1. Pengenalan

Penjana voltan impuls ialah alat-voltan tinggi yang menghasilkan bentuk gelombang berdenyut seperti voltan impuls kilat dan voltan impuls pensuisan. Ia merupakan peralatan asas dalam-makmal ujian voltan tinggi. Penggunaan utamanya ialah untuk melakukan ujian voltan impuls pada peralatan kuasa elektrik-termasuk gelombang penuh impuls kilat, gelombang cincang impuls kilat dan gelombang impuls pensuisan-untuk mengesahkan prestasi penebat. Sebelum-peralatan elektrik voltan tinggi dalam sistem kuasa dimasukkan ke dalam perkhidmatan, ujian voltan impuls biasanya diperlukan untuk menilai kelakuan penebatnya di bawah keadaan voltan lampau.

Dengan peningkatan berterusan dalam tahap voltan sistem kuasa dan pembangunan pesat peralatan tenaga boleh diperbaharui, kepentingan penjana voltan impuls dalam memastikan operasi grid kuasa yang selamat dan boleh dipercayai telah menjadi lebih menonjol.

2. Prinsip Operasi

Penjana voltan impuls lazimnya menggunakan litar Marx (yang dicadangkan oleh Erwin Otto Marx pada tahun 1924), konsep terasnya ialah pengecasan selari dan nyahcas siri berbilang peringkat kapasitor.

Proses pengendalian asas adalah seperti berikut: setiap kapasitor peringkat disambung secara selari melalui perintang pengecasan dan dicas ke voltan pratetap melalui litar penerus. Pada masa ini, perintang pelindung biasanya kira-kira sepuluh kali lebih besar daripada perintang pengecasan, yang kedua-duanya melindungi peralatan penerus dan memastikan pengecasan yang agak seragam bagi setiap kapasitor peringkat. Apabila celah percikan-peringkat pertama dicetuskan oleh nadi pencucuhan, celah percikan perantaraan dalam peringkat yang selebihnya rosak berturut-turut disebabkan oleh penyinaran voltan lampau dan percikan. Selepas semua celah percikan telah beroperasi, kapasitor peringkat disambungkan secara bersiri melalui perintang hadapan (-depan) dan nyahcas ke dalam kapasitor beban. Jumlah kapasitansi siri menjadi C/n dan jumlah voltan menjadi nV (di mana n ialah bilangan peringkat). Oleh kerana kapasitansi beban agak kecil, ia mengecas dengan cepat, dan kemudian menyahcas bersama-sama dengan kapasitor peringkat melalui perintang ekor (gelombang-ekor). Dengan cara ini, bentuk gelombang impuls voltan-tempoh tinggi{10}}pendek dijana merentas kapasitor beban.

Bentuk gelombang voltan impuls boleh dilaraskan dengan menukar nilai perintang- dan ekor-depan; amplitud dikawal oleh voltan pengecasan, dan kekutuban boleh diterbalikkan dengan menukar sambungan tindanan penerus.

Dalam tahun-tahun kebelakangan ini, dengan kemajuan dalam elektronik kuasa, penjana Marx -pejal{1}}semua telah menjadi hala tuju penyelidikan yang penting. Tidak seperti suis celah-percikan- gas konvensional, semua-penjana-keadaan pepejal menggunakan peranti semikonduktor seperti MOSFET sebagai suis utama, disusun dalam topologi Marx bertingkat modular dengan kawalan tepat yang disediakan oleh FPGA. Penjana baharu sedemikian boleh mengurangkan saiz dan berat dengan ketara sambil meningkatkan kadar pengulangan nyahcas dan fleksibiliti bentuk gelombang.

3. Komposisi Sistem

Sistem ujian penjana voltan impuls yang lengkap biasanya terdiri daripada komponen berikut:

1. Peranti mengecas– termasuk pengubah pengecas, penerus silikon{0}}voltan tinggi, perintang pelindung, pembahagi voltan perintang DC dan peranti pembumian automatik. Transformer pengecasan meningkatkan voltan frekuensi sesalur, yang kemudiannya dibetulkan kepada DC untuk mengecas kapasitor peringkat.
2. Badan utama penjana– terdiri daripada berbilang kapasitor nadi, celah percikan api, perintang hadapan, perintang ekor, perintang pengecasan, dan penyokong penebat. Badan utama dibina dalam struktur menara atau tiang, dengan kapasitor peringkat disambung secara bersiri untuk mencapai voltan keluaran yang tinggi. Bergantung pada penggunaan, ia boleh dikelaskan sebagai jenis luaran, jenis tetap dalaman, atau jenis alih dalaman.
3. Peralatan kawalan– sistem kawalan moden biasanya berpusat di sekitar PLC (Pengawal Logik Boleh Diprogram) dengan pengukuran dan sistem kawalan digital. Ia mendayakan fungsi seperti kawalan pengecasan semasa-pemalar automatik, pemantauan voltan dan arus, percikan automatik-pelarasan jarak jurang, pencetus penembakan dan perlindungan arus lebih/voltan lampau.
4. Sistem pengukuran– terdiri daripada pembahagi voltan kapasitif yang dilembapkan, kabel ukuran, perakam digital atau osiloskop, dsb., digunakan untuk merekod dan menganalisis bentuk gelombang voltan impuls dengan tepat.

