為了適應具有大靜電電容量試品的工頻耐壓試驗需要,一些部門裝置了交流高壓串聯(lián)諧振試驗設(shè)備。
具有大靜電電容量的試品通常是指電纜、六氟化硫管道、電容器以及容量≥300MW的大容量發(fā)電機。
利用串聯(lián)諧振試驗設(shè)備進行工頻耐壓試驗的特點是:
(1)供電變壓器T和調(diào)壓器AT的設(shè)備容量小。這是因為上面曾分析過的,試品上的電壓Uc=QUs。Us為高壓供電電壓,既然高壓回路中流過的電流是一樣大的,所以供電變壓器和調(diào)壓器的容量,在理論上可比試驗所需容量小Q倍。
(2)串聯(lián)諧振裝置所輸出的電壓波形較好。這是因為僅對工頻(基波)產(chǎn)生諧振,而對其他由電源所帶來的高次諧波分量來說,回路總阻抗甚大.所以試品上諧波分量甚弱,試驗波形就較好。
(3)若在試品耐壓過程中,發(fā)生了閃絡,則因失去了諧振條件,高電壓立即消失,從而使電弧即刻熄滅。
(4)恢復電壓之建立過程較長,很容易在再次達到閃絡電壓之前控制電源跳閘,避免重復擊穿。
(5)恢復電壓并不出現(xiàn)任何過沖(over shoot)所引起的過電壓。
正因為上述(3),(4)的特點,試品擊穿后所形成的燒傷點并不大,這有利于對試品之擊穿原因進行研究。由于以上的特點,這種裝置使用起來比較安全,既不會產(chǎn)生大的短路電流,也不會發(fā)生恢復過電壓。
下面我們將分析和說明上述的(4),(5)兩個特點。
用交流高壓串聯(lián)諧振設(shè)備做試驗時,試品在初次閃絡熄孤后的恢復電壓:
U0-1=cos(ωt)-[cos(βt)+αsin(βt)/ β]exp(-at)
式中
β=√1/(LC)-R2/(4L )2, α=R/(2L)
因Q=ωL/R=40~80,1/(2Q)約為10-2的數(shù)量級,
β=√ω2-[ω2/(4Q2)] =ω√1-1/4(Q2)≈ω
α=R/(2L) =ω√(2Q)
所以,上式可改寫為
U0-1=cosωt-[cosωt+sinωt/(2Q)]exp[-ωt/(2Q)]
因1/(2Q)甚小,上式可以進一步改寫為
U0-1≈{1-exp[-ωt/(2Q)]}cosωt
把上式中的ωt改為ωnT,其中,n為從t=0開始算起的周期數(shù),T為正弦波的周期。設(shè)f為正弦波的頻率,則
ωnT=2πfn/f=2πn
這樣上式中的指數(shù)ωT/(2Q)=πn/Q
如果第二次的閃絡(重燃)出現(xiàn)在比第一次的耐壓值略低的電壓下,此時假設(shè)e的指數(shù)項衰減到5%左右,則nπ/Q≈3,即n≈Q。
由于諧振裝置中Q值總是較大的,故n值也較大。所以在另一次閃絡出現(xiàn)之前要經(jīng)歷幾十個周期的時間,在此足夠長的時間內(nèi),很容易將電源切斷。
圖1:試品閃絡后的恢復電壓波形
圖2:試品閃絡后的恢復電壓波形全貌
圖1及圖2畫出一臺實際的串聯(lián)諧振試驗裝置在試品閃絡后所出現(xiàn)的恢復電壓波形,該裝置的品質(zhì)因數(shù)Q=40。由圖可見,試品閃絡后并不會出現(xiàn)負向過沖過電壓?;謴碗妷褐匦逻_到再次擊穿值所需的時間間隔接近1s。
利用串聯(lián)諧振裝置進行耐壓試驗是由局限性的,譬如不能用它進行外絕緣的濕閃及污閃試驗。
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