Tipos e padrões de teste para equipamentos de impulso atmosférico

Equipamento Lightning Impulse: tecnologia essencial em testes de alta-tensão

O equipamento de impulso de raios serve como o principal aparelho de teste no campo de testes de alta-tensão. Sua função principal é simular, de maneira controlada, os impulsos transitórios de alta-tensão e alta-corrente gerados por descargas atmosféricas naturais, permitindo assim a verificação científica do desempenho do isolamento e da capacidade anti-interferência de vários equipamentos de energia e sistemas eletrônicos. À medida que os níveis de tensão da rede elétrica continuam a aumentar e a densidade de integração de equipamentos aumenta, os testes de impulso de raios tornaram-se um elo crítico no controle de qualidade do produto e na avaliação de confiabilidade, com suas especificações técnicas e sistemas padrão tornando-se cada vez mais refinados.

Princípio de funcionamento e composição básica do equipamento de impulso relâmpago

O conceito central de design do equipamento de impulso relâmpago origina-se do princípio do circuito Marx, que é essencialmente uma estrutura de conversão de energia baseada em "carga paralela e descarga em série". Durante a fase de carregamento, vários estágios de capacitores dentro do dispositivo são conectados em paralelo a uma fonte de alimentação CC de alta-tensão por meio de resistores de carregamento, com cada capacitor carregado independentemente com um valor de tensão predefinido. Quando o estágio de descarga começa, o intervalo entre esferas de ignição do primeiro-estágio é acionado com precisão, fazendo com que os intervalos entre esferas em série de cada estágio subsequente se quebrem e conduzam sequencialmente. Isso muda instantaneamente todos os capacitores de estágio para um estado de conexão em série. As tensões de cada capacitor então se sobrepõem, gerando uma forma de onda de tensão pulsada com amplitude extremamente alta e duração muito curta no terminal de saída. Esse projeto permite o uso de fontes de energia de baixa tensão-para gerar altas tensões de impulso de vários megavolts ou até mesmo dezenas de megavolts, reduzindo significativamente a dificuldade e o custo de fabricação do equipamento.

Do ponto de vista da composição física, um dispositivo completo de teste de impulso de raio consiste em pelo menos três componentes principais: (1) o corpo do gerador de tensão de impulso, que integra capacitores, resistores de carga, resistores de frente de onda, resistores de cauda de onda e interruptores de intervalo esférico para realizar o circuito de Marx em cada estágio; (2) o sistema de medição, normalmente incluindo um divisor de tensão resistivo-capacitivo ou um dispositivo de medição diferencial-integral, combinado com um gravador digital para aquisição e análise de formas de onda; e (3) o sistema de controle e disparo, responsável por regular a tensão de carga, controlar o tempo de descarga e fornecer proteção de intertravamento de segurança. Para aplicações que exigem testes de{9}corte de onda, um dispositivo-de corte de onda adicional deve ser instalado para interromper à força a onda de choque em um tempo predeterminado usando o intervalo de bola-de corte de onda.

Classificação de Equipamentos e Parâmetros Técnicos

Dependendo dos objetivos da simulação e dos propósitos experimentais, os equipamentos de impulso atmosférico podem ser claramente divididos em duas categorias: geradores de tensão de impulso atmosférico e geradores de corrente de impulso atmosférico. O primeiro se concentra na simulação dos efeitos de estresse elétrico da sobretensão de raios nas estruturas de isolamento de equipamentos, enquanto o último enfatiza a reprodução do estresse térmico e dos efeitos da força eletromagnética quando a corrente do raio é injetada em componentes limitadores de tensão, como pára-raios.

No campo de testes de sistemas de energia de alta-tensão, a onda completa de impulso de raio padrão é definida como uma forma de onda-dupla exponencial com um tempo de frente de onda de 1,2 microssegundos e meio-tempo de pico de 50 microssegundos. Esses parâmetros de forma de onda não são escolhidos arbitrariamente, mas são derivados de indução estatística baseada em extensos dados de observação de raios naturais, representando razoavelmente as características típicas de sobretensão induzida por raios em linhas de transmissão aéreas. Além do teste de-onda completa, o teste de onda-cortada por impulso de raio tem um valor de engenharia significativo. O chamado-"corte" refere-se ao salto acentuado de tensão causado pela interrupção forçada de toda a onda de impulso do raio por meio de uma lacuna externa durante a borda ascendente ou estágio de frente de onda. O tempo de corte é normalmente definido entre 2 e 5 microssegundos, simulando o fenômeno de queda repentina de tensão resultante da descarga do isolamento durante a queda de um raio. Para equipamentos de tensão ultra-alta-onde a tensão máxima excede 800 kV, os padrões internacionais revisaram significativamente a tolerância positiva do tempo da frente de onda, estendendo-a para 100%, permitindo assim que o tempo da frente de onda alcance 2,4 microssegundos. Esse ajuste considera totalmente as diferenças nas características físicas durante o processo de descarga de entreferros ultra-longos, refletindo como a formulação padrão se adapta responsivamente à prática de engenharia.