Jakobs, Stefan

Olschok, Simon

Reisgen, Uwe

Stein, Lars

Steiners, Marius

RWTH Publications

Lichtbogenfügen von Stahl an Aluminium - Konzept einer Bimetall-Hohlbauplatte

Каляцкий, Иван Иванович

Чепиков, Александр Тимофеевич

Дульзон, Альфред Андреевич

Electronic archive of Tomsk Polytechnic University

Том 180 1971И З В Е С Т И ЯТОМСКОГО О РДЕН А ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМ ЕНИПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО ИНСТИТУТАК О Ц Е Н К Е  У С Л О В И Й  Р А Б О Т Ы  И З О Л Я Ц И И  В К О А К С И А Л Ь Н О Й  Л И Н И И  П Р И  Р А Б О Т Е  И М П У Л Ь С Н О Г О  Г Е Н Е Р А Т О Р А  Н А  ИСКРУИ. И . К А Л Я Ц К И Й , А. Т. Ч Е П И К О В , А. А. Д У Л Ь З О Н(П редставлена научным семинаром научно-исследовательского института высоких н а­пряж ений)В настоящее время область применения генераторов импульсных напряжений (ГИ Н ) очень велика. Они используются в радиолокации, для питания импульсных источников света, для генерирования ударных волн в жидкой среде, для кинетики химических реакций и т. д.При передаче высоковольтных импульсов с амплитудой до 200—300 кв, предназначенных для технологического использования их энергии, возникает острая необходимость оценки напряжения, воздей­ствующего на изоляцию коаксиальной линии. Это необходимо для обо­снованного конструирования изоляции и определения срока ее службы.К расчету напряжения на изоляции коаксиальной линииРасчетная схема представлена на рис. 1. Н ами приняты следующие основные допущения:1. Активное сопротивление проводников и искровых промежутков Г И Н а R i = C o n s t .  Принято потому, что оно сравнительно мало влияетГГ“1IiHHfOt z U4IJJQ =X■ 3 2h  Uc(O) dP.zРис. I: а — Р асчетная схема; б — Схема замещ ения; С — емкость ГИ Н а в ударе; 1 — паразитная индуктивность Г И Н а; Ri — полное сопротивление контура (с учетом сопротивления искровых проме­ж у тко в ); R2 ( t ) — сопротивление искровой нагрузки; Z 8 — волно­вое сопротивление линий 1 — длина линии.на переходный процесс до момента прихода отраженной от конца линии волны, а за это время д аж е  при длине линии 10— 20 м сопротивление искровых промежутков Г И Н а устанавливается примерно постоянным. 762. Сопротивление искровой нагрузки /?2(Z) принято только как функция времени, а не напряжения.3. Потери в линии не учитываются. Учет затухания импульсов в ли ­нии не меняет ход расчета, но сильно усложняет вычисления.