RU2092865C1

RU2092865C1 - Method of dynamic measurement of electric strength of gas medium in intercontact space of high-voltage switch and device intended for its realization

Info

Publication number: RU2092865C1
Application number: RU9494023572A
Authority: RU
Inventors: Нариман Абдрахманович Ахмеров; Юрий Григорьевич Гендель; Валерий Юрьевич Богородский
Original assignee: Нариман Абдрахманович Ахмеров; Юрий Григорьевич Гендель; Валерий Юрьевич Богородский
Priority date: 1994-06-22
Filing date: 1994-06-22
Publication date: 1997-10-10

Abstract

FIELD: measuring equipment; device may be used for testing high-voltage switchboards for switching capacity. SUBSTANCE: medium under examination is probed by rising test voltage with simultaneous check of current flowing through medium under the effect of this voltage. Probing of medium is stopped as soon as avalanche-like amplification of formation of current carriers in medium under test is started, nonreversible character of this formation being avoided in this case. The above-indicated process is testified by abrupt increase in value of checked current which grew monotonously before that moment. When setting permissible value of checked current at the beginning of its abrupt increase, avalanche-like process of formation of current carrier in medium under test is interrupted without causing breakdown. After checked current is interrupted, probing of medium by rising test voltage is repeated. This procedure is continued till measurement of electric strength of medium becomes unnecessary. EFFECT: higher reliability, accuracy and efficiency of measurements. 3 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано, в частности, для измерения восстанавливающейся электрической прочности высоковольтных коммутаторов, например при их испытаниях на коммутационную способность, а также в системах управления, имеющих коммутационную аппаратуру для контроля выводом энергии из накопительных устройств в нагрузку, например в мощных электрофизических установках. The invention relates to electrical engineering and can be used, in particular, for measuring the recovering electrical strength of high-voltage switches, for example, when testing their switching ability, as well as in control systems having switching equipment for controlling the output of energy from storage devices to the load, for example, powerful electrophysical installations.

Известен способ измерения восстанавливающейся электрической прочности межконтактного промежутка высоковольтных выключателей, заключающийся в зондировании исследуемого промежутка серией высоковольтных импульсов (1). О величине электрической прочности среды, заполняющей исследуемый промежуток, судят по величине напряжения пробоя, достигнутого зондирующим напряжением в момент нарушения электрической прочности среды исследуемого промежутка. Таким образом, можно получить некоторое представление о динамике измерения (восстановления) электрической прочности среды исследуемого промежутка за один опыт (за одну серию одиночных зондирующих импульсов). Однако достоверность и точность полученной информации будет невысокой из-за изменения состояния среды, которое происходит в процессе измерения, вследствие собственных изменений состояния среды и влияния энерговклада зондирующими импульсами, амплитуда которых в рассматриваемом способе должна быть заведомо выше диапазона изменений электрической прочности среды межконтактного промежутка. Попытка уменьшить этот энерговклад путем уменьшения длительности зондирующих импульсов не дает желаемого результата, так как при этом возникает значительная погрешность в определении напряжения пробоя. A known method of measuring the recovering electrical strength of the intercontact gap of high voltage switches, which consists in sensing the studied gap with a series of high voltage pulses (1). The magnitude of the electric strength of the medium filling the studied gap is judged by the magnitude of the breakdown voltage reached by the probing voltage at the time of violation of the electric strength of the medium of the studied gap. Thus, you can get some idea about the dynamics of measurement (recovery) of the electric strength of the medium of the studied interval in one experiment (in one series of single probe pulses). However, the reliability and accuracy of the information received will be low due to changes in the state of the medium that occurs during the measurement, due to intrinsic changes in the state of the medium and the influence of energy deposition by probe pulses, the amplitude of which in the considered method should be obviously higher than the range of changes in the electric strength of the medium between the contact gap. An attempt to reduce this energy input by reducing the duration of the probe pulses does not give the desired result, since this causes a significant error in the determination of the breakdown voltage.

