Имитация широкополосных мощных перенапряжений (гибридный генератор)
Мощные импульсы перенапряжений возникают вследствие грозовых разрядов, коммутационных операций в электроэнергетических системах и т. д. Их имитация осуществляется классическими импульсами грозовых и коммутационных перенапряжений (двойная экспоненциальная функция), используемыми при испытаниях изоляции высокого напряжения (рис. 6.10,а). Так как определение длительностей фронта 
импульса 
согласно VDE0433, или публикации МЭК 60-2 несколько затруднительно, на практике определяют время нарастания 
по точкам 30 и 90% умножая его на 1,67:
(6.1)
Длительность импульса для упрощения определяется чаше всего как длительность импульса Т'с по рисунку 6.10,б, что вполне допустимо в виду того, что Тф << Ти и из-за больших допусков.
Рис. 6.10 – Определение длительности фронта и длительности импульса, а также времен нарастания перенапряжений:
а) – длительность фронта и время спада (VDE 0433 и МЭК 60-2);
б) – время нарастания и время спада (МЭК 469-1)
Обычные временные параметры:
· газовый импульс 1,2/50: =1,2 мкс ±30%; Ти=50 мкс ±20%.;
· коммутационный импульс (смотри примечание) 10/700: =10 мкс ±30%; =700 мкс ±20%.
Примечание – основной коммутационный импульс согласно ГОСТ-1516.2 имеет параметры:
· время нарастания до максимального значения 250±50 мкс;
· длительность импульса 2500±500 мкс. Предусмотрены и другие формы и временные параметры коммутационных импульсов.
Формы кривых напряжения на рисунке 6.10 сильно идеализированы. Реальные грозовые перенапряжения часто обнаруживают ступеньки на фронте или могут складываться из нескольких следующих друг за другом импульсов (многокомпонентные молнии) и иметь большую крутизну (см.).
Такие параметры импульсов, как 1,2/50 или 10/700, основаны на определении согласно Публикации МЭК 60-2. Однако часто формы импульсов характеризуются временем их нарастания согласно Рекомендациям МЭК 469-1. Из-за различных способов определения длительности фронта или времени нарастания получаются разные числовые значения, однако речь идет, как правило, об одной и той же форме импульса.
Генераторы для получения импульсов, подобных изображенным на рис. 6.10,а, ранее реализовывались как одноступенчатые контуры с относительно большим внутренним сопротивлением и часто применялись для испытания изоляции (рис. 6.11).
Рис. 6.11 – Однокаскадная импульсная цепь для воспроизведения напряжений грозовых разрядов и коммутационных импульсов
При срабатывании ключа ИП (искровой промежуток, вакуумное реле, тиристор и т. д.) конденсатор-накопитель энергии 
перезаряжается через демпфирующий резистор RД на емкость нагрузки 
Время нарастания определяется при >> как
ТН = 2,2RДСНАГ. (6.2)
Затем конденсаторы и разряжаются через резистор 
с постоянной времени Т ~Rр(Снаг+ C0).
Вышеприведенное справедливо для высокоомных испытуемых объектов с малой емкостью. У приборов с устройствами защиты от перенапряжений (разрядники с инертным газом и ограничители перенапряжений на основе 
, защитные диоды, конденсаторы фильтров) испытание изоляции в комбинации с защитными устройствами нерационально, так как защитные элементы ограничивают испытательное напряжение низкими значениями, и требуемого нагружения изоляции не происходит. В этом случае много важнее вопрос, могут ли защитные элементы выдержать ток при мощных перенапряжениях, получаемых от источников с низким сопротивлением. Для этого был разработан гибридный генератор, который у высокоомных испытуемых объектов создает напряжения требуемых форм, у низкоомных (например, после срабатывания защиты от перенапряжений) возбуждает близкий к встречающемуся на практике ток короткого замыкания 
= 8/20 мкс (рис. 6.12) (см. VDE 0846, ч. 11 [Л.]).
Следует отметить, что у импульсного тока 8/20 мкс форма кривой может быть не апериодической, и содержать участок противоположной полярности с амплитудой до 30% [Л.].
Рис. 6.12 – Определение временных параметров импульсов:
а) – длительность фронта и время спада (VDE 0432, ч. 3 и МЭК 60-2);
время нарастания (МЭК 469-1);
в) – импульс тока 8/20 мкс (VDE 0843, ч. 5 (1993)]
Так же, как при импульсах напряжения, вначале определяют время нарастания 
и умножают его на 1,25:
(6.3)
Различные коэффициенты по сравнению с (8.1) получаются вследствие определения длительности фронта импульса (прямая, аппроксимирующая фронт, проходит через 10% вместо 30%).
Длительность импульса отличается от длительности импульса Т' на коэффициент 1,25, т. е.
(6.4)
Общепринятые временные параметры импульса тока: 
мкс ± 20% и 
мкс ± 20% (МЭК 60-2), или
мкс ± 20% и 
мкс ± 20% (МЭК 469-1).
Рис. 6.13 – Гибридный генератор (принципиальная схема)
Основная схема гибридного генератора показана на рис. 6.13. В противоположность обычным высокоомным контурам, у которых фронт импульса формируется RС - цепью из демпфирующего сопротивления и емкости нагрузки, формирование импульса происходит при помощи L/R-звена. В этом случае время нарастания напряжения холостого хода в импульсе рассчитывается как
, (6.5)
а постоянная времени спада
, (6.6)
Если генератор воспроизводит в первом приближении ток короткого замыкания при срабатывании разрядника с инертным газом или другого защитного элемента, то время нарастания импульсного тока приблизительно рассчитывается как
, (6.7)
постоянная времени спада
(6.8)
В (6.7) и (6.8) 
- активное сопротивление короткого замыкания испытуемого объекта (например, сопротивление электрической дуги), которое, как правило, может считаться малым по сравнению с сопротивлением 
. Подробные указания по определению параметров контуров импульсных напряжений и токов содержатся в [Л.].
В настоящее время обсуждаются следующие степени жесткости испытаний (табл. 6.2).
Таблица 6.2 – Степень жесткости испытаний по МЭК 801-5 (проект)
| Жесткость испытаний | Напряжение холостого хода, кВ±10% |
| X | 0,5 По согласованию |
В заключение следует упомянуть, что наряду с приведенными формами кривой возможны и другие испытательные напряжения, например, колебательные напряжения коммутационных импульсов.