Испытательные высоковольтные установки постоянного и переменного тока

Установки высокого напряжения промышленной частоты вос­производят условия работы электрической изоляции в нормальном режиме и при воздействии внутренних перенапряжений, связанных с переходными процессами при включении и отключении электри­ческих цепей, при коротких замыканиях на землю и между фазами.

Например, для различных видов изоляции и аппаратов на номи­нальное напряжение 400—500 кВ испытательное напряжение лежит в пределах 670—1100 кВ; следовательно, напряжение испытатель­ной установки, предназначенной для них, должно быть выше 1100 кВ (порядка 1—1,5 MB). Таким образом, наивысшие значения напряжения испытательных установок промышленной частоты определяются необходимыми испытательными напряжениями элек­трооборудования.

Испытательные трансформаторы высокого напряжения

В современных лабораториях высокого напряжения проводят­ся испытания и исследования различных видов изоляции высокого напряжения, изучение процессов перенапряжений, испытание ап­паратов высокого напряжения на отключающую способность, что необходимо для конструирования, изготовления и эксплуатации электрических машин и аппаратов, а также линий электропереда­чи. В процессе разработки и проведения испытаний изоляции элект­ротехнического оборудования требуются лишь высокие напряже­ния с частотой 50 Гц при относительно малой потребляемой мощ­ности.

Испытательные трансформаторы чаще всего работают в крат­ковременном режиме. У них не возникает проблем с охлаждением и электродинамической стойкостью, изоляция обмотки полностью определяется конструкцией трансформатора. Такие трансформа­торы выполняются всегда однофазными, от них получают высо­кое напряжение относительно земли. Часть рассмотренных далее устройств пригодна и для получения напряжений, симметричных относительно земли.

Разряд на выводах трансформатора в цепи обмотки высокого напряжения (на объекте или в промежутке измерительных шаров) соответствует нормальной работе испытательной установки. При испытаниях в цепи обмотки высокого напряжения происходит раз­ряд, соответствующий его нормальной работе. Испытательный трансформатор кратковременно подвергается воздействию брос­ков тока, создающего электродинамические усилия, на которые он должен быть рассчитан.

При определении мощности испытательного трансформатора исходят не из величины кратковременного разрядного тока, а из величины длительно проходящего через его обмотку. Испытатель­ные трансформаторы с номинальным напряжением менее 250 кВ рассчитаны на номинальные токи 0,2—0,8 А, а трансформаторы с номинальным напряжением более 250 кВ — на ток 1 А. Мощность одноамперных трансформаторов обеспечивает приведение испы­таний изоляции почти всех видов оборудования высокого напря­жения.

При испытаниях высоким напряжением промышленной часто­ты кроме достаточной мощности необходимо поддерживать стро­го синусоидальное изменение напряжения на испытуемом объекте. Для того чтобы не снижалась точность измерений при повышен­ных значениях индуктивности рассеяния и при большой емкост­ной нагрузке, в испытательных трансформаторах предусмотрены специальные измерительные обмотки в цепи обмотки высокого на­пряжения.

Таким образом, испытательные трансформаторы работают в специфических условиях, которые обусловливают некоторые осо­бенности их устройства. По сравнению с силовыми трансформато­рами они обладают значительно большим коэффициентом транс­формации, существенно меньшими мощностью и запасом электри­ческой прочности изоляции.

Сравнительно низкий уровень изоляции испытательных транс­форматоров объясняется кратковременностью работы (включаются периодически), причем большей частью при напряжениях ниже но­минального (в диапазоне 0—UH), а также отсутствием воздействия атмосферных перенапряжений (нет связи с воздушной сетью элект­ропередачи).

В трансформаторе с одним вводом (рис. 5.1, а) один конец об­мотки высокого напряжения может быть соединен с сердечником и заземленным корпусом трансформатора. Заземление одного вво­да трансформатора дает возможность ослабить изоляцию одного из концов обмотки, что облегчает условия измерения, так как из­мерительные приборы подключаются к заземленному концу об­мотки.

Главный недостаток трансформаторов с одним вводом — необ­ходимость изоляции одного из концов обмотки и ввода высокого напряжения с расчетом на полное напряжение трансформатора. Такие трансформаторы обычно изготавливаются на напряжения до 500 кВ.

