ประเภทและมาตรฐานการทดสอบอุปกรณ์แรงกระตุ้นฟ้าผ่า

อุปกรณ์ Lightning Impulse: เทคโนโลยีหลักในการทดสอบแรงดันไฟฟ้าสูง-

อุปกรณ์แรงกระตุ้นฟ้าผ่าทำหน้าที่เป็นเครื่องทดสอบหลักในสนามทดสอบแรงดันไฟฟ้าสูง- หน้าที่หลักของมันคือการจำลองแรงกระตุ้น-แรงดันสูงชั่วคราวและกระแสสูง-ชั่วคราวที่เกิดจากการปล่อยฟ้าผ่าตามธรรมชาติ ในลักษณะที่มีการควบคุม ซึ่งช่วยให้สามารถตรวจสอบทางวิทยาศาสตร์ของประสิทธิภาพของฉนวนและ-ความสามารถในการป้องกันสัญญาณรบกวนของอุปกรณ์ไฟฟ้าและระบบอิเล็กทรอนิกส์ต่างๆ เนื่องจากระดับแรงดันไฟฟ้าของโครงข่ายไฟฟ้าเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องและความหนาแน่นในการรวมอุปกรณ์เพิ่มขึ้น การทดสอบแรงกระตุ้นฟ้าผ่าจึงกลายเป็นส่วนเชื่อมโยงที่สำคัญในการควบคุมคุณภาพผลิตภัณฑ์และการประเมินความน่าเชื่อถือ โดยมีข้อกำหนดทางเทคนิคและระบบมาตรฐานที่ได้รับการปรับปรุงมากขึ้น

หลักการทำงานและองค์ประกอบพื้นฐานของอุปกรณ์แรงกระตุ้นฟ้าผ่า

แนวคิดการออกแบบหลักของอุปกรณ์แรงกระตุ้นฟ้าผ่ามีต้นกำเนิดมาจากหลักการของวงจรมาร์กซ์ ซึ่งเป็นโครงสร้างการแปลงพลังงานโดยอิงจาก "การชาร์จแบบขนานและการคายประจุแบบอนุกรม" ในระหว่างขั้นตอนการชาร์จ ตัวเก็บประจุหลายระดับภายในอุปกรณ์จะเชื่อมต่อแบบขนานกับแหล่งจ่ายไฟ DC สูง- ผ่านตัวต้านทานการชาร์จ โดยตัวเก็บประจุแต่ละตัวจะชาร์จอย่างอิสระตามค่าแรงดันไฟฟ้าที่ตั้งไว้ล่วงหน้า เมื่อระยะการคายประจุเริ่มต้นขึ้น ช่องว่างของลูกบอลจุดระเบิดระยะแรก-จะถูกกระตุ้นอย่างแม่นยำ ส่งผลให้ช่องว่างของลูกบอลต่อเนื่องกันในแต่ละระยะต่อมาพังทลายลงและดำเนินการตามลำดับ สิ่งนี้จะเปลี่ยนตัวเก็บประจุสเตจทั้งหมดเป็นสถานะการเชื่อมต่อแบบอนุกรมทันที จากนั้นแรงดันไฟฟ้าของตัวเก็บประจุแต่ละตัวจะซ้อนทับกัน ทำให้เกิดรูปคลื่นแรงดันไฟฟ้าแบบพัลส์ที่มีแอมพลิจูดสูงมากและมีระยะเวลาสั้นมากที่ขั้วเอาต์พุต การออกแบบนี้ทำให้สามารถใช้แหล่งพลังงานแรงดันต่ำ-เพื่อสร้างแรงดันไฟฟ้าแรงกระตุ้นสูงหลายเมกะโวลต์หรือแม้แต่สิบเมกะโวลต์ ซึ่งช่วยลดปัญหาและต้นทุนในการผลิตอุปกรณ์ได้อย่างมาก

จากมุมมองขององค์ประกอบทางกายภาพ อุปกรณ์ทดสอบแรงกระตุ้นฟ้าผ่าที่สมบูรณ์ประกอบด้วยองค์ประกอบหลักอย่างน้อยสามองค์ประกอบ: (1) ตัวกำเนิดแรงดันอิมพัลส์ ซึ่งรวมตัวเก็บประจุ ตัวต้านทานการชาร์จ ตัวต้านทานด้านหน้าคลื่น- ตัวต้านทานคลื่น-ส่วนหางของคลื่น และ-สวิตช์ช่องว่างของลูกบอลเพื่อให้ทราบถึงวงจรของมาร์กซ์ในแต่ละขั้นตอน (2) ระบบการวัด โดยทั่วไปจะรวมถึง-ตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้าแบบคาปาซิทีฟหรืออุปกรณ์วัดอินทิกรัลดิฟเฟอเรนเชียล- รวมกับเครื่องบันทึกดิจิทัลสำหรับการรับและวิเคราะห์รูปคลื่น และ (3) ระบบควบคุมและทริกเกอร์ รับผิดชอบในการควบคุมแรงดันไฟฟ้าในการชาร์จ การควบคุมระยะเวลาการคายประจุ และการป้องกันอินเทอร์ล็อกเพื่อความปลอดภัย สำหรับการใช้งานที่ต้องการการทดสอบการตัดคลื่น- จะต้องติดตั้งอุปกรณ์ตัดคลื่น-เพิ่มเติมเพื่อบังคับให้ขัดขวางคลื่นกระแทกในเวลาที่กำหนดไว้ล่วงหน้า โดยใช้ช่องว่าง- การตัดคลื่นของลูกบอล

