Impulsspanningsgenerator Impulstesten behoren tot de basisinstrumenten voor het testen van de isolatiesterkte van hoogspanningsapparatuur onder transiënte omstandigheden. In tegenstelling tot stationaire tests (wisselstroom of gelijkstroom) worden bij impulstesten transiënte, verhoogde spanningen, veroorzaakt door blikseminslagen, schakelhandelingen en storingen in een elektrisch systeem, nagebootst. Deze incidenten veroorzaken binnen zeer korte tijd zware elektrische belastingen en bepalen normaal gesproken de ontwerplimieten van de isolatie. Daarom is impulstesten een verplicht onderdeel van de kwalificatie van transformatoren, doorvoeringen, kabels, schakelinstallaties, overspanningsbeveiligers en andere hoogspanningscomponenten.
In praktijklaboratoria wordt de impulsspanningsgenerator vaak vergeleken met een hoogspanningspiekgenerator voor EMC-immuniteitstesten. Hoewel beide systemen transiënte spanningen genereren, verschillen de doelstellingen en de aard van de golfvormen. Isolatie-evaluatie richt zich op het doorslaggedrag van censuurstromen, de ontwikkeling van streamers en het weerstandsvermogen tegen standaard impulsvormen, in plaats van op de immuniteit van de apparatuur. Het mechanisme achter de constructie van de impulsgeneratoren en het werkingsprincipe zijn essentieel voor het verkrijgen van bruikbare gegevens over de isolatiesterkte.

Standaard impulsgolfvormen en generatorconfiguratie

De impulsspanningstest is gebaseerd op het gebruik van gestandaardiseerde definities van golfvormen die de realiteit in de transiënte wereld weergeven. De meest voorkomende is de bliksemimpulsgolfvorm, die een steile piek en een langzamere afname heeft, meestal uitgedrukt in microseconden: 1.2 microseconden tot de piek en 50 microseconden tot de helft. Schakelimpulsgolfvormen hebben een langere stijg- en daaltijd en worden toegepast in ultrahogespanningsapparaten, waar blikseminslagen vergelijkbaar zijn met schakelincidenten.
Elk van deze golfvormen wordt veroorzaakt door een impulsspanningsgenerator die een condensatorbank oplaadt tot een bepaalde spanning en deze vervolgens ontlaadt naar een golfvormend netwerk van weerstanden en condensatoren. Deze opstelling regelt de voor- en achterkant van de impuls. Een veelvoorkomende reden voor de populariteit van Marx-generatorconfiguraties was dat ze tijdens het ontladen gemakkelijk relatief lage laadspanningen in serie konden schakelen om extreem hoge uitgangsspanningen te produceren.
Bij het ontwerp van generatoren moet rekening worden gehouden met de parasitaire capaciteit, inductantie en weerstand, aangezien deze de golfvorm vervormen. Deze parasitaire elementen worden sterker naarmate de spanning toeneemt. Een zorgvuldig fysiek ontwerp en de juiste componentkeuze zijn daarom essentieel om te garanderen dat de geleverde impuls binnen de standaardtoleranties valt. Dit in tegenstelling tot een algemene hoogspanningspiekgenerator die wordt gebruikt voor het testen van EMC-impulssystemen. EMC-impulssystemen zijn geoptimaliseerd voor golfvormgetrouwheid bij zeer hoge spanningen, niet voor herhalingsfrequentie of automatisering.

Testcircuitopstelling en meettechnieken

Het bepalen van de isolatiesterkte omvat meer dan alleen het genereren van een impuls. De opstelling van de testopstelling bepaalt de verdeling van de spanning en identificeert eventuele defecten in het circuit. De impulsspanningsgenerator is via testkabels, die corona-ontladingen en partiële ontladingen moeten verminderen, verbonden met hoogspanningsapparatuur. Effectieve afstand en afscherming voorkomen overslag buiten het testobject, wat de resultaten ongeldig zou maken.
Ze worden doorgaans gemeten met capacitieve of resistieve spanningsdelers in combinatie met hoogfrequente oscilloscopen. Deze delers moeten gekalibreerd worden en de impulsrespons moet zodanig ontworpen zijn dat deze het snelle front reproduceert zonder te veel te haperen of te verzwakken. Bestaande metingen kunnen ook worden toegepast voor het identificeren van het begin van de doorslag of voor het analyseren van het ontladingsgedrag bij een overslag.
Aarding is belangrijk. De aarding of terugkoppeling moet een lage impedantie en een scherpe weerstand hebben om reflecties te voorkomen die de vorm van de impuls vervormen. Een slechte aarding van het grondvlak en de potentiaalvereffening is een kostenpost voor kleine fabrieken vanwege aardingsgerelateerde meetfouten en het inherente risico op veiligheidsincidenten in de testlaboratoria. In tegenstelling tot EMC-overspanningstesten, waarbij koppelingsnetwerken worden gebruikt om de impedantieconditie te bepalen, is testen gebaseerd op vrije veldconfiguraties en een slimme fysieke geometrie.

