Hoogspanningspulstransformatoren

Begin met het definiëren van de bedrijfsuitgangsspanning van de puls, de belastingsweerstand bij die spanning en de belastingscapaciteit, gemeten in het werkelijke diëlektricum en de werkelijke omgeving. Geef vervolgens de vereiste flat-topduur, stijgtijd van 10% tot 90%, overshoot, droop en herhalingsfrequentie op, samen met de pulsspanning en -duur bij die frequentie. Ook de verhouding tussen primair en secundair, de bronimpedantie of de aangepaste impedantieconditie, en de vereiste polariteitsrelatie moeten worden vastgelegd. De isolatie-eisen aan beide lage uiteinden ten opzichte van de kern en de basisplaat, plus de keuze voor een monofilaire of bifilaire secundaire, maken de elektrische definitie compleet. Met deze waarden kan het magnetische ontwerp en het isolatieontwerp worden afgestemd op de werkelijke schakeling, in plaats van het bereik van 100–500 kV als een vaste configuratie te behandelen.

De transformator met open constructie is bedoeld om te werken in hoogspannings-isolatieolie, zodat de olie deel uitmaakt van het isolatiesysteem en niet alleen als koelmedium dient. Daarbij moet in een standaard olietestbeker van 60 Hz met een elektrodeafstand van 0.1 inch een doorslagspanning van ten minste 30 kV RMS worden bereikt; bij herhaalde monsters moet het laagste resultaat worden aangehouden. Vuil, vrije luchtbellen en water kunnen de diëlektrische sterkte verlagen en overslag of spoorvorming veroorzaken. In de praktijk moeten de tank en de componenten vóór het vullen worden gereinigd, gevolgd door oliefiltratie na installatie en na eventuele overslag. De vulmethode moet luchtinsluiting tot een minimum beperken en de tank moet worden afgedicht zodra de werking stabiel is.

Controleer eerst of de vereiste uitgang tussen 100 en 500 kV ligt en of de pulsduur binnen 0,25 tot 50 µs valt. Die twee waarden zijn op zichzelf niet voldoende om de geschiktheid vast te stellen, omdat belastingsweerstand, belastingscapaciteit, stijgtijd, overshoot, flat-topdroop en herhalingsfrequentie allemaal van invloed zijn op het transformatorontwerp. Een capacitieve belasting verandert de eisen aan energie en stijgtijd, terwijl de herhalingsfrequentie de gemiddelde opwarming beïnvloedt, zelfs wanneer de piekspanning ongewijzigd blijft. Ook de bronimpedantie en de primair-secundairverhouding moeten worden meegenomen als onderdeel van het pulsvormingsnetwerk. De selectie moet daarom gebaseerd zijn op de volledige bedrijfsgolfvorm en de belastingseigenschappen zoals gemeten in de beoogde diëlektrische omgeving.

Gebruik gelaagde beveiliging die abnormaal laadgedrag detecteert voordat herhaalde pulsen de transformator kunnen belasten. Een snel overspanningsdetectiecircuit kan de volgende en daaropvolgende schakeltriggers blokkeren wanneer de laadspanning een vooraf ingestelde drempel overschrijdt; een spanningsdeler die de golfvorm getrouw volgt, PFN-bleederweerstand en gelijktijdige uitschakeling van de voeding zijn daarbij relevante onderdelen. Een primaire vonkbrug met serieweerstand of een thyrite-element kan extra begrenzing bieden, maar dit zijn secundaire maatregelen en geen vervanging voor foutdetectie. De pulsschakelaar moet ook voldoende spanningsvastheid hebben en de beveiliging moet reageren op continue geleiding. Dat is belangrijk omdat sommige modulatorstoringen de filtercondensator tot meer dan twee keer de normale voedingswaarde kunnen opladen.

Een mismatch in de belasting kan de werkelijke secundaire spanning veranderen, zelfs wanneer de laadspanning correct lijkt. Een belastingsweerstand die hoger is dan bedoeld kan de uitgangsspanning van de transformator laten oplopen, terwijl een zeer lage weerstand in combinatie met onvolledige verwijdering van PFN-teruglading kan leiden tot opeenvolgende opbouw van de laadspanning. De weerstand moet daarom bij volledige bedrijfsspanning worden geverifieerd met geschikte spannings- en pulsstroommetingen, in plaats van te worden afgeleid uit laagspannings- of statische gegevens. Ook temperatuurafhankelijke dummybelastingen vragen aandacht, omdat hun weerstand tijdens bedrijf kan verschuiven. Geef voor de ontwerpselectie de belastingsweerstand bij bedrijf, de gemeten capaciteit en óf de aangepaste bron-/belastingsimpedantie óf de werkelijke primaire bronimpedantie op.

De keuze hangt af van het secundaire circuit en van de vraag of een gepaarde wikkeling nodig is om gloeistroom te voeren. Bij een bifilair ontwerp moeten de verwachte stroom door de wikkelingen en de spanning ertussen worden opgegeven, terwijl een monofilaire wikkeling deze extra belasting tussen de wikkelingen vermijdt. Als bij een bifilaire wikkeling die gloeistroom voert overslag optreedt tussen de twee geleiders, kan de gloeivoeding een zware volgboog voeden, ook al zou alleen het pulscircuit de wikkeling normaal gesproken niet beschadigen. Daarom is geschikte zekering- of stroomonderbrekerbeveiliging in het gloeicircuit noodzakelijk. Als bifilaire werking vereist is, moet de bijbehorende eis voor de gloeidraadtransformator samen met pulsspanning, isolatie en polariteit worden gespecificeerd.

Continue filtratie is niet automatisch nodig in een stabiel systeem met schone olie, een afgedichte tank, geen overspanningsgebeurtenissen en geen onopgemerkte corona vanaf scherpe hoogspanningspunten. Initiële filtratie blijft belangrijk, omdat stof, pluis of spanen die tijdens de assemblage worden ingebracht naar gebieden met een hoog elektrisch veld kunnen drijven en vertraagde overslag kunnen veroorzaken. Filtratie moet ook na elke overslag plaatsvinden, omdat koolstofverontreiniging de oliekwaliteit vermindert en kan bijdragen aan spoorvorming op vaste isolatie. Als reinheid, afdichting of storingsvrije werking niet kunnen worden gegarandeerd, kan continue filtratie het risico op uitval door verontreiniging verminderen. De plaatsing van pomp en filter moet de circulatie door de tank bevorderen, terwijl de vulmethode moet voorkomen dat vrije luchtbellen worden meegevoerd.

Stel de pulsed-power-keten stapsgewijs in bedrijf, zodat fouten kunnen worden geïsoleerd voordat de uiteindelijke belasting wordt aangesloten. Begin met de pulsmodulator die op een resistieve belasting werkt bij volledig piek- en gemiddeld vermogen, voeg daarna de transformator met een resistieve belasting toe en sluit pas daarna de uiteindelijke diodeachtige belasting of toepassingsbelasting aan. Controleer eerst de doorslagtoestand van de olie en bewaak vervolgens de primaire en secundaire pulsen evenals de PFN-spanning met geschikte delers en pulsstroommetingen. Deze volgorde helpt om transformatorgedrag te onderscheiden van belastinginteractie, schakelfouten en problemen met teruglading. Als er overslag optreedt, stop dan met pulsen, inspecteer en filter de olie, controleer de reactie van de beveiliging en onderzoek mogelijke overspanning voordat u opnieuw start.