Исследование распределения напряжения по гирлянде изоляторов (стр. 3 из 3)
На выходе высоковольтного аппарата АИИ-70 через защитное сопротивление R4 и вентиль VD2 полуволной напряжения положительной полярности происходит зарядка конденсатора С1 примерно до амплитудного значения напряжения, снимаемого с вторичной обмотки трансформатора Т. Величина этого напряжения регулируется с помощью автотрансформатора АТ и контролируется по вольтметру, проградуированному в амплитудных значениях вторичного напряжения. В следующий полупериод отрицательной полярности конденсатор С1 через вентиль VD1 и защитное сопротивление R3 оказывается включенным последовательно с обмоткой трансформатора Т. Поэтому данная схема позволяет удваивать напряжение, которое затем подаётся на вход ГИН. В результате через какое-то время, определяемое постоянными времени цепей заряда, правые обкладки у конденсаторов 1С1 - 1С5 первого ГИН-500 оказываются заряженными примерно до одинакового потенциала –2U, а их левые обкладки приобретают нулевой потенциал земли. Аналогичным образом происходит зарядка конденсаторов у двух других ГИН-500, на которые поступает сигнал отрицательной полярности после схемы удвоения напряжения через сопротивления R1 и R2. При этом между шарами каждого из разрядников оказывается напряжение 2U.
Работа ГИН начинается с момента, когда происходит пробой промежутка между шарами запального разрядника ЗР1, у которого расстояние между шарами конструктивно выполнено несколько меньшим, чем у остальных разрядников. Следует заметить, что в установке ГИН-1500 расстояния между шарами у всех разрядников, в том числе и промежуточных, изменяются синхронно с помощью изоляционной штанги. Соответственно, чем больше эти расстояния были выставлены, тем до большей величины напряжения зарядятся конденсаторы ГИН перед его срабатыванием. Таким образом, регулируя расстояния между шарами, можно изменять величину напряжения на выходе ГИН.
Когда напряжение на конденсаторе 1С1 достигнет величины пробоя запального разрядника ЗР1, он пробивается, и потенциал точки 1 у первого ГИН-500 приобретает нулевое значение. Поскольку напряжение на ёмкости мгновенно измениться не может, то потенциал левой обкладки конденсатора 1С1 (точки 2) скачком возрастает до +2U. При этом напряжение на промежуточном разряднике 1ПР1 повышается примерно вдвое до величины 4U, так как потенциал точки 3 всё ещё сохраняет величину –2U. Разрядник 1ПР1 срабатывает, и конденсаторы 1С1 и 1С2 включаются последовательно. Потенциал левой обкладки конденсатора 1С2 (точки 4) повышается до уровня суммарного напряжения двух конденсаторов (примерно до +4U), и к разряднику 1ПР2 прикладывается почти утроенное напряжение (т. е. 6U) по сравнению с тем, что было перед началом работы ГИН. Поскольку длина искровых промежутков всех разрядников (кроме ЗР1) принята одинаковой, разрядник 1ПР2 срабатывает и последовательно к первым двум, подключается третий конденсатор. Это, в свою очередь, приводит к срабатыванию разрядника 1ПР3 и подключению четвертого конденсатора. Наконец, срабатывание разрядника 1ПР4 обеспечивает последовательное соединение всех пяти конденсаторов первого ГИН-500, вследствие чего к искровому промежутку разрядника ЗР2 будет приложено напряжение величиной почти 12U, что вызовет его пробой. Процесс продолжает каскадно развиваться дальше, пока все 15 конденсаторов ГИН-1500 не окажутся включенными последовательно. В результате, суммарное напряжение конденсаторов (близкое к 30U) через сопротивление Rфприкладывается к испытуемому объекту ИО и измерительному разряднику ШР.
Суммарная ёмкость ИО и ШР совместно с фронтовым сопротивлением Rф определяют длину фронт волны τф. Ёмкость ГИН-1500 совместно с системой его сопротивлений, включая фронтовое, обеспечивают длину импульса τи.
