Способ динамического измерения электрической прочности газовой среды межконтактного промежутка высоковольтного выключателя и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к средствам измерения восстанавливающейся электрической прочности среды межконтактного промежутка высоковольтных коммутаторов и может быть использовано, например, при их испытании на коммутационную способность и в системах управления, имеющих коммутационную аппаратуру для контроля выводом энергии из накопительных устройств в нагрузку. Целью изобретения является повышение достоверности, точности и оперативности измерений изменяющейся во времени электрической прочности среды в широком динамическом диапазоне. Для достижения этой цели исследуемую среду зондируют нарастающим испытательным напряжением и одновременно контролируют ток, протекающий через среду под действием этого напряжения. Зондирование среды прекращают в начале лавинообразного усиления образования носителей тока в зондируемой среде, не допуская его необратимого характера. Об упомянутом процессе свидетельствует резкое увеличение величины контролируемого тока, до этого момента увеличивавшегося монотонно. Задавая допустимое значение контролируемого тока, в начале его резкого увеличения прерывают лавинообразный процесс образования носителей тока в зондируемой среде, не допуская пробоя. После прерывания контролируемого тока процесс зондирования среды нарастающим испытательным напряжением повторяют. И так до прекращения надобности в измерении электрической прочности среды. 2 с. и 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано, в частности, для измерения восстанавливающейся электрической прочности высоковольтных коммутаторов, например при их испытаниях на коммутационную способность, а также в системах управления, имеющих коммутационную аппаратуру для контроля выводом энергии из накопительных устройств в нагрузку, например в мощных электрофизических установках.

Известен способ измерения восстанавливающейся электрической прочности межконтактного промежутка высоковольтных выключателей, заключающийся в зондировании исследуемого промежутка серией высоковольтных импульсов (1). О величине электрической прочности среды, заполняющей исследуемый промежуток, судят по величине напряжения пробоя, достигнутого зондирующим напряжением в момент нарушения электрической прочности среды исследуемого промежутка. Таким образом, можно получить некоторое представление о динамике измерения (восстановления) электрической прочности среды исследуемого промежутка за один опыт (за одну серию одиночных зондирующих импульсов). Однако достоверность и точность полученной информации будет невысокой из-за изменения состояния среды, которое происходит в процессе измерения, вследствие собственных изменений состояния среды и влияния энерговклада зондирующими импульсами, амплитуда которых в рассматриваемом способе должна быть заведомо выше диапазона изменений электрической прочности среды межконтактного промежутка. Попытка уменьшить этот энерговклад путем уменьшения длительности зондирующих импульсов не дает желаемого результата, так как при этом возникает значительная погрешность в определении напряжения пробоя.

Известен способ измерения восстанавливающейся электрической прочности среды межконтактного промежутка высоковольтных выключателей, заключающийся в том, что к исследуемому промежутку в установленный момент времени после срабатывания выключателя и разрыва токовой цепи прикладывают нарастающее напряжение. При определенной величине этого напряжения возникает электрический пробой промежутка. О величине электрической прочности среды промежутка в этот момент времени судят по величине напряжения (U_проб) в момент пробоя межконтактного промежутка (2). Динамика изменения электрической прочности исследуемой среды может быть выявлена только путем многократных повторений таких измерений (в разные моменты времени после срабатывания выключателя), что снижает оперативность проведения таких исследований. Если учесть, что электрическая прочность промежутка зависит в общем случае от множества факторов, например температуры, влажности, давления окружающей среды, состояния поверхности электродов и т.д. то становится понятным, что достоверность таких измерений очень низка.

Путем генерации нескольких следующих один за другим импульсов нарастающего напряжения (2) можно снять за один цикл несколько точек кривой восстанавливающейся электрической прочности. Тем не менее этот способ также не обеспечивает динамического измерения электрической прочности в широком диапазоне ее изменения, и ему присущи в принципе те же недостатки, что и способам (1 и 2).

Целью изобретения является повышение достоверности, точности и оперативности измерений, а другими словами получение достоверных и точных результатов измерений за время изменения (например, восстановления) электрической прочности среды в широком динамическом диапазоне измерений.