Testprocedures en beoordeling van de isolatieweerstand

Impulstestprocedures worden gestandaardiseerd zodat ze tussen laboratoria vergelijkbaar zijn. Een voorbeeld van een testreeks is het toepassen van een reeks impulsen met oplopende spanningsniveaus totdat de vereiste testspanning is bereikt. De isolatie is zodanig ontworpen dat deze een vast aantal impulsen kan weerstaan ​​voordat deze doorslaat. Er worden zowel positieve als negatieve impulsen gebruikt, aangezien de polariteit de ontwikkeling en de sterkte van de streamers beïnvloedt.
Er bestaat een verschil in beoordelingscriteria tussen interne doorslag en externe overslag. In sommige situaties kan externe overslag in de lucht of op oppervlakken acceptabel zijn, zolang de apparatuur er niet door beschadigd raakt. Een storing treedt op als gevolg van een interne breuk in de vaste of vloeibare isolatie. Akoestische signalen en een golfvormanalyse, die nuttig zijn bij de visuele inspectie, helpen bij het bepalen van het type storing.
Conditionering treedt ook op bij herhaald gebruik van impulsen. Sommige impulsen worden sterker na de eerste impulsen als gevolg van uitdroging of herverdeling van de lading, terwijl andere geleidelijk verslechteren. De documentatie van de parameters van de golfvormen en het doorslaggedrag gedurende de hele reeks geeft inzicht in de kwaliteit van de isolatie en de consistentie van het productieproces.

Praktische uitdagingen en vergelijking met overspanningsgeneratoren

De werking van een impulsspanningsgenerator kent praktische problemen die verschillen van die bij de werking van een hoogspanningspiekgenerator tijdens EMC-testen. Impulssystemen hebben veel hogere spanningswaarden, doorgaans lagere herhalingsfrequenties en grotere speling- en veiligheidsmarges. De insteltijd en de expertise van de operator zijn daarom van groot belang.
Het controleren van de golfvorm is lastiger, omdat bij honderden kilovolt speciale spanningsdelers en oscilloscopen nodig zijn. Het doorslaggedrag in de lucht wordt bepaald door de omgevingsomstandigheden, waaronder luchtvochtigheid, luchtdruk en temperatuur, en moet worden geregistreerd. Deze variabelen zijn minder kritisch bij EMC-overspanningstesten, waar de spanningen lager zijn en de apparatuur is ingekapseld.
Door deze verandering ontstaat er een conceptuele overlap. Zowel impuls- als overspanningsgeneratoren zijn gebaseerd op gereguleerde energieontlading en het vormgeven van de golfvormen. Complementaire systemen met een vergelijkbare ontwerpfilosofie en veiligheidsideeën worden vaak geleverd door verschillende leveranciers van laboratoriumapparatuur. Dergelijke bedrijven zijn bijvoorbeeld: LISUN Het uitvoeren van hoogspannings- en overspanningstests kan laboratoria die zich bezighouden met isolatiebeoordeling en EMC ondersteunen zonder de voorschriften te schenden.

Afbeelding: Impulsspanningsgenerator

Isolatiecoördinatie

Tests van impulsspanningsgeneratoren worden direct meegenomen in besluitvorming over isolatiecoördinatie. De weerstand die in het laboratorium wordt vastgesteld, is bepalend voor de ontwerpvrijheid van beveiligingscomponenten en de veiligheidsmarges van energiesystemen. De testresultaten worden vergeleken met de geschatte overspanningsbelasting van systemen, zodat ingenieurs voldoende bescherming kunnen garanderen tegen redelijke kosten.
De bevindingen moeten strikt gegeneraliseerd worden. De omstandigheden in een laboratorium verschillen van die in de praktijk, waar zowel vervuiling als mechanische belasting aanwezig zijn. Impulstesten zijn daarom geen vervanging, maar een aanvulling op langdurige verouderings- en partiële ontladingstesten. Met deze methoden kan men een zeer breed beeld krijgen van de prestaties van de isolatiematerialen in de loop van de tijd.
Administratie en controleerbaarheid zijn noodzakelijk. Testrapporten over golfvormparameters bevatten informatie over omgevingsomstandigheden en waargenomen gedrag. Dergelijke documenten zijn nuttig voor certificering en bieden een standaard waarnaar verwezen wordt wanneer apparatuur gereviseerd of geüpgraded moet worden.

Conclusie

Het gebruik van impulsspanningsgenerator De gebruikte technieken staan ​​nog steeds centraal bij het meten van de isolatiesterkte van hoogspanningsapparatuur. Door gestandaardiseerde transiënte spanningen na te bootsen, kan diëlektrisch gedrag dat met stationaire tests niet bereikbaar is, worden gereproduceerd. Een juiste configuratie van de generator, zorgvuldige metingen en een discrete interpretatie van de resultaten garanderen resultaten die de werkelijke isolatiecapaciteit weerspiegelen. Hoewel ze in principe vergelijkbaar zijn met een hoogspanningspiekgenerator, hebben impulssystemen een ander doel dat gericht is op de diëlektrische integriteit. Mits nauwgezet toegepast, dragen ze bij aan een veilig, betrouwbaar en kosteneffectief ontwerp van hoogspanningsinfrastructuur.