การจำแนกประเภทอุปกรณ์และพารามิเตอร์ทางเทคนิค

ขึ้นอยู่กับวัตถุประสงค์การจำลองและวัตถุประสงค์ในการทดลอง อุปกรณ์ฟ้าผ่าอิมพัลส์สามารถแบ่งได้อย่างชัดเจนเป็นสองประเภท: เครื่องกำเนิดแรงดันไฟฟ้าแรงกระตุ้นฟ้าผ่า และเครื่องกำเนิดกระแสไฟฟ้าฟ้าผ่าอิมพัลส์ แบบแรกมุ่งเน้นไปที่การจำลองผลกระทบจากความเครียดทางไฟฟ้าของแรงดันไฟฟ้าเกินจากฟ้าผ่าบนโครงสร้างฉนวนของอุปกรณ์ ในขณะที่แบบหลังเน้นที่การจำลองผลกระทบจากความเครียดจากความร้อนและแรงแม่เหล็กไฟฟ้าเมื่อกระแสฟ้าผ่าฉีดเข้าไปในแรงดันไฟฟ้า-ซึ่งจำกัดส่วนประกอบต่างๆ เช่น เครื่องป้องกันฟ้าผ่า

ในด้านการทดสอบ-ระบบไฟฟ้าแรงสูง คลื่นเต็มคลื่นอิมพัลส์ฟ้าผ่ามาตรฐานถูกกำหนดให้เป็นรูปแบบคลื่นเอ็กซ์โปเนนเชียลสองเท่าที่มีเวลาหน้าคลื่น 1.2 ไมโครวินาที และครึ่ง-เวลาสูงสุดที่ 50 ไมโครวินาที พารามิเตอร์รูปคลื่นเหล่านี้ไม่ได้ถูกเลือกโดยพลการ แต่ได้มาจากการเหนี่ยวนำเชิงสถิติโดยอาศัยข้อมูลการสังเกตฟ้าผ่าตามธรรมชาติที่ครอบคลุม ซึ่งแสดงให้เห็นอย่างสมเหตุสมผลถึงคุณลักษณะทั่วไปของแรงดันไฟฟ้าเกินที่เกิดจากฟ้าผ่าเหนี่ยวนำบนสายส่งเหนือศีรษะ นอกเหนือจากการทดสอบ-แบบคลื่นเต็มแล้ว การทดสอบคลื่นแบบสับคลื่นฟ้าผ่าอิมพัลส์-ยังมีคุณค่าทางวิศวกรรมที่สำคัญอีกด้วย สิ่งที่-เรียกว่า "การตัด" หมายถึงแรงดันไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วซึ่งเกิดจากการบังคับขัดขวางคลื่นอิมพัลส์ฟ้าผ่าทั้งหมดผ่านช่องว่างภายนอกระหว่างขอบขาขึ้นหรือระยะหน้าคลื่น โดยทั่วไปเวลาในการสับจะตั้งไว้ระหว่าง 2 ถึง 5 ไมโครวินาที ซึ่งเป็นการจำลองปรากฏการณ์แรงดันไฟฟ้าตกอย่างกะทันหันซึ่งเป็นผลมาจากฉนวนวาบไฟในระหว่างที่เกิดฟ้าผ่า สำหรับอุปกรณ์แรงดันไฟฟ้า-สูง-พิเศษที่แรงดันไฟฟ้าสูงสุดเกิน 800 kV มาตรฐานสากลได้แก้ไขความทนทานเชิงบวกของเวลาหน้าคลื่นอย่างมีนัยสำคัญ โดยขยายเป็น 100% ดังนั้นจึงอนุญาตให้เวลาหน้าคลื่นสูงถึง 2.4 ไมโครวินาที การปรับเปลี่ยนนี้จะพิจารณาถึงความแตกต่างในลักษณะทางกายภาพอย่างเต็มที่ในระหว่างกระบวนการระบาย-ช่องว่างอากาศที่ยาวเป็นพิเศษ ซึ่งสะท้อนถึงวิธีการปรับสูตรมาตรฐานให้ตอบสนองต่อการปฏิบัติทางวิศวกรรมอย่างไร