CN106461722A - 用于高压测试设备的电路布置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于高压测试设备的电路布置(1)。该电路布置(1)包括用于产生具有可调节的基频和频谱的激励交流电压的电子变流器单元(2)，所述频谱的幅度在预先给定的频率范围内低于可预先给定的幅度阈值。

Description

用于高压测试设备的电路布置
技术领域
本发明涉及一种用于高压测试设备的电路布置。
背景技术
为了操作高压测试设备，经常需要具有与电网频率不同的频率的交流电压。例如，这在具有(用于设置与相应的待试件的电容有关的共振频率的)高压扼流圈的所谓的共振测试设备的情况下成立，还在具有用于对电感式电压互感器进行电压互感器测试(以便通过测试频率升高避免使待试件饱和)的测试变压器的测试设备的情况下成立，。
在共振测试设备的情况下，通常使用电子转换器，以便产生可调节的激励频率和足够的功率。这种转换器通常借助脉冲宽度调制产生频率和脉冲宽度可调节的方波信号。将方波信号频率设置为相应的测试结构的共振频率。通过改变方波信号宽度，对共振回路中的高压进行调节。方波电压向共振回路提供能量。在共振回路性能足够的情况下，尽管具有方波激励，共振电压也近似于正弦形。通常使用方波曲线形状，因为其可以简单并且以小的损耗以电子方式产生。
为了降低半导体开关中的热损耗，方波脉冲的切换边沿相对陡峭(例如，切换时间一般为200ns)。方波信号的频谱因此对应地包含高频分量。特别是，在此可能出现对于高度敏感的局部放电测量提供的频率范围内、例如标准IEC 60270(IEC＝InternationalElectrotechnical Commission(国际电工委员会))对于局部放电测试提供的30kHz至1MHz的频率范围内的分量。因此，方波信号的频谱的高频分量可能干扰局部放电测量。
为了避免对局部放电测量的这种干扰，已知不同的方法。一种这样的方法是，在局部放电测量中掩蔽(所谓的“门控(Gating)”)其中出现干扰的特定相位范围。然而，由此局部放电测量在掩蔽的相位范围内变盲，也就是说，不采集待试件在该相位范围内的局部放电错误。在另一种方法中，在电子转换器后面使用滤波器，经验表明，这由于局部放电测量的高灵敏度和转换器脉冲的谱强度而非常复杂。另一种方法是，使用正弦形的激励交流电压。其可以借助电子正弦源或者借助旋转变换器产生。然而，电子正弦源具有非常低的效率，因此产生高能量损耗。旋转变流器大、重、昂贵、同时难以实现。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，提供一种改进的用于高压测试设备的电路布置。
根据本发明，上述技术问题在电路布置方面通过权利要求1的特征来解决。
本发明的有利构造是从属权利要求的内容。
根据本发明的用于高压测试设备的电路布置包括用于产生具有可调节的基频和频谱的激励交流电压的电子变流器单元，该频谱的幅度在预先给定的频率范围内低于可预先给定的幅度阈值。
激励交流电压这里应当理解为由变流器单元产生的交流电压。激励交流电压与对为了进行高压测试而连接到所述电路布置中的待试件施加的测试交流电压不同。在作为共振测试设备构造的高压测试设备中，当激励交流电压的基频与包含待试件的电路布置的共振频率一致时，测试交流电压例如即使在方波形状的激励交流电压下也可以近似于是正弦形的。
根据本发明的电路布置使得能够特别有利地借助电子变流器单元产生激励交流电压，其基频可调节并且频谱不包含干扰局部放电测量的幅度。因此，对于局部放电测量不需要掩蔽产生干扰的相位范围或者针对变流器信号使用滤波器。此外，这有利地借助电子变流器单元、而不是借助大并且昂贵的旋转变换器来实现。本发明因此使得能够以相对简单并且成本低廉的方式实现具有频率可调节的交流电压的高压测试设备，而不影响局部放电测量。
