Tipi e norme di prova per le apparecchiature ad impulso di fulmini

Apparecchiature per l'impulso di fulmini: tecnologia di base nei test-ad alta tensione

Le apparecchiature per l'impulso dei fulmini fungono da apparato di prova principale nel campo dei test ad alta-tensione. La sua funzione principale è quella di simulare, in modo controllato, gli impulsi transitori di alta-tensione e alta-corrente generati dalle scariche naturali dei fulmini, consentendo così la verifica scientifica delle prestazioni di isolamento e della capacità anti-interferenza di varie apparecchiature elettriche e sistemi elettronici. Poiché i livelli di tensione della rete elettrica continuano ad aumentare e la densità di integrazione delle apparecchiature aumenta, i test sull’impulso dei fulmini sono diventati un anello fondamentale nel controllo della qualità del prodotto e nella valutazione dell’affidabilità, con le sue specifiche tecniche e i sistemi standard sempre più raffinati.

Principio di funzionamento e composizione di base delle apparecchiature per l'impulso di fulmini

Il concetto di progettazione fondamentale delle apparecchiature per l'impulso dei fulmini ha origine dal principio del circuito Marx, che è essenzialmente una struttura di conversione dell'energia basata su "carica parallela e scarica in serie". Durante la fase di carica, più stadi di condensatori all'interno del dispositivo sono collegati in parallelo a un alimentatore CC ad alta-tensione tramite resistori di carica, con ciascun condensatore caricato in modo indipendente a un valore di tensione preimpostato. Quando inizia la fase di scarica, il traferro sferico di accensione del primo- stadio viene attivato con precisione, causando la rottura e la condotta sequenziale dei traferri sferici in serie di ciascuna fase successiva. Ciò commuta istantaneamente tutti i condensatori di stadio in uno stato di connessione in serie. Le tensioni di ciascun condensatore si sovrappongono quindi, generando una forma d'onda di tensione pulsata con ampiezza estremamente elevata e durata molto breve sul terminale di uscita. Questo design consente l'uso di fonti di alimentazione a tensione- inferiore per generare tensioni elevate a impulsi di diversi megavolt o addirittura decine di megavolt, riducendo significativamente le difficoltà e i costi di produzione delle apparecchiature.

Dal punto di vista della composizione fisica, un dispositivo completo per il test dell'impulso atmosferico è costituito da almeno tre componenti principali: (1) il corpo del generatore di tensione a impulso, che integra condensatori, resistori di carica, resistori sul fronte dell'onda-, resistori sulla coda dell'onda-e interruttori a sfera-gap per realizzare il circuito Marx in ogni fase; (2) il sistema di misurazione, tipicamente comprendente un divisore di tensione resistivo-capacitivo o un dispositivo di misurazione integrale differenziale-, combinato con un registratore digitale per l'acquisizione e l'analisi della forma d'onda; e (3) il sistema di controllo e attivazione, responsabile della regolazione della tensione di carica, del controllo dei tempi di scarica e della protezione dell'interblocco di sicurezza. Per le applicazioni che richiedono test di taglio dell'onda-, è necessario installare un dispositivo di taglio dell'onda aggiuntivo-per interrompere forzatamente l'onda d'urto in un momento predeterminato utilizzando il gap della sfera di taglio dell'onda-.

Classificazione delle apparecchiature e parametri tecnici

A seconda degli obiettivi della simulazione e degli scopi sperimentali, le apparecchiature per l'impulso di fulmine possono essere chiaramente suddivise in due categorie: generatori di tensione impulsiva di fulmine e generatori di corrente impulsiva di fulmine. Il primo si concentra sulla simulazione degli effetti dello stress elettrico della sovratensione da fulmine sulle strutture di isolamento delle apparecchiature, mentre il secondo enfatizza la riproduzione dello stress termico e degli effetti della forza elettromagnetica quando la corrente del fulmine si inietta nei componenti che limitano la tensione-come i parafulmini.

Nel campo dei test sui sistemi di alimentazione ad alta-tensione, l'onda intera standard dell'impulso del fulmine è definita come una forma d'onda doppia-esponenziale con un tempo del fronte d'onda di 1,2 microsecondi e un tempo di mezzo-picco di 50 microsecondi. Questi parametri della forma d'onda non sono scelti arbitrariamente ma derivano dall'induzione statistica basata su estesi dati di osservazione dei fulmini naturali, che rappresentano ragionevolmente le caratteristiche tipiche della sovratensione indotta da fulmini sulle linee di trasmissione aeree. Oltre al test-dell'onda intera, il test dell'onda spezzata-con impulso di fulmine ha un valore ingegneristico significativo. Il cosiddetto-"chopping" si riferisce al forte salto di tensione causato dall'interruzione forzata dell'intera onda impulsiva del fulmine attraverso un gap esterno durante la fase di fronte di salita o fronte d'onda. Il tempo di taglio è generalmente impostato tra 2 e 5 microsecondi, simulando l'improvviso fenomeno di caduta di tensione derivante dal flashover dell'isolamento durante un fulmine. Per le apparecchiature a tensione ultra-alta-dove la tensione massima supera 800 kV, gli standard internazionali hanno rivisto in modo significativo la tolleranza positiva del tempo del fronte d'onda, estendendola al 100%, consentendo così al tempo del fronte d'onda di raggiungere 2,4 microsecondi. Questa modifica tiene pienamente conto delle differenze nelle caratteristiche fisiche durante il processo di scarico dei traferri ultra-lunghi, riflettendo il modo in cui la formulazione standard si adatta responsabilmente alla pratica ingegneristica.