حالت کوپلینگ معمولی

مدارهای اندازه گیری PD مطابق با استاندارد IEC 60270 به طور کلی مجهز به خازن کوپلینگ جداگانه Ck هستند که به صورت سری با امپدانس اندازه گیری Zm متصل می شود. شکل A.1 را ببینید.

برای اندازه گیری باند پهن بار ظاهری، فرکانس حد پایین، f1، باید به طور قابل توجهی بالاتر از 50 کیلوهرتز انتخاب شود تا تاثیر نویزهای فرکانس پایین، مانند هارمونیک های برانگیخته شده توسط منبع آزمایش ac و همچنین نویزهای مرتبط با هسته آهن به حداقل برسد.

از آنجایی که واحد مدار کوپلینگ PD که به صورت شماتیک در شکل A.1 نشان داده شده است، یک فیلتر بالاگذر را نشان می دهد، به نظر می رسد تنظیم فرکانس حد پایین مورد نظر، f1، توسط پارامترهای مدار مربوطه Ck، Rm، و Lm واضح باشد.

شکل 1- واحد کوپلینگ معمولی با استفاده از یک خازن کوپلینگ جداگانه

Ca – خازن جسم آزمایشی مجازی
Ck – خازن کوپلینگ
Lm – سلف شنت
Rm – مقاومت اندازه گیری
To- آزمایش شی
Zm – اندازه گیری امپدانس

برای درک بهتر یک مثال عملی بر اساس پارامترهای زیر در نظر گرفته خواهد شد:

⎯ فرکانس حد پایین: f1 = 70 کیلوهرتز

⎯ ظرفیت خازن کوپلینگ فشارقوی: Ck = 1 nF

فرکانس حد پایین مدار مطابق شکل A.1 با معادله (A.1) نشان داده شده است:

f1 = 1 / (2π × Ck × Rm) (A.1)

بنابراین مقدار معادله (A.2) برای مقاومت اندازه گیری مورد نیاز است:

Rm = 1 / (2π × Ck × f1) = 2.27 kΩ (A.2)

با این حال، تحت شرایط عملی، ولتاژ آزمایشی ac اعمال شده ممکن است باعث بزرگی HV در سراسر Rm شود، که ممکن است نه تنها برای تجهیزات اندازه‌گیری PD بلکه برای اپراتور نیز مضر باشد. به عنوان مثال، اگر یک آزمایش القایی با استفاده از فرکانس fac = 400 هرتز انجام شود، امپدانس خازنی خازن کوپلینگ، Ck، با معادله (A.3) نشان داده می شود:

Zc = 1 / (2π × Ck × fac) = 1 / (2π × 1 nF × 400 هرتز) = 398 kΩ (A.3) بر اساس رابطه (A.2) و رابطه (A.3) نسبت تقسیم کننده است

Dr = 2.27 kΩ / 398 kΩ = 1 / 174.

این بدان معناست که قدر ولتاژ آزمایش AC فرضی 800 کیلو ولت باعث ایجاد ولتاژ اوج در سراسر Rm تقریباً 7000 ولت می شود.

اگر مقاومت Rm توسط یک سلف Lm شنت شود، این مقدار می تواند به طور موثر کاهش یابد. شکل 1 را ببینید. در این زمینه دقت شده است که فرکانس قطع پایین تر، f1، مدار اندازه گیری PD به طور قابل ملاحظه ای کاهش نیابد. این نیاز با شرایط نشان داده شده در رابطه (A.4) انجام می شود:

Lm > 10 × Rm / (2π × 70 کیلوهرتز) = 53 mH (A.4) از مثال قبلی، که در آن فرکانس آزمایشی fac = 400 هرتز در نظر گرفته شد، امپدانس القایی می شود، همانطور که در رابطه (A.5 نشان داده شده است) ):

Zl = 2π × 400 هرتز × Lm = 130 Ω (A.5) بنابراین، نسبت تقسیم‌کننده با Dr = 130 Ω / 398 kΩ = 1 / 3060 به دست می‌آید.

این بدان معناست که سطح ولتاژ آزمایشی AC 800 کیلو ولت از مقدار اولیه 7000 ولت به حدود 400 ولت کاهش می یابد که می تواند به خوبی پذیرفته شود.

برای ثبت پالس‌های PD به روشی با تفکیک فاز با استفاده از یک واحد نمایشگر، مانند یک دامنه یا یک سیستم اندازه‌گیری PD مبتنی بر کامپیوتر، واحد کوپلینگ PD را می‌توان بر این اساس پیکربندی کرد، همانطور که در شکل A.2 نشان داده شده است.

در اینجا بازوی LV تقسیم کننده خازنی با یک خازن اندازه گیری که به عنوان Cm تعیین شده است نشان داده می شود. به دلیل طیف فرکانس بسیار متفاوت پالس های PD و ولتاژ آزمایش ac، هر دو سیگنال در هر دو خروجی کاملاً از هم جدا به نظر می رسند: PD و ac. امپدانس حاصل از اتصال موازی عناصر مدار Rm و Lm عمدتاً توسط امپدانس القایی Zl = 130 Ω کنترل می شود. معادله (A.5) را ببینید.

