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1、在气体绝缘开关中用技术仪器设备对瞬变信号的测量S. A. Boggs and N. Fujimoto Ontario Hydro ResearchToronto, Canada摘要：瞬态现象的测量方法,测量气体绝缘开关设备(GIS)对于公用事业和生产厂家已经成为一个问题热门的问题。这样的瞬变负责大量的在职断层和可能是关键参数对系统电压计量地理信息系统(GIS)在550伏特。本文阐述了设计、施工、使用的平面电容式分器和测量系统实现亚毫微秒上升时期,回应1兆赫兹以下,并不断分裂的比率函数的频率。关键词：瞬态现象/电压测量/亚毫微秒/频率。介绍论述感应瞬变切换开关设备代表最常见的最大电压的大小设备在
2、正常操作条件受。这些感应瞬变切换开关设备的大小可能会成为关键尺寸因素电压高于550 kV. 断开系统电开关操作引起已承担失败的一个重要部分在加拿大,已经成为一个感兴趣的主题都1 - 3公用事业和制造商。如上所述,瞬变在地理信息系统(GIS)产生开关断开一个电容和电感负载。操作断开开关打开一个电容负载被认为在文献2。由于高电场和相对较低的源阻抗特性阻抗的开关柜。在断开开关电压崩溃接触发生在大约3到5纳秒。在接触弧持续10至100微秒,振荡能量在开关柜。当电流电弧熄灭通过电弧是减少到大约1 A.发生主要是通过GIS-to-air orcable终端的流失。测量带宽至少100兆赫进行合理、精确的测量
3、这些短期粒子数增长时间。仪表应该能够为我们记录数据,作为最大的电压大小往往叠加的反映在开关设备以及发生在几百纳秒互相联系后故障。因为这个原因,也没有“普遍性”的瞬态是测量震级可能的。最大震级的不同,将从一个位置另一个在开关设备并能在理论上,在距离变化明显5米。因此测量永远不可能成为一个完全满意的解决方法测定震级或暂态确定在特定的位置瞬态级开关柜内,如瞬态诱发断层的位置。这些测量已成为重大权益的两个制造商和公用事业,因为很少有专长的工程师很力量在宽带测量,已经准备好了来描述和技术成功的测量仪器,能做任何事。最重要的是一个电容分压器仪器可很容易安装和GIS建立,当适当地使用,提供持续分裂率三个范围
4、,从定语,100微赫 100千赫,从1赫兹到100或兆赫,100千赫至500赫兹。分比实际的分工是一个函数的电容指挥功能(一个系统的几何),分区比例必须校准是原位。平1赫兹下反应方便方便电源频率的校正方法。使用这种分压器测量仪器与现代方便准确的测量两种高频和低频电(灭弧模式,etc. 现象4)（a）（b）图. 1: 电容分压器的图表(a) 在测量装置电缆终止。(b) 电缆终止与高阻抗测量装置调速型液力偶合器。原理测量用此电容以不同的形式详细电容交给售票员(通常是0.5比1 pF)和一个电容地面(通常是2至50 nF)。电容分压器总是一个高通滤波器,采用频率响应的配置上述取决于负载阻抗。然而,由
5、于器必须连接到负载与电缆,电缆在一端必须终止如果要避免严重的响在高频率测量。如果终止已经达到了测量装置(Fig.1a),低频率截止通常在100千赫的范围,导致大量延迟(大约1微秒时间常数)。收集的数据需要这样一个测量电路数字反卷积恢复准确幅度特征。该公司的高频特性是有限的,在这种情况下,只有几何学和测量装置分( 500兆赫)。低频率截止可以扩展到低于1赫兹时保持一个带宽 100兆赫被加载器在高阻抗、宽带测量装置。会发生共振的连接电缆被终止与50 Q系列建成的调速型液力偶合器(Fig.1b)。通过电缆便终止这个电阻和电容调速型液力偶合器地面;优质终止取决于价值和质量的电容器。光纤陀螺耦合器和测量