Известен способ измерения восстанавливающейся электрической прочности среды межконтактного промежутка высоковольтных выключателей, заключающийся в том, что к исследуемому промежутку в установленный момент времени после срабатывания выключателя и разрыва токовой цепи прикладывают нарастающее напряжение. При определенной величине этого напряжения возникает электрический пробой промежутка. О величине электрической прочности среды промежутка в этот момент времени судят по величине напряжения (U_проб) в момент пробоя межконтактного промежутка (2). Динамика изменения электрической прочности исследуемой среды может быть выявлена только путем многократных повторений таких измерений (в разные моменты времени после срабатывания выключателя), что снижает оперативность проведения таких исследований. Если учесть, что электрическая прочность промежутка зависит в общем случае от множества факторов, например температуры, влажности, давления окружающей среды, состояния поверхности электродов и т.д. то становится понятным, что достоверность таких измерений очень низка.A known method of measuring the recovering electric strength of the medium of the contact gap of high-voltage circuit breakers is that an increasing voltage is applied to the test gap at a set point in time after the circuit breaker trips and the current circuit ruptures. At a certain value of this voltage, an electrical breakdown of the gap occurs. The value of the electric strength of the medium of the gap at this point in time is judged by the magnitude of the voltage (U _samples ) at the time of breakdown of the contact gap (2). The dynamics of changes in the electric strength of the medium under study can be detected only by repeated repetitions of such measurements (at different points in time after the circuit breaker trips), which reduces the efficiency of such studies. Given that the electrical strength of the gap generally depends on many factors, such as temperature, humidity, environmental pressure, surface condition of the electrodes, etc. it becomes clear that the reliability of such measurements is very low.

Путем генерации нескольких следующих один за другим импульсов нарастающего напряжения (2) можно снять за один цикл несколько точек кривой восстанавливающейся электрической прочности. Тем не менее этот способ также не обеспечивает динамического измерения электрической прочности в широком диапазоне ее изменения, и ему присущи в принципе те же недостатки, что и способам (1 и 2). By generating several successive pulses of increasing voltage (2), one can remove several points of the curve of restored electrical strength in one cycle. Nevertheless, this method also does not provide a dynamic measurement of dielectric strength over a wide range of its changes, and in principle it has the same disadvantages as the methods (1 and 2).

Целью изобретения является повышение достоверности, точности и оперативности измерений, а другими словами получение достоверных и точных результатов измерений за время изменения (например, восстановления) электрической прочности среды в широком динамическом диапазоне измерений. The aim of the invention is to increase the reliability, accuracy and efficiency of measurements, and in other words to obtain reliable and accurate measurement results during the change (for example, recovery) of the electric strength of the medium in a wide dynamic range of measurements.

Указанная цель достигается тем, что при зондировании исследуемой среды межконтактного промежутка нарастающим напряжением одновременно контролируют ток, протекающий через среду под действием этого напряжения, и в определенный момент времени, а именно с началом резкого увеличения величины контролируемого тока, испытательное напряжение сбрасывают (что позволяет предотвратить развитие разряда и дальнейший энерговклад в исследуемую среду от источника нарастающего напряжения), а после прерывания контролируемого тока зондирование среды нарастающим испытательным напряжением возобновляют (повторяют) до прекращения изменений электрической прочности среды. This goal is achieved by the fact that when probing the test medium of the intercontact gap with increasing voltage, the current flowing through the medium under the influence of this voltage is simultaneously monitored, and at a certain point in time, namely, with the onset of a sharp increase in the magnitude of the monitored current, the test voltage is reset (which helps prevent development discharge and further energy input into the medium under study from the source of increasing voltage), and after interruption of the controlled current, the medium is sensed increasing test voltage resume (repeat) until the cessation of changes in the electrical strength of the medium.

Возможность достижения указанной цели объясняется следующим образом. The possibility of achieving this goal is explained as follows.

