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串联变频谐振补偿法在35KV长电缆交流耐压试验中的应用 |
在现场耐压实验中,当被试品的实验电压较高或电容值较大,实验变压器的额定电压或容量不能满足请求时,可采用串联谐振设备停止耐压实验。
串联谐振实验安装具有实验设备体积小,实验电源电压低、功率小(仅需提供实验回路中的有功功率),实验电压波形好的特性。因而,串联谐振普遍应用于现场橡塑电缆,气体绝缘组合电器(GIS),大型发电机组,大型电力变压器,耦合电容器等高电压,大容量电力设备的交流耐压、感应耐压、部分放电等实验。
优点:变频串联谐振是谐振式电流滤波电路,能改善电源波形畸变,取得较好的正弦电压波形,有效避免谐波峰值对被试品的误击穿。变频串联谐振工作在谐振状态,当被试品的绝缘点被击穿时,电流立刻脱谐,回路电流疾速降落为正常实验电流的数非常之一。发作闪络击穿时,因失去谐振条件,除短路电流立刻降落外,高电压也立刻消逝,电弧即可熄灭。其恢复电压的再树立过程长,很容易在再次到达闪络电压断开电源,所以适用于高电压、大容量的电力设备的绝缘耐压实验。
原理:应用励磁变压器激起串联谐振回路,经过调理电感或改动电源的输出频率,使回路中的感抗和容抗相等,回路呈谐振状态,回路中无功趋于零。此时回路电流最大,即:
Im=U/√R2+(XL-XC)2=U/R
式中:Im ——谐振时回路最大电流,A;R——回路等效电阻(普通主要为电抗器的内阻),Ω; U——励磁变压器高压侧的输出电压,V;XL——回路中的感抗,Ω; XC——回路中的容抗,Ω。
串联谐振分为调感式和调频式两种。
调感式串联谐振:调感式串联谐振采用铁芯气隙可调理的高压串联电抗器,由于被试品的电容量是一定的,经过调理电感使回路发作工频串联谐振。谐振时,回路呈纯阻性,回路电流等于励磁电压U除以回路的等效电阻R,此时回路电流最大,电感和电容两端的电压为:
U0= Im (1/ωCX )= Im (ωL)=(U/R) Ωl
式中:U0 ——谐振时被试品的两端的电压,V; L ——可调电抗器电感,H; CX ——被试品电容量,F;ω——角频率。 Im ,U ,R同前式
原理图:
图中:T—励磁变压器;L—可调电感;CX—被试品;U—励磁电压;R—回路等效电阻;
U0—谐振时被试品两端电压
电路谐振后电感或电容两端的电压U0 等于Q倍的励磁电压U。
即U0 =QU Q——回路质量因数
调感式谐振时,Q普通可达40~80,其计算式为:Q=100πL/R;
谐振时串联电抗器的电感计算式为:L=1/(100π)2C
由于此办法较难控制调理,现场不常采用,应用性不佳,所以这里我们不做过多的论述讨论。
经过调理电源的频率使感抗等于容抗,电路发作串联谐振,回路中的无功简直为零。此时,电流最大,且与输入电压同相位,使电感或电容两端取得一个高于励磁电压Q倍的电压。
变频式谐振时,Q普通可达50~150,则:
Q=ωL/R=UL/U=UC/U UL ——谐振时电感两端电压,V;UC ——谐振时电容两端电压,V。
原理图:
图中:FC—变频电源;T—励磁变压器;L—电感; R—回路等效电阻;CX—被试品;U—励磁电压;U0—谐振时被试品两端电压。
l 谐振频率计算:依据电感和电容计算频率,计算式为:f0=(1/2π√LC)×103
式中:f0 ——谐振频率,Hz;L——电抗器电感量,H; C——被试品和分压器电容,μF.
l 电感和电容中的电流计算:串联谐振电路中流过电感的电流等于流过电容的电流,电流计算式为: IC=IL=ωCX U×10-3 式中:IC 、IL ——流过电感和电容的电流,A。
串联谐振系统的主要特性:适用范围广,体积小、质量轻,实验容量大、实验电压高。平安牢靠性高,操作简约便当,实验等效性好。串联谐振安装对高次谐波重量回路阻抗很大,所以试品上的电压波形好;同时若在耐压实验过程中发作闪络、击穿、因失去了谐振条件,高电压立刻消逝,从而使电弧立刻熄灭。恢复电压树立过程较长,很容易在再次到达闪络电压之前控制电源跳闸,防止反复击穿,恢复电压并不产生任何过冲所惹起的过电压。依据当前被试品,我们肯定选择变频(调频)式串联谐振办法来停止交联聚乙烯高压电缆的交流耐压实验。
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