6、装置仍然必须与一个有线电视,因为它看起来象是一个低阻抗信号到达之前的测量装置和反映。存在的低阻抗电路介绍了电缆波阵面变形,所示的电磁暂态程序计算(图2)。电缆耦合器和测量装置之间应保持尽可能地短。针对需要屏蔽的测量仪器,它将在下面讨论,难看,耦合器经常必须安装,高祖抗缓冲放大器高频光纤陀螺耦合器和测量装置之间往往是必需的。这样的一个缓冲区必须所要求的带宽和能驱动50Q负荷。通过使用电容分压器用一系列(耦合器)50问终止,缓冲放大器、和短电缆、测量工作可以采用下面的反应和上升时间1赫兹4 ns”。 当更多的精确的检测是以连续波阵面传递能量是必要的,缓冲可以被淘汰,而亚毫微秒测量是不可能的。当频率
7、较低感兴趣的现象(例如,灭弧模式),一个超高阻抗缓冲放大器(1)可以提供一个带宽与大约100微赫高达100千赫。图 2: 计算机模拟的阶跃响应的网络有10 ns高阻抗测量电缆设备和系统终止适配器。在前面的步骤电缆的长度影响轻微失真。Table 1测试仪器频率（Khz）电容(nf)/损耗角正切老耦合器*耦合器A*耦合器B*一般收音机电容桥接器型号1615-A0.111010016.027/.02515.400/.05014.560/.04013.690/.03519.750/.00119.690/.00319.530/.00719.350/.01316.870/.00316.763/.00716
8、.550/.01616.344/.059惠普4191A RF阻抗分析仪l000t13.795/.06319.650/.02516.350/.074老耦合器*: 自粘聚脂/铜耦合器A: 25-pm纤/硅RTV胶/铜耦合器B: 25-urm纤/艾默生和卡明斯环氧树脂/铜在1000千赫的测量是轻微升高的尾巴的一种共振在测控系统在10-MHz地区。注: 电容的变化在更高的频率是最好的识别比较标定前一步快波电源频率标定结果。实际测量系统上述原理的测量是众所周知的对高频率测量的实践者。这些原则得以贯彻实施的制作高质量的测量在地理信息系统(GIS)暂住人口的话题本文。一个简单的宽带宽、高电压分压器测量内部电
9、涌可以安装在大多数访问端口在开关柜。为此目的而建造的耦合器以不同的形式一个“堵塞”在接入端口,突出粗糙充足的外壳的表面。平面阀塞的形式的平面间隔物。用一层是由安装在聚脂薄膜平面,然后覆盖着一层铜箔。是由安装分一层薄的在聚脂平面,然后覆盖用一层铜箔。有不同的电极直径耦合器由少于6厘米(设计来取代一个观察孔)到20厘米。一批粘性系统已被使用。早期采用聚脂和铜分自粘性胶带; 然而,这样的耦合器被发现有大大不同低频和高频分区的比率,由于这个差的介电性能胶粘剂,形成了近一半的绝缘体地面(表1)。不断分裂率是很重要的耦合器校准,必须发生,是最方便的安装后进行电源频率。Emmerson Stycast126
10、4年6 -环氧树脂和室温硫化型硅橡胶都一直用的成功,尽管有良好的附着力可能有一个更薄层比室温环氧树脂,简化了设计分分工与高比率的是前者。耦合器产生这些胶粘剂和25mp纤板,里面有分裂率与频率范围内常数测量的准确度大约3%。必须要小心谨慎,以去除所有从里面气泡之间、铝基板和纤间、铜箔, 自残存的空气会引起的分离过程中疏散毒气室。一个穿透的洞附近的塞最外围的铜箔(处于有利位置的低场)是用来连接一个同轴密封面板连接器(诺31-02型、军事类型UG - 657)的电阻和铜箔的间隔(图 3)。如果耦合器基体超过6厘米厚,50从BNC连接器零阻抗的烘托是依靠在塞钻了一个洞,通过RG58U导体与介质的电缆被
11、拉到临时50问电缆,电缆孔壁的盾牌。必须要小心谨慎,在焊接电线和铜箔,因为太热会融化聚脂绝缘和短铜铝。这种类型的德克萨斯州电容典型地为2至50 nF(取决于大小)和一个电容交给导体0.5到1pF、提供一个分裂的范围在10000到100000分区比例,当然,独立的大小、对地电容不平衡, 导体不同比例大致相同; 然而, 地面电容决定了低频截止,而物理尺寸决定了它的基本电磁电容谐振频率。大约15个分割器四个图案建成epoxy-Mylar结构,50欧姆串联终端电阻包括作为一个不可分割的一部分,该设计(图3)。不同的电极直径6 20厘米,对应于一个电容地面2 - 20 nF。以最小直径耦合器有“廉洁”回