Указанная цель достигается тем, что при зондировании исследуемой среды межконтактного промежутка нарастающим напряжением одновременно контролируют ток, протекающий через среду под действием этого напряжения, и в определенный момент времени, а именно с началом резкого увеличения величины контролируемого тока, испытательное напряжение сбрасывают (что позволяет предотвратить развитие разряда и дальнейший энерговклад в исследуемую среду от источника нарастающего напряжения), а после прерывания контролируемого тока зондирование среды нарастающим испытательным напряжением возобновляют (повторяют) до прекращения изменений электрической прочности среды.

Возможность достижения указанной цели объясняется следующим образом.

Начало резкого увеличения величины контролируемого тока соответствует такому предпробойному энергетическому состоянию исследуемой среды, при котором в ней только начинает лавинообразно усиливаться образование носителей тока электронов и ионов под действием испытательного напряжения, а токовый сигнал едва превысил величину шумового. Такое образование носителей тока до указанного момента носит характер монотонного процесса, который еще не достиг необратимого характера, а ток от испытательного напряжения соответственно еще не принял характера разрядного и токовый сигнал не превысил установленного уровня. Т.е. в этом состоянии еще возможно путем сброса испытательного напряжения с электродов прервать стремящийся к лавинообразному процесс образования носителей тока в самом его начале или по меньшей мере понизить его до уровня монотонного, существовавшего до начала резкого повышения тока через среду, соответствующего превышению токового сигнала над шумовым. Подтверждением этого явится прерывание контролируемого тока через среду или по меньшей мере снижение его до уровня, предшествующего началу резкого его увеличения. После чего зондирование может быть возобновлено (повторено) до тех пор, пока не закончится процесс изменения (восстановления или иного нарушения) электрической прочности исследуемой среды. Таким образом, всего лишь за время изменения электрической прочности среды стало возможным достаточно достоверно и точно (ведь испытательное напряжение в этот критический момент, каким является начало резкого увеличения контролируемого тока через среду, практически не отличается от напряжения пробоя) провести все необходимые измерения электрической прочности исследуемой среды. Технически не существует каких-либо принципиальных трудностей для регистрации этого переходного процесса от так называемого темнового тока к самостоятельному (необратимому) разряду в зондируемой среде. И этот момент достаточно надежно, достоверно и точно отражает энергетическое состояние зондируемой среды и, следовательно, состояние ее электрической прочности в определенный момент времени. При этом отсутствуют всякие ограничения по быстродействию и динамическому диапазону измерения электрической прочности газовой среды, так как величину испытательного напряжения и скорость его нарастания, от которых зависит частота зондирования, можно установить заведомо превышающим соответственно электрическую прочность среды и скорость ее изменения до полной ее стабилизации (например, восстановления).

На фиг. 1 изображены диаграммы изменения зондирующего напряжения, тока и его производной в процессе исследования восстанавливающейся электрической прочности промежутка высоковольтного выключателя; на фиг. 2 блок-схема варианта устройства для реализации способа.

Предлагаемый способ заключается в следующем.

К объекту, например распадающемуся столбу электрической дуги отключения, которая возникает в межконтактном промежутке высоковольтного выключателя, через зондирующие электроды подают нарастающее испытательное напряжение. Одновременно контролируют ток, протекающий через среду между зондирующими электродами под действием испытательного напряжения и с началом резкого изменения величины контролируемого тока (когда амплитуда сигнала (фиксируемого) превысит установленный над шумовым сигналом уровень) испытательное напряжение сбрасывается, а после прерывания контролируемого тока зондирование среды нарастающим испытательным напряжением возобновляют. И так до полного восстановления (или стабилизации) электрической прочности исследуемой среды. При этом величина испытательного напряжения в момент сброса его, соответствующий началу резкого изменения контролируемого тока, будет максимально точно отражать величину электрической прочности исследуемой газовой среды в соответствующий момент времени, а все зарегистрированные максимальные значения испытательного напряжения будут отражать динамику изменения электрической прочности исследуемой среды.