В трансформаторах с двумя вводами (рис. 5.1, б) средняя точ­ка обмотки высокого напряжения присоединяется к сердечнику и корпусу. Трансформаторы с двумя вводами могут быть выполне­ны в двух вариантах: 1) обмотка низкого напряжения не имеет изо­ляции высокого напряжения относительно сердечника и корпуса; 2) обмотка низкого напряжения изолирована от корпуса с расче­том на половину высокого напряжения.

В первом варианте обмотка низкого напряжения включается через регулировочное устройство в сеть, поэтому корпус и сердеч­ник должны иметь низкий потенциал, т.е. практически заземлять­ся. Такой вариант не воспроизводит при испытаниях условий экс­плуатации, так как к вводам трансформатора не может быть под­ключен объект с одним заземленным полюсом. В результате величина испытательного напряжения ограничивается половиной номинального напряжения испытательного трансформатора, по­этому такой вариант трансформаторов не получил широкого рас­пространения. Они выпускаются маломощными и рассчитанными на напряжения до 250 кВ.

Во втором варианте один ввод обмотки высокого напряжения заземляется, следовательно сердечник и корпус трансформатора получают по отношению к земле и обмотке низкого напряжения потенциал 0,5 UH (корпус должен быть изолирован от пола и зазем­ленного оборудования лаборатории). У такого трансформатора есть еще одно важное преимущество — потенциал вводов относи­тельно корпуса уменьшается вдвое и облегчается изоляция обмот­ки высокого напряжения от корпуса. Изоляция обмотки низкого напряжения от обмотки высокого напряжения упрощается при раз­мещении последней вблизи заземленного конца. Трансформаторы в таком варианте выпускаются рассчитанными на напряжения до 750 кВ, при этом вводы имеют изоляцию на напряжение 375 кВ.

Конструкции высоковольтных испытательных трансформаторов в зависимости от вида изоляции могут быть разделены на две ос­новные группы: масляные и сухие, имеющие воздушную изоляцию.

Особенности схем и конструкций трансформаторов обусловле­ны тем, что из экономических соображений целесообразно выпол­нять обмотку высокого напряжения в виде единой катушки при напряжениях до нескольких сотен киловольт. При больших напря­жениях используется несколько секций обмотки, и общие изоляци­онные проблемы решаются путем обеспечения изоляции отдель­ных секций.

На рис. 5.2, а представлена схема многослойной цилиндриче­ской обмотки. Изоляционные цилиндры разной длины располо­жены на магнитопроводе ступенями. На каждом цилиндре намо­тан один слой обмотки — однослойный цилиндрический элемент. Цементы обмотки соединены последовательно и охлаждаются мас­лом. Ближайший к сердечнику / слой заземлен с одного конца. На каждый слой приходится часть общего напряжения, равная инду­цированному напряжению в каждом витке, умноженному на число витков. Конец обмотки внешнего слоя 3 имеет потенциал, равный полному напряжению. Напряженность электрического поля на кра­ях этого слоя снижается до допустимых пределов с помощью экра­нов 5. Общая изоляция обмотки равномерно распределяется по изо­ляции между витками слоя и между слоями.

Испытательный трансформатор на напряжение 330 кВ и мощно­стью 330 кВА (рис. 5.2, б) имеет один ввод высокого напряжения, оснащенный маслонаполненным проходным изолятором. Обмот­ка высокого напряжения состоит из слоев с бумажноленточной изоляцией, при этом слои образуют как бы систему последова­тельно со единенных конденсаторов, обеспечивающих равномерное распределение напряже-

ния по обмотке.

Проблема отвода напряжения удачно решается в конструкциях трансформаторов с металлическим баком и двумя вводами. У та­ких трансформаторов средняя точка обмотки высокого напряже­ния электрически соединена с баком, поэтому вводы рассчитыва­ются на напряжение 0,5£/ном и имеют умеренные размеры и массу.

Сами трансформаторы устанавливаются на опорной изоляционной конструкции, рассчитанной на то же напряжение. При обычной схе­ме испытаний один из вводов заземляется.