Начало резкого увеличения величины контролируемого тока соответствует такому предпробойному энергетическому состоянию исследуемой среды, при котором в ней только начинает лавинообразно усиливаться образование носителей тока электронов и ионов под действием испытательного напряжения, а токовый сигнал едва превысил величину шумового. Такое образование носителей тока до указанного момента носит характер монотонного процесса, который еще не достиг необратимого характера, а ток от испытательного напряжения соответственно еще не принял характера разрядного и токовый сигнал не превысил установленного уровня. Т.е. в этом состоянии еще возможно путем сброса испытательного напряжения с электродов прервать стремящийся к лавинообразному процесс образования носителей тока в самом его начале или по меньшей мере понизить его до уровня монотонного, существовавшего до начала резкого повышения тока через среду, соответствующего превышению токового сигнала над шумовым. Подтверждением этого явится прерывание контролируемого тока через среду или по меньшей мере снижение его до уровня, предшествующего началу резкого его увеличения. После чего зондирование может быть возобновлено (повторено) до тех пор, пока не закончится процесс изменения (восстановления или иного нарушения) электрической прочности исследуемой среды. Таким образом, всего лишь за время изменения электрической прочности среды стало возможным достаточно достоверно и точно (ведь испытательное напряжение в этот критический момент, каким является начало резкого увеличения контролируемого тока через среду, практически не отличается от напряжения пробоя) провести все необходимые измерения электрической прочности исследуемой среды. Технически не существует каких-либо принципиальных трудностей для регистрации этого переходного процесса от так называемого темнового тока к самостоятельному (необратимому) разряду в зондируемой среде. И этот момент достаточно надежно, достоверно и точно отражает энергетическое состояние зондируемой среды и, следовательно, состояние ее электрической прочности в определенный момент времени. При этом отсутствуют всякие ограничения по быстродействию и динамическому диапазону измерения электрической прочности газовой среды, так как величину испытательного напряжения и скорость его нарастания, от которых зависит частота зондирования, можно установить заведомо превышающим соответственно электрическую прочность среды и скорость ее изменения до полной ее стабилизации (например, восстановления). The beginning of a sharp increase in the magnitude of the controlled current corresponds to such a prebreakdown energy state of the medium under study, in which the formation of electron and ion current carriers under the influence of the test voltage only begins to increase in an avalanche, and the current signal barely exceeded the noise level. Such formation of current carriers up to the indicated moment has the character of a monotonic process, which has not yet reached an irreversible character, and the current from the test voltage, accordingly, has not yet assumed the character of a discharge and the current signal has not exceeded the established level. Those. In this state, it is still possible, by dropping the test voltage from the electrodes, to interrupt the process of formation of current carriers tending to an avalanche at the very beginning or at least lower it to a monotonic level, which existed before the sharp increase in current through the medium, corresponding to an excess of the current signal over the noise one. Confirmation of this is the interruption of the controlled current through the medium, or at least its reduction to a level preceding the beginning of its sharp increase. After that, the sounding can be resumed (repeated) until the process of changing (restoring or otherwise violating) the electric strength of the test medium is completed. Thus, only during the change in the electric strength of the medium it became possible quite reliably and accurately (after all, the test voltage at this critical moment, which is the beginning of a sharp increase in the controlled current through the medium, practically does not differ from the breakdown voltage) to carry out all the necessary measurements of the electric strength of the test Wednesday. Technically, there are no fundamental difficulties for recording this transient process from the so-called dark current to an independent (irreversible) discharge in the probed medium. And this moment is quite reliable, reliable and accurate reflects the energy state of the probed medium and, therefore, the state of its electric strength at a certain point in time. At the same time, there are no any restrictions on the speed and dynamic range of measuring the electric strength of the gas medium, since the value of the test voltage and its slew rate, on which the probing frequency depends, can be set to deliberately exceed the electric strength of the medium and its rate of change until it is completely stabilized (for example recovery).

На фиг. 1 изображены диаграммы изменения зондирующего напряжения, тока и его производной в процессе исследования восстанавливающейся электрической прочности промежутка высоковольтного выключателя; на фиг. 2 блок-схема варианта устройства для реализации способа. In FIG. 1 shows diagrams of changes in the probe voltage, current and its derivative in the process of studying the recovering electrical strength of the gap of a high-voltage circuit breaker; in FIG. 2 is a block diagram of an embodiment of a device for implementing the method.

