4-6. СХЕМЫ И УСТАНОВКИ ДЛЯ СИНХРОНИЗИРОВАННОГО ПОЛУЧЕНИЯ ПОСТОЯННЫХ И ИМПУЛЬСНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ И ТОКОВ
Высоковольтная изоляция в условиях эксплуатации находится под воздействием рабочего напряжения и одновременно может подвергаться воздействию волн перенапряжений. Практически представляет интерес изучение поведения диэлектриков и конструкций в этих условиях
одновременного воздействия двух или нескольких видов напряжений. Ниже описываются электрические установки, позволяющие воспроизводить эти условия. В ряде случаев интересно поведение объекта при одновременном воздействии высокого напряжения и большого тока.
Рис. 4-30. Электрическая схема комбинированной установки для получения постоянного и импульсного напряжений.
Для этих целей разработаны электрические схемы, позволяющие подвергать объект одновременно или в определенном чередовании воздействию высокого напряжения и большого тока, разработаны электрические схемы установок, с помощью которых объект испытания можно подвергать одновременно воздействию напряжений.
На рис. 4-30 представлена электрическая схема комбинированной электрической установки для получения постоянного и импульсного напряжений. Эта установка состоит из генератора импульсных напряжений и питающего его выпрямителя, от которого на объект испытания можно подавать постоянное напряжение.
На рис. 4-30 обозначено: Тр1-трансформатор, Тр2—кенотроны, емкость C1=0,02 мкф на рабочее напряжение 100 кВ. К емкостям C1 приключены, кроме зарядных сопротивлений R1 =105 Ом, два других сопротивления R3=103 Ом, соединяющие объект испытания ИО с полюсами выпрямительной установки. Контур генератора импульсов напряжений отделен от цепи постоянного напряжения отсекающими шаровыми разрядниками Р2, которые пробивались при наложении импульсов напряжения соответствующей амплитуды. Переключая соединительные провода, показанные пунктиром, можно изменять полярность подводимого постоянного напряжения.
Электрическая схема установки, представленная на рис. 4-31, позволяет раздельно регулировать величину постоянного и импульсного напряжений, подаваемых на испытуемый объект ИО.
В этой установке испытуемый объект, с одной стороны, подвергается длительному воздействию постоянного напряжения (правая часть схемы), а с другой — действию импульсов напряжения (левая часть схемы). Обе схемы разделены отсекающими разрядниками Р2.
Рис. 4-31. Электрическая схема установки с раздельно-регулируемыми постоянным и импульсным напряжениями.
Включение на стороне постоянного напряжения больших индуктивностей L
предохраняет элементы установки постоянного напряжения от опасного действия импульсного напряжения. Таким же образом могут быть скомбинированы установки для получения одновременного действия на объект переменного и импульсного напряжений, переменного и постоянного напряжений и др.
При изучении воздействия на самолет грозового электричества была построена установка, позволяющая простым переключением получать: а) постоянное регулируемое напряжение 1 500 кВ при токе 5 лш; б) импульсное напряжение при различной форме волны с амплитудой до 8 000 кВ; в) импульсный ток, амплитуда которого достигает 200 ка.
Электрическое поле установки и испытуемого объекта (самолета) было изучено с помощью метода электрических моделей. Измерения показали, что установка существенно не искажает электрическое поле около самолета. Генератор был спроектирован таким образом, чтобы при постоянном напряжении 750 кВ не наблюдалось коронирования на его частях и экранирующем электроде высокого напряжения.
Экранирующий электрод для этого генератора был изготовлен не сплошным, а из алюминиевых трубок, уложенных по грибообразной поверхности. Электрическое поле около такого электрода подобно полю решетки, которое было рассчитано еще Максвеллом. На поверхности электрода поле оказывается в 4 раза больше того, которое получилось бы, если поверхность выполнить сплошной металлической. На малом расстоянии от электрода вследствие экранирующего действия соседних трубок поле в основном не отличается от поля электрода со сплошной поверхностью. Измерение постоянного напряжения производилось с помощью делителя напряжения, выполненного из проволоки высокого сопротивления. Проволочные сопротивления были заключены в трубу из изолирующего материала и залиты маслом. Напряжение по длине трубы распределялось равномерно путем применения выравнивающих колец. Для устранения влияния окружающих предметов, как известно, сильно нарушающих линейное распределение напряжения по делителю при работе на импульсах, его помещали внутрь трубчатого коронирующего электрода.