Основными достоинствами масляных испытательных трансфор­маторов с металлическими баками являются защищенность обмо­ток от внешних воздействий, надежность работы, невысокое реак­тивное сопротивление (по сравнению с сухими трансформатора­ми), а недостатками — значительный вес, громоздкость и сложность вводов, трудности, связанные с транспортировкой и ремонтом.

Сухие испытательные трансформаторы высокого напряжения выпускаются только для внутренней установки. В них обмотка низ­кого напряжения размещается непосредственно на магнитопроводе, а обмотка высокого напряжения с заземленным началом — на нескольких цилиндрах.

Сухие трансформаторы удобны в обслуживании и наблюдении за их работой, не требуют масла, устройства сложных дорогосто­ящих вводов, обладают меньшим суммарным весом. Существен­ными недостатками, сильно ограничивающими их применение, яв­ляются: незащищенность обмоток от внешних воздействий, боль­шие габариты, вес и стоимость необходимых активных материалов, а также повышенная индуктивность рассеяния.

Каскадные трансформаторы.

Для получения высоких испыта­тельных напряжений применяется каскадное включение трансфор­маторов, при котором их обмотки высокого напряжения соединя­ются последовательно, а питание каждого следующего трансфор­матора осуществляется через предыдущий. На рис. 5.3 показана схема соединения обмоток наиболее распространенного в настоя­щее время каскада, состоящего из трех трансформаторов на напря­жение 750 кВ. При последовательном соединении трансформато­ров по каскадной схеме полное напряжение распределяется на не­сколько ступеней, каждая из которых надежно изолирована. Кроме того, создается возможность для частичной замены сложной внут­ренней изоляции на более простую внешнюю, расчитанную на то же напряжение. Поскольку опорно-изоляционная конструкция кас­када трансформатора имеет значительную высоту, то для более рав­номерного распределения напряжения на ней на металлические рамы, связывающие между собой опорные изоляторы, подаются напряжения определенных потенциалов от элементов каскада. Для

предупреждения коронирования металлических конструкций и со­единений на них устанавливаются экраны, радиус которых тем больше, чем выше потенциал.

В настоящее время построены каскады на напряжение более 2 MB, при этом число ступеней практически никогда не превышает четырех (по соображениям ограничения напряжения короткого за­мыкания и_к).

Резонансные схемы трансформаторов. Установки высокого на­пряжения высокой частоты от 300 кГц до 10 МГц используются для испытания изоляции, а также для питания специальных уст­ройств (рентгеновских трубок и др.).

Высокое напряжение высокой частоты создается главным об­разом с помощью специальных высокочастотных резонансных трансформаторов, у которых чаще всего отсутствует стальной сер­дечник. Магнитный поток в этих трансформаторах сравнительно невелик, но скорость его изменения весьма значительна, что обес­печивает получение высоких величин напряжения.

Испытываемые объекты представляют собой высокодобротные конденсаторы, и даже с индуктивностью рассеяния трансформа­тора они образуют последовательные резонансные контуры со сла­бым затуханием. Резонансные схемы обладают рядом преиму­ществ.

Для получения напряжения U_н при добротности контура Q до­статочно малого, зависящего от резонансной частоты перемен­ного напряжения U₁= _Uн/Q. Даже если напряжение U₁ содержит гармоники с большой амплитудой, то и в этом случае легко вы­полняются требования, предъявляемые к форме испытательного напряжения, так как резонанс достигается на основной частоте.

Мощность, необходимая для возбуждения резонансного кон­тура, очень мала, поскольку емкостная мощность объекта U²_нwC_р в резонансном контуре компенсируется индуктивной мощностью U²_н/wL. Мощность источника возбуждения должна перекрывать лишь активные потери, составляющие обычно менее 5% емкост­ной мощности.

Пробой объекта приводит к немедленному исчезновению резо­нанса и снижению напряжения на объекте. Повреждения объекта в месте пробоя оказываются всегда минимальными, так как в ка­нал разряда не поступает никакой энергии, кроме накопленной в емкости объекта (0,5СрU²_н).

В последовательном контуре можно получить более высокое напряжение, включив реактор. Повышение испытательной мощ­ности при увеличении емкости объекта достигается за счет парал­лельного включения реакторов высокого напряжения. В последнее время широкое распространение получили регулируемые реакто­ры высокого напряжения (рис. 5.4, а, б), благодаря которым по­явилась возможность отказаться от испытательного трансформа­тора.