本发明的一种构造对应地设置为，预先给定的频率范围包含至少一个针对局部放电测量设置的频率范围。
本发明的另一种构造设置为，预先给定的频率范围包含30kHz至1MHz的频率。
30kHz至1MHz的频率范围内的频谱的消失是特别有利的，因为在上面已经提到的标准IEC 60270针对局部放电测量设置了该频率范围。
本发明的另一种构造设置为，频谱仅在基频和基频的有限数量的倍数下具有明显的幅度。
这种构造利用如下事实：除了在基频下外仅在几倍(例如在三倍、五倍和七倍)的基频下具有明显的幅度的频谱已经可以提供近似方波形状或者梯形的信号波形。具有这样的信号波形的激励交流电压相对于纯正弦形的激励交流电压具有如下优点：其能够借助模拟功率电子设备基本上没有损耗地产生。近似梯形的信号波形具有能够避免所谓的吉布斯现象(Gibbssche )(信号的相加的傅立叶分量在信号跳变处的超调量为大约9％的相对偏差)的影响的附加优点。此外，这种构造利用如下事实：在高压测试中使用的基频、特别是用于共振系统的直至大约300Hz的范围内的一般的共振频率通常明显小于针对局部放电测量设置的频率，从而特别优选的基频的小倍数通常处于针对局部放电测量设置的频率范围以下。
本发明的另一种构造设置有至少一个高压扼流圈。
由此所述电路布置适合作为共振系统，用于作为共振测试设备构造的高压测试设备。在这样的共振系统中，容性的待试件与至少一个高压扼流圈串联连接，从而待试件和至少一个高压扼流圈形成共振回路。这具有如下优点：当将基频设置为共振回路的共振频率时，能够利用明显小(一般小20至100倍)的激励交流电压产生高压测试所需的测试交流电压。另一个优点是，在将基频设置为共振回路的共振频率时，测试交流电压通常(也就是说，在共振回路的一般品质因数下)受共振原理限制，并且与激励交流电压的形状无关地近似于是正弦形的。
对应地，本发明的前述构造的进一步设计设置为，能够将基频设置为包含待试件的电路布置的共振频率。
本发明的其它构造设置包括：被构造为四象限放大器或者两象限放大器的电子变流器单元。
这样构造的变流器单元特别有利地适合用于产生具有上面已经提及的有利的频谱的激励交流电压，该频谱仅在基频和基频的有限数量的倍数下具有明显的量值。在共振测试系统的情况下，在此还可以使用没有通常常见的隔离变压器的四或者两象限放大器，因为共振测试系统中的电压供应可以以接地的方式进行。
本发明的作为前述两种构造的另一种替换构造设置有构造为转换器的电子变流器单元。
相对于前述作为四或者两象限放大器的变流器单元的构造，作为转换器的构造具有成本更低廉的优点。
在此，转换器有利地具有电子开关元件，用于产生激励交流电压，其切换边沿在预先给定的频率范围内不对频谱提供量值。
相对于通常使用的转换器，开关元件的切换边沿的陡度在此降低，使得频谱由此在预先给定的频率范围内不得到量值。虽然，由于切换边沿的陡度降低，开关元件的热损耗增加。然而，这种增加由于一般在高压测试中使用的在直至大约300Hz的范围内的相对低的基频而是适度的，因此能够容忍。
本发明的另一种构造设置为，电子变流器单元针对10kVA和100kVA之间的范围内的电功率设计。
变流器单元的这样的设计是特别有利的，因为10kVA和100kVA之间的范围内的功率一般用于高压测试设备。
根据本发明的高压测试设备包括具有上述优点的根据本发明的电路布置。
附图说明
上面描述的本发明的特性、特征和优点以及实现其的方式和方法，结合下面对结合附图详细说明的实施例的描述将更清楚、更容易理解。