در نتیجه تاثیر این مدار بر تغییر فاز ولتاژ آزمایش ac را می توان نادیده گرفت به دلیل امپدانس بسیار بالاتر Ck که Zc = 398 کیلو اهم است. معادله (A.3) را ببینید. بنابراین، نسبت تقسیم کننده مورد نظر را می توان به سادگی با Dr = Ck / Cm تقریب زد. به عنوان مثال، برای یک نسبت تقسیم کننده ولتاژ فرضی Dr = 1 / 10 000، مقداری برای خازن اندازه گیری به شرح زیر است:

Cm = 10000 × Ck = 10000 × 1 nF = 10 µF (A.6)

شکل 2- دستگاه کوپلینگ PD مجهز به یک خازن اندازه گیری برای نمایش ولتاژ آزمایش AC

AC – خروجی برای ولتاژ آزمایش AC
Ca – خازن جسم آزمایشی مجازی
Ck – خازن کوپلینگ
Cm – خازن اندازه گیری
Dc – دستگاه کوپلینگ
GD – خاتمه زمینی
Lm – سلف شنت
PD – خروجی برای پالس های PD

حالت کوپلینگ شیر بوش

اگر به جای یک خازن کوپلینگ جداگانه، Ck، از ظرفیت بین هادی HV و شیر بوش، C1، برای گرفتن گذرگاه های PD استفاده شود.
باید در نظر گرفت که ظرفیت بین شیر بوش و فلنج بوش زمینی، C2، ممکن است بر پاسخ فرکانسی تأثیر بگذارد، همانطور که در ادامه با جزئیات بیشتر مورد بحث قرار خواهد گرفت.
عناصر مدار اصلی حالت کوپلینگ شیر بوشینگ در شکل 3 نشان داده شده است. برای ملاحظات زیر، ابتدا باید از تاثیر سلف شنت، Lm صرف نظر کرد. بنابراین فرکانس حد پایین این شبکه را می توان با رابطه (A.7) بیان کرد:
f1 = 1 / (2π × Rm × (C1 + C2)) (A.7) مقدار C1 توسط بوش مورد استفاده برای جداسازی سیگنال PD داده می شود. بنابراین نمی توان این پارامتر را تغییر داد. در نتیجه فقط می توان با تغییر مقاومت اندازه گیری، Rm، و همچنین با یک خازن اضافی متصل به موازات C2 تنظیم کرد. برای درک بهتر مثال عملی زیر را در نظر بگیرید:

فرکانس حد پایین مورد نظر: f1 = 70 کیلوهرتز
ظرفیت بین هادی HV و شیر بوش: C1 = 500 pF
ظرفیت بین شیر شین و فلنج بوش زمینی: C2 = 2500 pF

شکل 3- مدار معادل حالت کوپلینگ شیر بوشینگ

Bu – بوشینگ
Bt – شیر بوش
C1 – خازن بین هادی HV و شیر بوش
C2 – ظرفیت بین شیر بوش و فلنج بوش زمین شده
Ca – ظرفیت جسم آزمایشی مجازی
Lm – سلف شنت
Rm – مقاومت اندازه گیری
To – آزمایش شی
Zm – اندازه گیری امپدانس

با وارد کردن این مقادیر در رابطه (A.7) Rm ≈ 760 Ω به دست می آید. برای جلوگیری از کاهش f1 توسط امپدانس وابسته به فرکانس، Lm، شرط Zl > 10 Rm در f1 = 70 کیلوهرتز باید برآورده شود، که برای Lm > 17 mH برآورده می‌شود.

برای تخمین بخشی از قدر ولتاژ آزمایش ac که در سرتاسر سلف شنت، Lm، و بنابراین در سرتاسر امپدانس اندازه‌گیری، Zm ظاهر می‌شود، حداکثر فرکانس آزمایش fac= 400 هرتز باید در نظر گرفته شود. تحت این شرایط امپدانس های وابسته به فرکانس Lm و C1 به ترتیب با Zl ≈ 43 Ω و Zc ≈ 795 kΩ ارائه می شوند.
در نتیجه نسبت تقسیم کننده با Dr = 43 Ω / 795 kΩ ≈ 1 / 18 000 داده می شود.
این به این معنی است که حداکثر سطح ولتاژ آزمایشی ac، به عنوان مثال، 800 کیلو ولت تا حدود 45 ولت کاهش می یابد، که برای ابزار دقیق و اپراتور نیز بی ضرر است.

حالت کوپلینگ شیر بوش نیز ابزار مناسبی برای نمایش ولتاژ آزمایش ac، همانطور که در شکل A.4 نشان داده شده است، فراهم می کند. برای C1 = 500 pF، اگر نسبت تقسیم کننده ولتاژ Dr = 1 / 10000 مورد نظر باشد، ظرفیت اندازه گیری باید Cm = 5 µF باشد.

شکل 4- حالت کوپلینگ شیر بوشینگ قادر به نمایش ولتاژ آزمایش AC

Bu – بوشینگ
Bt – شیر بوش
C1 – ظرفیت بین هادی HV و شیر بوش
C2 – ظرفیت بین شیر بوش و فلنج بوش زمین شده
Ca – ظرفیت جسم آزمایشی مجازی
Cm – خازن اندازه گیری
GD – اتصال زمین
Lm – سلف شنت
Rm – مقاومت اندازه گیری
To – آزمایش شی
Zm – اندازه گیری امپدانس