Реакторы высокого напряжения имеют гораздо меньшие разме­ры и массу, чем трансформаторы той же мощности. Это является преимуществом при испытаниях объектов на месте монтажа. Даль­нейшее существенное снижение массы испытательной установки возможно, если отказаться от плавной регулировки индуктивно­сти и использовать реакторы с практически постоянной индуктив­ностью L.

При заданной емкости объекта Ср и высокой добротно­сти LCp-контура напряжение возбуждения оказывается небольшим и возможна плавная регулировка частоты, обеспечивающая изме­нение напряжения на объекте U_н.

Требуемая частота даже при боль­шом изменении емкости объекта зависит от этого не так сильно. Подходящий источник питания с плавно меняющейся частотой мо­жет представлять собой специальный преобразователь, изготовлен­

ный на основе силовой электроустановки и способный покрывать активные потери в резонансном контуре (рис. 5.4, в).

Необходимо отметить, что к резонансным схемам следует от­нести трансформаторы Тесла, сконструированные Н. Тесла еще в 1891 г. С их помощью генерируются часто повторяющиеся колеба­тельные затухающие импульсы с частотой более 100 кГц и ампли­тудой выше 1 MB.

Получение высоких постоянных напряжений. Высокие постоян­ные напряжения (не менее 1 кВ) находят применение во многих областях техники. Соответственно разнообразны и возможности их получения, учитывающие специфику использования. Установ­ки высокого постоянного напряжения применяют для испытания изоляции электрооборудования устройств постоянного тока и ка­белей. При испытании кабелей высоким напряжением исключает­ся воздействие повышенного переменного напряжения, которое мо­жет привести к необратимым изменениям в их изоляции, и умень­шается необходимая реактивная мощность при большой длине кабеля.

Высокое постоянное напряжение получают в соответствующих лабораториях главным образом путем выпрямления переменного напряжения. В установках высокого постоянного напряжения для этого могут быть использованы различные устройства. На про­тяжении многих десятилетий в этом качестве использовались элек­тронно-вакуумные приборы с разогреваемым катодом — кено­троны.

Кенотрон представляет собой электронную лампу, состоящую из стеклянного баллона, в котором создан высокий вакуум и есть два электрода: катод в виде нити из тугоплавкого металла и ци­линдрический или плоский анод. Действие такой лампы основано на использовании термоэлектронной эмиссии разогретого катода. Источником электронов служит его вольфрамовая нить. Кенотрон обладает односторонней проводимостью. С ростом приложенно­го напряжения увеличивается ток, проходящий через него. При не­котором значении напряжения он достигает предельного значения, называемого током насыщения.

При нормальных условиях, когда ток нагрузки во много раз меньше тока насыщения, внутреннее падение напряжения в кено­троне относительно мало и величина тока, протекающего через него, определяется параметрами внешней цепи. При перегрузке кенотрона, когда ток нагрузки приближается к току насыщения, падение напряжения резко возрастает, увеличивая мощность, вы­деляемую на кенотроне.

Для выпрямления переменного тока используются простейшие электрические схемы: мостовая схема, схема выпрямления и удвое­ния напряжения, каскадная схема.

Генерация высокого постоянного напряжения с помощью вы­прямительных схем необходима в том случае, если требуется по­лучить токи более 1—10 мА. Однако в этих схемах должны быть предусмотрены специальные меры для снижения пульсаций посто­янного напряжения.

Рассмотрим наиболее распространенные и, следовательно, важ­ные схемы выпрямления. В однополупериодном выпрямителе вы­сокое переменное напряжение преобразуется в высокое постоян­ное напряжение. Для этого необходимы специальные выпрямляю­щие и сглаживающие устройства.

В каскадных схемах можно получить высокое постоянное на­пряжение от источника с гораздо меньшим переменным напряже­нием и, значит, при малых затратах на это.

Однополупериодное выпрямление с фильтрацией напряжения. Чтобы преобразовать переменное напряжение в постоянное, не­обходимы три элемента (рис. 5.5, а): источник переменного на­пряжения u(t), выпрямитель (диод) D, работающий в качестве пе­реключателя напряжения, и конденсатор С, накапливающий заряд. При этом не важно, является ли напряжение синусоидальным или содержит высшие гармони ки при постоянном максимальном зна­чении U_m.