Такое экранирование обеспечивало однородное поле делителя. Экранированное пространство внутри электрода было использовано также для устройства измерительной лаборатории. Высокое постоянное напряжение получалось от установки при условии ее работы в режиме каскадного генератора. Электрическая схема этой установки дана на рис. 4-32. Применение генератора с движущейся лентой, работающего в атмосфере сжатого газа, в данном случае оказалось неудобным в связи с необходимостью иметь во вторичной цепи ток в несколько миллиампер, а также с трудностью применения электростатических генераторов в этих условиях (например, устройство вывода, сушка воздуха и др.). Повышение напряжения на конденсаторах в схеме, представленной на рис. 4-32, приводит к пробою искровых промежутков между зачерненными шарами. Вследствие этого конденсаторы соединяются последовательно, давая на выходе напряжение, равное сумме напряжений каждого конденсатора за вычетом потерь.
С помощью импульса напряжения, подаваемого на светлый поджигающий шар (рис. 4-32) от постороннего источника, можно в любой интересующий момент переводить генератор из режима работы в качестве источника постоянного напряжения в режим работы генератора импульсных напряжений.
Рис. 4-32. Электрическая схема установки, работающей как генератор постоянного и импульсного напряжений.
1 — импульс напряжения на запальные шары; 2—генератор высокой частоты 5 000 Гц для накала катодов выпрямителей; 3—питающий трансформатор 500 Гц.
Этот же генератор при присоединении всех конденсаторов на параллельную работу может работать как генератор импульсных токов, давая ток порядка 200 ка. Общий заряд, запасаемый в системе, достигает 5 к. В случае необходимости в более мощных разрядах, например, когда запасаемый заряд порядка 100 к, генератор импульсных токов синхронизируется с мощным источником тока, работающим при промышленной частоте.
Ввиду того, что генераторы импульсных напряжений, способные давать большой разрядный ток, будут иметь высокую стоимость, осуществляют синхронную работу генератора импульсов высоких напряжений и генератора импульсов больших токов.
Схема синхронизации генератора импульсных токов и напряжений при однократном действии представлена на рис. 4-33. Установка, собранная по этой схеме, дает возможность подвергать объект последовательно воздействию высокого импульсного напряжения и затем большого тока. Импульс высокого напряжения вызывает разряд в искровом промежутке Р и на объекте испытания; по ионизированному пути протекает большой ток ГИТ. Сопротивление R1 берется обычно в виде тонкой и длинной проволоки, плавящейся при прохождении тока импульсного генератора. Такое устройство, быстро отключающее генератор токов, получило название микросекундного выключателя. Комбинированный импульсный генератор тока и напряжения позволяет воспроизвести характеристики разряда молнии.
Рис. 4-33. Электрическая схема однократного синхронного действия генераторов импульсных напряжений и токов.
Эта схема работает аналогично ртутной лампе, которая зажигается на высоком напряжении, а затем автоматически переключается на низкое напряжение. Однократное действие описанной схемы является ее существенным недостатком в том случае, когда требуется производить многократные опыты при тождественных условиях.
В Ленинградском политехническом институте Η. М. Соломонов предложил схему синхронизации многократного действия, позволяющую разряжать на одну искру генератор импульсных напряжений и несколько генераторов больших токов. В этом устройстве генератор импульсов тока соединяется с объектом испытания через емкостный или омический делитель напряжения; к последнему присоединены искровые разрядники, установленные таким образом, чтобы при разряде ГИН на объекте они последовательно пробивались. Разряд ГИТ будет происходить через дуги, загорающиеся в указанных искровых промежутках.
