos equipamentos.

Isolamento elétrico de alta e baixa tensão: O lado de alta tensão é conectado à amostra de teste, e O lado de baixa tensão está conectado ao controle industrial, à aquisição de dados e à interface homem-máquina. Ele impede que a alta tensão entre no sistema de baixa tensão e corrente fraca. , previne choques elétricos nos operadores e a queima da placa de medição e controle de baixa tensão, sendo um componente essencial de isolamento de segurança para circuitos de alta tensão.

4. Fornece feedback de tensão para alcançar o controle de regulação/supressão de tensão em malha fechada.

Fontes de alimentação de alta tensão (ressonantes de frequência variável, fontes de alta tensão CC, geradores de tensão de impulso) requerem feedback de tensão em tempo real para ajuste automático.

1. O divisor de tensão gera um sinal de amostragem de baixa tensão, que é então enviado ao controlador.
2. O PLC/microcontrolador compara a tensão definida com a tensão amostrada real;
3. O ajuste automático da unidade de potência de reforço garante uma saída de alta tensão estável, evitando que sobretensão e sobrepressão danifiquem a amostra. Sem um divisor de tensão, o dispositivo de alta tensão não consegue realizar a regulação automática de tensão em malha fechada e só pode executar um reforço de tensão manual aproximado.

5. Em conjunto com o circuito de proteção, oferece proteção contra sobretensão e ruptura dielétrica.

• Funcionamento normal: A tensão de saída do divisor de tensão reflete linearmente a alta tensão;
• No instante da falha/descarga disruptiva da amostra: a alta tensão cai repentinamente e a tensão de amostragem do divisor de tensão muda sincronizadamente; o sistema de controle identifica imediatamente a falha, corta rapidamente a fonte de alimentação elevadora e descarrega a alta tensão residual para evitar danos ao equipamento e maiores prejuízos.

II. Cenários adequados e funções adicionais de diferentes tipos de Divisores de Tensão

1. divisor de tensão resistivo (Alta tensão CC, tensão suportável CC de frequência de potência)

• Aplicável a: alta tensão CC, tensão de frequência de energia com variação lenta;
• Função adicional: Também possui a função de descarregando a carga residual Após o teste, a alta tensão armazenada no capacitor da amostra é liberada lentamente através do resistor divisor de tensão para evitar choque elétrico residual.
• Ponto fraco: Gera calor significativo sob impactos de alta frequência, o que o torna inadequado para descargas atmosféricas.

2. Divisor de tensão capacitivo (alta tensão CA de frequência de potência, GIS, ressonância em série)

• Aplicável a: tensão suportável CA de frequência de energia de 50/60 Hz e teste de descarga parcial;
• Vantagens: Baixa perda e baixo aumento de temperatura, adequado para testes contínuos de alta pressão a longo prazo;
• Função: Eliminar o erro de deriva térmica em divisores de tensão resistivos e garantir medições de tensão estáveis ​​durante testes de longa duração.

3. divisor de tensão resistor-capacitor (uso duplo CA/CC, detecção de tensão de impulso de raio)

Uma estrutura composta de resistor e capacitor, com correspondência de impedância, é utilizada tanto para medições de impacto CA/CC quanto para medições de impacto transiente.

• Amostragem precisa da tensão de frequência de potência em regime permanente;
• Capturar o valor de pico de uma forma de onda de tensão de impulso de raio em nível de nanossegundos;
• A supressão de oscilações e a eliminação da distorção da forma de onda são elementos de amostragem padrão para testes de tensão de impulso.

III. Suplemento: Funções de suporte indispensáveis ​​para circuitos de alta tensão

1. Restauração de forma de onda O divisor de tensão RC não apresenta distorção de fase, e o osciloscópio consegue adquirir completamente a forma de onda de alta tensão para análise de descarga parcial e de forma de onda de impulso;
2. Impedância Para evitar distorções por reflexão do sinal, é necessário que a impedância de saída da fonte de alta tensão seja compatível com a impedância de entrada do equipamento de aquisição subsequente;
3. Instrumentos padrão de divisores de tensão: Divisores de tensão padrão de alta precisão podem ser usados ​​como fontes de calibração Para calibrar outros equipamentos de medição de alta tensão (medidores de alta tensão, transformadores de tensão).

IV. Em resumo

Um divisor de tensão é essencialmente um dispositivo de conversão, isolamento e realimentação de sinal de alta tensão Ele reduz linearmente tensões ultra-altas que não podem ser medidas diretamente para tensões baixas e seguras, ao mesmo tempo que realiza quatro funções principais: isolamento de alta tensão, medição de tensão, regulação de tensão em malha fechada e proteção contra sobretensão em caso de falha. É um dispositivo essencial em todos os circuitos de detecção e teste de alta tensão.