Принципиально каждый из этих трех элементов схемы может иметь заземленную точку, а изменение во времени снимаемого на­пряжения зависит от выбора точек съема. При получении высоко­го напряжения целесообразно заземлять одну из точек а или Ь ис­точника переменного напряжения, так как он обычно представля­ет собой обмотку трансформатора высокого напряжения со слабой на одном конце изоляцией относительно заземленных точек сер­дечника или первичной обмотки. Если заземляется точка Ь, то не­обходима дополнительная изоляция источника переменного напря­жения.

Для понимания любых схем выпрямления важно уяснить, как изменяются напряжения на всех трех элементах во времени, если считать диод идеальным коммутатором.

При заземленной точке а получаем известную в технике низких напряжений и широко применяемую во многих электронных уст­ройствах однополупериодную схему. На рис. 5.5, б показаны изме­нения во времени потенциалов узловых точек Фа, Фб и Фс, а также тока i_D через диод в случае подачи на схему идеального синусои­дального напряжения в момент его перехода через нуль. Диод про­пускает ток только в момент нарастания напряжения в первый по­-

лупериод. Заряд в конденсаторе, переносимый током, не зависит от характера нарастания напряжения u(t). Он накапливается и ос­тается в конденсаторе при уменьшении напряжения, так как диод при Фс > Фь заперт. На конденсаторе сохраняется постоянное на­пряжение UM, если не меняется максимальное значение переменно­го напряжения во времени и конденсатор не разряжается. Напряже­ние на диоде пульсирует, и в каскадных схемах однополупериодный выпрямитель можно рассматривать как источник переменного на­пряжения.

При заземлении точки b (рис. 5.5, в) получается схема удвоения напряжения, схема Вилларда, она является важной составляющей каскадных схем. Сглаживание пульсирующего напряжения невоз­можно, так как при параллельном соединении диода и конденсато­ра утрачиваются выпрямительные свойства схемы.

В обоих описанных вариантах воздействующее на диод напря­жение одинаково, на конденсаторе оно равно U_m, а обратное на­пряжение диода -2U_m.

При нагрузке однополупериодного выпрямителя (рис. 5.5, г) в выходном напряжении содержатся пульсации (рис. 5.5, д), так как через нагрузку R в течение периода стекает заряд, создаваемый то­ком источника переменного напряжения. Выходное напряжение u_c изменяется при пренебрежимо малых падениях напряжения в транс­форматоре и на диоде. Уменьшение пульсаций может быть достиг­нуто за счет использования более высокой частоты и большой ем­кости.

Рассмотрим каскадную схему выпрямления с трансформаторным подпором (рис. 5.6). Модуль такой схемы состоит из трансформа­тора с тремя обмотками, к его обмотке высокого напряжения 2 подключены два однополупериодных выпрямителя. Оба фильтру­ющих конденсатора выпрямителей соединены последовательно, и каждый модуль может создавать напряжение 2U_nm. Промежуточ­ный потенциал обмотки высокого напряжения равен U_nm. Если сер­дечник 4 трансформатора имеет такой же потенциал, то все обмот­ки низкого напряжения (первичная 1 и третичная 3) должны быть надежно изолированы, чтобы не допустить пробой при постоян­ном напряжении U_nm. Вторичную обмотку высокого напряжения не обязательно целиком изолировать от сердечника. Находящаяся под потенциалом 2U_nm третичная обмотка позволяет обеспечить питание следующей последовательно включенной ступени. Таким образом можно соединить последовательно несколько ступеней. В таких схемах обычно используется промышленная частота 50 Гц.