О перационное изображ ение закона Кирхгофа (по Карсону) для схемы рис. 1, 6:Uc (P) +  Ul (р) +  Ur i (р) +  Ux=о (р) =  0. ( 1)Ток в начале линии без потерь длиной I [1]# 2 (P)-Sh-Z +  z B-ch-ZІх=о (P) =  Ux=O (P) ■ -  ѵ ѵZr R2 (p) c h p  Z  +2fBsh p Z  V V(2)С другой стороныt(t) = C - - ' E r +  CpUc (P) -  pCUc (0) =  /  (P) =  i x.  о (p), (3)dtUl(0  =  l Z V  p+cuс ( P ) - P 2CLUc (P),(4)dtUri = I (P)-R1. (5)На основании ( 1 ) - ( 5 )  можно получитьТО=о(р) = -  TO(O)- f j ß r r ,  ’ (6)P2LC +  p R f i  +  pCZ (p) +  1гдеTO . Iz ,.................R 2 (p) + z Bs h p -■7/ \ L v  vZ  (p) =  — t --------------- z----------------- pTO (p) sh p  — f -  2C ch p —V V( 7 )Т огда напряж ение в любой то ч к е  л  длинной линии [1]R2 ( p ) c h p ( L - T . )  +  2В s h p  ( — —ТО ( F )  =  ( F ) ------------------------V T O T O ---------------------- ТО----Т О _ ( 8 )ТО ( p ) c h p -  +  z Bs h p -  -у г;О ригинал выраж ения (8) найти в общем случае не представляется возмож ны м. При работе ГИ И а на согласованную  линию, т. е. приТО =  z B,ТО (F )  =  U 01 ( р )  =  -  ТО  (0 ) - C T --------- T O x +  Г  (9 )ß p2 -j- р 1 + в +  —-L LCили приI ^  (Di +  Zb)2LC 4 L2— — tT O i ( Z )  =  T Z c ( O ) - C T  . L . e  2 . S i n c o Z 1 ( 1 0 )L о)гдеDi +  Z3а = ------------, (оГ  LC 477Д л я  расчета напряж ения на изоляции коаксиальной линии кон еч ­ной длины нами был использован метод бегущ их волн [2]. Коэффи­циент отраж ения в конце линииR 2 ( 0P (ОR 2 ( t )  +  ZbКоэф ф ициент преломления в начале линииЯ ( P ) =  V t Y v— ’ г д е  Zl - L  +Е\ (P) +  P eВремя двойного пробега волны по линии21 = ~^np  »Vгде I — длина линии,v  — скорость  распространения электромагнитных волн.( H )(12)Рис. 2. Н апряж ение на изоляции коаксиальной линии* в точке 1Н апряж ен ие в начале линии (точка 1) определяется  как сум м г  преломленны х волнU  (Z) =  D 01 (Z) +  U f  (Z), (13)гд е  U f  (Z) — волна, преломленная в точке  1 после отражения от точки 2.U f  ( Z )  =  U i  (P )  • a  ( P ) t (14)гдеWn ( P ) = U n  (Z) =  ( Z  —  2 Z n p ) ,причемD 21(Z) =  P (Z)-D 12(Z), (15).где  D 12(Z)-CyMMapHaH волна, дви ж ущ аяся  от точки 1 к точке 2. 78Величина 6/np мож ет быть вычислена приближенно на основании следую щ их соображений.Если положить Lr21 (/7) =  1, то (р) =  ос(р).С ледовательно , а(/?) представляет собой переходную  функцию для точки 1. Тогда, найдя h(t)  =  a (p ) f можно вычислить Un \t), восполь­зовавш ись интегралом Д ю ам еля  [1].tF 2T(Z) =  j  -h F - F -  dx.(16ОЗам ен яя  интеграл суммой, приближенно получим [3]( 0  « 2  (17)/=1где Л/ — количество интервалов, на которые разбивается интересукь  шая нас часть волны U21 (t ),AU2H — приращ ение волны за время F o ro  интервала.