ЭКВИВАЛЕНТНЫЕ СХЕМЫ ЗАМЕЩЕНИЯ ГИН И ИХ МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ
- Полные эквивалентные схемы замещения
Точность математического описания процесса разряда генератора импульсов напряжения на испытываемое электрооборудование определяется полнотой отражения физических процессов принятой эквивалентной схемой замещения ГИН. При исследовании процессов срабатывания разрядников отдельных ступеней многоступенчатого ГИН обычно применяют полные эквивалентные схемы замещения разрядной цепи [21, 22]. Выясним, насколько целесообразно использование таких схем замещения для расчета напряжения при испытаниях электрооборудования.
Как показывает анализ, все принципиальные схемы ГИН можно разделить на две группы: с вынесенным ЯР (рис. I) и с распределенным по ступеням г,, (рис. 2) разрядным сопротивлением. Каждый ГИН содержит источник выпрямленного напряжения, от которого через защитное сопротивление заряжаются конденсаторы ступеней Сст, включенные параллельно через зарядные сопротивления. При пробое разрядников конденсаторы ступеней автоматически переключаются на последовательное соединение через демпфирующие сопротивления (рис. 1) или без них (рис. 2), после чего разряжаются на вынесенное или на распределенные сопротивления соответственно. Испытываемое электрооборудование с учетом элементов схемы измерений (делителей напряжения и шаровых разрядников) при расчетах можно представить сосредоточенной емкостью Со, индуктивностью Lо и активным сопротивлением Яо [5]. При испытаниях вводов, опорных и линейных изоляторов индуктивность Lо отсутствует.
Фронтовое сопротивление может быть вынесенным rф (рис. 1) или распределенным r (рис. 2), причем в последнем случае оно выполняет также функции демпферного и зарядного сопротивлений.
Рис. I Рис. 2
При анализе процесса разряда ГИН необходимо учитывать паразитную индуктивность L ошиновки и конденсаторов ступеней, паразитные емкости СП1 и СП2 между ступенями ГИН и паразитные емкости СП3 и СП4 между каждой ступенью и землей. Кроме того, должны быть учтены индуктивность Lф фронтового контура и демпфирующее сопротивление в петле среза [9], которое при вынесенном фронтовом сопротивлении входит в его состав (рис. 3, а). Активное сопротивление искры разрядников и ошиновки ступеней ГИН либо входит в состав Rд (рис. 3, а), либо учитывается отдельной величиной Rcт (рис. 3,б).
При углубленном анализе процессов, приводящих к последовательному пробою всех разрядников, следует также учитывать паразитные емкости между самими разрядниками и нелинейные свойства их межэлектродных промежутков.
Кроме того, в общем случае нужно учитывать нелинейность паразитной индуктивности и рассматривать последнюю вместе с паразитными емкостями на землю как элементы длинной линии. Однако учет элементов длинной линии и нелинейности элементов необходим практически в наносекундном (10-9 с) диапазоне длительности фронта импульса. При испытаниях электрооборудования нормированными грозовыми импульсами длительность фронта составляет (1,20± ±0,36) · 10-6 с. Поэтому можно принять, что полные эквивалентные схемы замещения ГИН (рис. 3) содержат только линейные элементы с сосредоточенными параметрами.
Таким образом, для определения напряжения при испытаниях электрооборудования грозовыми импульсами требуется выполнить анализ переходных процессов во многоконтурной линейной электрической цепи.
Паразитные емкости ГИН определяются его конструкцией, габаритами и расположением в высоковольтном зале. Емкости Сп3 и Сп4 на разных ступенях ГИН отличаются между собой, а емкости Сп1 и СП2 практически совпадают. Выполнить точный расчет этих емкостей весьма трудно, так как для этого нужно исследовать распределение электрического поля во всем высоковольтном зале, где разметен ГИН. Поэтому численные значения паразитных емкостей определяют с большой погрешностью, принимая их одинаковыми на разных ступенях ГИН [17].
Современные вычислительные методы позволяют рассчитывать переходные процессы в разрядной цепи ГИН с высокой точностью, используя полную эквивалентную схему замещения [21]. Но так как отдельные элементы полной схемы определены приближенно, то применение сложной многоконтурной схемы в качестве расчетной нецелесообразно. Покажем, что для расчета напряжения на объекте испытания можно перейти от полной многоконтурной к упрощенной одноконтурной схеме генератора, не внеся заметных погрешностей в результаты расчета.