Дельтатроны. Эти схемы построены по принципу модернизи­рованного трансформаторного подпора (рис. 5.7). Они состоят из нескольких трансформаторов без сердечников, включенных по кас­кадной схеме и питающихся переменным напряжением от генера­тора высокой частоты. Так как при последовательном соединении обмоток трансформаторов отдельных ступеней нельзя получить эффективную передачу мощности вследствие образования боль­шого результирующего сопротивления и затрат на намагничива­ние, то влияние этих реактивных сопротивлений и должно быть скомпенсировано. Компенсация осуществляется включением кон­денсаторов С_р параллельно вторичным и первичным обмоткам и конденсаторов C_s последовательно с трансформаторами. Если ча­стота колебаний источника питания выбрана такой, что частота собственных колебаний контура, образованного Ср и главной ин­дуктивностью, чуть ниже ее, то по частично скомпенсированной

продольной индуктивности рассеяния с помощью С_s, создается путь для передачи мощности через обмотки и нагрузку. Таким образом, каскад трансформаторов ведет себя как полосовой фильтр, и при правильном выборе всех элементов на каждой ступени возникает напряжение, которое от ступени к ступени приобретает некоторый фазовый сдвиг.

Это переменное напряжение снимается с каждой ступени и за­тем выпрямляется многоступенчатым каскадным выпрямителем. Все элементы, входящие в схему монтируются в виде модуля, при этом трансформаторные модули заливаются эпоксидной смолой. Обмотки каждой ступени имеют разные потенциалы и гальвани­чески связаны по цепям постоянного напряжения. При последова­тельном соединении обмоток получается высокое постоянное на­пряжение.

Номинальные токи всех выпрямительных установок, предназ­наченных для испытаний оборудования высокого напряжения, су­щественно меньше 1 А, однако обратное напряжение диодов мо­жет достигать очень больших значений.

В настоящее время в установках самых высоких напряжений используются исключительно полупроводниковые выпрямители, представляющие собой цепочки диодов или выпрямительных столбов. Каждый выпрямитель должен содержать большое число последовательно соединенных элементов (обратные напряжения для селеновых шайб менее 50 В, а для кремниевых диодов — ме­нее 2500 В).

Наиболее внушительное по размерам и широко известное вы­прямительное устройство предназначено для однополупериодного выпрямления переменного напряжения 1,2 MB и получения по­стоянного напряжения до 1,5 MB при токе до 60 А. Такой выпря­митель с обратным напряжением 3,4 MB собран из селеновых эле­ментов и имеет длину 12 м, а для выравнивания распределения напряжения по элементам в нем предусмотрены цепочки конден­саторов.

Генераторы импульсных напряжений (ГИН). Рассмотрев оба им­пульса напряжений — грозовой и коммутационный, можно уста­новить, что они воспроизводятся наложением двух убывающих экспоненциальных функций разных полярностей. Это означает, что схема для получения этих импульсов должна содержать два накопителя энергии, чтобы обеспечить необходимую форму кри­вой. Для получения очень высоких напряжений используются ге­нераторы импульсных напряжений (ГИН). Принцип их действия заключается в том, что параллельно включенные и заряженные от выпрямителей конденсаторы переключаются, образуя после­довательное соединение, при котором их напряжения складыва­ются. Переключение производится за счет разряда в искровых промежутках (рис. 5.8).

Конденсаторы С заряжаются через зарядное и защитное сопро­тивления R_з и R_защ. Защитное сопротивление во много раз больше зарядного, поэтому заряд конденсаторов до напряжения U0 пред­ставляет собой одновременный и достаточно быстрый процесс.

Если теперь на искровой промежуток ИП₁, подать от специальной вспомогательной установки управляющий импульс Uynp, то про­изойдет пробой искрового промежутка. В результате потенциал точки 3 станет равным а точки 4 — равным 2U₀. Потенциал точки 5 останется примерно равным нулю за счет конструктивной (паразитной) емкости схемы Сп в точке 5, так как она не успевает зарядиться через сопротивление R_з Таким образом, на искровом промежутке ИП₂ оказывается напряжение примерно равно 2 (70. Под действием этого напряжения промежуток ИП₂, имеющий большее расстояние между шарами, чем ИП], также пробивается. Потенци­ал точки 5 становится равным 2U₀, а точки 6 — равным 3U₀. Про­бивается следующий промежуток и т.д. Под действием суммарно­го зарядного напряжения U = nU₀ пробивается ИП₀, и на объекте испытания возникает импульс высокого напряжения. Наибольшее зарядное напряжение определяется номинальным напряжением кон­денсаторов и указывается в паспортных данных ГИН. Для релакса­ции колебаний в контуре С-ИП-Сп-земля в каждую ступень включе­но небольшое по величине демпфирующее сопротивление R_д.