12、应,非常轻微的嗡嗡声阻抗区域的测试时,1步长700 ps 上升时间电磁波(图4、5)。如上所述, 测量在这个配置中(直接进入了50Q输入一个宽带示波器)提供优秀的频率响应,而是用的缺点所造成的“固定偏差”高通过的特点。这样一个时间常数下垂(范围为0.1到1 Ps)产生的后果很小当波面板被检查的范围内移动2 ns / div,因为只有20 ns可以审查,在此期间固定偏差很小。（a）（b）图 3: 电容分压器总成。这个特别的护栏被设计为适合GIS进入端口25cm直径。 当全波形的利息,扫描速度在范围0.1到1/div必须使用,其中快速上升时间是不可测量的。高阻抗缓冲区4纳秒的上升时间表示对这些测量
13、没有局限性。这些测量数据缓冲区使用的毛刺布朗3553,这是一个混合电路模块在TO-3套装。这必须安装在供电、电力线路过滤器在合适的围栏。仔细安装是至关重要的,特别是输入连接,而这最小化电容和电感。该装置可操作没有地面参考;然而,对于一个电容负载,如此操作导致不稳定直流工作点分析由于偏置电流。一个大的抵抗地面(10至100MO)消除这个问题,提供了一个明确的低频截止。缓冲区在电压转换速率有限,为达到最佳效果,就不应该对输入5 V上操作。这种限制要求适配器在制作时,这种分裂率的要求缓冲,因为一个高阻抗器在缓冲区输入会严重降低系统的反应。一个接地屏蔽带孔,从而有效地减少了电容交给控制体可以安装在铜箔
14、(图6)。保护装置打开的大小可以变换来控制划分没有明显的影响比频率反映或响应。图 4: 电容分压器测试配置。信号被注射用圆锥锥形耦合器,符合母线槽阻抗对电缆阻抗。利用这种方法, 亚毫微秒脉冲可以很少扭曲的注入。图 5：700 ps 上升时间反应相似的步骤,描述了分在图6,装直接进入50欧姆，1GHz测量系统。分压器的输出对脉冲发生器输出几乎完全相同。图 6：电容分压器装配铜保护装置增加分区比例。调速型液力偶合器是用来放置在观察屏端口边缘的500千伏地理信息系统(GIS)。 当低频现象(灭弧模式,等。4)的利率缓冲放大器的输入阻抗0.1到1 T可被用于提供近一个小时的时间常数,依靠联轴器电容于地
15、面。这种放大器可以使用模拟设备是AD515的可操作性一个电压放大器从动件配置,一个输入电阻接地定义的输入阻抗。这有一个指定放大器输入偏置电流从75到300fA(.075到.3 pA),根据模式,使补偿所引起的偏置电流通过输入电阻在范围10到100毫伏。校准分区比例将取决于铜电极间电容的耦合器交给控制体，这将是因位置而异的耦合器的所在位置安装。为此，应进行校准的装置适配器。通常情况下,唯一的可能性做这样的事情是与电源频率，适当的划分的话比调速型液力偶合器(电容地面)是已知的频率保持恒定范围的兴趣。详细调查的介电特性的的聚脂胶导致造成电容器的介电差异在早期的差性能的介电性能用胶粘剂的粘在磁带。就像上面指出的，最近测量电容(表1)和分裂率表明，电容器与聚脂和室温硫化型硅橡胶或对特定环氧提到的是不变的分析了测量误差的频率范围内。 每一分的分区比构造以电力频率与700 ps上升时间一步波。典型的区别这两个校准方法,测量不确定度小于3%。当然,分区比例则由一个因素之间的两个测量50和一个高阻抗。表2表明,60赫兹之间的偏差和700 ps波校准步骤以及调速型液力偶合器的偏差分工的平均比例从五耦合器表面活性剂与6厘米直径(图.5、6)。场测量测量仪器提供100兆赫的带宽上存储的基础上设计出一台所需的瞬态测量包括泰克公司466、飞利浦点3266、惠