Рисунок 7. Принципиальная схемаиспытательной установки ГИН-1500
Для более равномерного распределения напряжения между тремя ГИН-500 в конструкции установки предусмотрены экранные ёмкости С1э – С3э, выполненные в виде тороидальных колец, и делитель напряжения, выполненный с помощью водяных сопротивлениях R1 и R2.
В связи с тем, что, во-первых, дальние от источника конденсаторы ГИН заряжаются до меньших напряжений, чем ближние, во-вторых, одновременно с каскадным переключением конденсаторов в последовательную схему идет процесс их разрядки на систему активных сопротивлений ГИН, величина (амплитуда) выходного напряжения в действительности будет меньше, чем 30U. Отношение амплитуды выходного напряжения установки к теоретически ожидаемому называется коэффициентом использования ГИН
.Измерения с помощью шаровых разрядников
Шаровой разрядник ШР включается на выходе ГИН. В лабораторной установке используются шары диаметром 25 см. Методика измерения импульсного напряжения заключается в следующем. ГИН, настроенный на заданное напряжение, периодически срабатывает и к ШР прикладываются импульсы напряжения. При достаточном удалении шаров друг от друга пробоев ШР не наблюдается. Шары постепенно сближаются, и начинаются единичные пробои промежутка. При дальнейшем сокращении промежутка число пропусков в его пробоях уменьшается и, наконец, начиная с какой-то длины промежутка, каждый импульс ГИН вызывает его пробой. Разрядным напряжением ШР обычно считают такое напряжение, которое соответствует длине промежутка, вызывающего его пробой в половине случаев разряда ГИН. При расстоянии между шарами меньше их радиуса поле в промежутке будет близко к однородному, а ВСХ промежутка при временах более 1 мкс представляет собой практически горизонтальную линию. В этом случае ШР пробивается при максимальном значении напряжения волны, а найденное напряжение, называемое пятидесятипроцентным разрядным напряжением шарового разрядника, будет близко к амплитуде волны ГИН.
С помощью ШР можно измерить, например, пятидесятипроцентное разрядное напряжение испытуемого объекта. Для этого испытуемый объект и ШР включают параллельно к выходу ГИН, как показано на рисунке 7. Вначале шары разводят на достаточно большое расстояние, чтобы ШР заведомо не пробивался. Путём подбора коэффициента трансформации АТ (грубая регулировка) и размеров искровых промежутков разрядников ГИН с помощью изолирующей штанги (точная регулировка) добиваются выходного напряжения ГИН, равного пятидесятипроцентному разрядному напряжению испытуемого объекта. Выставленное таким образом напряжение необходимо измерить с помощью ШР. Для чего, не меняя настройку ГИН, шары сводят до тех пор, пока число срабатываний ГИН не будет делиться приблизительно поровну между разрядами в ШР и на испытуемом объекте.
Зависимость пятидесятипроцентного напряжения промежутка стержень – плоскость от длины промежутка при положительной полярности изолированного шара:
| Lстержень-плоскость, см | 40 | 60 | 80 |
| Lшар-шар, см | 8,75 | 11,4 | 20,5 |
| Uтабл., кВ | 205 | 282 | 350 |
Зависимость пятидесятипроцентного напряжения промежутка стержень – плоскость от длины промежутка при отрицательной полярности изолированного шара:
| Lстержень-плоскость, см | 15 | 20 | 25 |
| Lшар-шар, см | 8,8 | 13 | 19,5 |
| Uтабл., кВ | 225 | 289 | 326 |
Вывод
Как видно из полученных данных пятидесятипроцентное напряжение промежутка стержень – плоскость получено для опыта с отрицательной полярностью изолированного шара при меньшем расстоянии между плоскостью и стержнем. Это различие объясняется тем, что электрическое поле между шарами, во-первых, несимметричное, а во-вторых, слабонеоднородное. При заземлении одного из шаров напряженность поля у поверхности изолированного шара будет больше, чем напряженность у поверхности заземленного шара, значит и развитие разряда начинаются у изолированного от земли шара. В условиях даже слабой неоднородности электрического поля образующийся вблизи начальной зоны ионизации положительный объёмный заряд несколько ослабляет поле у положительного электрода и усиливает у отрицательного, поэтому начальное напряжение оказывается несколько больше при положительной полярности изолированного шара, чем при отрицательной.