Полярность импульса напряжения на объекте определяется схе­мой включения выпрямителя. Если изменять величину зарядного напряжения конденсаторов, то можно влиять на величину импуль­са напряжения ГИН. При этом необходимо регулировать расстоя­ния между электродами искровых промежутков. Для этого один из шаров каждого искрового промежутка делается подвижным (на­пример, может крепиться к изоляционному валу реверсивного элек­тродвигателя). Регулировка осуществляется дистанционно, с пуль­та управления ГИН.

Для того чтобы достичь предельно малого времени коммута­ции в качестве разрядников в ГИН применяют шаровые измери­тельные разрядники, а если они не совсем удовлетворяют требова­ниям испытаний, то — тригатроны — трехэлектродные разрядни­ки. Тригатрон имеет на одном из электродов в области сильного электрического поля третий изолированный электрод. Поджигаю­щий импульс напряжения вызывает срабатывание разрядника при напряжении меньшем пробивного.

Если искровой промежуток ИП] отрегулировать таким образом, чтобы он пробивался каждый раз, когда напряжение на конденсато­рах достигнет U_0, то ГИН будет срабатывать автоматически.

На выходе схемы можно генерировать апериодические импуль­сы, длительность импульса и длительность фронта которых опре­деляются параметрами схемы.

Генераторы импульсных токов (ГИТ). Импульсы тока экспонен­циальной формы получают при разряде заряженного конденсатора С на индуктивность L и сопротивление R (рис. 5.9). Разряд осуще­ствляется с помощью быстродействующего управляемого коммута­тора SF. Так как необходимо коммутировать токи до 100 к А и бо­лее, в качестве коммутатора используются в основном тригатроны. Зарядка накопительного конденсатора до необходимого напряжения U₀ осуществляется известными способами. Ток I(t) из­меряется с помощью низкоомного шунта сопротивлением R_s<R.

Объектом Р часто является низкоомный элемент (искровой канал или металлические проводники), однако нельзя пренебре­гать активным и индуктивным падениями напряжения на объекте. Активное сопротивление к тому же часто является нелинейным. Например, у резистивных элементов вентильного разрядника на­пряжение U_o необходимо выбирать достаточно большим, что­бы можно было поддерживать необходимую форму импульса тока. Индуктивность L обычно представляет собой не специаль­ную катушку, а сумму распределенных паразитных индуктивно-стей конденсаторов, соединительных проводов, резистора R и раз­рядника SF.

С увеличением емкости, уменьшением индуктивности и актив­ного сопротивления максимальный ток ГИТ возрастает. При за­данных величинах С и L амплитуда тока тем больше, чем меньше R, т.е. чем меньше затухание.

Для защиты от возможного повреждения (короткого замыка­ния) конденсатора последовательно с ним включают защитное со­противление, которое практически безындукционно. Его величи­на, определяемая значением разрядного тока, может обеспечить получение апериодического или быстрозатухающего разряда. Для получения очень больших импульсных токов от ГИТ защитные сопротивления заменяют различными типами ограничителей тока.

Индуктивность батареи конденсаторов может быть уменьшена путем увеличения количества конденсаторов, включенных парал­лельно, а индуктивность соединительных проводов — уменьшена за счет использования плоских шин или применения коаксиальных проводов и кабелей.

Уменьшение петли разряда контура обеспечивается расположе­нием конденсаторов таким образом, чтобы пути разрядного тока были кратчайшими. Пути одинакового направления тока распо­лагают так, чтобы взаимная индуктивность оказалась минималь­ной. Компактное расположение элементов ГИТ, сокращающее пути разрядного тока, достигается установкой конденсаторов по пери­ферии многоугольника с объектом испытания в центре или в од­ной из его вершин.

Например, конструкция ГИТ, состоящая из 18 конденсаторов по 1 мкФ каждый с рабочим напряжением 100 к В, обеспечивает при колебательном разряде ток свыше 500 кА, при апериодическом токе 200 кА; в то же время эта конструкция при неправильно вы­полненной ошиновке и большей петле разряда дает ток апериоди­ческого разряда не более 50 к А.