超低频耐压装置主要关键技术

超低频耐压装置主要关键技术一、产品及选用

1、命名说明

2、超低频系列产品                         表1

3、根据被试对向选择适当规格的产品。

使用时，试品电容量不得超过仪器的额定容量。试品电容量过小，会影响输出波形。若小于0.05μF，仪器将不能正常输出。可并联0.1 μF的电容辅助输出。下面是一些设备的电容量，供用户参考。

不同发电机的单相对地电容量                          表2

交联聚乙烯绝缘单芯电力电缆的电容量(μF/km)    表3

4、试品电流的估算方法：

计算公式：　Ｉ＝２πfＣＵ

超低频耐压装置主要关键技术二、绝缘耐压试验原理

超低频绝缘耐压试验实际上是工频耐压试验的一种替代方法。我们知道，在对大型发电机、电缆等试品进行工频耐压试验时，由于它们的绝缘层呈现较大的电容量，所以需要很大容量的试验变压器或谐振变压器。这样一些巨大的设备，不但笨重，造价高，而且使用十分不便。为了解决这一矛盾，电力部门采用了降低试验频率，从而降低了试验电源的容量。从国内外多年的理论和实践证明，用0.1Hz超低频耐压试验替代工频耐压试验，不但能有同样的等效性，而且设备的体积大为缩小，重量大为减轻 ，理论上容量约为工频的五百分之一。试验程序大大地减化，与工频试验相比优越性更多。这就是为什么发达国家普遍采用这一方法的原因。我国电力部以委托武汉高压研究所起草了《35kV及以下交联聚乙烯绝缘电力电缆超低频（0.1Hz）耐压试验方法》行业标准。我国正在推广这一方法，本仪器是根据我国这一需要研制而成的。可广泛用于电缆、大型高压旋转电机、电力电容器的交流耐压试验之中。

超低频耐压装置主要关键技术三、产品简介

本产品接合了现代数字变频先进技术，采用微机控制，升压、降压、测量、保护完全自动化，并且在自动升压过程中能进行人工干预。由于全电子化，所以体积小重量轻、大屏幕液晶显示，清晰直观、打印机输出试验报告。设计指标完全符合《电力设备专用测试仪器通用技术条件，第4部分：超低频高压发生器通用技术条件》电力行业标准，使用十分方便。现在国内外均采用机械式的办法进行调制和解调产生超低频信号，所以存在正弦波波形不标准，测量误差大，高压部分有火花放电，设备笨重，而且正弦波的二，四象限还需要大功率高压电阻进行放电整形，所以设备的整体功耗较大。本产品均能克服这样一些不足之处，另外，还有如下特点需要特别说明：

电流、电压数据均直接通过高压侧采样获得，所以数据真实、准确。

过压保护：当输出超过所设定的限压值时，仪器将停机保护，动作时间小于２０ms。

过流保护：设计为高低压双重保护，高压侧可按设定值进行精准停机

保护；低压侧的电流超过额定电流时将进行停机保护，动作时间都小于２０ms。

★ 高压输出保护电阻设计在升压体内，所以外面不需另接保护电阻。

由于采用了高低压闭环负反馈控制电路，所以输出无容升效应。

超低频耐压装置主要关键技术四、技术参数

1、输出额定电压：参见表1

2、输出频率：0.1Hz、0.05Hz、0.01Hz。

3、带载能力：参见表1    0.1  Hz  *大1.1μF

0.05 Hz  *大2.2μF

0.02 Hz  *大5.5μF

4、测量精度：３%

5、电压正，负峰值误差：≤３％

6、电压波形失真度：≤５％

7、使用条件：户内、户外；温度：-10℃∽+40℃；湿度：≤85％RH

8、电源：交流50 Hz，220V ±5%

9、电源保险管：参见表1

超低频耐压装置主要关键技术五、结构说明

1、控制器面板示意图  

                             图1

图1中各部件示意以及功能说明：

(1)“地”：接地端子，使用时与大地相连。

(2)“控制输出”：输出多芯插座，使用时与升压体的输入多芯插座相连。

(3)“对比度”：对比度调节旋扭，用于调节液晶显示器的对比度。

(4)“功能键”：其功能由显示器提示栏对应位置提示。

(5)“AC220V”：电源输入插座，内藏保险管。

(6)“开关”：电源开关。内藏指示灯，开时亮，关时熄。

(7)“打印机”：打印测试报告。

(8)“液晶显示器”：显示测试数据。

2、升压器结构示意图

主要关键技术

超低频通信系统天线效率很低，远在几千公里以外的水下潜艇接收到的信号非常微弱，这个信号还必须与频段内的电磁噪声和潜艇机动引起的噪声进行竞争，所以超低频收信机接收的信号信噪比非常低。现有的一些通信技术已不能满足超低频对潜通信的可靠性要求，必须在以下的主要关键技术上寻找突破。

1.发射天线设计技术

美国在超低频通信研究的初期，曾考虑利用现有的甚低频天线辐射超低频信号。通过估算和试验发现，天线输入为兆瓦级的功率，其辐射功率只有几十毫瓦，无法满足超低频通信要求。之后，美国对多种天线设计方案进行了研究和探索，只有中间馈电两端接地的接地天线达到了实用价值。

2.大功率合成技术

由于超低频天线辐射效率十分低下，要求发射机能提供兆瓦级的功率。为了提高发射机电源使用效率，上世纪七、八十年代开始研究利用大功率开关管进行信号"放大"技术。俄罗斯利用晶闸管的开关作用实现了大功率"放大"。开关管"放大"的基本思路是:它从输入信号的波形采集有关信息(如相位)，利用这些信息去分别控制各功率开关，输出幅度相同且含有特定相位的矩形脉冲，把这些相位按特定要求的矩形脉冲有序地叠加起来，经滤波而得到与输入波形相似、但功率非常大的输出。主要难题是开关速度高、功率大的开关管的制造技术需要突破，另外，开关管的**防护、波形合成技术需要进一步完善。

3.通信抗干扰技术

一方面由于超低频频率低，可用的频率资源有限，工作频率实际上是公开的，为敌方实施干扰创造了更多的机会;另一方面，潜艇接收超低频信号时环境恶劣，接收信号的信噪比非常低下;这些都使通信的可靠性遭受到了致命的伤害。为了提高通信的可靠性，除了增大发射功率外，还要选取适当的调制解调和纠错编码译码方式，在有限的带宽里使用扩频技术，从软件和硬件上对信号进行处理等措施。另外，在低噪声放大技术、脉冲干扰削波技术、工频(50Hz或60Hz交流)干扰抑制技术、海洋和大气噪声抑制技术、潜艇自噪声抑制技术方等面需要进一步的研究。

4.提高通信速率技术

超低频通信的信息速率由于受到发信天线带宽的限制十分低，再使用纠错编码、扩频通信等抗干扰技术后信息速率会变得更低，通信可靠性的提高是以牺牲信息速率为代价的，如美国早期的超低频对潜艇通信系统信息速率的建议值是0.01bps，即发送一个字符需要五至十分钟的时间，如此低的信息速率难以满足通信实时性要求。

既要使通信可靠性提高，又要使通信速率不至于下降太低，需要解决和攻克的主要技术有两个:一是在提高天线辐射效率的同时需提高天线带宽的天线设计技术;二是提高信源和信道编码效率的技术 。