Transcript univerzálne modely čiastkových výbojov

TECHNICKÁ UNIVERZITA V KOŠICIACH
Fakulta elektrotechniky a informatiky
Mäsiarska 74, 041 20 KOŠICE
UNIVERZÁLNE MODELY ČIASTKOVÝCH
VÝBOJOV
prof. Ing. K. Marton, DrSc.; Ing. J. Balogh, PhD.; Ing. M. Boga;
Ing. J. DŽMURA, PhD; Ing. Jaroslav PETRÁŠ
•
•
•
•
•
Úvod
Teoretická interpretácia napäťového a prúdového modelu
Univerzálny model čiastkových výbojov
Viacčlánkové modely
Záver
Úvod
Definícia pojmu „Čiastkový výboj“ (IEC 60270:2000)-lokalizovaný elektrický výboj, ktorý len čiastočne
premosťuje izoláciu medzi vodičmi a ktorý sa môže alebo
nemusí objaviť v okolí vodiča
Výskyt a rozvoj čiastkových výbojov
Vnútorné
defekty
• geometricky
symetrické
• dutiny alebo
cylindrické útvary
Stromčekový výboj (treeing effect):

1 2
1  2 
f  E  E    E
 D  
2
2   D 
Povrchové výboje
 E x E y E z  1

 p


 V

x

y

z


Rozhranie pevná
fáza – plyn (vzduch)
Elektrická schéma vzorky s defektom
L
+
AC
-
Ck
Sample = vzorka
q
u PD
Zm
 u  dt
TEORETICKÁ INTERPRETÁCIA
NAPÄŤOVÉHO A PRÚDOVÉHO MODELU
a) element kapacity
s defektom
b) náhradný model
U2
C3
C1
C2
U
C3
i2
C2
i
R
i1
U1
Základná schéma (Gemant, Philipoff)
C1
GI
Diferenciálna rovnica popisujúca dej vo
výbojovom priestore napäťového modulu
C 2  C3
di

i  0
dt RC1C2  C1C3  C2 C3 
di
 Ki  0
dt
po úprave
Riešením operátorovými počtami a transformáciou

F  p   p  f t e  pt dt
0
dostaneme
i  i0 e
 Kt
kde v prípade t=0 bude
U i  Kt
i
e
R
Nevýhoda: Nepoukazuje na dej v čele impulzu
Modelovanie dejov priamo v dutine:
PRÚDOVÝ MODEL
+
+
_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _
_
_
_
_
r1
RP
_ _
_
_
  
1 F1 r 2 
  r1 
R
E0
+
++
C L ++ ++ +- ++
+ ++ +
-
_
_
_
_
_
+ + + + + + + + + + + +
_
_
_
+
+
+
+
_
_
r1
r2
E0
r1
Eimax
  
1 F1 r2 
 r1 
_
+ ++ +
-++++-++
- + -+
-++++++ -+
+ ++++-+++ + _
++++
+ +++++++++ + _
_
_
RP
Ed 
_

+
_
E0
E0
_
RP 
r2
C
_
- -- -- -- - --+-- --- --- --- --- -- - - -+
+- +- -- +
r2
+- -- --- - - --- -++
- -- ++
--
_
RP
_
+
_
+
+
+
+
+
+
_
_
a)
b)
Pomery pred nasadením
výboja
Po vzniku výboja
Obvod je rozšírený o mikroindukčnosť L, ktorá predstavuje
dráhu výboja. Pre obvod napíšeme diferenciálnu rovnicu
di
1
L  Ri   idt  0
dt
C
ktorej riešením je ak korene a1a2 priebeh prúdového
t
impulzu

 t

it   A1ea1t  A2 ea 2t  it   I 0  e


1
e
Ďalšia analýza: i(0)=0
uc= -U0 - pred výbojom je na Cd
napätie U0
Ďalšia podmienka je viazaná na i´(0) v bode t = 0
 di 
L   Ri0  u0 0  0
 dt  t 0
z čoho
U0
i 0 
L
2



Aperiodický priebeh impulzu
ČV získaného z prúdového
modelu
Prúdový impulz strímrového
výboja
i
i1 (t)
Time scale
Scale
65mV/div 2ns/div
1 =42
i(t)
 2 t0
1
t
i 2(t)
u c(t)
INFL. BOD
-U 0
z podmienky di/dt = 0, pričom I0  0 bude:
 1  2
1
tm 
ln
1   2  2
UNIVERZÁLNY MODEL
ČIASTKOVÝCH VÝBOJOV
Defektné miesto je nahradené iskriskom
a) elektródový systém
b) spektrálna analýza
Detailný pohľad na usporiadanie elektród
Objem plynom vyplneného priestoru:
V = 1,38.10-9 m3;
d = 450μm
Energia elektrického poľa medzi elektródami v
prípade
C0 = 0,19 pF a pri fiktívnych napätiach
U = 10 – 100 – 1000 V
bude: W1 9,465.10-12 Ws; 59 MeV
W2 9,465.10-10 Ws; 5,9GeV
W3 9,465.10-8 Ws; 0,59TeV
Aktivita čiastkových výbojov pri vyšších teplotách
(Experiment)
CK
Zm
Napäťový model (modifikovaný Böningom)
u
C3
R4
A
u4
i4
C4
C2
B
u1
R1
i1
C1
x
u3
u2
GI
TS1
TS2
x
C5
u5
R2
R3
t=0
Rozšírený náhradný obvod prvku vzduchovej dutiny
TS1, TS2- toroidná sonda
DIG.
OSC.
Priebeh napäťových relaxácií a prúdových
impulzov snímaných digitálnym
osciloskopom
Prúdový model defektného miesta
C3
Rn
DIG.
OSC.
KS
x
C1
GI
x
u
R
C2
Priebeh napäťového a prúdového signálu
z digitálneho osciloskopu
Príklad fázového rozloženia čiastkových výbojov
VIACČLÁNKOVÉ MODELY
Model s kapacitným premostením
Mnohočlánkový model podľa Kučinského
Oba modely umožňujú použiť toroidnú sondu na
snímanie napäťových, prip. prúdových impulzov
VIACČLÁNKOVÝ MODEL VINUTIA
Vonkajšia ochrana
proti výbojom
Polovodivá ochrana
proti výbojom
Izolácia
Vnútorná ochrana
proti výbojom
Cu vodič
VN točivý stroj
Detail statorového vinutia
Statorový plech
Kapacitno- odporový model
TS
Stena drážky
C´H
x
R´
x
C´I
Rdx
Polovodivá ochrana
Izolácia
Cu vodič
x
x
Vzduchová medzera
superpozície
výbojov
ZÁVER
Vysoká stabilita modelov
Aplikovateľnosť pri teplotách od -15°C do 100°C
Vysoká citlivosť U a I modelov
Snímanie signálov: TS; KS a galvanicky
Privedenie výpovedeschopnej veličiny cez
A/D prevodník do počítača
Ďakujem za pozornosť