Н айдя по ( 1 3 ) - ( 1 7 )  U1 можем п о ­лучитьU M =  U1V ) -  U21 (t). (18)Тогда напряж ение на конце л ин ии  точка 2)£ 7 , ( 0 =  U i2{t) +  U9i(t). (19)Н апряж ение в середине линии (точ)- ка 3)U3(I) =  U l2(t) +  U2l(I)f ( !гдеLWi (0  = U21V - I np).Аналогично может быть найдено напря" жение в любой промеж уточной точке.П р и м е р :  Найти напряжение на изоляции коаксиальной системы длиной 1 =  30 м, с волновым сопротивлением Z3 =  54 ом. Емкость ГИ Н а в ударе С =  20000 пкф, паразитная индуктивность L =  25 мкгн,, актив­ное сопротивление проводов и искровых промежутков Ri ^  2 ома, п U 3 = 2 4 0  кв (п — число ступеней, U3 — зарядное напряжение).В соответствии с (lu)U 01 ( I )  = 605 • г - 1'12 ' • s i n  0,857 I f где I — время в мксек.При емкостях ГИНа в ударе порядка 10000—30000 пкф и н апря­ж ениях  ЮО-а-ЗОО кв ход временной зависимости сопротивления искры в жидком или твердом диэлектрике может быть ориентировочно вы ­раж ен форм улой [4]:R(Z) =  10 +  ’ V  +  Z0), (21)I  I 0где t0 — момент пробоя диэлектрика, мксек.Примем, что пробой происходит в момент, когда напряжение в точке 2 достигает максимума. При этом имеют место наибольш ие перенапряж ения. Коэффициенты преломления и отраж ения=  W t t t t t +  ; « ( о  =  2 ( і - 2 ,5 4 . ^ - 4 ^  1 . s i n 0(8570,6 +  64 ( Z - Z 0)79.АU z t Kd г -  ----------- -------------р  1-----------✓ f/ I ТО — г—-------------I ' \ 2УЭО  P—-----1-------------, Щ д - J/  \  ,J wo 4 — — V -^------------. Ш а ;КDO ------   J-------------öl оg і.і 1,6 t. к^секРис. 3. То же, в точке 2./»*1 \\ 2 _\\\7 V\\Л\ ) > N 7W V \ * ы/OOоТаблица 1t Uoi . L T U x U t2l Un P D21 U2 U21 U3мксек Ф орм ула(10, Таблица 2 M t - о,з) A i—A 5Ф ормула( И )Aq. A1 A 6 - \ - A s OO I О 2D А 6-\-А пА \ A 2 A 3 А A 6 A 6 A 7 A 6 A q + 0■А ц0 0 _ 0 __ 0 1 0 0 __ 00,15 65 — 65 — 65 1 65 130 0 650 ,3 HO 0 HO 0 HO 1 HO 220 65 1750 ,4 5 137 117 254 65 189 1 189 378 HO 2990 ,6 153 165 318 HO 208 1 208 416 189 3970 ,7 5 156 266 422 189 233 - 0 , 5 9 — 138 95 208 4410 ,9 153 234 387 208 179 — 0 ,6 4 — 114 65 — 138 411 ,05 145 — 388 — 243 — 138 — 105 —0 ,6 5 6 8 .2 - 3 7 - 1 1 4 —2191,2 135 — 221 - 8 6 - 1 1 4 28 —0 ,6 6 - 1 8 , 5 9 ,5 6 8 ,2 961,35 123 176 299 68 231 —0,67 — 154 77 - 1 8 , 5 212 ,51 ,5 108 — 21 87 — 18,5 106 —0,67 — 71 35 — 154 - 4 81 ,65 94 — 231 - 1 3 7 — 154 17 —0 ,6 7 - 1 1 , 4 5 ,6 — 71 - 5 41 ,8 80 0 ,8 8 0 ,8 —71 151,8 — 0 ,6 7 — 102 50 - 1 1 , 4 140,46. Заказ 7324,Таблица 2і 44<1 П ереходная ф ункция h (t — Ti) при t, равномII Д U'2U-h(t — Ti) при t , равном0 ,7 5 I 0 ,6 I 0 ,7 5  I 0 ,9 ! 