Предлагаемый способ заключается в следующем. The proposed method is as follows.

К объекту, например распадающемуся столбу электрической дуги отключения, которая возникает в межконтактном промежутке высоковольтного выключателя, через зондирующие электроды подают нарастающее испытательное напряжение. Одновременно контролируют ток, протекающий через среду между зондирующими электродами под действием испытательного напряжения и с началом резкого изменения величины контролируемого тока (когда амплитуда сигнала (фиксируемого) превысит установленный над шумовым сигналом уровень) испытательное напряжение сбрасывается, а после прерывания контролируемого тока зондирование среды нарастающим испытательным напряжением возобновляют. И так до полного восстановления (или стабилизации) электрической прочности исследуемой среды. При этом величина испытательного напряжения в момент сброса его, соответствующий началу резкого изменения контролируемого тока, будет максимально точно отражать величину электрической прочности исследуемой газовой среды в соответствующий момент времени, а все зарегистрированные максимальные значения испытательного напряжения будут отражать динамику изменения электрической прочности исследуемой среды. An increasing test voltage is applied to the object, for example, a decaying column of an electric tripping arc, which occurs in the contact gap of a high-voltage switch, through probing electrodes. At the same time, the current flowing through the medium between the probing electrodes under the influence of the test voltage and with the onset of a sharp change in the magnitude of the monitored current (when the amplitude of the signal (fixed) exceeds the level set above the noise signal) is monitored, the test voltage is reset, and after interruption of the monitored current, the medium is probed with an increasing test voltage renew. And so on until the complete restoration (or stabilization) of the electric strength of the medium under study. At the same time, the value of the test voltage at the time of its discharge, corresponding to the beginning of a sharp change in the controlled current, will most accurately reflect the value of the electric strength of the test gas medium at the corresponding moment in time, and all recorded maximum values of the test voltage will reflect the dynamics of the change in the electric strength of the studied medium.

Устройство для осуществления предлагаемого способа содержит источник 1 нарастающего испытательного напряжения с RC-цепочкой и включателем 2. К выходу источника 1 последовательно включены два ограничивающих резистора 3 и 4, датчик тока 5 и зондирующие электроды 6. Последние установлены в камере высоковольтного выключателя (коммутатора) 7. Параллельно электродам 6 и датчику 5 тока включен делитель 8 напряжения, к сигнальному входу которого подключен регистратор 9, например осциллограф. Параллельно источнику 1 через один из ограничивающих резисторов 3 подключен управляемый замыкатель 10 с блоком 11 управления, выход которого подключен к управляющему входу замыкателя 10, а вход к выходу датчика 5 тока. Блок 11 управления замыкателем в частном случае выполнен в виде последовательно включенных блока 12 дифференцирования, порогового элемента 13 и формирователя 14 управляющих импульсов, причем вход блока 12 дифференцирования является входом блока 11 управления, а выход блока 14 формирователя выходом блока 14 управления. A device for implementing the proposed method comprises a source 1 of increasing test voltage with an RC circuit and a switch 2. Two limiting resistors 3 and 4, a current sensor 5, and probing electrodes 6 are sequentially connected to the output of source 1. The latter are installed in the chamber of the high-voltage switch (switch) 7 Parallel to the electrodes 6 and the current sensor 5, a voltage divider 8 is connected, to the signal input of which a recorder 9 is connected, for example, an oscilloscope. In parallel to the source 1, through one of the limiting resistors 3, a controlled contactor 10 is connected with a control unit 11, the output of which is connected to the control input of the contactor 10, and the input to the output of the current sensor 5. The control unit 11 of the contactor in the particular case is made in the form of series-connected unit 12 of differentiation, the threshold element 13 and the driver 14 of the control pulses, the input of the unit 12 of differentiation being the input of the control unit 11, and the output of the driver unit 14 by the output of the control unit 14.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

