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串聯變頻諧振補償法在35KV長電纜交流耐壓試驗中的應用 |
在現場耐壓實驗中,當被試品的實驗電壓較高或電容值較大,實驗變壓器的額定電壓或容量不能滿足請求時,可采用串聯諧振設備停止耐壓實驗。
串聯諧振實驗安裝具有實驗設備體積小,實驗電源電壓低、功率小(僅需提供實驗回路中的有功功率),實驗電壓波形好的特性。因而,串聯諧振普遍應用于現場橡塑電纜,氣體絕緣組合電器(GIS),大型發電機組,大型電力變壓器,耦合電容器等高電壓,大容量電力設備的交流耐壓、感應耐壓、部分放電等實驗。
優點:變頻串聯諧振是諧振式電流濾波電路,能改善電源波形畸變,取得較好的正弦電壓波形,有效避免諧波峰值對被試品的誤擊穿。變頻串聯諧振工作在諧振狀態,當被試品的絕緣點被擊穿時,電流立刻脫諧,回路電流疾速降落為正常實驗電流的數非常之一。發作閃絡擊穿時,因失去諧振條件,除短路電流立刻降落外,高電壓也立刻消逝,電弧即可熄滅。其恢復電壓的再樹立過程長,很容易在再次到達閃絡電壓斷開電源,所以適用于高電壓、大容量的電力設備的絕緣耐壓實驗。
原理:應用勵磁變壓器激起串聯諧振回路,經過調理電感或改動電源的輸出頻率,使回路中的感抗和容抗相等,回路呈諧振狀態,回路中無功趨于零。此時回路電流最大,即:
Im=U/√R2+(XL-XC)2=U/R
式中:Im ——諧振時回路最大電流,A;R——回路等效電阻(普通主要為電抗器的內阻),Ω; U——勵磁變壓器高壓側的輸出電壓,V;XL——回路中的感抗,Ω; XC——回路中的容抗,Ω。
串聯諧振分為調感式和調頻式兩種。
調感式串聯諧振:調感式串聯諧振采用鐵芯氣隙可調理的高壓串聯電抗器,由于被試品的電容量是一定的,經過調理電感使回路發作工頻串聯諧振。諧振時,回路呈純阻性,回路電流等于勵磁電壓U除以回路的等效電阻R,此時回路電流最大,電感和電容兩端的電壓為:
U0= Im (1/ωCX )= Im (ωL)=(U/R) Ωl
式中:U0 ——諧振時被試品的兩端的電壓,V; L ——可調電抗器電感,H; CX ——被試品電容量,F;ω——角頻率。 Im ,U ,R同前式
原理圖:
圖中:T—勵磁變壓器;L—可調電感;CX—被試品;U—勵磁電壓;R—回路等效電阻;
U0—諧振時被試品兩端電壓
電路諧振后電感或電容兩端的電壓U0 等于Q倍的勵磁電壓U。
即U0 =QU Q——回路質量因數
調感式諧振時,Q普通可達40~80,其計算式為:Q=100πL/R;
諧振時串聯電抗器的電感計算式為:L=1/(100π)2C
由于此辦法較難控制調理,現場不常采用,應用性不佳,所以這里我們不做過多的論述討論。
經過調理電源的頻率使感抗等于容抗,電路發作串聯諧振,回路中的無功簡直為零。此時,電流最大,且與輸入電壓同相位,使電感或電容兩端取得一個高于勵磁電壓Q倍的電壓。
變頻式諧振時,Q普通可達50~150,則:
Q=ωL/R=UL/U=UC/U UL ——諧振時電感兩端電壓,V;UC ——諧振時電容兩端電壓,V。
原理圖:
圖中:FC—變頻電源;T—勵磁變壓器;L—電感; R—回路等效電阻;CX—被試品;U—勵磁電壓;U0—諧振時被試品兩端電壓。
l 諧振頻率計算:依據電感和電容計算頻率,計算式為:f0=(1/2π√LC)×103
式中:f0 ——諧振頻率,Hz;L——電抗器電感量,H; C——被試品和分壓器電容,μF.
l 電感和電容中的電流計算:串聯諧振電路中流過電感的電流等于流過電容的電流,電流計算式為: IC=IL=ωCX U×10-3 式中:IC 、IL ——流過電感和電容的電流,A。
串聯諧振系統的主要特性:適用范圍廣,體積小、質量輕,實驗容量大、實驗電壓高。平安牢靠性高,操作簡約便當,實驗等效性好。串聯諧振安裝對高次諧波重量回路阻抗很大,所以試品上的電壓波形好;同時若在耐壓實驗過程中發作閃絡、擊穿、因失去了諧振條件,高電壓立刻消逝,從而使電弧立刻熄滅;謴碗妷簶淞⑦^程較長,很容易在再次到達閃絡電壓之前控制電源跳閘,防止反復擊穿,恢復電壓并不產生任何過沖所惹起的過電壓。依據當前被試品,我們肯定選擇變頻(調頻)式串聯諧振辦法來停止交聯聚乙烯高壓電纜的交流耐壓實驗。
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