1,051 1 ,2 I 1 ,3 5 | 1,5 I 1,651 1 ,8  IS 0 ,4 5 0 ,6  I 0 , 7 5 j 0 , 9 1,05 I 1,2 1,35 1 ,5 1,65 1 ,8I 0 ,3 5 24 1,62 1 ,2 0 ,91 0 ,7 6 0 ,6 9 0 ,6 9 0 ,7 4 0 ,8 4 0 ,9 4 1,06 3 8 ,9 2 8 ,8 2 1 ,8 18,2 16,5 16 ,5 17,8 2 0 ,2 2 2 ,6 2 5 ,42 0 ,4 0 21 1 ,8 1,31 0 ,9 9 0 ,8 0 0 ,7 0 0 ,69 0 ,7 2 0 ,8 0 0 ,9 0 1,02 3 7 ,8 2 7 ,5 2 0 ,8 16,8 14,7 14,5 15,1 16,8 18,9 2 1 ,43 0 ,4 5 20 2 ,0 1,44 1 ,08 0 ,8 5 0 ,7 2 0 ,6 9 0 ,7 0 0 ,8 3 0 ,8 7 0 ,9 8 4 0 ,0 2 8 ,8 2 1 ,6 17,9 15,1 14,5 14,7 16,6 17,4 19 ,64 0 ,5 0 17 1,62 1 ,2 0 ,91 0 ,7 6 0 ,6 9 0 ,6 9 0 ,7 4 0 ,84 0 ,9 4 2 7 ,6 2 0 ,4 15,5 12,9 11,7 11,7 12,6 14,3 165 0 ,5 5 15 1 ,8 1,31 0 ,9 9 0 ,8 0 0 ,70 0 ,6 9 0 ,72 0 ,8 0 0 ,9 0 27 19,7 14,9 12 ,0 10,5 10,4 10,8 12 1 3 ,56 0 ,6 0 13 2 ,0 1,44 1,08 0 ,8 5 0 ,7 2 0 ,6 9 0 ,7 0 0 ,8 3 0 ,87 26 18,7 14,0 11,1 9 ,4 9 ,0 9 ,1 10,8 11,37 0 ,6 5 28 1,62 1 ,2 0 ,91 0 .7 6 0 ,6 9 0 ,6 9 0 ,7 4 0 ,8 4 4 5 ,3 3 3 ,6 2 5 ,4 2 1 ,2 19,3 19,3 2 0 ,7 2 3 ,58 0 ,7 0 27 1 ,8 1,31 0 ,9 9 0 ,8 0 0 ,7 0 0 ,6 9 0 ,7 2 0 ,8 0 4 9 ,6 3 5 ,4 2 6 ,7 2 1 ,6 18,9 18,6 19,4 2 1 ,69 0 ,7 5 24 2 ,0 1,44 1 ,08 0 ,8 5 0 ,7 2 0 ,6 9 0 ,7 0 0 ,8 3 48 3 4 ,6 26 2 0 ,4 17,3 16 ,6 16,8 19,910 0 ,8 0 9 1,62 1 ,2 0,91 0 ,7 6 0 ,6 9 0 ,6 9 0 ,7 4 14,6 10,8 8 ,2 6 ,9 6 ,2 6 ,3 6 ,711121314151617181920 21 2223242526272829300 ,8 50 ,900 ,9 51,001,051,101,151,201 ,251,301,351,401,451,501 ,551,601,651,701,751,8055— 283— 53- 1 06 9 91005428— 18- 2 5— 45— 40— 50— 391930341 ,82 ,01,311,441,621 ,82 ,00 ,9 91,081 ,21,311,441,621 ,82 ,00 ,8 00 ,8 50,910 ,9 91,081,21,311,441,621,82 ,00 ,7 00 ,7 20 ,7 60 ,8 00 ,8 50 ,910 ,9 91,081,21,311,441 ,621,82 ,00 ,6 90 ,6 90 ,6 90 ,7 00 ,7 20 ,7 60 ,8 00 ,8 50 ,910 ,9 91,081 ,21,311,441,621 ,82 ,00 ,7 20 ,7 00 ,6 90 ,6 90 ,6 90 ,6 90 ,7 00 ,7 20 ,7 60 ,8 00 ,8 50 ,910 ,9 91,081,201,311,441,621 ,82 ,09 ,010,06 ,67 ,2—458—9 5 ,3— 204 ,95 ,4— 3 ,4 0- 6 9 , 4— 14,49 ,716,218,04 ,04 .2  —257 - 5 2 , 5  — 10,87 .2  11 ,8  13 ,01629 7 ,2563 .53 .6  - 2 1 5  — 4 2 ,4  - 8 , 55 ,58 ,99 .71207 0 ,74 0 ,3— 2 9 ,2—45- 9 03 .53 .5  — 195 - 3 7 , 1- 7 , 24 .67 ,27 .7  915 3 ,43 0 ,2—2 1 ,6- 3 2 , 8- 6 4 , 8- 6 5- 9 0—782 '83 .5- 1 9 5  -Э6 6- 6  g 4 ,1fi’36 .5 76 4 3 ,2m — 16 4- 2 4 ;  s- 4 8  6— 48—155,5— 56 13 0 ,854682^1P(0 =N2  AUm -H t  = 1--Ti): I 117 165 266 234 - 3 8 8 —221 176 —21 —231 0 ,80 , 2 1  2-30  ЛО 2гп0 =  — = ------- =  0,3 мксек.