4. Bentuk Gelombang Standard dan Keperluan Teknikal

Bentuk gelombang voltan impuls standard untuk ujian penebat dinyatakan dalam piawaian antarabangsa dan kebangsaan untuk teknik ujian voltan tinggi-:

• Gelombang penuh impuls kilat: masa hadapan T₁=1.2 μs (dengan sisihan dibenarkan ±30%), masa hingga separuh nilai T₂=50 μs (±20%).
• Menukar gelombang impuls: masa hadapan Tcr=250 μs, masa hingga separuh nilai T₂=2500 μs.
• Gelombang cincang impuls kilat: cincang dalam julat 2 hingga 6 μs.
• Gelombang-depan curam: masa hadapan yang sangat singkat, dengan kecuraman sehingga 1000 kV/μs atau lebih.

Pengilangan dan pengesahan penjana voltan impuls terutamanya mengikut piawaian berikut:

• DL/T 848.5 – Spesifikasi teknikal am untuk peranti ujian voltan tinggi- – Bahagian 5: Penjana voltan impuls (berkaitan dengan voltan terkadar dari 300 kV hingga 4800 kV dan tenaga terkadar dari 5 kJ hingga 480 kJ).
• GB/T 16927.1/.2 – Siri teknik ujian voltan tinggi-.
• IEC 60060 – Piawaian Suruhanjaya Elektroteknikal Antarabangsa mengenai-teknik ujian voltan tinggi.
• GB 311.1 – Penyelarasan penebat untuk peralatan penghantaran dan transformasi voltan tinggi-tinggi.

5. Kawasan Permohonan

Penjana voltan impuls digunakan secara meluas dalam bidang berikut:

1. Ujian jenis dan ujian rutin pada peralatan kuasa – Transformer, pengubah instrumen, sesendal, penebat, penangkap lonjakan, GIS dan peralatan penghantaran dan pengedaran lain biasanya memerlukan ujian voltan impuls kilat dan pensuisan. Ini termasuk-ujian tahan impuls gelombang penuh dan ujian impuls gelombang-cincang, yang digunakan untuk mengesahkan keupayaan tahan penebat peralatan di bawah voltan lebih kilat dan suis.
2. Penyelidikan penebat – Digunakan untuk mengkaji prestasi penebat peralatan kuasa yang tertakluk kepada voltan lampau atmosfera (kilat) dan voltan lampau pensuisan.
3. Ujian peralatan tenaga boleh diperbaharui – Dengan penyepaduan kuasa angin, fotovoltaik dan sumber boleh diperbaharui yang lain, sejumlah besar-pengubah dan gear suis memerlukan ujian voltan impuls yang ketat.
4. Penyelidikan saintifik - Juga digunakan secara meluas dalam bidang seperti penyelidikan keserasian elektromagnet, kajian mekanisme nyahcas dan teknologi kuasa berdenyut.

6. Trend Pembangunan

Apabila sistem kuasa bergerak ke arah voltan ultra-tinggi dan kecerdasan yang lebih besar, industri penjana voltan impuls menunjukkan arah aliran berikut:

1. Kepintaran dan automasi – Penjana voltan impuls moden secara amnya dilengkapi dengan sistem kawalan automatik berasaskan PLC-, membolehkan pelarasan parameter automatik, pencetus automatik dan rakaman automatik serta analisis data ujian. Urutan ujian boleh diprogramkan melalui antara muka skrin sentuh untuk mencapai operasi yang sebahagian besarnya automatik. Sesetengah sistem telah mula menyepadukan fungsi diagnostik tambahan untuk mengenal pasti dan menunjukkan potensi penyelewengan ujian.
2. Kekompakan dan semua-keadaan pepejal-– Penjana baharu berdasarkan suis-keadaan pepejal boleh mengurangkan volum dan berat dengan ketara, meningkatkan kadar pengulangan nyahcas dan meningkatkan fleksibiliti bentuk gelombang. Semua-penjana Marx keadaan pepejal-, menggunakan peranti elektronik kuasa dan bukannya celah percikan tradisional, telah menjadi hala tuju pembangunan yang penting.
3. Pendigitalan dan ketersambungan – Penjana moden menggunakan perakam digital dan-kad pemerolehan ketepatan tinggi berbanding osiloskop pancaran-cahaya tradisional, membolehkan analisis bentuk gelombang automatik dan penjanaan laporan. Sesetengah peranti boleh antara muka dengan sistem pengurusan maklumat makmal melalui sambungan rangkaian untuk pertukaran data.
4. Ketepatan tinggi dan kebolehpercayaan yang tinggi – Melalui teknologi penderia yang dipertingkatkan dan algoritma pemprosesan isyarat, ketepatan pengukuran dan kebolehulangan telah dipertingkatkan secara berterusan. Pada masa ini, ketidakstabilan voltan pengecasan peralatan biasa boleh dikawal dalam ±1%.
5. Kepelbagaian fungsi – Penjana tunggal boleh menghasilkan pelbagai bentuk gelombang standard dan bukan-standard, termasuk gelombang penuh kilat, gelombang cincang, gelombang bertukar, gelombang berayun dan-gelombang hadapan curam, untuk disesuaikan dengan senario aplikasi yang berbeza.

7. Kesimpulan

Sebagai peranti asas teras dalam medan ujian voltan tinggi-, tahap teknikal penjana voltan impuls secara langsung mempengaruhi ketepatan dan kebolehpercayaan pengesahan prestasi penebat untuk peralatan kuasa. Daripada litar Marx tradisional kepada semua-topologi keadaan pepejal-moden, dan daripada operasi manual kepada kawalan automatik pintar, teknologi penjana voltan impuls sedang mengalami transformasi yang ketara. Dengan pembangunan grid kuasa ultra-tinggi-yang berterusan, pertumbuhan pemasangan tenaga boleh diperbaharui dan kemajuan transformasi digital, penjana voltan impuls terus memainkan peranan penting dalam memastikan operasi sistem kuasa yang selamat dan boleh dipercayai.