III. Високовольтне випробувальне обладнання і методи вимірювання високих напруг
3.1. Установки для отримання високої змінної напруги
Для отримання високої змінної напруги застосовуються однофазні високовольтні випробувальні трансформатори на напругу до Uн = 1200 кВ. На велику напругу використовують каскадне з'єднання трансформаторів (Uн = 2200 кВ і більш).
Особливістю випробувальних трансформаторів є:
1) короткочасність роботи;
2) відсутність атмосферних перенапружень;
3) наявність кидків струму і різких спадів напруги при пробоях і перекриттях випробовуваних об'єктів.
Рис. 3.1. Конструкція однофазного трансформатора : 1 - магнітопровід, 2 - обмотка низької напруги, 3 - обмотка високої напруги, 4 - екран мідний, 5 - бар'єр електроізоляційний, 6 - шайби електроізоляційні
Як правило, між обмотками низького і високого напруги розташований мідний розрізаний екран, сполучений з баком трансформатора. Екран призначений для захисту обмотки низької напруги від наведення високих потенціалів при різких змінах напруги з боку високовольтної обмотки.
На напругу більше 1000 кВ застосовуються каскадне включення трансформаторів. Каскади трансформаторів зазвичай складаються з 2-3 високовольтних випробувальних трансформаторів, сполучених послідовно. Оскільки одне виведення обмотки трансформатора сполучене з корпусом, то корпус кожного наступного трансформатора знаходиться під високою напругою попереднього трансформатора.
Отже, усі наступні трансформатори, окрім першого, мають бути ізольовані від землі і один від одного.
Рис. 3.2. Спрощена схема з'єднання каскаду трансформаторів : 1 - 3 - високовольтні трансформатори, 4 - опорні ізолятори
Напруга на виході каскаду, що складається з n послідовно включених трансформаторів, :
UВН = n*U2
де U2 - напруга на виході першого трансформатора.
3.2. Установки для отримання високої постійної напруги
Постійну напругу часто використовують для випробувань конденсаторів, кабелів, машин, що обертаються.
Для отримання високої напруги постійного струму використовуються різні випрямні установки. Усі схеми випрямлення класифікуються за наступними ознаками:
1) за формою випрямленої напруги - одне і двох полупериодные схеми;
2) за схемою з'єднання випрямлячів - мостова схема, послідовно-паралельні схеми;
3) по числу фаз - одно-, двух- і трифазні схеми;
4) схеми множення напруги.
Однонапівперіодна схема випрямлення приведена на рис. 3.3.
Випрямлення напруги без фільтру за схемою рис. 3.3, а дає велику глибину пульсацій випрямленої напруги (рис. 3.3, в). Наявність фільтру (рис. 3.3, б) зменшує глибину пульсацій (рис. 3.3, г) за рахунок підживлення від конденсатора СФ протягом часу негативного напівперіоду, коли випрямляч V закритий.
Рис. 3.3. Схема випрямлення однонапівперіодна: а), в) - без фільтру; б), г) - з фільтром; Т - високовольтний трансформатор; V - випрямляч; RН - опір навантаження; СФ - місткість фільтру
Двонапівперіодна мостова схема випрямлення приведена на рис. 3.4.
Рис. 3.4. Мостова схема випрямлення : а), в) без фільтру, б), г) з фільтром
Чотири випрямлячі утворюють міст, в одну діагональ якого включається навантаження RН, а до іншої діагоналі підключається трансформатор. При "+" напівперіоді відкриті випрямлячі V1 і V3, а при "-" напівперіоді - V2 і V4. Отже, через навантаження протікає струм в одному напрямі протягом усього періоду змінного струму (рис. 3.4, а, в). Це основна гідність двонапівперіодної схеми випрямлення. Фільтр СФ зменшує глибину пульсацій випрямленої напруги (рис. 3.4, б, г).
Включення однофазних схем випрямлення призводить до перекосу фаз в 3-х фазній мережі. Для виключення цього явища використовують 3-х фазні схеми випрямлення (рис 3.5, а). Окрім цього зменшуються пульсації випрямленої напруги (рис. 3.5, б), особливо із застосуванням фільтру СФ.
Рис. 3.5. Трифазна однонапівперіодна схема випрямлення
Високу випрямлену напругу зручно отримувати за допомогою схем множення випрямленої напруги. Розрізняють:
1) схеми подвоєння;
2) схеми потроєння;
3) каскадних схеми множення напруги.
Проста однонапівперіодна схема подвоєння напруги приведена на рис. 3.6, а.
У один напівперіод (позитивний) випрямляч пропускає струм. Ємність Із заряджається до Um: обкладання мають полярність "+" і "-". У другому напівперіоді, коли змінилася полярність кінців обмотки трансформатора, напруга трансформатора "+" підсумовується з напругою на конденсаторі "-". На навантаженні виходить пульсуюча випрямлена напруга, що змінюється від нуля до 2Um (рис. 3.6, б).
Рис. 3.6. Однонапівперіодна схема подвоєння (а) і осцилограма напруги на навантаженні (б) : 1 - фазна змінна напруга; 2 - подвоєна випрямлена напруга
Випрямляч опиняється також під подвійною напругою
Uобр = 2Um.