р V 200Расчет напряжений Ufit), U2(t) и U3(I) ведется табличным спосо­бом (табл. 1), причем последовательно заполняется строчка за строч-В р е м я  д в о й н о г о  п р о б е г а  п о  ли ни и(Рис. 4. О сциллограммы напряж ения на изоляции линии: а — в начале линии, б — в конце линии, в — в начале линии при отсутствии пробоя в конце. Градуировочная частота 11 Мгцкой. Расчет величины U2inp с помощью интеграла Д ю ам еля  сведен в табл. 2.82Полученные в результате расчета кривые напряжения в начале и конце коаксиальной линии приведены на рис. 2 (кривые 1). Там же представлено напряжение (кривые 2) для случая, когда искровой про­межуток в конце линии не пробился. В случае холостого хода линии при 2 Znp, значительно меньшем длины исходного импульса Uoі ( /) ,  н а ­пряжение может быть ориентировочно определено, если в схеме рис. 1,6 заместить линию сосредоточенной емкостью порядка 100 пкф/м (кри­вая 3 при R і =  2 ома и кривая 4 при R 1 =  30 ом).Д л я  контроля расчетов схема рис. 1,6 была смоделирована, при­чем U c (0) принято равным 18 кв. В конце линии был включен искро­вой промежуток в изоляционном масле. Полученные осциллограммы представлены на рис. 4. Разница между кривыми напряжения в конце линии (рис. 4 б и 4 б) объясняется тем, что искровой промежуток в смо­делированной схеме во много раз меньше, чем в натуре, в связи с чем меньше и остаточное напряжение на искре.1 В ы в о д ы1. Рассмотрена методика определения напряжений, воздействую­щих на изоляцию в различных точках высоковольтной коаксиальной передающей системы с учетом многократных отражений импульса.2. При апериодических импульсах с длиной волны, сравнимой с временем двойного пробега, изоляция коаксиальной системы подвер­гается воздействию напряжений сложной знакопеіременной формы с большим числом пиков, превышающих амплитуду исходного импульса*Л И Т Е РА Т У РА1. С. Г. Г и н з б у р г .  М етоды решения задач  по переходным процессам в элек­трических цепях. «Сов. радио», 1959.2. М. В. К о с т е н к о .  Атмосферные перенапряж ения и грозозащ ита вы соковольт­ных установок. ГЭИ, 1949.3. И. И. T е у м и и. Экспериментальный анализ переходных процессов в линейных электрических цепях. «Сов. радио», 1956.4. А. И. Т а в р и л и  и, И. И. К а л я ц к и й, А. Г. С и и е б р ю х о в. И сследование энергетических характеристик импульсного пробоя твердых диэлектриков. Пробой ди ­электриков и полупроводников. Труды IV М еж вузовской конференции, г. Томск. «Энергия», 1964.

К оценке условий работы изоляции в коаксиальной линии при работе импульсного генератора на искру

К оценке условий работы изоляции в коаксиальной линии при работе импульсного генератора на искру

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

RWTH Publications

Electronic archive of Tomsk Polytechnic University