В момент срабатывания высоковольтного выключателя 7 с помощью включателя 2 запускают источник 1 нарастающего испытательного напряжения, которое формируется на зарядной емкости С, и одновременно запускают регистратор 9. Испытательное напряжение через ограничивающие резисторы 3 и 4 подается на зондирующие электроды 6, в цепи которых через газовую среду между ними начинает протекать ток J проводимости или так называемый темновой ток. Сигнал с датчика 5 тока поступает на вход блока 12 дифференцирования для фиксации начала резкого его увеличения, соответствующего началу критического изменения проводимости газовой среды между электродами 6, которое предшествует нарушению электрической прочности среды, т.е. электрическому пробою и образованию разряда между электродами 6. Как только величина сигнала на выходе блока 12 дифференцирования достигнет установленного уровня срабатывания порогового элемента 13, формирователь 14 генерирует импульс запуска на срабатывание управляемого замыкателя 10 для разряда накопительной емкости С через резистор 3, что обеспечивает быстрое снятие (сброс) напряжения на зондирующих электродах 6. Резистор 4 предназначен для ограничения тока в цепи электродов 6 и для затягивания стадии его перехода из темнового в самостоятельный разряд. Такое ограничение обеспечивает своевременное срабатывание замыкателя 10 и снятие испытательного напряжения с электродов 6 до возникновения разряда через газовый промежуток. В качестве замыкателя могут быть использованы быстродействующий тиристор или вакуумный искровой разрядник. At the moment of operation of the high-voltage switch 7, using the switch 2, start the source 1 of the increasing test voltage, which is formed on the charging capacitance C, and simultaneously start the recorder 9. The test voltage is supplied through the limiting resistors 3 and 4 to the probe electrodes 6, in the circuit of which through the gas medium a conduction current J or the so-called dark current begins to flow between them. The signal from the current sensor 5 is fed to the input of the differentiation unit 12 to fix the beginning of its sharp increase, corresponding to the beginning of a critical change in the conductivity of the gas medium between the electrodes 6, which precedes the violation of the electric strength of the medium, i.e. electrical breakdown and the formation of a discharge between the electrodes 6. As soon as the signal at the output of the differentiation unit 12 reaches the set trigger level of the threshold element 13, the driver 14 generates a trigger pulse for the triggered contactor 10 to discharge the storage capacitance C through the resistor 3, which ensures quick removal ( resetting) the voltage on the probing electrodes 6. Resistor 4 is designed to limit the current in the circuit of the electrodes 6 and to delay the stage of its transition from dark to independent body discharge. This limitation ensures the timely operation of the contactor 10 and the removal of the test voltage from the electrodes 6 until a discharge occurs through the gas gap. A high-speed thyristor or a vacuum spark gap can be used as a contactor.

Claims

1. A method for dynamically measuring the electric strength of the gas medium of the intercontact gap of a high-voltage switch, which consists in sensing the medium of the intercontact gap with a growing test voltage and recording the maximum value of the test voltage, which estimates the value of the electric strength of the measured medium, characterized in that simultaneously with the sounding of the gas medium with a test voltage continuously monitor the current flowing through it under the action of this voltage eniya, with the beginning of the sharp increase in the controlled current corresponding to the current exceeding a predetermined value above the noise signal, the test voltage is removed, and after the current interrupt controlled sensing resuming increasing a test voltage to control current through the gaseous medium prior to the termination change of dielectric strength gas environment.

2. A device for dynamically measuring the electric strength of the gas medium of the intercontact gap of a high-voltage switch, comprising probing electrodes connected to an increasing voltage source, a voltage divider and a recorder, the signal input of which is connected to the output of the divider, characterized in that two limiting resistors and a sensor are connected in series current through which the corresponding probing electrodes are connected to a source of increasing voltage, controlled contactor and a control unit, the output of which is connected to the control input of the contactor, and the input to the output of the current sensor, while the voltage divider is connected parallel to the section of the circuit containing the probing electrodes and the current sensor, and the controlled contactor is connected in parallel to the probing electrodes through the current sensor and parallel to the source of increasing voltage through a limiting resistor.

3. The device according to claim 2, characterized in that the control unit is made in the form of series-connected differentiation unit, the input of which is the input of the control unit, a threshold element and a shaper of control signals, the output of which is the output of the control unit.