Устройство для осуществления предлагаемого способа содержит источник 1 нарастающего испытательного напряжения с RC-цепочкой и включателем 2. К выходу источника 1 последовательно включены два ограничивающих резистора 3 и 4, датчик тока 5 и зондирующие электроды 6. Последние установлены в камере высоковольтного выключателя (коммутатора) 7. Параллельно электродам 6 и датчику 5 тока включен делитель 8 напряжения, к сигнальному входу которого подключен регистратор 9, например осциллограф. Параллельно источнику 1 через один из ограничивающих резисторов 3 подключен управляемый замыкатель 10 с блоком 11 управления, выход которого подключен к управляющему входу замыкателя 10, а вход к выходу датчика 5 тока. Блок 11 управления замыкателем в частном случае выполнен в виде последовательно включенных блока 12 дифференцирования, порогового элемента 13 и формирователя 14 управляющих импульсов, причем вход блока 12 дифференцирования является входом блока 11 управления, а выход блока 14 формирователя выходом блока 14 управления.

Устройство работает следующим образом.

В момент срабатывания высоковольтного выключателя 7 с помощью включателя 2 запускают источник 1 нарастающего испытательного напряжения, которое формируется на зарядной емкости С, и одновременно запускают регистратор 9. Испытательное напряжение через ограничивающие резисторы 3 и 4 подается на зондирующие электроды 6, в цепи которых через газовую среду между ними начинает протекать ток J проводимости или так называемый темновой ток. Сигнал с датчика 5 тока поступает на вход блока 12 дифференцирования для фиксации начала резкого его увеличения, соответствующего началу критического изменения проводимости газовой среды между электродами 6, которое предшествует нарушению электрической прочности среды, т.е. электрическому пробою и образованию разряда между электродами 6. Как только величина сигнала на выходе блока 12 дифференцирования достигнет установленного уровня срабатывания порогового элемента 13, формирователь 14 генерирует импульс запуска на срабатывание управляемого замыкателя 10 для разряда накопительной емкости С через резистор 3, что обеспечивает быстрое снятие (сброс) напряжения на зондирующих электродах 6. Резистор 4 предназначен для ограничения тока в цепи электродов 6 и для затягивания стадии его перехода из темнового в самостоятельный разряд. Такое ограничение обеспечивает своевременное срабатывание замыкателя 10 и снятие испытательного напряжения с электродов 6 до возникновения разряда через газовый промежуток. В качестве замыкателя могут быть использованы быстродействующий тиристор или вакуумный искровой разрядник.

Формула изобретения

1. Способ динамического измерения электрической прочности газовой среды межконтактного промежутка высоковольтного выключателя, заключающийся в зондировании среды межконтактного промежутка нарастающим испытательным напряжением и регистрации максимального значения испытательного напряжения, по которому оценивают величину электрической прочности измеряемой среды, отличающийся тем, что одновременно с зондированием газовой среды испытательным напряжением непрерывно контролируют ток, протекающий через нее под действием этого напряжения, с началом резкого увеличения контролируемого тока, соответствующего превышению на заданное значение токового сигнала над шумовым, снимают испытательное напряжение, а после прерывания контролируемого тока возобновляют зондирование нарастающим испытательным напряжением с контролем тока через газовую среду до прекращения изменения электрической прочности газовый среды.

2. Устройство для динамического измерения электрической прочности газовой среды межконтактного промежутка высоковольтного выключателя, содержащее зондирующие электроды, подключенные к источнику нарастающего напряжения, делитель напряжения и регистратор, сигнальный вход которого подключен к выходу делителя, отличающееся тем, что введены два последовательно соединенных ограничивающих резистора и датчик тока, через которые соответствующие зондирующие электроды подключены к источнику нарастающего напряжения, управляемый замыкатель и блок управления, выход которого подключен к управляющему входу замыкателя, а вход к выходу датчика тока, при этом делитель напряжения подключен параллельно участку цепи, содержащему зондирующие электроды и датчик тока, а управляемый замыкатель подключен параллельно зондирующим электродам через датчик тока и параллельно источнику нарастающего напряжения через ограничивающий резистор.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что блок управления выполнен в виде последовательно соединенных блока дифференцирования, вход которого является входом блока управления, порогового элемента и формирователя управляющих сигналов, выход которого является выходом блока управления.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2