具体实施方式
在此，唯一的附图示意性地示出了用于高压测试设备的电路布置1。该电路布置1具有电子变流器单元2和高压扼流圈3。此外，示出了待试件4，其与高压扼流圈3串联电连接。在此，示出了待试件4为电容器，因为其在高压测试中通常像电容器一样行为。
电子变流器单元2被构造用于产生具有可调节的基频和频谱的激励交流电压，频谱的幅度在预先给定的频率范围内低于可预先给定的幅度阈值。在此，预先给定该频率范围，使得其包含针对局部放电测量设置的例如30kHz至1MHz的频率范围。
根据第一实施例，电子变流器单元2被构造为四象限放大器，其产生具有频谱的激励交流电压，该频谱仅在基频和基频的有限数量的倍数下、例如在基频的三倍、五倍和七倍下具有明显的量值。
根据第二实施例，电子变流器单元2被构造为两象限放大器，其产生具有频谱的激励交流电压，该频谱同样仅在基频和基频的有限数量的倍数下、例如在基频的三倍、五倍和七倍下具有明显的量值。
根据第三实施例，电子变流器单元2被构造为转换器。转换器具有用于产生激励交流电压的开关元件，其布线和/或栅极驱动器被构造为，其切换边沿在预先给定的频率范围内不对频谱提供量值。
高压扼流圈3可以具有铁心并且例如以油隔离的方式实现。替换地，高压扼流圈3可以被构造为空心线圈并且例如以气体隔离。
高压扼流圈3和待试件4以及这里未示出的可能的其它电气部件、例如用于局部放电测量的耦合电容器或者用于电压测量的测量分压器，形成具有一般处于20Hz和300Hz之间的共振频率的共振回路。
在进行高压测试时，将激励交流电压的基频设置为共振回路的共振频率。
虽然通过优选实施例进一步详细示出并描述了本发明，但是本发明不局限于所公开的示例，本领域技术人员可以得出其它变形，而不脱离本发明的保护范围。

Claims (12)

1.一种用于高压测试设备的电路布置(1)，包括用于产生具有可调节的基频和频谱的激励交流电压的电子变流器单元(2)，所述频谱的幅度在预先给定的频率范围内低于可预先给定的幅度阈值。
2.根据权利要求1所述的电路布置(1)，
其特征在于，所述预先给定的频率范围包含至少一个针对局部放电测量设置的频率范围。
3.根据权利要求1或2所述的电路布置(1)，
其特征在于，所述预先给定的频率范围包含30kHz至1MHz的频率。
4.根据前述权利要求中任一项所述的电路布置(1)，
其特征在于，所述频谱仅在所述基频和所述基频的有限数量的倍数下具有明显的幅度。
5.根据前述权利要求中任一项所述的电路布置(1)，
其特征在于至少一个高压扼流圈(3)。
6.根据权利要求5所述的电路布置(1)，
其特征在于，能够将所述基频设置为包含待试件(4)的电路布置(1)的共振频率。
7.根据前述权利要求中任一项所述的电路布置(1)，
其特征在于被构造为四象限放大器的电子变流器单元(2)。
8.根据权利要求1至6中任一项所述的电路布置(1)，
其特征在于，被构造为两象限放大器的电子变流器单元(2)。
9.根据权利要求1至6中任一项所述的电路布置(1)，
其特征在于，被构造为转换器的电子变流器单元(2)。
10.根据权利要求9所述的电路布置(1)，
其特征在于，所述转换器具有电子开关元件，用于产生所述激励交流电压，其切换边沿在所述预先给定的频率范围内不对所述频谱提供量值。
11.根据前述权利要求中任一项所述的电路布置(1)，
其特征在于，所述电子变流器单元(2)针对10kVA和100kVA之间的范围内的电功率设计。
12.一种高压测试设备，具有根据前述权利要求中任一项所述的电路布置(1)。
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